邢衡高速公路全程信息化综合管理平台创新

邢衡高速公路衡水段二期工程全长53.5公里，双向四车道，它是河北省“五纵六横七条线”高速公路网主骨架的重要补充。邢衡高速公路桥梁、涵洞、互通立交众多，其中桥梁与全路段占比达14.2%，邢衡高速公路实行全程监控，需要提供有效路段沿线机电设施、重要结构物、交通实时路况等实时高效、稳定、可靠的监控数据，加上多个科研成果的运用，因此对监控系统软件的建设提出了更高的要求。

交通流检测及分析

在研究车辆沿高速公路行驶时，需要研究高速公路车流与哪些因素有关，从而建立一个高速公路交通流模型，根据高速公路上车流的速度和单车道车流密度估算车流量。

针对路段上微波车检器分布的情况，将路段分为两种区段，有检测器（检测器设置的上下游各1km的范围）和无检测器（其他区段）区段，分别提供不同的判断方法（如图1所示）。

图1 有微波车检器路段交通流分析

有微波车检器区段

通过检测器获得的车辆平均速度计算。交通状态根据检测器数据统计周期，每五分钟更新一次。

输出结果对应的本段为检测器所检测方向的上下游各1km范围内，（建议采用如下灯色代表交通流状态：畅行为绿色、拥挤为黄色、拥堵为红色、异常为熄灯）

无微波车检器区段

由于实际路段中部分车辆检测器之间的距离较长，所以必须通过获得检测器之间车辆的平均运行速度的方法，判断此区段的交通流状态。同时，车辆检测器获得的车辆速度为点速度，不能采用同一车辆通过两检测器之间的时间差来判断车辆通过的平均速度。

尽管国内外已经开发了加州算法、McMaster等算法，但由于相应算法的使用需要在实践中标定相应参数，此部分工作需在有大量原始数据的基础上开展。在此仍可采用不同车辆通过相应收费站的平均时间（平均速度），判断车辆是否在区间运行时发生拥挤或拥堵。车辆正常运行时的平均速度通过收费系统分车型统计得出，但是使用此方法存在状态显示滞后的问题，滞后时间约为5分钟至10分钟。

对长间距无检测器的区段采用代表断面法，即通过在这一区段中的局部路段增设1组至3组检测器，并以此检测器判断的结果作为整个区段交通运行状态的数据，此方法属于抽样检测法。检测器一般设于该区段易发交通拥挤和交通事件的位置。交通状态判断算法仍可采用上述有检测器区段的算法。

车辆识别、跟踪和违章判断

图2 基于视频跟踪技术的车辆违章跟踪系统原理框图

基于摄像头视频的车辆违章监控系统，能够通过视频获取车辆的实时信息，运用数字图像处理技术检测、统计视频中的车辆，从而获取车辆相关交通参数，实现对交通流的实时监控。然而，数字图像处理技术的系统不能完全实现对车辆的追踪，对车辆整体运动信息的获取不够准确。可利用视频跟踪技术，实现对车辆的实时跟踪，完成对车辆的违章检测。

车辆违章跟踪系统主要基于视频跟踪技术与数字图像处理技术，顾名思义，是通过数字图像处理技术，结合路段上的各种车辆检测设备与摄像头跟踪车辆，其原理框图如图2所示。

在实际应用中，基于视频跟踪技术的车辆违章监控系统，相较于原来的车辆违章监控系统有很多优点，比如通过雷达车检器等检测设备和摄像头对运动车辆的跟踪，可以消除有色噪声信号对目标识别的干扰，在计算机屏幕上准确画出车辆运动的轨迹，并且可以准确地检测出车辆转弯的轨迹。在车辆跟踪系统中，可以根据实际场景，选择不同的跟踪方式。在高速公路上，主要的违章是超速行驶，通过视频跟踪结合区间测速的方式，可以更准确地检测车辆违章行为。基于视频跟踪技术的车辆违章跟踪系统可应用于车辆超速检测、车辆闯红灯检测、车辆违章转弯检测，使原系统的错误报警率从5%下降到1%，而且提高有效检测率。

图3 车辆自动识别与应用系统架构

交通流管制模型研究

车辆自动识别与应用系统按照架构来区分，可以分为4个层次：采集层、传输层、处理层、应用层（如图3所示）。

系统采集层通过车辆检测设备与摄像头共同完成数据采集与数据发送功能，通过雷达和摄像头可采集包括车辆号牌、时间、地点、车速、车流量等原始数据。系统传输层完成路边采集层设备与处理层之间的通信，将采集到的各种原始数据传输到系统数据处理层，满足数据处理层对各种数据的调用需求。系统处理层完成对各种原始数据的预处理、数据库存储管理，以及为满足后续应用所需的各种数据统计处理。系统应用层可完成针对不同需求的数据统计处理与人机交互功能，通过融合多种智能交通算法，可实现针对交通拥堵管理的决策支持功能。

交通流管理与决策是结合当前交通流路径分布信息、邻近路段交通流量信息，以及其他相关综合信息，并利用智能交通算法支持交通流管理。

通过对车检器、雷达、摄像头等路段设备的信息处理得到交通流路径分布信息，结合地理信息等基础信息数据，再经过系统对相关数据的处理，从时间和空间等角度分析交通拥堵产生的原因。结合路段相关综合信息的交通拥堵时空特性的分析，为科学制定交通管理决策方案提供了依据，也是生成交通管理策略方案库的基础。

针对邢衡高速公路的性质，产生拥堵主要是因为交通事故或路段养护导致的车道变窄等，系统预设了针对轻微交通事故、重大交通事故、道路维修养护等不同情况的交通拥堵处理预案。在拥堵发生时，系统通过结合智能交通算法对当前各种信息的统计分析，可为用户制定科学的拥堵处理预案。邢衡高速公路的管理者作为系统用户，可以通过人机界面对交通管理决策方案的制定与实施进行跟踪、调整。

邢衡高速公路全程信息化综合管理平台融合了多个科研创新研究成果，在现有高速公路综合监控系统的基础上，提出了路段的交通流检测与分析、车辆识别和违章判断、交通流管制模型等多项创新研究，通过对这些科研成果的融合，真正做到邢衡高速公路全程信息化综合管理，提升高速公路管理效率、确保行车安全，为交通事故的积极预防与事故发生后的快速联动处理，提供了可靠的保障。