高速公路上的恶劣天气管控系统应用研究＊

张 祥 曾祥凯 赵北辰

（1.公安部交通管理科学研究所，江苏 无锡 214151；2.公安部道路交通安全研究中心，北京 100062）

引言

雨、雾、雪等恶劣天气会导致能见度值下降，从而直接影响驾驶员的驾驶视线，导致驾驶员观察路面情况困难，无法及时准确地对前方交通情况作出判断；道路结冰、大风等恶劣天气则会对车辆的正常行驶造成阻碍，容易导致车辆打滑或偏离正常行驶路线。因此，恶劣天气会极大恶化高速公路的行驶条件。但是恶劣天气在高速公路道路安全管理中存在难以发现、及时处理的问题。

本文对恶劣天气的多种发现方式进行融合改进，提出一套恶劣天气管控系统的应用方案，介绍基于恶劣天气管控系统的检测恶劣天气、管控高速公路、解除高速管控的全过程。

一、传统的恶劣天气发现方法

在交警部门高速公路日常监管中，传统的恶劣天气的发现方法有以下两种：一是天气预报信息和实时气象数据；二是人工巡逻。因此，针对这两种方法，逐一说明其优缺点以及其难以推广的原因。

气象局发布的天气预报信息总体准确性较高，但是既不能精确到具体路段，也不能详细到具体时间，无法作为交通管控手段的可靠指导来源。而高速公路路段附近的气象设备实时采集的气象数据较为准确，又能精确到具体测量位置的经纬度，可以将测量信息叠加到地图上，理论上气象设备保证一定覆盖率后，能实现各路段的气象信息汇总，从而指导交通管控手段。但是考虑到气象设备供电难、网络不稳定等因素的影响，气象设备的离线率通常在50%以上，由于其处于高速公路附近这种特殊的地理位置上，气象设备难以得到及时维护，无法在实际应用过程中稳定使用，只能作为判断恶劣天气的补充信息。

由于天气预报的不精确性和实时气象数据的不稳定性，人工巡逻才是目前交警发现恶劣天气并采取管控手段的首要信息来源。人工巡逻分为两种，一是人工视频巡逻；二是交警实地巡逻。人工视频巡逻即人工点播辖区内摄像机，并通过直接观察摄像机图像对是否存在恶劣天气进行确认；交警实地巡逻则指在高速公路上巡逻时进行观察，一旦遇到恶劣天气就可以立即进行现场管控。但是以上两种手段普遍存在浪费警力、覆盖面小、时效性低等问题，极有可能出现恶劣天气已经发展到相当规模后，交警部门才能采取有效管控措施的现象。

二、改进的恶劣天气发现方法

本文中提出一种融合气象设备、摄像机、测速设备等多种设备的恶劣天气预警方法，能够实现对气象信息的综合判断，降低恶劣天气预警错误率，提升恶劣天气检出率等目标，能为公安交通管理部门实施恶劣天气时的道路管控措施提供有效依据和技术保障。具体技术算法流程如图1所示。

图1 恶劣天气发现方法算法流程

步骤1：记录辖区内气象设备采集的气象数据，包含经纬度、能见度、相对湿度、温度、风速等数据，生成气象数据集。

步骤2：对辖区内摄像机进行定时截图，包含摄像机经纬度、摄像机图像等数据，生成辖区内摄像机图像数据集，

步骤3：对辖区内摄像机图像数据集的新添加图像进行恶劣天气识别算法分析，分析图像是否包含低能见度、道路结冰、强降水、路面湿滑等恶劣天气。

步骤4：记录辖区内测速设备采集的过车车速，包含车牌号码、车速等数据，生成过车车速数据集，并计算一定时间内的平均车速。

步骤5：将步骤1、3、4中得到的信息进行多源数据分析。

步骤6：如果气象设备检测到能见度值低于500米、气温低于0℃、强降雨等气象因素，则生成恶劣天气预警，并将该气象设备所在路段的恶劣天气状态连同气象数据与附近1000m内摄像机的最近半小时内的截图一同转给人工确认。

步骤7：如果气象设备因网络、停电等因素无数据写入数据库，且摄像机截图被恶劣天气识别算法认为是存在低能见度、路面湿滑等恶劣天气嫌疑，将生成恶劣天气预警，并同时把该摄像机及其附近摄像机的最近半小时内的截图一同转给人工确认。

三、恶劣天气管控系统设计

依托公安部交通管理科学研究所现有的互联网和公安网资源，实现气象信息和交通管制信息在互联网和公安网之间的共享交换。实现公安交通集成指挥平台内外网数据交换平台与地方视频专网内的恶劣天气管控系统进行数据对接，由恶劣天气管控系统[1]实施速度管控、诱导提示及汇流警示，集成指挥平台接收恶劣天气管控系统抓拍的过车和超速违法信息。

恶劣天气管控系统分为数据层、服务层、应用层、管控层，共4层网络结构。

1.数据层。包括高速公路监控视频、气象设备提供的气象数据[2]、高速公路主线测速设备提供的车辆平均速度数据等（卡口、雷达测速）等[3]。

2.服务层。为应用层提供服务，包括恶劣天气识别算法分析服务、恶劣天气多源数据分析服务等。

3.应用层。在公安交通集成指挥平台中配置应急管控设备备案和视频识别任务，实现恶劣天气预警监控和恶劣天气管控功能。

4.管控层。通过恶劣天气管控系统在高速公路路面实现管控，主要包括LED屏显示提醒、车速车距提示、超速违法抓拍、车辆诱导灯诱导以及车流汇入警示等。

恶劣天气管控系统的业务处置流程主要分为恶劣天气警情生成和警情指挥调度两大部分，具体业务处置流程图如图2所示。

图2 恶劣天气管控系统业务处置流程

第一，恶劣天气警情生成已在前文第三章中说明，此处不再赘述。

第二，公安交通集成指挥平台根据恶劣天气警情的级别自动匹配管制预案，经人工研判后指挥调度各岗位开展恶劣天气警情处置工作，主要分为系统应急管控、警情信息报送和管制措施实施三部分。

生成交通管控预案并下发至恶劣天气管控系统，根据预案选择执行开启路边诱导灯、可变限速提示与抓拍、车距提示和车辆汇入警示等。

按“公安交通指挥中心道路交通应急信息报送处置规程”要求实现警情信息的报送处置，根据警情影响范围和持续时间判断警情等级，按报送处置程序进行信息初报、续报和终报等。

根据恶劣天气管控系统中接收到的警情详情，启动符合预案规定的相应等级的交通管制，包括控制驶入、交通组织、封闭道路、加强巡查以及解除管制等。管制措施实施时须定期查看恶劣天气管控系统中的数据变化，及时调整管控的路段和管控等级。

结语

本文设计了一种融合多源数据的恶劣天气发现方法，在完全利用现有设备、不用额外进行投入的前提下，实现了恶劣天气的智能化发现、智能化提醒、智能化管控，能切实解决交警部门在恶劣天气及时发现、及时管控上的业务痛点。然而还存在部分缺点，一是仍未能形成恶劣天气的预测，只是在及时发现上进行了突破；二是在黑暗环境中摄像机无法进行有效利用。这部分改进工作仍需要进行大量的研究，并在实践中不断改进。