高速公路上的惡劣天氣管控系統(tǒng)應(yīng)用研究＊

張 祥 曾祥凱 趙北辰

（1.公安部交通管理科學(xué)研究所，江蘇 無錫 214151；2.公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）

引言

雨、霧、雪等惡劣天氣會導(dǎo)致能見度值下降，從而直接影響駕駛員的駕駛視線，導(dǎo)致駕駛員觀察路面情況困難，無法及時準(zhǔn)確地對前方交通情況作出判斷；道路結(jié)冰、大風(fēng)等惡劣天氣則會對車輛的正常行駛造成阻礙，容易導(dǎo)致車輛打滑或偏離正常行駛路線。因此，惡劣天氣會極大惡化高速公路的行駛條件。但是惡劣天氣在高速公路道路安全管理中存在難以發(fā)現(xiàn)、及時處理的問題。

本文對惡劣天氣的多種發(fā)現(xiàn)方式進(jìn)行融合改進(jìn)，提出一套惡劣天氣管控系統(tǒng)的應(yīng)用方案，介紹基于惡劣天氣管控系統(tǒng)的檢測惡劣天氣、管控高速公路、解除高速管控的全過程。

一、傳統(tǒng)的惡劣天氣發(fā)現(xiàn)方法

在交警部門高速公路日常監(jiān)管中，傳統(tǒng)的惡劣天氣的發(fā)現(xiàn)方法有以下兩種：一是天氣預(yù)報信息和實(shí)時氣象數(shù)據(jù)；二是人工巡邏。因此，針對這兩種方法，逐一說明其優(yōu)缺點(diǎn)以及其難以推廣的原因。

氣象局發(fā)布的天氣預(yù)報信息總體準(zhǔn)確性較高，但是既不能精確到具體路段，也不能詳細(xì)到具體時間，無法作為交通管控手段的可靠指導(dǎo)來源。而高速公路路段附近的氣象設(shè)備實(shí)時采集的氣象數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，又能精確到具體測量位置的經(jīng)緯度，可以將測量信息疊加到地圖上，理論上氣象設(shè)備保證一定覆蓋率后，能實(shí)現(xiàn)各路段的氣象信息匯總，從而指導(dǎo)交通管控手段。但是考慮到氣象設(shè)備供電難、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等因素的影響，氣象設(shè)備的離線率通常在50%以上，由于其處于高速公路附近這種特殊的地理位置上，氣象設(shè)備難以得到及時維護(hù)，無法在實(shí)際應(yīng)用過程中穩(wěn)定使用，只能作為判斷惡劣天氣的補(bǔ)充信息。

由于天氣預(yù)報的不精確性和實(shí)時氣象數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性，人工巡邏才是目前交警發(fā)現(xiàn)惡劣天氣并采取管控手段的首要信息來源。人工巡邏分為兩種，一是人工視頻巡邏；二是交警實(shí)地巡邏。人工視頻巡邏即人工點(diǎn)播轄區(qū)內(nèi)攝像機(jī)，并通過直接觀察攝像機(jī)圖像對是否存在惡劣天氣進(jìn)行確認(rèn)；交警實(shí)地巡邏則指在高速公路上巡邏時進(jìn)行觀察，一旦遇到惡劣天氣就可以立即進(jìn)行現(xiàn)場管控。但是以上兩種手段普遍存在浪費(fèi)警力、覆蓋面小、時效性低等問題，極有可能出現(xiàn)惡劣天氣已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)規(guī)模后，交警部門才能采取有效管控措施的現(xiàn)象。

二、改進(jìn)的惡劣天氣發(fā)現(xiàn)方法

本文中提出一種融合氣象設(shè)備、攝像機(jī)、測速設(shè)備等多種設(shè)備的惡劣天氣預(yù)警方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對氣象信息的綜合判斷，降低惡劣天氣預(yù)警錯誤率，提升惡劣天氣檢出率等目標(biāo)，能為公安交通管理部門實(shí)施惡劣天氣時的道路管控措施提供有效依據(jù)和技術(shù)保障。具體技術(shù)算法流程如圖1所示。

圖1 惡劣天氣發(fā)現(xiàn)方法算法流程

步驟1：記錄轄區(qū)內(nèi)氣象設(shè)備采集的氣象數(shù)據(jù)，包含經(jīng)緯度、能見度、相對濕度、溫度、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，生成氣象數(shù)據(jù)集。

步驟2：對轄區(qū)內(nèi)攝像機(jī)進(jìn)行定時截圖，包含攝像機(jī)經(jīng)緯度、攝像機(jī)圖像等數(shù)據(jù)，生成轄區(qū)內(nèi)攝像機(jī)圖像數(shù)據(jù)集，

步驟3：對轄區(qū)內(nèi)攝像機(jī)圖像數(shù)據(jù)集的新添加圖像進(jìn)行惡劣天氣識別算法分析，分析圖像是否包含低能見度、道路結(jié)冰、強(qiáng)降水、路面濕滑等惡劣天氣。

步驟4：記錄轄區(qū)內(nèi)測速設(shè)備采集的過車車速，包含車牌號碼、車速等數(shù)據(jù)，生成過車車速數(shù)據(jù)集，并計(jì)算一定時間內(nèi)的平均車速。

步驟5：將步驟1、3、4中得到的信息進(jìn)行多源數(shù)據(jù)分析。

步驟6：如果氣象設(shè)備檢測到能見度值低于500米、氣溫低于0℃、強(qiáng)降雨等氣象因素，則生成惡劣天氣預(yù)警，并將該氣象設(shè)備所在路段的惡劣天氣狀態(tài)連同氣象數(shù)據(jù)與附近1000m內(nèi)攝像機(jī)的最近半小時內(nèi)的截圖一同轉(zhuǎn)給人工確認(rèn)。

步驟7：如果氣象設(shè)備因網(wǎng)絡(luò)、停電等因素?zé)o數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，且攝像機(jī)截圖被惡劣天氣識別算法認(rèn)為是存在低能見度、路面濕滑等惡劣天氣嫌疑，將生成惡劣天氣預(yù)警，并同時把該攝像機(jī)及其附近攝像機(jī)的最近半小時內(nèi)的截圖一同轉(zhuǎn)給人工確認(rèn)。

三、惡劣天氣管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依托公安部交通管理科學(xué)研究所現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)和公安網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)氣象信息和交通管制信息在互聯(lián)網(wǎng)和公安網(wǎng)之間的共享交換。實(shí)現(xiàn)公安交通集成指揮平臺內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)交換平臺與地方視頻專網(wǎng)內(nèi)的惡劣天氣管控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，由惡劣天氣管控系統(tǒng)[1]實(shí)施速度管控、誘導(dǎo)提示及匯流警示，集成指揮平臺接收惡劣天氣管控系統(tǒng)抓拍的過車和超速違法信息。

惡劣天氣管控系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層、管控層，共4層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.數(shù)據(jù)層。包括高速公路監(jiān)控視頻、氣象設(shè)備提供的氣象數(shù)據(jù)[2]、高速公路主線測速設(shè)備提供的車輛平均速度數(shù)據(jù)等（卡口、雷達(dá)測速）等[3]。

2.服務(wù)層。為應(yīng)用層提供服務(wù)，包括惡劣天氣識別算法分析服務(wù)、惡劣天氣多源數(shù)據(jù)分析服務(wù)等。

3.應(yīng)用層。在公安交通集成指揮平臺中配置應(yīng)急管控設(shè)備備案和視頻識別任務(wù)，實(shí)現(xiàn)惡劣天氣預(yù)警監(jiān)控和惡劣天氣管控功能。

4.管控層。通過惡劣天氣管控系統(tǒng)在高速公路路面實(shí)現(xiàn)管控，主要包括LED屏顯示提醒、車速車距提示、超速違法抓拍、車輛誘導(dǎo)燈誘導(dǎo)以及車流匯入警示等。

惡劣天氣管控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處置流程主要分為惡劣天氣警情生成和警情指揮調(diào)度兩大部分，具體業(yè)務(wù)處置流程圖如圖2所示。

圖2 惡劣天氣管控系統(tǒng)業(yè)務(wù)處置流程

第一，惡劣天氣警情生成已在前文第三章中說明，此處不再贅述。

第二，公安交通集成指揮平臺根據(jù)惡劣天氣警情的級別自動匹配管制預(yù)案，經(jīng)人工研判后指揮調(diào)度各崗位開展惡劣天氣警情處置工作，主要分為系統(tǒng)應(yīng)急管控、警情信息報送和管制措施實(shí)施三部分。

生成交通管控預(yù)案并下發(fā)至惡劣天氣管控系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)案選擇執(zhí)行開啟路邊誘導(dǎo)燈、可變限速提示與抓拍、車距提示和車輛匯入警示等。

按“公安交通指揮中心道路交通應(yīng)急信息報送處置規(guī)程”要求實(shí)現(xiàn)警情信息的報送處置，根據(jù)警情影響范圍和持續(xù)時間判斷警情等級，按報送處置程序進(jìn)行信息初報、續(xù)報和終報等。

根據(jù)惡劣天氣管控系統(tǒng)中接收到的警情詳情，啟動符合預(yù)案規(guī)定的相應(yīng)等級的交通管制，包括控制駛?cè)?、交通組織、封閉道路、加強(qiáng)巡查以及解除管制等。管制措施實(shí)施時須定期查看惡劣天氣管控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變化，及時調(diào)整管控的路段和管控等級。

結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種融合多源數(shù)據(jù)的惡劣天氣發(fā)現(xiàn)方法，在完全利用現(xiàn)有設(shè)備、不用額外進(jìn)行投入的前提下，實(shí)現(xiàn)了惡劣天氣的智能化發(fā)現(xiàn)、智能化提醒、智能化管控，能切實(shí)解決交警部門在惡劣天氣及時發(fā)現(xiàn)、及時管控上的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)。然而還存在部分缺點(diǎn)，一是仍未能形成惡劣天氣的預(yù)測，只是在及時發(fā)現(xiàn)上進(jìn)行了突破；二是在黑暗環(huán)境中攝像機(jī)無法進(jìn)行有效利用。這部分改進(jìn)工作仍需要進(jìn)行大量的研究，并在實(shí)踐中不斷改進(jìn)。