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(yīng)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(yīng)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(shè)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(dǎo)則》，結(jié)合G15（嘉瀏段）前期調(diào)研成果和智慧高速總體建設(shè)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(yīng)急管理模式，并以此為依托同步開發(fā)軟件應(yīng)用平臺，實現(xiàn)高速公路突發(fā)事件主動感知、自動預(yù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)急管理模式的應(yīng)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(zé)道路交通事故的理論和應(yīng)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(shè)和跨部門協(xié)作研究[3]。

從2018 年我國正式組建應(yīng)急管理部作為我國有效應(yīng)對與處置突發(fā)應(yīng)急事件責(zé)任部門以來，現(xiàn)階段我國高速公路應(yīng)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(zhǔn)調(diào)度相比，我國高速公路突發(fā)事件應(yīng)急管理模式仍以靜態(tài)預(yù)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(fù)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(zhǔn)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?；诖耍绹?、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(yīng)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(wù)，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(shè)高質(zhì)量的救援網(wǎng)絡(luò)，同步提供空中救援、聯(lián)合通訊、汽車救援等服務(wù)，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(biāo)準(zhǔn)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(yù)案管理場景化分割不具體，且存在對救援設(shè)備的研制和救援隊伍建設(shè)的重視程度不夠等現(xiàn)象，容易導(dǎo)致部分交通事件發(fā)現(xiàn)不及時、應(yīng)急處置方案不靈活、處置方法不得當(dāng)、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(dǎo)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(fēng)險，容易造成救援隊伍傷亡。

1.2 高速公路突發(fā)事件應(yīng)急管理內(nèi)涵分析

突發(fā)事件應(yīng)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(dǎo)、綜合協(xié)調(diào)、分類管理、分級負責(zé)、屬地為主的應(yīng)急管理體制，是一套集預(yù)防與應(yīng)急準(zhǔn)備、監(jiān)測與預(yù)警、應(yīng)急處置與救援等于一體的應(yīng)急體系和工作機制，它包括信息披露機制、應(yīng)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(yīng)急管理首要目標(biāo)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(yīng)急預(yù)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(wù)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(yù)警的關(guān)注，在道路突發(fā)事件及時發(fā)現(xiàn)和主動預(yù)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(yīng)急管理較為成熟的管理流程和處置應(yīng)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(fù)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(yīng)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(yīng)急響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)智慧高速工程項目，采用“事前預(yù)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(yīng)急管理模式，設(shè)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(wù)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(fēng)險管控”轉(zhuǎn)型，從“被動處置”向“主動預(yù)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(yù)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(yù)測，及交通事件影響程度、影響時間和影響范圍的評價。

（3）應(yīng)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(dāng)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(yīng)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(yù)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(yù)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(zhǔn)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(yīng)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(fù)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(shè)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(yīng)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(yīng)。

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(shè)備基于圖像識別、目標(biāo)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(dǎo)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(yù)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(wù)流程

3.1.2 應(yīng)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(shè)應(yīng)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(yīng)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(yīng)急資源實時在線調(diào)度的需求，對應(yīng)急物資的在線定位管理的必要性也就更為突出。

圖4 應(yīng)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(fù)雜封閉系統(tǒng)，某一點或某一段存在道路突發(fā)事件對當(dāng)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(yù)案設(shè)計優(yōu)化。

3.2 應(yīng)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(yù)判，結(jié)合交通波傳導(dǎo)理論建立突發(fā)事件影響程度和傳導(dǎo)范圍的抽象預(yù)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(dāng)前道路突發(fā)事件持續(xù)時間、影響情況等進行持續(xù)風(fēng)險預(yù)警和交通態(tài)勢短期預(yù)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(yù)判。

模型算法層主要通過結(jié)合當(dāng)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(dāng)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(yīng)急處置預(yù)案策略庫等，利用深度學(xué)習(xí)、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(biāo)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(yīng)與高效處置。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)流、算法流與業(yè)務(wù)流的深度對接，突發(fā)事件處置一線作業(yè)人員使用應(yīng)急資源優(yōu)化調(diào)度平臺配套APP 接收牽引任務(wù)指派，平臺實時采集突發(fā)事件處置任務(wù)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(yīng)急車道臨時開放和匝道合流區(qū)管控等復(fù)雜場景交通疏導(dǎo)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(yīng)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(yù)設(shè)的道路管控預(yù)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(yù)案進行二次核查與確認，從而達到配合應(yīng)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(yù)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(yù)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(yù)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(dǎo)與精準(zhǔn)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(dǎo)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(yīng)急管理預(yù)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(dāng)前道路通行車輛及時梯次預(yù)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(dǎo)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(shè)備需求建議，提高外部關(guān)聯(lián)急救資源救援響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)急資源調(diào)用情況形成道路事故黑點分析框架及應(yīng)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(yù)判和應(yīng)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(yù)測相結(jié)合，應(yīng)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(yīng)措施，而且也可進一步調(diào)動路網(wǎng)級應(yīng)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(yīng)急預(yù)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(zhǔn)管控手段，構(gòu)建了新型高速公路突發(fā)交通事件應(yīng)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(yīng)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(yīng)與處置效率較歷史處置平均水平均有顯著提升。