“道路偵探”劉攀

金鳳

劉攀

在河北省新元高速公路新樂段，一個“智慧交通大腦”默默運行著。每隔30秒，安裝在道路兩側(cè)的傳感器就會將每個車道的車流量、車道占有率等數(shù)據(jù)傳送到高速公路交通控制中心。計算機再將這些交通流數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣、路面情況等其他數(shù)據(jù)，實時計算出高速公路發(fā)生交通事故和交通擁堵的概率，并給出相應(yīng)的解決方案。

這個“大腦”的設(shè)計者是東南大學(xué)副校長，交通學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師劉攀。劉攀是國家重點研發(fā)計劃基礎(chǔ)研究類項目首席科學(xué)家。過去十年，他帶領(lǐng)團隊廣泛采集高速公路數(shù)據(jù)、建立算法模型、開發(fā)控制策略、研發(fā)平臺系統(tǒng)、推動工程應(yīng)用……他就像一名“道路偵探”，每天從海量的交通數(shù)據(jù)中尋找可能存在的安全隱患，為提升高速公路行車安全，打通“堵點”，提供破解之術(shù)。

把科研做到實處

從工程實踐中發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題，從實際數(shù)據(jù)中提煉科學(xué)規(guī)律，讓劉攀從科研中不斷收獲，也讓他嘗到了寂寞的滋味。

2000年，劉攀畢業(yè)于東南大學(xué)道路與鐵道工程專業(yè)。兩年后，他赴美國南佛羅里達大學(xué)讀博。劉攀的導(dǎo)師承擔(dān)了佛羅里達州交通部門的研究項目，要系統(tǒng)評估遠引掉頭技術(shù)對交通安全和通行效率的影響。這個題目挺冷門，而且對數(shù)據(jù)的要求非常高。“讀博時很辛苦，有段日子挺難熬的。”回憶起那段經(jīng)歷，劉攀皺了皺眉頭。

那幾年，劉攀幾乎天天都在“攢”數(shù)據(jù)。他和一位同學(xué)每天清晨5點起床，開著拖車，裝著錐桶、腳手架等一大堆設(shè)備，前往南佛羅里達州的各條主要公路安裝攝像頭，拍攝道路信息，晚上再將攝像頭取下來，調(diào)取視頻并進行分析，之后再準(zhǔn)備好第二天要用的設(shè)備。為了找到合適的觀測點，他們幾乎把整個佛羅里達州都跑遍了。

這項工作很繁瑣，兩年下來，僅錄像帶就塞滿了十幾平方米的房間。觀測數(shù)據(jù)超過1000小時，每小時的數(shù)據(jù)文件需要三到四小時來提取，工作量巨大。別的同學(xué)都開始發(fā)論文了，劉攀卻還在采集數(shù)據(jù)，他心里難免著急?！澳菚r常會質(zhì)疑自己，這么做到底有沒有意義?！?/p>

不過，劉攀很快就發(fā)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)的價值?！爱?dāng)時，美國需要計算掉頭車流的通行能力來推廣公路遠引掉頭技術(shù)，但由于數(shù)據(jù)不足，一直缺少合適的掉頭車流通行能力模型，而我那兩年的積累，恰好派上了用場?！眲⑴收f。

從2004年開始，劉攀基于前期實際采集的數(shù)據(jù)，陸續(xù)發(fā)表了多篇高水平的學(xué)術(shù)論文，其中有關(guān)掉頭車流通行能力的研究成果，先后被美國《道路通行能力手冊（2010版）》、美國《交通工程手冊（2016版）》等交通工程領(lǐng)域的國際權(quán)威文獻采用。

十年磨出交通事故預(yù)警系統(tǒng)

如何從龐雜的數(shù)據(jù)中，找出可能存在的交通隱患？答案藏在一套被打磨了約十年的數(shù)據(jù)模型中。

2008年9月，劉攀回國，在東南大學(xué)任教。他用了近兩年時間，帶領(lǐng)團隊研發(fā)出我國第一套具有完整知識產(chǎn)權(quán)的高速公路可變限速控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用在當(dāng)時的滬杭甬高速公路杭州段實驗路段。

經(jīng)過技術(shù)設(shè)計，劉攀團隊安裝的微波檢測器和氣象站可實時動態(tài)檢測交通流和天氣數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會據(jù)此計算交通事故風(fēng)險值，一旦風(fēng)險值超過閾值，會立即啟動可變限速控制，上下游的可變情報板會自動調(diào)整限速值，以調(diào)節(jié)路段交通量和交通流。

那段時間，劉攀每天起床后的第一件事，就是盯著屏幕檢查各種傳回來的數(shù)據(jù)，生怕設(shè)備出問題，有時還要跑到現(xiàn)場去查看設(shè)備情況。從南京到杭州，要開將近四小時的車，三年里，他不知來回開了多少趟。

項目雖然做得辛苦，收獲卻很大。“我們積累了幾年的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為后來完善模型和算法提供了堅實的基礎(chǔ)。同時，令人感到欣慰的是，系統(tǒng)使用期間，示范路段車輛通行速度離散差下降了28%，事故率減少了17%，不利天氣下事故率降低了31%?！眲⑴收f。

這僅僅是開始，此后近十年，劉攀帶隊采集了一萬多起高速公路交通事故案例，并很快有了新發(fā)現(xiàn)。

“一些人認(rèn)為，交通事故的發(fā)生完全是偶然的，沒有任何規(guī)律可循。實際上，交通事故的發(fā)生，受到人、車、環(huán)境等多種因素的影響。我們發(fā)現(xiàn)，大約65%到75%的高速公路交通事故發(fā)生前，在臨近路段交通流中都會觀測到一些有別于正常情況下的狀態(tài)，表現(xiàn)為交通流在時間和空間上的不均勻分布?！眲⑴收J(rèn)為，這種非正常現(xiàn)象就是交通事故發(fā)生的前兆。只要能發(fā)現(xiàn)這些前兆的出現(xiàn)規(guī)律，再用模型“畫”出的特征，就可以實現(xiàn)高速公路交通事故風(fēng)險的主動預(yù)警。

制訂交通流主動控制策略庫

劉攀帶隊在公路進行實地研究，把高速公路劃分為若干段長度不超過2公里的路段，通過檢測器獲取每個路段、每條車道的實時動態(tài)交通流數(shù)據(jù)，一旦系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某個路段內(nèi)的交通流處于不利狀態(tài)，主動控制系統(tǒng)就會立即啟動。

“針對不同的場景，我們應(yīng)用了可變限速、匝道控制、車道控制等技術(shù)手段，主動調(diào)整匯入目標(biāo)路段的車流量和速度，從而大大降低了交通事故風(fēng)險，提升通行效率。在此基礎(chǔ)上，我們又應(yīng)用人工智能的方法，基于海量實測數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化控制策略，使控制系統(tǒng)反應(yīng)更加迅速，控制更加精準(zhǔn)?！眲⑴收f。

針對京德、榮烏高速公路的交通特點，結(jié)合新元高速公路的實際數(shù)據(jù)，劉攀領(lǐng)導(dǎo)團隊研發(fā)出追尾事故預(yù)防、分車道動態(tài)限速、貨車專用車道動態(tài)控制、應(yīng)急車道開閉動態(tài)控制、不利天氣下準(zhǔn)全天候通行等十大類、二十余種交通流主動控制策略，形成了高速公路交通流主動控制策略庫，基本涵蓋了我國高速公路環(huán)境下所有重要的控制場景。

劉攀認(rèn)為，對于交通工程的研究者來說，要始終堅持從工程實踐中來，到工程實踐中去?！耙坏┱J(rèn)準(zhǔn)了一個方向，就要堅持下去，把工作做透，要從基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)平臺，一直做到工程應(yīng)用。這個過程往往是十年磨一劍，因此特別需要耐心和堅持?！?/p>

圖片由本文作者提供 編輯 王冬艷 437408345@qq.com