云南省道路交通危险路段安全预警系统设计与实现

1.概述

公路危险路段是道路交通安全的重大隐患，通过近年来的实践证明，有效地排查整治公路危险路段，是预防和减少重特大道路交通事故的一项有效措施。但由于公路危险路段存量大，需要大量的资金进行整治，受经费的制约，致使一些公路危险路段一时难以整治，给道路交通安全埋下隐患。为了给交通参与者提供避免交通事故发生的有效信息，给有关部门和道路使用者及时采取相应的防范措施，加强、改善和提高公路的行车条件和安全水平，从而对可能发生的事故进行早发现、早处理，切实消除公路安全隐患，有效预防和减少重特大道路交通事故的发生，最大限度地降低事故带来的伤害和损失，研发集信息采集、传输、集成、识别、诊断、评估、发布、执行为一体化的基于GIS的公路危险路段预警系统具有十分重要的现实意义。
本项目建立了云南省道路交通危险路段静、动态信息收集机制和交通事故预警理论体系和技术方法，开发了基于GIS的公路危险路段安全预警（实验）系统，实现了道路信息的采集、预测、分析及交通安全评价、预警等功能，并对道路动态限速模型进行了分析，为交通预警系统的应用和速度控制设施的实施奠定了基础。

2.道路交通安全预警理论与模型研究

2.1 道路交通安全预警指标体系

在研究基本安全预警理论的基础上，以同类（相近）地域、同类（相近）路段的大量历史交通事故数据、道路交通数据等为基础，通过定性、定量分析得出事故的时空、类型等分布模式、交通安全风险的主因素、交通安全通行的临界安全条件，结合道路交通安全分析与评价方法给出预警指标、预警分级标准，然后动态监测各种预警指标的变化情况，当检测、计算或预测的指标值出现异常时产生相应级别和种类的预警信号。
预警所依赖的基础数据有如下五方面：

5. 道路条件（线形、设施、路面状态等）
5. 事故数据（地点、时间、事故类型、伤亡程度等）
5. 交通流运行数据（交通流参数、交通行为参数）
5. 气象数据（降水、降雪、大雾、低温等）
6. 方法库、知识库

选择适用的指标来构筑预警指标体系是保证预警效果的关键，故在设计预警指标体系时，应该遵循综合性、科学性、比较性、定量性、灵敏性等原则。
预警指标的建立综合考虑影响道路交通事故各因素的影响，在整个高速公路交通安全预警指标体系中，除了要对各指标进行量化之外，还要对一些难以用数量确切表达的指标，如社会重大事件、公路养护施工等这类模糊信息的处理、描述和分析。
依据云南省高速公路的交通特性、事故特征及运营环境特点，突出简明、实用的原则，构建路段交通安全预警指标体系如下：

2.2 道路交通安全预警模型

预警模型应包括可安全评价（预测）模型和预警的阀限。其中，评价（预测）模型需要能量化表达道路交通安全态势或风险大小，预警阀限则能准确区分道路交通的险态和常态，其值确定是否合适，对于准确地监测各项预警指标的变动情况，并及时做出报警非常关键。
根据云南省道路交通安全预警系统的设计需求，抓住事故主因素和安全主要症结的原则，从交通事故、安全风险、通行条件三方面构建简明、实用的安全预警模型体系。如表1所示。

　　3.道路交通安全预警系统设计

　　3.1交通安全预警系统框架设计

　　从系统工作流程角度设计了交通安全预警系统框架，高速公路交通安全预警管理系统主要包括以下系统：

　　图2交通安全预警系统框架图

　　（1）信息监测预报系统

　　信息监测预报系统是根据对高速公路交通事故的致因进行监测，对可能出现的事故地点和天气情况进行必要的信息收集和联络，包括对车辆、车流量、车辆速度、道路拥挤情况、天气条件等方面的监测。

　　（2）信息传输系统

　　根据紧急事件信息的特点与性质，确定信息的传输方式，如对于图像等大量数据信息以及采用现有高速公路专用光缆进行传输，在不好接入光缆的地点采用GSM/GPRS等技术进行通信。

　　（3）信息处理系统

　　交通控制中心根据获得的交通参数、天气参数、路况、桥况以及道路维护情况等依据合理的分析，确定预警信息的内容、地点以及发布方式等。

　　（4）信息发布系统

　　预警信息的发布分为两部分，一部分是直接发布方式，另一部分是间接发布方式。发布的形式可以根据情况采用可变信息情报板、语音等方式。

　　3.2交通安全预警系统结构设计

　　通过对预警定义、预警与预警管理理论、预警方法、预警管理活动等基础理论的研究及对预警系统功能分析，可以初步搭建如下高速公路交通安全预警系统平台架构如下：

　　（1）信息采集子系统

　　通过布设的监测设备及巡逻车、报警电话等采集道路车辆、流量、气象、能见度、驾驶员违章行为等信息，为预警工作提供基础信息。

　　（2）信息传输系统

　　在高速公路上利用现有通信系统，在普通公路上利用公共无线通信系统。

　　（3）信息分析与处理子系统（或基于GIS的安全信息平台）

　　信息分析与处理子系统的主要作用是对传输到预警系统中心的信息进行分析和处理，寻找交通事故的基本规律，挖掘事故的深层原因。

　　（4）安全（评价与）预警子系统

　　对采集的基础信息，运用预警指标、预警模型等对道路交通安全态势做出准确判断。

　　（5）预警信息发布子系统

　　通过交通广播、网络、电视、手机、车载终端、可变情报板等手段将预警信息发布给相关部门、过往驾驶员。在交通安全预警系统外场设施设置路段，配套设置其它交通工程设施，以达成最佳安全管理效果。

　　（6）预警响应子系统

　　分为交通事件的确认和交通事件的分类处理两部分。其功能是当道路交通运行处于不安全状态时，采取相应的措施和手段，最大程度的减少交通事故的发生次数和事故的损害。

　　3.3交通安全预警系统功能设计

　　通过对预警平台的研发，预警系统可实现的基本功能如下：

　　（1）监测功能：主要通过自动信息采集系统、相关部门通报的信息、巡逻检查、《交通事故信息系统》和基础数据库，全程动态监视安全风险较大的多发点段、隐患点段，以及外部环境中的交通量、民俗活动及气象条件，对监测到的状态信息进行分类、存储、传播，建立信息档案，然后按一定的时间间隔定期更新相关的状态信息，确保监测信息及时、准确、简明。

　　（2）识别功能：根据监测结果与某种阀值的比较来决定是否发出警报以及发出何种警报。

　　（3）诊断功能：对识别出的安全风险进行综合分析，找出安全风险最大、危害程度最严重的主要因素（主要致错因素），科学评估道路、环境的不安全状态诱发事故的可能性、时间、持续状况、后果的严重程度等，确定可接受的风险度和可接受的损害水平，为采用何种防范对策和措施来有效控制安全风险提供依据。

　　（4）预警信息发布功能：以GIS为基础，将识别出的路段安全风险按照不同的预警级别，结合诊断出的主要致错因素和建议采取的对策措施，生动形象地展现给决策者，经批准后生成规范的《交通安全预警信息通报》，按不同的警情等级和及时性要求，通过互联网、电视、电台、报纸、声讯电话、手机短信、公路上的电子提示屏等向全社会广泛发布，并启动相应的管理对策和措施，监督执行机构付诸实施，以降低或消除风险。

　　3.4交通安全预警工作流程设计

　　本项目专门研究了高速公路交通安全预警工作流程。高速公路交通安全预警工作流程如图3所示。由决策层分派所有职能管理部门，定期向安全预警部门提交本部门营运管理诊断指标状态报表。安全预警部门确认监测指标是否处于正常、戒备或危机状态，进一步提出预防对策并实施。当指标正常状态时，继续保持监测状态，当指标处于警戒状态时，安全预警部门根据具体情况提出预控措施，并将此方案上报管理决策层，再由决策层下达各职能部门执行，直至系统恢复正常，则将日常对策方案输入对策库。若诊断指标显示危机状态时。则成立危机领导小组。全面负责危机状态下的组织管理，直至危机化解，系统恢复正常运转，然后将此措施方案输入对策库。

　　图3交通安全预警系统工作流程

　　4.研发成果及应用

　　对高速公路道路交通危险路段安全预警系统的研发，取得了如下成果：

　　1、研究不同时段、典型区域下危险路段的交通事故特征，构建了高速公路路段交通安全预警指标体系，建立了交通安全通行条件的判别预警模型、交通安全风险预警模型和交通事故预警模型，形成了完整的交通安全诊断分析及评价系统。

　　2、建立了高速公路动态限速模型，分别针对正常天气和不良天气下，高速公路的限速问题进行研究，提出了相应的限速优化方法；提出了限速区段和过渡区段的划分方法及划分指标；并对速度控制设施的布设方法进行了研究，结合高速公路的交通流特性，给出了高速公路速控设施的实施建议。

　　3、建立了道路交通安全预警系统，对预警系统的框架、组成、功能、工作流程、制度建设和保障措施进行了设计。

　　4、开发了预警信息的采集及分析系统，针对不同的预警信息的采集要求，提出了预警信息的采集方法和技术选择方案，并对预警信息采集系统前端检测器的布设方法进行了分析，制定了预警信息检测器的空间布设方案。

　　5、开发了预警信息发布及预警响应系统，对预警信息的发布系统的构成进行分析，提出了预警信息发布设施的布设方法，并对预警信息的发布内容及发布方式做了明确说明。在对交通安全信息预测及评价的基础上，对交通运行状态进行分析，针对不同的预警情况，提出了预警及时响应措施和事后响应措施。

　　6、在上述研究的基础上，开发了基于GIS的公路危险路段安全预警信息平台（实验）软件，建立了GIS属性数据库和模型库，针对交通流数据的预处理、查询、预测及交通安全评价的需求开发了对应的应用子系统。

　　将上述研发的道路交通危险路段安全预警系统在云南省昆石高速公路实施了应用，通过对系统应用前后交通安全数据的对比分析，表明系统应用后提高了事故的预防能力和指挥决策水平，有效地减少了交通事故，保障了道路交通安全。