高速公路交通事件應急管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索

戴振宇，李志晟，于維欣，王 偉

[上海城建城市運營（集團）有限公司，上海市200023]

0 引 言

新一代的物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)的迭代升級，傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求越來越迫切，高速公路運行管理智慧化作為“交通強國”重大發(fā)展規(guī)劃的重要支撐也引起了行業(yè)內(nèi)外的高度重視。如何進一步提升高速公路突發(fā)交通事件應急處置水平，是高速公路數(shù)字化、智慧化的迫切需求，也是高速公路突發(fā)事件應急管理體系的廣泛內(nèi)涵要求。因此，本文依據(jù)交通強國和智慧交通建設要求，及上海市道路運輸管理局編制的《上海市智慧高速公路技術(shù)導則》，結(jié)合G15（嘉瀏段）前期調(diào)研成果和智慧高速總體建設技術(shù)方案，引入大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建新型高速公路突發(fā)交通事件應急管理模式，并以此為依托同步開發(fā)軟件應用平臺，實現(xiàn)高速公路突發(fā)事件主動感知、自動預警、實時監(jiān)控及資源智慧調(diào)度與配置優(yōu)化。

1 高速公路突發(fā)事件應急管理現(xiàn)狀及其內(nèi)涵分析

1.1 高速公路突發(fā)事件應急管理現(xiàn)狀

美國、德國、日本等發(fā)達國家都早已開展高速公路突發(fā)交通事件應急管理模式的應用研究。1930年，美國交通工程師協(xié)會（Institute of Transportation Engineers, ITE）成立，主要負責道路交通事故的理論和應用研究。1995 年，美國成立了國家公路交通安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration, NHSTA）并同步建立了交通事故死亡分析報告系統(tǒng)和國家事故案例管理系統(tǒng)，依托先進的信息化技術(shù)和專業(yè)的救援力量聚焦道路突發(fā)事件的自動識別和快速處置的研究[1，2]，德國借助廣泛的社會化救援力量提高現(xiàn)場救援水平和處置流程的協(xié)調(diào)優(yōu)化提高現(xiàn)場救援保障水平，日本則非常注重專業(yè)救援隊伍的建設和跨部門協(xié)作研究[3]。

從2018 年我國正式組建應急管理部作為我國有效應對與處置突發(fā)應急事件責任部門以來，現(xiàn)階段我國高速公路應急管理已初步形成切實有效的管理模式[4，5]，但是與部分發(fā)達國家動態(tài)管控、精準調(diào)度相比，我國高速公路突發(fā)事件應急管理模式仍以靜態(tài)預案編制[6]為主，處置靈活性、管理精細度和專業(yè)化水平都有待進一步提升。目前道路突發(fā)交通事件整體處置流程大致可分為事件發(fā)生- 事件發(fā)現(xiàn)、事件發(fā)現(xiàn)-事件上報、事件上報- 事件處置和事件處置- 交通恢復四個階段[7]。其中，事件發(fā)生到事件發(fā)現(xiàn)階段主要以視頻監(jiān)控和人工巡查為主，以交通管理部門提示和司乘人員報警為輔，事件上報到事件處置階段主要依靠道路運管人員結(jié)合多年運營管理經(jīng)驗對事件影響程度和持續(xù)時間進行判斷，然后指揮調(diào)度事故現(xiàn)場附近救援資源進場施救。而事件上報到事件處置階段是影響突發(fā)事件處置效率的重要瓶頸之一，特別是在多起事件同時發(fā)生的情況下，資源有效匹配與精準調(diào)度不僅需要強大的后備救援資源支持，也需要專業(yè)的管理人員和決策機制對資源進行分配和調(diào)度。基于此，美國、歐洲、澳大利亞以及東南亞地區(qū)依靠汽車俱樂部對道路突發(fā)事件進行輔助應急救援，如美國汽車協(xié)會作為美國交通事故救援重要力量之一，以會員制的形式為會員提供出行、保險、汽車救援等服務，在信息共享與傳輸和資源調(diào)用方面較為先進，德國汽車俱樂部通過建設高質(zhì)量的救援網(wǎng)絡，同步提供空中救援、聯(lián)合通訊、汽車救援等服務，并對接專業(yè)救援資源、交通管制部門等，在救援與處置一體化管理方面專業(yè)化效能凸顯。

然而，與國外較為集中的管理方式相比較，目前我國高速公路突發(fā)事件救援體制較為松散，處置方案標準不一，處置過程精細化程度不高，道路管理信息化水平有待完善，預案管理場景化分割不具體，且存在對救援設備的研制和救援隊伍建設的重視程度不夠等現(xiàn)象，容易導致部分交通事件發(fā)現(xiàn)不及時、應急處置方案不靈活、處置方法不得當、資源調(diào)用不匹配，從而極易引發(fā)交通大面積堵塞，甚至導致二次事故誘發(fā)率顯著增加。此外，大量依靠道路運管人員多年累積的經(jīng)驗判斷，不僅費時費力，而且存在一定的風險，容易造成救援隊伍傷亡。

1.2 高速公路突發(fā)事件應急管理內(nèi)涵分析

突發(fā)事件應急管理機制，是指針對突發(fā)事件而建立的國家統(tǒng)一領(lǐng)導、綜合協(xié)調(diào)、分類管理、分級負責、屬地為主的應急管理體制，是一套集預防與應急準備、監(jiān)測與預警、應急處置與救援等于一體的應急體系和工作機制，它包括信息披露機制、應急決策機制、處理協(xié)調(diào)機制、善后處理機制等[8]。高速公路突發(fā)事件應急管理首要目標為高效處置突發(fā)事件，最大程度降低事故所造成的損失，同時兼顧維護道路交通暢通，具有較高的時效性、動態(tài)性要求。

傳統(tǒng)的高速公路突發(fā)事件處置流程側(cè)重應急預案的編制與執(zhí)行，工作重心和考核重點聚焦事件快速處置環(huán)節(jié)，但是長期受制于道路運行養(yǎng)護行業(yè)的信息化程度不高，管理精細度和業(yè)務顆粒度等管理、作業(yè)單元的劃分不明晰，缺乏對突發(fā)事件的主動發(fā)現(xiàn)[9，10]和及時預警的關(guān)注，在道路突發(fā)事件及時發(fā)現(xiàn)和主動預防方面手段單一，且存在薄弱環(huán)節(jié)。

鑒于國外高速公路應急管理較為成熟的管理流程和處置應對模式，以及我國各級政府企事業(yè)單位和行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵需求，本文結(jié)合G15（嘉瀏段）流量大、事故多、交織多、客貨比失衡、路況復雜等特點，以G15（嘉瀏段）改擴建一體化工程項目為主要依托，探索大流量、大交通、大物流屬性下的傳統(tǒng)高速公路突發(fā)交通事件應急管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案，嘗試同步解決飽和流量下突發(fā)事件頻發(fā)、主動發(fā)現(xiàn)及時性不足、應急響應與協(xié)同處置效率不高，及資源調(diào)度不匹配和資源分布不均衡的問題。

基于此，本文從管理流程優(yōu)化和監(jiān)測手段多元化智慧化、資源調(diào)度智能化等多角度多方位出發(fā)，建立了高速公路突發(fā)事件一網(wǎng)統(tǒng)管平臺，作為我國高速公路交通事件應急管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型的初步探索研究，見圖1。

圖1 新型高速公路突發(fā)交通事件處置節(jié)點流程

2 高速突發(fā)事件應急管理模式分析及其系統(tǒng)框架構(gòu)建

本文依托G15（嘉瀏段）改擴建并同步建設智慧高速工程項目，采用“事前預防- 事中管控- 事后分析”的分析框架，結(jié)合智慧高速數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)型要求，重塑智慧高速突發(fā)事件應急管理模式，設計智慧高速突發(fā)交通事件一網(wǎng)統(tǒng)管平臺（見圖2），從而實現(xiàn)傳統(tǒng)業(yè)務數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)型，即管理模式從“事后管理”向“事前監(jiān)控”轉(zhuǎn)型，從“問題解決”向“風險管控”轉(zhuǎn)型，從“被動處置”向“主動預警”轉(zhuǎn)型[11]。

圖2 高速公路突發(fā)交通事件一網(wǎng)統(tǒng)管平臺

高速公路突發(fā)交通事件一網(wǎng)通管平臺集成了交通態(tài)勢短時研判、交通事件自動發(fā)現(xiàn)、主動上報、智慧處置、救援資源智能調(diào)度與資源配置優(yōu)化多個子系統(tǒng)，其中各系統(tǒng)主要功能如下：

（1）全域全要素感知監(jiān)測系統(tǒng)主要通過攝像頭與雷達點云成像技術(shù)等實現(xiàn)交通事件自動判別分析與實時交通流參數(shù)（包括救援資源分布情況）捕捉與穩(wěn)定傳輸。

（2）交通態(tài)勢分析與短期預測系統(tǒng)結(jié)合歷史交通流信息和交通流實時參數(shù)對道路交通態(tài)勢進行短時預測，及交通事件影響程度、影響時間和影響范圍的評價。

（3）應急資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)運用運籌優(yōu)化、智能調(diào)度算法對當前事件所需資源和施救路徑、資源配備等進行優(yōu)化，實現(xiàn)突發(fā)事件與應急資源的最優(yōu)在線配置。

（4）車道級動態(tài)管控系統(tǒng)通過控制路側(cè)端的情報發(fā)布板和車道指示燈來進行車道級的限速、車道功能變換、行駛路線建議與出行規(guī)劃等。

（5）動態(tài)信息發(fā)布與在線預警管理系統(tǒng)除通過內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)進行突發(fā)事件處置全過程信息發(fā)布與路段預警外，還可通過云端流媒體平臺資源進行道路相關(guān)信息的精準伴隨式發(fā)布，具備人- 車- 路協(xié)同交互的功能。

3 高速突發(fā)事件應急管理模式體系構(gòu)建

3.1 全域全要素感知監(jiān)測系統(tǒng)

現(xiàn)階段高速公路突發(fā)事件的識別手段大多以道路監(jiān)控管理人員通過視頻監(jiān)控發(fā)現(xiàn)上報為主，存在較多的視覺盲區(qū)，但是完全依賴視頻識別、雷達監(jiān)測等自動化手段的事件檢測方式對大流量、場景復雜的路段存在較大困難，特別是受制于雨霧天氣影響，檢測設備的精度衰減較大，因此綜合考慮以上受限條件，采取人機結(jié)合模式，即通過機器自主檢測與人工核驗輔助判斷相結(jié)合的方式進行事件高效的判別。

全域全要素感知平臺集成了突發(fā)事件管理系統(tǒng)（包括突發(fā)事件識別模塊和突發(fā)事件定位模塊）、應急資源定位系統(tǒng)和交通流監(jiān)測系統(tǒng)。

3.1.1 突發(fā)事件上報管理系統(tǒng)

突發(fā)事件上報管理系統(tǒng)融合了視頻和雷達的自動檢測數(shù)據(jù)、道路監(jiān)管信息、第三方數(shù)據(jù)接入，實現(xiàn)全路段突發(fā)事件及時發(fā)現(xiàn)與快速響應。

道路運管人員通過中控室監(jiān)控視頻、日常道路巡檢、道路清掃保潔養(yǎng)護作業(yè)以及道路安保人員的布點監(jiān)控進行道路突發(fā)事件的實時監(jiān)控與上報，同時作為視覺補盲作用的自動檢測模塊通過毫米波雷達、激光雷達和監(jiān)控攝像等設備基于圖像識別、目標檢測等方式對突發(fā)事件信息（如事件類型、涉事車型、涉事車輛占道情況、事件位置等）進行提取、識別、上報等。

為了進一步優(yōu)化利用道路資源，充分調(diào)動和利用廣大交通參與人員的主觀能動性，鼓勵交通參與人員在有條件的情況下通過智慧高速突發(fā)事件管理平臺對外的突發(fā)事件一網(wǎng)通報接口實現(xiàn)一鍵報警，如導航軟件一鍵報警功能將涉事車輛位置信息實時推送至道路運管平臺。

針對“兩客一危”、大型運輸車輛等易發(fā)事故或事故影響較大的重點車輛，也可通過第三方數(shù)據(jù)接入模塊進行實時監(jiān)控，捕捉并分析其駕駛行為和車輛行駛軌跡，達到事故主動預警的目的。綜上，重構(gòu)后的高速公路突發(fā)事件上報流程見圖3。

圖3 突發(fā)事件上報管理系統(tǒng)業(yè)務流程

3.1.2 應急資源定位管理系統(tǒng)

為了更快速處置道路交通事故等突發(fā)事件，道路運管人員通常分析交通事故黑點，就近在道路兩側(cè)布設應急物資倉庫或者牽引處置車輛的停車待命點（見圖4），從而實現(xiàn)應急物資的就近調(diào)度，達到及時處置的目的。因此為了實現(xiàn)應急資源實時在線調(diào)度的需求，對應急物資的在線定位管理的必要性也就更為突出。

圖4 應急資源調(diào)度系統(tǒng)組成模塊

3.1.3 交通流監(jiān)測管理系統(tǒng)

高速公路作為一個復雜封閉系統(tǒng)，某一點或某一段存在道路突發(fā)事件對當前路段及所屬路網(wǎng)都會產(chǎn)生不同程度的影響，實時監(jiān)測事故發(fā)生前、中、后期的交通態(tài)勢的演化情況并對其影響程度、影響范圍、持續(xù)時間和下階段的道路通行狀況進行有效評估，可進一步為道路救援提供有效信息保障和處置預案設計優(yōu)化。

3.2 應急資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

根據(jù)突發(fā)事件管理系統(tǒng)上報的突發(fā)事件類型、涉事車型、發(fā)生位置、占用車道、天氣情況、路產(chǎn)損失情況和實時道路交通流（平均速度、斷面車流量、斷面不同車型占比、兩客一危等重點車輛路段通行情況）監(jiān)測數(shù)據(jù)及其演化趨勢預判，結(jié)合交通波傳導理論建立突發(fā)事件影響程度和傳導范圍的抽象預測模型，對突發(fā)事件進行分級分類管理，并進一步分析該突發(fā)事件對道路交通的影響程度和擁堵指數(shù)，以及誘發(fā)二次事故的類型與位置的可能性判斷，對當前道路突發(fā)事件持續(xù)時間、影響情況等進行持續(xù)風險預警和交通態(tài)勢短期預測。

道路突發(fā)事件的影響評估主要在數(shù)據(jù)融合層通過突發(fā)事件上報信息、實時交通流監(jiān)測數(shù)據(jù)和道路養(yǎng)護圍封作業(yè)情況等數(shù)據(jù)建立模型進行突發(fā)事件持續(xù)影響時間、持續(xù)影響范圍和誘發(fā)二次事故可能性的預判。

模型算法層主要通過結(jié)合當前道路施工、養(yǎng)護、保潔等作業(yè)計劃和實際執(zhí)行情況以及當前道路突發(fā)事件歷史處置數(shù)據(jù)特征庫、突發(fā)事件應急處置預案策略庫等，利用深度學習、運籌優(yōu)化等技術(shù)手段、方法理論，考慮最短路徑、最短時間、最佳路線等多目標處置要求，進行救援車輛車型的指派、車輛路徑的規(guī)劃調(diào)度和實時定位追蹤與檢測，實現(xiàn)道路突發(fā)事件快速響應與高效處置。

業(yè)務應用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)流、算法流與業(yè)務流的深度對接，突發(fā)事件處置一線作業(yè)人員使用應急資源優(yōu)化調(diào)度平臺配套APP 接收牽引任務指派，平臺實時采集突發(fā)事件處置任務接收、救援力量到達現(xiàn)場、突發(fā)事件處置完畢等各個不同處置時段的詳細信息，進一步對突發(fā)事件進行精細化管理。

3.3 車道動態(tài)管控系統(tǒng)

車道動態(tài)管控系統(tǒng)主要集成了車道級速度協(xié)調(diào)、車道開閉管控、應急車道臨時開放和匝道合流區(qū)管控等復雜場景交通疏導策略，其中車道級速度協(xié)調(diào)策略主要通過控制路側(cè)情報板、門架等梯級發(fā)布道路限速限流信息，例如在通行速度為100 km/h 的高速公路某處1# 車道發(fā)生交通事件，在距交通事件發(fā)生點位1 km 處顯示“前方發(fā)生事故，1# 車道圍封，其他車道車輛請注意避讓”，在距交通事件點發(fā)生點位3 km 處顯示“前方1# 車道發(fā)生事故，建議司乘人員換其他車道行駛”，同時其他車道進行平滑限速策略，在距事件發(fā)生點位5 km 處顯示“前方發(fā)生事故，建議降低速度或換道行駛”，如果此時突發(fā)事件造成了道路擁堵，可開放應急車道作為臨時通行車道使用。

使用交通流監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測路段交通態(tài)勢，通過車道速差、客貨比、車頭時距、“兩客一?！避囕v等監(jiān)測參數(shù)，分析道路擁堵指數(shù)及趨勢，結(jié)合路網(wǎng)級交通運行態(tài)勢分析情況和歷史交通流量，自動匹配預設的道路管控預案，由道路運行管理人員根據(jù)事件現(xiàn)場的實際發(fā)生情況對道路臨時交通組織預案進行二次核查與確認，從而達到配合應急資源優(yōu)化調(diào)度策略進行突發(fā)事件快速處置與交通管控的目的。

3.4 動態(tài)信息發(fā)布與在線預警管理系統(tǒng)

動態(tài)信息發(fā)布機制除控制路側(cè)情報板進行道路突發(fā)事件預警和突發(fā)事件處置情況持續(xù)通報外，還兼有道路管理方、司乘方、行業(yè)主管單位、交通管理部門、消防和醫(yī)療急救等單位的聯(lián)合通信和信息互通的功能，見圖5。

圖5 動態(tài)信息發(fā)布與在線預警平臺

動態(tài)信息發(fā)布機制可同步進行道路突發(fā)交通事件的多方通報和交通流分類引導與精準分流，特別是在發(fā)生重特大交通事故，且造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，有可能進一步導致交通擁堵，誘發(fā)二次事故的可能性陡增的情況下，啟用道路應急管理預案，通過動態(tài)信息發(fā)布平臺進行車道級動態(tài)信息發(fā)布，對當前道路通行車輛及時梯次預警，實時通報前方道路通行情況、車道開閉情況和突發(fā)事件基本信息及事件處置進程詳細信息，針對其他路段的車輛使用云端平臺進行道路突發(fā)事件通報，必要時提供建議規(guī)避路線，實現(xiàn)道路交通流量的合理分流和流量再平衡。

同時，通過信息發(fā)布平臺進行道路車輛分流后同步對車道誘導清空，為相關(guān)救援單位打通綠色通道，為救援車輛提供車道級路線規(guī)劃和救援設備需求建議，提高外部關(guān)聯(lián)急救資源救援響應時間，縮短資源到位的時間，力爭在黃金救援時間內(nèi)對傷者進行有效救助。

3.5 道路應急資源優(yōu)化配置管理系統(tǒng)

道路突發(fā)交通事件的主動感知、快速識別、多方通報、高效處置和資源優(yōu)化配置貫穿了道路突發(fā)交通事件處置的全流程，而為了實現(xiàn)突發(fā)事件的高效處置，在合適的地方配置匹配的資源的重要性越來越明顯，見圖6。

圖6 道路應急資源優(yōu)化配置平臺

通過分析路段交通事件常發(fā)路段、常發(fā)類型、常發(fā)時段和應急資源調(diào)用情況形成道路事故黑點分析框架及應急資源配置方案與管理辦法，充分建立資源調(diào)度與資源有效匹配的聯(lián)系，從而實現(xiàn)道路突發(fā)交通事件預判和應急救援資源前置。

4 結(jié) 語

本文通過多系統(tǒng)、跨部門協(xié)作，采用實時監(jiān)測與短時預測相結(jié)合，應急資源精確匹配和救援力量高效調(diào)度高度融合的方法，打破了突發(fā)事件救援各環(huán)節(jié)、部門信息孤島，同時充分發(fā)揮信息化、數(shù)字化系統(tǒng)的優(yōu)勢，讓所有的道路交通參與人員和救援力量都能夠?qū)崟r獲取道路交通事件處置全過程信息，并及時采取相應措施，而且也可進一步調(diào)動路網(wǎng)級應急資源進行道路車輛的分流與中短期流量再平衡，取得交通運行影響最低和交通事件處置最高效的平衡。

通過“事前”主動感知監(jiān)測，“事中”跨部門協(xié)作的高效處置和“事后”資源的優(yōu)化配置與資源協(xié)調(diào)統(tǒng)籌優(yōu)化，在以應急預案為主，靜態(tài)特征明顯的傳統(tǒng)管理模式基礎(chǔ)上增加動態(tài)化、數(shù)字化和智慧化的聯(lián)合精準管控手段，構(gòu)建了新型高速公路突發(fā)交通事件應急管理模式，并同步在G15（嘉瀏段）改擴建運行一體化工程施工過程中投入應用，截至目前G15（嘉瀏段）道路試驗段的突發(fā)交通事件救援響應與處置效率較歷史處置平均水平均有顯著提升。