時(shí)空大數(shù)據(jù)助力路網(wǎng)高效運(yùn)營(yíng)

文/北京航空航天大學(xué)

獲獎(jiǎng)等級(jí)：特等獎(jiǎng)

項(xiàng)目名稱：時(shí)空大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)精準(zhǔn)辨識(shí)與主動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用

“時(shí)空大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)精準(zhǔn)辨識(shí)與主動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目屬于交通工程、信息技術(shù)多學(xué)科交叉領(lǐng)域。國(guó)家公路網(wǎng)是國(guó)家綜合運(yùn)輸體系中的大動(dòng)脈和骨干網(wǎng)，是強(qiáng)化城市群聯(lián)系、加快交通一體化建設(shè)的重要基礎(chǔ)。項(xiàng)目針對(duì)公路網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、狀態(tài)成因雜、影響因素多所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)處理慢、狀態(tài)辨識(shí)粗、應(yīng)急救援難等關(guān)鍵問題，提出了利用有序群體行為認(rèn)知路網(wǎng)運(yùn)行的創(chuàng)新思路。項(xiàng)目基于海量固定與移動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集信息、車聯(lián)網(wǎng)日活躍車輛所匯聚的動(dòng)軌跡信息，結(jié)合事件、氣象等外部環(huán)境信息，將人工智能等新一代信息技術(shù)與交通工程相融合，構(gòu)建了時(shí)空大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)精準(zhǔn)辨識(shí)及主動(dòng)控制技術(shù)，建立了公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)辨識(shí)新方法、風(fēng)險(xiǎn)防控新手段、態(tài)勢(shì)研判新視角與運(yùn)行效率提升新模式。

強(qiáng)感知 能自適 控風(fēng)險(xiǎn)

←運(yùn)行狀態(tài)突變環(huán)境下路段間聯(lián)通拓?fù)潢P(guān)系動(dòng)態(tài)識(shí)別

← 重慶高速全網(wǎng)斷面車流量

項(xiàng)目針對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備總量多，但監(jiān)測(cè)器點(diǎn)位設(shè)施布設(shè)分散，單一設(shè)備感知范圍有限，存在大量監(jiān)測(cè)盲區(qū)的問題，提出了基于時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘的群體出行規(guī)律認(rèn)知理論，揭示了路網(wǎng)空間結(jié)構(gòu)與群體出行特征分層耦合的作用機(jī)理，構(gòu)建了面向大規(guī)模監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)匯聚的時(shí)空大數(shù)據(jù)流式處理與認(rèn)知計(jì)算體系，通過從無序個(gè)體軌跡中發(fā)現(xiàn)的有序群體移動(dòng)規(guī)律，形成了公路網(wǎng)全域、全天候感知能力。

針對(duì)公路網(wǎng)整體波動(dòng)小、局部波動(dòng)大、運(yùn)行狀態(tài)表征片面、安全隱患預(yù)判不精準(zhǔn)等問題，項(xiàng)目提出了復(fù)雜公路網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行態(tài)勢(shì)研判與主動(dòng)干預(yù)技術(shù)，構(gòu)建了多因素融合的公路網(wǎng)交通事故風(fēng)險(xiǎn)閾值自適應(yīng)模型，建立了基于歷史數(shù)據(jù)挖掘及態(tài)勢(shì)仿真推演的風(fēng)險(xiǎn)協(xié)同管控技術(shù)，以及道路通行能力折減典型場(chǎng)景下應(yīng)急交通管控技術(shù)體系。

針對(duì)節(jié)假日、重大社會(huì)活動(dòng)等供需影響下的交通需求預(yù)測(cè)瓶頸，項(xiàng)目提出了多群體出行需求聯(lián)合評(píng)估方法、面向大規(guī)模路網(wǎng)路段間運(yùn)行狀態(tài)影響關(guān)系的自適應(yīng)學(xué)習(xí)方法，形成了供需失衡環(huán)境下大規(guī)模公路網(wǎng)交通需求預(yù)測(cè)與出行誘導(dǎo)技術(shù)。

項(xiàng)目先后發(fā)表SCI、EI檢索論文82篇，ESI高被引用論文3篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利29項(xiàng)，軟件著作權(quán)8項(xiàng)，編制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)，支撐了全國(guó)16萬公里高速公路網(wǎng)的系統(tǒng)應(yīng)用，以及部級(jí)公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理與服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。

降風(fēng)險(xiǎn) 提能效 促融合

引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步 促進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)變革

項(xiàng)目建立了公路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)辨識(shí)新方法、態(tài)勢(shì)研判新視角、風(fēng)險(xiǎn)防控新手段與運(yùn)行效率提升新模式，促使公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與應(yīng)急處置方式發(fā)生了重大變革，形成了部、省、段、站四級(jí)聯(lián)動(dòng)。在增強(qiáng)交通系統(tǒng)主動(dòng)控制能力的同時(shí)，從根本上降低了安全事故風(fēng)險(xiǎn)，帶動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)等行業(yè)發(fā)展與服務(wù)創(chuàng)新。

提升公路網(wǎng)交通系統(tǒng)整體效能與運(yùn)行管理水平

項(xiàng)目創(chuàng)新了交通管理模式，增強(qiáng)了公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與服務(wù)能力，形成了高速公路全天候感知能力。公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理、交通決策支持與政策實(shí)施效果評(píng)估由原有的局域化、被動(dòng)式、粗粒度向整體化、主動(dòng)式、精細(xì)化轉(zhuǎn)變，有效提高了群體出行效率，在緩解交通擁堵的同時(shí)降低了能耗排放。

強(qiáng)化安全管理與重大事件應(yīng)對(duì)能力

面對(duì)地震、極端天氣等突發(fā)事件影響和節(jié)假日、重大社會(huì)活動(dòng)等計(jì)劃事件影響，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了影響時(shí)間、范圍的動(dòng)態(tài)感知、路網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)演化的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，有效提升了部級(jí)層面對(duì)公路網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)與決策能力，以及部省協(xié)同聯(lián)動(dòng)管理效率，為事后應(yīng)急向事前預(yù)警的轉(zhuǎn)移提供了支撐。

推動(dòng)交通系統(tǒng)基礎(chǔ)理論與學(xué)科發(fā)展

項(xiàng)目成果取得的專利、論文、軟件著作權(quán)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等系列成果，創(chuàng)新了我國(guó)交通系統(tǒng)的感知、認(rèn)知、預(yù)知與控制理論基礎(chǔ)，促進(jìn)了大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)與交通運(yùn)輸行業(yè)深度融合，對(duì)帶動(dòng)交通智能化、綜合化發(fā)展，加快新基建與領(lǐng)域結(jié)合應(yīng)用及培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題人才均具有積極推動(dòng)作用。

頂級(jí)科研院校、頂層管理機(jī)構(gòu)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合

← 層次化關(guān)系學(xué)習(xí)

← 多群體車流量預(yù)測(cè)

← 節(jié)假日車流量及擁堵指數(shù)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)

項(xiàng)目取得的突出成果離不開北京航空航天大學(xué)、交通運(yùn)輸部路網(wǎng)中心、交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院三家主要完成單位的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與通力合作。

北京航空航天大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“北航”）現(xiàn)隸屬于工業(yè)和信息化部，是全國(guó)第一批16所重點(diǎn)高校之一，也是20世紀(jì)80年代恢復(fù)學(xué)位制度后全國(guó)第一批設(shè)立研究生院的22所高校之一，首批進(jìn)入“211工程”，2001年進(jìn)入“985工程”，2017年入選國(guó)家“雙一流”建設(shè)高校名單。北航在航空、航天、動(dòng)力、信息、材料、儀器、制造、管理等學(xué)科領(lǐng)域具有明顯的比較優(yōu)勢(shì)，形成了航空航天與信息技術(shù)兩大優(yōu)勢(shì)學(xué)科群，國(guó)防科技主干學(xué)科達(dá)到國(guó)內(nèi)一流水平。工程學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、化學(xué)、社會(huì)科學(xué)總論6個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的ESI排名進(jìn)入全球前1%。北航現(xiàn)有1個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室——航空科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，9個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，6個(gè)國(guó)家級(jí)工程研究中心，3個(gè)北京市高精尖創(chuàng)新中心，70余個(gè)省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；有9個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體，12個(gè)教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，10個(gè)國(guó)防科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。學(xué)校突出自主創(chuàng)新，強(qiáng)化協(xié)同創(chuàng)新，積極搭建國(guó)家級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)，組建大團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)重大科研項(xiàng)目，重大科技成果不斷涌現(xiàn)?！笆濉币詠?，北航共獲國(guó)家三大科技獎(jiǎng)勵(lì)70余項(xiàng)，其中近16年獲得15項(xiàng)國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)一等獎(jiǎng)、3項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，創(chuàng)造了一所大學(xué)連續(xù)獲國(guó)家高等級(jí)科技獎(jiǎng)的紀(jì)錄，被社會(huì)譽(yù)為科技創(chuàng)新的“北航模式”。

← 群體行為特征重構(gòu)

交通運(yùn)輸部路網(wǎng)中心（以下簡(jiǎn)稱“部路網(wǎng)中心”）是隸屬于交通運(yùn)輸部的事業(yè)單位，主要開展路網(wǎng)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處置與出行信息服務(wù)相關(guān)工作，促進(jìn)公路事業(yè)發(fā)展，全國(guó)公路網(wǎng)日常運(yùn)行監(jiān)測(cè)，全國(guó)公路網(wǎng)重大突發(fā)事件預(yù)警預(yù)測(cè)與應(yīng)急處置，公路交通出行信息服務(wù)，公路數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)與維護(hù)，公路交通信息平臺(tái)建設(shè)與維護(hù)，公路橋隧道安全運(yùn)行技術(shù)支持，公路網(wǎng)建設(shè)養(yǎng)護(hù)造價(jià)及運(yùn)營(yíng)成本評(píng)估，收費(fèi)公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)及不停車收費(fèi)技術(shù)支持，相關(guān)科學(xué)研究、技術(shù)咨詢與國(guó)際交流。部路網(wǎng)中心自成立以來，按照“高起點(diǎn)起步，高標(biāo)準(zhǔn)要求，高效率運(yùn)轉(zhuǎn)”的原則，以成為“交通運(yùn)輸部的服務(wù)中心、處置中心、人才培養(yǎng)中心和部黨組進(jìn)行決策提供建議的參謀中心”為目標(biāo)，把“提高路網(wǎng)運(yùn)行效率、保障路網(wǎng)安全暢通、服務(wù)百姓便捷出行”作為核心任務(wù)，以“懂路網(wǎng)、善研判、會(huì)溝通、精技能”為基本要求，加快推進(jìn)各項(xiàng)職能建設(shè)。部路網(wǎng)中心積極穩(wěn)步提升國(guó)家高速公路及重點(diǎn)干線路網(wǎng)監(jiān)測(cè)、養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急處置和出行服務(wù)能力，并實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域性應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)、應(yīng)急隊(duì)伍、物資裝備等資源的統(tǒng)籌調(diào)度和管理；建成具有監(jiān)測(cè)預(yù)警、綜合研判、輔助決策、異地會(huì)商、路網(wǎng)協(xié)調(diào)、輔助調(diào)度和模擬演練等功能的國(guó)家公路網(wǎng)運(yùn)行管理與應(yīng)急處置平臺(tái)；在路網(wǎng)運(yùn)行管理體制機(jī)制、隊(duì)伍建設(shè)、制度建設(shè)等方面取得了積極進(jìn)展。部路網(wǎng)中心在重大活動(dòng)保障、重大節(jié)假日小型客車免費(fèi)通行政策實(shí)施，以及重大自然災(zāi)害應(yīng)對(duì)等方面發(fā)揮了重要作用，多次獲得中央領(lǐng)導(dǎo)和交通運(yùn)輸部黨組的高度肯定。

交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱“公路院”）成立于1956年，是交通運(yùn)輸部直屬公益二類科研事業(yè)單位，主要從事公路交通運(yùn)輸領(lǐng)域的科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制修訂和科技服務(wù)、技術(shù)支撐、人才培養(yǎng)等工作。公路院擁有較為完善的科技創(chuàng)新體系，依托公路交通試驗(yàn)場(chǎng)、5個(gè)國(guó)家級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)、6個(gè)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、4個(gè)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心和若干產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，形成了“一個(gè)基地+兩根鏈條”的科技創(chuàng)新體系，推動(dòng)了科技創(chuàng)新能力的提升，在公路交通運(yùn)輸行業(yè)的科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)、技術(shù)服務(wù)及應(yīng)用示范等方面發(fā)揮了重要作用。