“城市大脑”交通治理探索：特种车辆优先安全畅行服务

（杭州市公安局萧山区分局，浙江 杭州 311200）

人类的发展形成了以城市为主要形态的生活群落，给人们的生活、工作、学习等带来了极大的便利，但随着城市的不断变化与发展，逐渐出现了一些“城市病”。交通拥堵是当前城市的主要“病症”之一，并随着汽车工业的发展而不断加重。长期以来，交通拥堵作为城市发展的“顽症”，不仅极大地影响市民生活质量，而且也严重阻碍救护车等特种车辆的安全、畅通通行。如何保障特种车辆优先、安全、畅通地通行，为挽救生命争取更多的时间，成为困扰城市交通治理者的一大难题。本文针对当前救护车等特种车辆在现实交通环境中无法优先、安全、畅通通行的现状，依据“城市大脑”建设的探索实践，依托“城市大脑”的机器视觉、智能调控及在线引导等能力，利用机器学习、人工智能及大数据等技术，设计构建了一套集状态监测、路径计算、协同指控、即时引导、实时监视、预测预控的特种车辆优先通行服务保障系统。该系统通过应用测试，在大大提高特种车辆通行安全性的同时，可提升其50%的通行速度，最大可节约50%的通行时间，为救护车等特种车辆实时动态地开辟了安全绿色通道，极大地提高了交通治理者对特种车辆优先安全通行的服务保障能力，实现了优先通行的真优真先，具有很好的社会应用价值。

一、优先通行权的法律设置及现实困境

（一）优先通行的法律设置。自2011年5月1日起施行的《中华人民共和国道路交通安全法》第五十三条第一款规定：警车、消防车、救护车、工程救险车执行紧急任务时，可以使用警报器、标志灯具；在确保安全的前提下，不受行驶路线、行驶方向、行驶速度和信号灯的限制，其他车辆和行人应当让行。该法律条款从法律上赋予了救护车等特种车辆优先通行的权利，根据上述法律条款规定，警车、消防车、救护车、工程抢险车这些典型的特种车，执行紧急任务时，享有不受行驶路线、方向、速度和信号限制的最高绝对优先通行。由于特种车辆行使法律所赋予的优先通行权时，是在一个现实的交通环境中，其特权的享用必然会影响其他交通参与者的权益，因此法律同时明确规定，要在确保安全的前提下行使最高绝对优先通行权，即其他车辆和行人有可能让行的必须让行，但是在根本没有预见性和回避能力的情况下而无法让行时，特种车辆不得行使绝对优先通行权，否则如造成其他车辆和行人受损的应当承担相应的责任。法律对特种车辆道路通行权优先与限制的这种法律设置是道路通行权分配的必然结果。道路通行权优先能够体现特种车辆这类道路通行客体对通行权的现实要求，道路通行权限制是解决道路通行权冲突的必然要求，道路通行权优先与限制的制度安排，能够体现道路通行权主体的道路通行权益，能够维护社会、国家的通行利益。[1]

法律中所明确的享有最高优先通行权的是警车、消防车、救护车、工程救险车这些特种车辆，它们有个共同的特点是，都承担有社会的特殊职能。赋予这些车辆这种特殊通行权，是源于在社会运行的组织体系中，为抢救病人、火灾抢险、警情处置等关乎公民生命财产的特殊事务应急处置中，这些车辆都承担着抢险救灾、抢救生命的社会职能，需要快速通行，与时间赛跑，因此从法律上给予其明确的优先通行规定。该条款的设置，体现了生命至上的交通管理理念。但遗憾的是，法律上的美好构想在当前现实社会中却难以能够如其所愿地实现。

（二）优先通行的现实困境。在当前繁忙拥堵的现实交通环境状况下，特种车辆在利用优先通行权履行特殊使命时，存在安全“忧虑”和无奈的拥堵，依据法律保障享有的优先通行权，现实中难以得到有效实施。据杭州市萧山区某医院救护车司机倪某介绍，在他开救护车的十几年职业生涯里，在现实中很难行使该权利。一是道路拥堵，无法预知前方交通状况而进行合理的事前路径规划；二是在穿越红绿灯时，存在很大的危险性，原本想快一点，一旦发生事故，不但快不了，还可能更慢，且带来新的生命安全问题。因此，在目前的交通环境中，优先通行权基本不可用。司机倪某在实际工作中遇到的困惑，现实中其他地方也出现过类似的实际案例，印证了司机倪某所反映的问题。北京市在2012年年底发生过一起特殊的社会事件，一辆救护车恰逢交通高峰期转送病人去医院急救，结果导致原本10分钟不到就能到达的3公里路程，却花了40分钟才到达，患者最终因为时间的耽搁而不救身亡。[2]某地，2013年初夏某日晚6时15分许，救护中心司机王某及车上3名救护工作人员前往市郊去接一老年患者朱某。归来途中行驶至一处交叉路口时，正赶上红色信号灯亮起，为抢时间，司机王某边鸣救护警笛边强行闯红灯通行，结果与由南向北、绿灯正常通行的吴某某驾驶的马自达轿车相撞，吴某某的轿车左前部撞击救护车右侧后轮，导致救护车当即侧翻，救护车司机王某、3名救护的医务人员受伤，患者牛某当即身亡。[3]上述两个案例，非常典型地说明了特种车辆优先通行的客观需要和残酷现实之间的矛盾。

随着道路拥堵问题的增多，救护车被堵在路上导致患者无法得到及时救治的事件近年来已经屡见不鲜。为尽快抢救患者，救护车要求与时间赛跑，因而在尽快行驶的迫切要求下，救护车发生交通事故的事件也有所增加。据杭州市公安局萧山区交通警察大队交通事故数据统计显示，2017年度萧山区救护车交通事故为18起，其中穿越路口发生事故8起。可见在当前交通条件下，没有一定的保障措施，优先通行基本是名存实亡。没有得到有效安全保障的优先通行，优先通行权的行使反而可能适得其反。

二、安全畅通优先通行的创新实践

当前特种车辆优先通行虽然有法律上的保障，但现实的生命救护不仅需要有通行优先权的法律保障，更需要有通行的安全保障及通行的畅通保障，否则，法律上的保障只能是“画饼充饥”，并不能解决实际的“饥饿”。因此，优先通行在法律保障的基础上，当前迫切需要解决现实中特种车辆优先通行的安全问题和畅通问题，才能使特种车辆真正享有优先、畅通无忧地通行。

如何构建好救护车等特种车辆的绿色通道，各国各地交通管理部门都有一些积极的实践探索。如山东省青岛市交警支队通过加大智能交通建设、出台避让五项原则、实施小区交通微循环、利用互联网平台建立网上互动“绿色通道”等，不断创新城市交通应急管理工作。[4]美国在凤凰城推行了一套消防车辆交通信号应急控制系统，通过车载装置发射控制信号，对单个十字路口进行信号控制，消防车辆可全程绿色通行。[5]目前，国内外在构建特种车辆绿色畅行系统的主要思路是通过特种车辆主动控制前方单点路口红绿灯控制器，来满足特种车辆绿色通行的需要。该思路在一定的环境下能很好地满足特种车辆优先通行的需求，但当路网交通达到一定的繁忙度时，可用性就会大大下降，且会对正常通行带来较大的影响。本文构建的特种车辆优先通行服务保障系统是面向繁忙交通状况，通过协同路网交通流，结合路口红绿灯相位调控，从路段路口上全面保障特种车辆通行的畅通度和安全性。

（一）系统构成。要保障特种车辆真实有效的优先通行，在当前繁忙拥堵的现实交通状况下，需要实现交通状况的实时监测、交通流量的预测预控和实时的交通调度。为此，需要构建一套安全畅通的特种车辆优先通行服务保障系统（如图1所示）。

图1 特种车辆优先通行服务保障系统框图

该系统包括算法中心、特种车辆优先应用系统、信号控制系统及协同系统。其中特种车辆优先应用系统是调度中枢，算法中心是基础，协同系统是在线配合，信号控制是输出控制。

（二）子系统的主要功能。

1.调度中枢即特种车辆优先应用系统。该部分由信号优先通行、救援事件管理、车载视频跟踪、GPS、GIS、输入输出（I/O）等主要管理功能模块组成。

（1）救援事件管理模块主要接收并管理救援事件信息，救援事件根据紧急等级划分标定等级标签，对需要优先通行的紧急援助事件提起申请，绑定通行车辆，审核通过，输出优先许可指令、救援车辆编号、起止地址。

（2）信号优先通行管理模块主要管理优先通行会话事务，实现会话增删查改，在会话周期内串联各算法输入输出以及信号策略下发，在信号灯列表的最后一个信号优先控制指令实施完成，下达会话结束指令，恢复信号控制等。

（3）视频管理模块主要根据映射视频列表输出结果和救援车辆编号，把路径上的视频和救援车辆的车载视频进行调度和跟踪展示管理。

（4）GPS管理模块主要接受救援车辆编号后，实时订阅车辆的GPS数据，并行分发到其他管理模块和算法模型中。

（5）GIS管理模块主要配套展示起点位置、终点位置和规划的路径，车辆行驶动态轨迹，展示路径上可控可调度的信号灯、视频资源，以及路径周边的警力资源和交通事件情况。

（6）输入输出模块主要负责应用系统、算法中心、协同系统、信号终端控制间的参数输入输出及交换，包括当前定位、路径规划、信号灯点位、信号灯关系、ETA（预计到达时间）、即将到达信号灯路口的控制指令等，并统一输入输出格式。

2.算法中心。在特种车辆优先安全畅通通行的服务保障过程中，如何保障通行路段的畅通及交通路口的绿波是保障畅通和安全的两大关键问题，为此，专门设计了一套道路畅行算法，以满足全域路况及交通事件感知的需要，解决最佳路径计算、通行路口排空撤控、信号灯配时优化等多个关键问题。算法中心包含路况感知、事件感知、路网监测、路径规划、信号控制、路口等候、速度预估等基础算法模型。

（1）路况感知算法模型主要负责全面感知各路口、路段的交通状况，包括交通流量、车速，红绿灯状况等。

（2）事件感知算法模型利用区域内的视频监控设备，结合交通事件报警信息、微博微信交通事件数据，全域实时感知区域道路内的交通状况，包括交通违法事件、交通事故事件、交通秩序管制事件以及交通拥堵事件等。

（3）路网监测算法模型是在路况感知的基础上，结合路网信息，通过一定的计算，形成某区域整体交通状况监测图，实时掌握城市路网的运行情况，如拥堵路段、路口分布、畅通路口路段情况等。

（4）路径规划算法模型在接收到优先通行指令、救援车辆起始地址和目的端地址信息后，基于路网、路况、事件、路段的实时速度、路段的历史速度等数据，计算救援车辆到达目的地址的最短时间路径，生成规划路径，同步分发到平台管理模块和算法模型，同时通过平台I/O口输出到救援车辆终端设备。

（5）信号灯映射算法是将信号灯的点位投影到轨迹上，求解信号灯至轨迹的距离，如果距离小于阈值，就认为信号灯在轨迹上。视频监控映射算法把视频监控的点位投影到路径轨迹上，如果监控点位至轨迹的距离小于阈值，就认为在轨迹上。算法输出本次规划路径中需优化信号灯列表和配套视频监控列表。

（6）速度预估算法模型首先结合GPS序列抽取速度特征，包括最近速度、速度的分布（9分位、中位数）等，融合车辆速度信息、历史速度信息、实时速度信息预估最终的速度；本模块考虑了起停时间、路口排队车辆的疏散时间等。

ETA算法模型通过静态路网以及规划路径、当前定位信息，计算每个分段的距离、旅行时间，同时考虑需要疏散路口等待的车的提前时间以及在较低速时的启动时间损失（如图2所示）。

图2 速度和时间分配图

（7）信号控制算法。信号控制算法是支撑平台的最核心和基础算法。该算法结合路网结构、道路基础、道路环境及路段路口的基本交通流等信息，通过分析、计算、学习，输出路口信号自适应协调控制策略，实现信号的路段和区域的协调控制。在此基础上，信号优先控制是依据路径规划、信号灯映射、速度预估、ETA模型计算对下游信号灯进行特定控制，算法结果发送策略指令给信号控制模型，信号控制算法在接收优先指令后，对映射在规划路径的路口信号灯列表自动重组，形成新的协调控制信号列表，控制等级被动提升，根据预估模型提供的车辆最终速度，和ETA模型提供的疏散路口等待车辆提前时间和距离信号灯的距离、旅行时间信息，适时清空路口排队，适当牺牲横向通行利益，保障车队绿灯通行，直至收到优先会话结束指令。

对于轨迹上的信号灯，结合速度预估模型、ETA模型等预估到达每个信号灯的距离以及时间。同时，结合信号灯的上下游关系信息，计算每个信号灯的上游信号灯和下游信号灯，主要算法为找出上下游信号灯的角度与轨迹切线的最小夹角。

3.协同系统。在特种车辆安全畅通优先通行的服务保障过程中，协同系统的存在是满足特种车辆优先安全畅行服务的必然。特种车辆在享用法律所赋予的优先通行权时，是在一个现实的交通环境中，由于现实交通环境的复杂性及涉及因素的多样性，需要多信息支撑、多设备及多部门的协同配合，才能实现特种车辆优先安全畅通通行的目标，因此，协同系统在整个服务保障中发挥非常重要的作用。

协同系统根据实际服务保障业务的需要，在具有支持按车牌号注册、补充事件信息上报业务等系统基本事务管理功能的基础上，精准即时地实现元数据的采集，在接收救援许可指令后，同步启动订阅路径规划会话，并正确展示起点、终点及路径规划。在紧急救助通行过程中，围绕安全畅通的服务保障需求，实时提供救援车辆GPS定位系统、120指挥调度系统、车载终端通信系统、红绿灯相位控制系统等多系统多设备间的协同服务，从而完成整个特种车辆优先安全通行的服务保障。

（三）系统特点。该面向特种车辆安全畅通优先通行的服务保障系统在设计构建上有以下显著特点。

1.在线。要保障特种车辆安全畅通，首先要全面实时掌握交通状态，并能根据当时具体情况实现即时指挥调度，协同各交通要素，以保障特种车辆能行驶在畅通的道路上。因此，路况在线、特种车辆在线、红绿灯在线、路面状况及警力在线是本系统的显著特点之一。通过实现交通资源、交通参与者及交通状况的全在线，使系统具有保障特种车辆在现实交通环境中优先安全畅通通行的能力。

2.智能。通过在线资源，在实时掌握交通状况的基础上，系统通过设计的算法，自动规划好特种车辆的最佳通行路径，即时推送到特种车辆，同时该系统通过覆盖辖区的视频监控等，可以做到主动实时可视化监视交通路况，即时发现路况警情，并在第一时间规划好行车路线，通过全局的规划调度，实现信号控制与交通勤务的快速联动，这些都是系统依据一定的算法自动实现。此外，尽管城市交通系统复杂，交通状况变化无规律，该系统也可凭借强大的计算能力和先进的算法在出警过程中实时在线更新最佳路径，确保救护车等特种车辆以最快的速度赶至目的地，及时保障人民群众的生命财产安全。智能是该系统实现特种车辆在现实交通环境中优先安全畅通通行的关键。

3.协同。由于该系统所提供的服务功能，是跨系统、跨部门、跨时空的，系统在提供优先安全畅通通行服务中要涉及交通信号控制、特种车辆调度、最佳路径计算及相关职能部门的配合，因此，该服务保障系统的有效运行，需要有关部门间的协同、系统间的协同及路面警力的协同。系统通过业务链将这些分散相对独立的要素串联成一个整体，并通过系统的创新功能及业务机制实现协同运行。协同是该系统实现特种车辆在现实交通环境中优先安全畅通通行的重要保障。

（四）创新创优成效。为检验利用“城市大脑”探索城市交通治理理念和思路的正确性及路径模式的可行性，目前该系统已在萧山主城区66平方公里的范围内完成了部署，进行了试运行。在试运行过程中，组织了近百次的通行测试。为保证通行测试的有效性，测试方案以车辆通行的速度和时间为因变量，以同一车辆、同一驾驶员、相同天气情况、同一辅助设施、同一路径路程、相同时间段等测试环境及条件为自变量。在确保这些影响车辆通行的自变量保持相同的情况下，引入本系统通行保障这一自变量，通过本系统通行保障这一自变量是否启用，监测实际通行速度和时间这两个因变量的变化，来测试系统通行保障这一变量的实际效果（见表1）。从测试情况看，系统基本达到了预期目标。

1.保障了安全。系统通过预测预控，为特种车辆紧急救护出行提供了一路绿灯等安全的交通调度控制。多次选取从萧山区人民医院出发到不同救护地点和高平峰不同时间段，路径规划约需经过的15个红绿灯，通过预控规划路径上的路口红绿灯相位，在尽量降低扰民系数的情况下，保障救护车绿灯快速安全通过红绿灯，避免了为快速前行强闯红灯而带来的重大安全风险。

2.实现了畅行。在路段交通上，本系统不仅仅通过路口单点红绿灯控制来实现特种车辆的优先通行，而是在全面监测掌握路网交通状况的基础上，通过一定的模型算法，测算出最佳路径，并在行驶过程中通过预估模型及自适应协同策略，达到路径的最优选择、路段的最佳行驶和路口的最快通过。

3.提升了救护时效。经过近百次的通行测试，根据统计数据的对比分析，特种车辆在该系统的服务保障下，通过交通状况实时监测、畅通路径即时规划、优先通行实时引导、前行路口预测预控、相关实体实时通信，在保障了安全畅通的前提下，有效提升了通行速度，可节省50%以上的通行时间，极大地提升了应急事件处理的时效性。

表1 部分实测数据汇总表

三、结语

城市交通的优良不仅体现一个城市的交通治理水平，更是关系到每个城市居民的生活品质，改善城市交通状况，提高城市交通品质也是改善民生的重要内容，因此，在全面建成小康社会的进程中，可将其作为改善民生、提升人民健康生活保障的重要内容。但由于影响城市交通因素的复杂性和多样性，以往进行局部考量和单方面手段的采用都难以获得满意的效果。本文介绍的特种车辆优先通行服务保障系统，是在当今大数据时代，利用大数据技术，依托城市数据，基于现有的交通环境及设施，通过城市交通数据采集、交通状况分析，然后通过全路网交通模型及优化算法构建设计，进而实施自适应全路网智能交通调控的一种城市交通治理模式。这是一种基于现有交通资源提升交通效能的交通治理探索。通过这种探索实践，为未来城市交通的综合治理开拓了新模式。城市数据大脑用互联网的精神改变着各行各业，数据的在线共享、智能协同只是第一步，更广泛的交通应用和多元体系的连锁服务将是下一步探索的重点。