高速公路出入口危险行车事件监控与预警研究

赵 鑫

（山西省交通信息通信公司，山西 太原 030006）

0 引言

我国经济正处于迅猛发展的阶段，高速公路总里程在不断的增加，高速公路上发生的交通事故所导致的意外死亡比例每年也在不断地攀升[1]。高速公路出入口是事故高发地段，据某市统计资料显示，在出入口发生的事故占高速公路总事故比例的三成，出入口区域的危险行车行为极易导致事故的发生。在道路交通安全理论研究中，交通事故的预防是十分重要的一个部分，只有从交通事故发生的根本原因入手，分析初期发生机理与防控机制的源头，总结出预防交通事故发生的理论与技术措施，才能真正意义上做到减少高速公路上交通意外的发生，降低人员伤亡以及财产损失。

1 监控与预警系统介绍

我国目前的高速公路视频检测系统大部分都通过人工对目标车辆的行车行为进行基本判断，存在着很大的缺陷。首先人为对安全事故进行判断反应相对较慢，而且工作强度较大，需要投入较高的人力成本。在发生安全事故之后，很难及时采取合理的监控措施，在安全事故发生时也很难进行安全预警与交通执法控制。鉴于此，推出一套全新的高速公路危险行车事件监控与预警系统很有必要。

高速公路危险行车事件监控与预警系统中包含安全事故检测器、信息发布控制机、无线信息发布系统、远程传话以及报警装置等。此系统同时具有对危险行车事件进行监控、存储与判断、自动生成预警预案备案、无线远程控制通信、实时预警信息显示等功能[2]，能对高速公路上交通安全事故发生的整个过程进行监控，让事故发现、实时监控等一系列工作有机合理地开展，对交通事故的发生能起到较强的预防作用，并且还能从实际上降低危险行车事件的产生，从而保证车辆在高速公路上的高速、安全行驶。

1.1 对危险行车事件的检测

危险行车事件自动检测主要由动态目标的检测与跟踪、数据资料实时保存这两个部分组成。动态目标检测与跟踪主要分为三个步骤：图像预处理、目标检测、目标跟踪。使用的是以背景减法为基础的目标检测和在一定区域内对多个目标进行识别的检测技术与跟踪模式。其中背景图像的形成模式为高斯混合模型。对于数据资料的存贮需要包括每辆车运动的过程空间以及时间信息。要实现交叉口的交通情况重现就需要对系统所记录的实时数据加以后期制作，对每辆车的速度、加速度、行车轨迹进行详细了解并且与动态目标的检测数据信息相结合。当车辆的行车速度、加速度等数值不在系统设定的标准范围内，系统会对车辆在高速公路上一系列的危险行车事件例如停车、倒车、低速、超速行驶进行自动检测，并且将检测的结果以二进制代码的形式传送到信息发布控制机上，进而信息发布控制机能够自动形成警报信息，触发报警系统并采取监管手段。

1.2 预警信息实时发布

当检测系统监控到严重的危险行车事件时，系统的操作人员将会抽调出事件的存贮视频来判断其属于何种事件类型，并且决定是否对此事件发布预警信息。当处于肯定的状态时，则是通过通讯运营商的网络远程无线发布警报信息，并且显示在高速公路监控区的可变信息板上。信息板上的内容可以发布事件涉及的车辆与管制措施等各种信息，进而对在高速公路危险行车车辆进行预警并且对后续车辆进行实时监管。

1.3 紧急事件远程执法

一旦对高速公路上安全事故的发生进行了确认，系统操作监控人员就能够通过无线装置与现场的违章车辆进行对话执法，能及时处理安全事故，缩短事件消散时间，有利于高速公路上车辆的畅通行驶，并大大提高突发交通事故处理效率，有效地保证了高速公路在发生事故后最短时间内恢复畅通。

1.4 系统结构示意图

高速公路危险行车事件监控与预警系统的主要优势就是针对高速公路上的出现频率最高的、危害最大的、情况最为严重的、最易导致交通事故的危险行车行为进行实时的检测监控与预警。针对不同的危险行车行为自动发布预警方案。并且预警信息的发布和交通执法都是通过远程无线系统进行控制的。系统结构示意图见图1。

图1 系统结构示意图

2 实例分析

以某个高速公路出口区域为对象，进行实例研究分析。主要对车辆违法变道与违法停车进行实时监控与预警。使用改良型的安全金字塔来进行危险行车事件风险分析，并且引入行车延误以及消散时间为数据指标，来对此系统的检测与监管效果进行立体评价。

2.1 交通风险评估模式

交通冲突的概念于1977年第一次出现，并且随之出现了安全金字塔体系，初步建立了关系模型。在此之后，Svensson对此安全金字塔体系进行了改良，建立了交通冲突行为危险性的量化模式。通过大量数据得出，冲突值与风险成正比，与冲突时间成反比。

2.2 实验区域简介

通过图2a）可以详细看出实验区域的现场环境，交通路段较为复杂。从图2b）可以看出，其箭头所指位置需要提前变换车道，而不是临时性的违章变道。但在实际行车当中，违章违法变道的现象十分普遍，在图2a）中所示的交通事故突发高峰点主要是集中在a、b两个地方。

在这个出口区域时常发生车辆违法停车事件，主要是因为对行车方向的判断失误或者没有产生判断，从而导致车辆减速。减速后主要停车位是图2a）的①、②、③号位，在这三个位置上进行方向再判断，进而驶入出口匝道或继续行驶，违法停车点主要是集中在c、d、e、f、g这五个位置上。

图2 实验区域示意图

2.3 系统检测情况

对该出口进行视频监控，一共记录了54起违章停车事件，主要发生在①～③号位置上。其中违章停车32起，违章停车并且倒车22起。在位置①发生的危险事件30起，位置②14起，平均违章停车时间达105s。违章车辆平均的冲突速度为75km／h，平均冲突时间为6s，平均每辆违章车辆的交通冲突风险值为12，每起违章停车事件平均对1.6辆车造成影响。

将监控与预警违法变道停车的监控观测时间定在晚高峰，以小时为单位，在出口区域记录了40起违法变道停车危险行为，平均冲突速度为72km／h，平均冲突时间为4s，平均每一起违法变换车道的风险值为18。

2.4 监控与预警系统的应用与评价

对此出口区域进行监控与预警的系统设备（见图3）通过可变信息提示板可以发布提示信息，对驶入的车辆进行前方出口匝道的变向提示，从而可使驾驶员做好提前变道准备，减少前方交叉路口紧急变道的频率，进而降低交通冲突次数[3]。当系统所监管与预警的区域内发生违章停车变道事件时，系统能够进行自动检测并且提出预警，系统操作人员在确认危险行为出现后将信息发送至信息公布版，对后方车辆进行提醒，可显示：“前方车辆违章停车，请小心驾驶，减速慢行！ ”。与此同时，系统操作人员还能够通过无线装置向违章车辆喊话，充分实施远程执法监控，使得违章停车变道事件的影响降到最低，保证高速公路的畅通行驶。

图3 出口区监控与预警系统设置平面布置图

3 结语

道路交通的安全形势逐渐受到一系列交通安全事故的挑战，高速公路危险行车事件监控与预警系统就是在这严峻的交通环境下应运而生的，是一种结合了计算机技术与机械技术的高科技产物，能够大幅提高对高速公路上违法行为的监控与执法效率。随着交通冲突技术的不断发展，交通冲突量化的形式也愈加明显，道路交通安全分析从人工化向智能自动化转变是其发展的必然趋势。

[1]公安部交通管理局.中华人民共和国道路交通事故统计年报（2010）[R].北京：公安部交通管理局，2011.

[2]张殿业，金键，郭孜政.道路交通事故预防研究体系探讨[J].中国安全科学学报，2007，（7）：132-138.

[3]张苏.中国交通冲突技术研究与分析[M].成都：西南交通大学出版社，2011.