重大公路交通基础设施运行安全控制方法

专利名称：重大公路交通基础设施运行安全控制方法
技术领域：
本发明涉及现代交通技术领域，特别是涉及一种重大公路交通基础设施运行安全
控制方法。
背景技术：
(1)静态安全管理系统良好的道路交通安全状况是道路设计者、使用者、管理者 在内的社会各方互相协调、相互影响、共同努力的结果，预防交通事故是全社会的共同责 任。世界各国尤其是发达国家都对事故预防及对策倾注了大量人力、物力和财力，欧美各国 从20世纪60年代起开始实行了综合治理交通和减少交通事故的措施，政府通过法制、法规 和行政指导来引导道路安全管理活动的走向，使其走上统一、协调、系统的轨道。美国联邦 公路局(Federal Highway Administration)建立的道路安全管理系统主要包括以下内容 建立系统的、综合的道路安全管理方法；鉴别和研究危险或具有潜在危险的道路位置和道 路特征，并提出建议措施；保证在道路建设计划和项目中尽早地考虑安全问题；在道路规 划、设计、建设和运营过程中考虑道路特殊用户的安全要求；道路安全设施和道路基础设施 的日常养护和定期改善等。在交通事故管理方面，美国建立了一个基于GIS的公路安全信 息系统HSIS (Highway Safety Information Systems) ， HSIS的数据包括交通警察报告的事 故数据、道路信息数据、运营数据等，运用这些数据可以研究道路本身和路侧安全状况。
目前国内对道路的安全管理大多以事故资料为基础，但目前事故数据的统计尚不 完善，在我国尚未建立适用于道路安全研究的数据库，为保证安全评价的可信度，事故数据 的数量和质量都有待提高。同时缺乏从道路交通特征等多角度综合评价的技术，忽视潜在 安全隐患的识别，缺乏安全管理的长期战略规划和阶段目标的制定，不利于实现资源的优 化配置。(2)运行安全性评价指标重大公路设施出入口的安全分析是道路交通安全研究 的一个重要内容。国内外对公路出入口区域的研究主要用于分析出入口的通行能力和服务 水平，在此基础上提出交通控制方法，涉及到安全分析方面的研究较少。美国2000版《美国 道路通行能力手册》(HCM)以服务水平为基础，从宏观的角度给出了不同服务水平，出入口 匝道的通行能力，并对高速公路出入口交织段的通行能力进行了研究。
由于借助出入口交通事故统计资料以用于评价道路安全性能的方法，存在着"小 样本、长周期、大区域、低信度"等缺陷。由于缺乏足够、可靠的事故数据阻碍了该分析方法 的进一步深入。同时它还只是一种事后的评价方法，并不能预知潜在的危险，更不能用于实 时的出入口控制，对事故的成因也只能做定性分析，缺乏定量的描述。 (3)运行车速控制标准天气条件与交通事故有着密切的联系。车辆与路面之间 的摩擦系数、空气的能见度、汽车的受力状态和驾驶员的心理等都会随着不同的天气条件 而变化。国内外因大雾、冰雪和暴雨等灾害性天气引起的交通事故往往造成严重后果。因 此，在车辆性能和路况逐步提高的同时，研究灾害性天气条件下车辆运行速度控制标准，对 减轻灾害天气条件对交通安全的不利影响具有重要意义。澳大利亚研究指出雾天事故高发 的原因主要是车速过高和速度差异引起的车辆间干扰增加。澳大利亚、芬兰、瑞典、德国和美国的科罗拉多、明尼苏达和密西根等州现行的大部分可变限速标志在灾害性天气下都简
单地以速度值的85%或是平均行驶速度作为控制车速。美国的亚利桑那州使用模糊控制规
则来计算适宜于某一时间某一地点天气条件和道路表面情况的安全运行车速。 国内外对于灾害性天气下公路各个路段的交通流特征研究、雾的生成和消散规
律、灾害性天气对驾驶员的视认性及驾驶行为的影响等方面涉及很少，而这些因素对于安
全运行车速的制定有着直接的联系。 (4)信息发布技术信息发布是重大公路交通基础设施运行管理的基础。国内外 很多高速公路都将信息系统的功能直接并入监控系统、诱导系统、事件管理系统中，将信息 系统作为其中的一个模块，来实现高速公路的监控、诱导、事件管理等功能。目前国内外与 此相近的研究内容主要有高速公路监控系统研究、车辆诱导系统研究、高速公路事件检测 与管理系统研究。 目前美国各地广泛布置了区域性的多方式出行者信息系统(MultimodalTraveler Information System)，可以提供实时的交通信息，而且Internet上的交通信息资源在美国 已十分丰富。虽然现有高速公路都有较为完备与先进的监控系统、管理系统、救援系统、信 息系统、决策系统，但是各条高速公路之间的信息与资源并没有共享，仍然处于各自为战的 状态，没有形成一个协调的整体。当有自然灾害、交通事故等突发事件发生时，对运营安全 的影响往往从点扩展到面，波及临近的高速公路，进而影响到整个路网的运输效率和营运 安全，严重的导致大面积路网拥堵甚至瘫痪。

发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种 重大公路交通基础设施运行安全控制方法。 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现重大公路交通基础设施运行安全控 制方法，其特征在于，包括以下步骤 构建重大公路交通基础设施运行安全控制系统，该系统包括数据采集与处理模
块、静态公路运营安全控制评价模型、运行安全预测模型、对应不同状态路段的典型对策库
模块、运营安全控制标准模块以及决策模型； 建立出入口区域行车风险指数微观模型； 建立不同天气条件下的运行车速控制标准； 建立信息发布标准。 所述的出入口区域行车风险指数微观模型包括跟驰风险指数模型、变换车道风险 指数模型以及超速风险指数模型，所述的出入口区域行车风险指数微观模型首先通过图象 处理方法获取出入口区域多车辆的实时空间位置数据和车速数据，并对数据进行分析处 理，获取易用于实时测定的道路交通资料数据，以便用于出入口的安全分析；然后在公路出 入口区域的行车风险微观判断指标基础上，通过大样本的观测，得到出入口行车风险水平， 使之同交通流量，车速等参数建立关联；最后建立高速公路出入口区域行车风险计算流程， 以平均行车风险水平为判断依据来评价出入口的行车安全状况。 所述的跟驰风险指数模型根据跟驰过程中前后车辆的车速和相对位置，检测跟驰 车辆的风险。
所述的变换车道风险指数模型根据合流车辆在汇入主线外侧车道时，目标车道上 提供的车头间距的情况检测合流行为的风险。 所述的超速风险指数模型根据分流车辆驶离高速公路并在减速车道上行驶时，车
辆的车速变化情况，结合出口匝道几何设计标准，检测分流超速行驶的风险。 所述的建立不同天气条件下的运行车速控制标准进一步包括在国内外公路灾害
性天气与道路安全性分析的基础上，确定影响交通安全的灾害性天气类型、参数以及发生
频率，对灾害性天气下的道路交通环境进行检测，包括标志标线的可视性和可读性、路面的
抗滑性能以及道路用户在灾害性天气下交通行为和心理的变化；结合道路设施具体路段的
交通流特点，建立各类灾害性天气不同强度下的安全行驶车速模型，并检测其通行能力，提
出不同天气条件下的运行车速控制标准。 所述的建立信息发布标准基于路网运营安全影响因素检测，其进一步包括
对影响因素进行分类； 通过数据融合技术以及数据预处理技术，根据各种影响因素建立路网实时风险性 评价模型； 根据路网评价和事件检测的结果，建立信息发布系统，形成信息发布标准。
与现有技术相比，本发明具有如下优点 (1)本发明构建的静态公路运营安全管理系统，基本实现了系统在公路运营安全 管理中的决策支持功能。该系统的应用将使公路运营安全管理水平提上一个新的台阶；
(2)本发明在研究道路状况和交通特征对出入口区域的车辆行驶特征的影响基础 上，微观的分析出入口区域的事故风险或事故成因，收集易获取的道路交通信息，通过宏观 的模型来评价出入口区域的安全性，达到对出入口区域进行交通控制和管理的目的，可以 克服以往完全依靠事故资料的安全评价方法的不足，对提高高速公路出入口区域的安全性 能； (3)本发明根据不同的灾害性天气类型和强度，制定相应的车速控制标准，可减少
由灾害天气引起的事故数量并降低其严重程度，保证公路用户的生命和财产安全，为建立
重大公路交通基础设施灾害天气事故预防管理系统提供基础资料和科学依据； (4)服务于运营安全的路网信息发布技术可以为驾驶员和交通管理人员及时提供
准确的道路、交通、气象、突发事件、安全信息，使车辆避开拥挤，大幅度减少碰撞和交通事
故的数量与严重程度；能对车辆进行合理的疏导和调度，减少交通延误和堵塞，从而改善路
网的机动性、便利性和舒适性；能提供各种交通信息，使车辆合理选择行车路线，避开拥挤，
减少了交通延误、堵塞和事故，从而可大幅度地提高路网的通行能力，使路网畅通，降低能
源消耗，减少排放量，改善环境污染，提高汽车运输生产率和经济效益。


图l为本发明的原理图； 图2为本发明的出入口区域行车风险指数微观模型的原理图；
图3为本发明的运行车速控制标准技术流程图；
图4为本发明的信息发布技术流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1 4所示，重大公路交通基础设施运行安全控制方法，包括以下步骤 构建重大公路交通基础设施运行安全控制系统，该系统包括数据采集与处理模
块、静态公路运营安全控制评价模型、运行安全预测模型、对应不同状态路段的典型对策库
模块、运营安全控制标准模块以及决策模型； 建立出入口区域行车风险指数微观模型； 建立不同天气条件下的运行车速控制标准； 建立信息发布标准。 所述的出入口区域行车风险指数微观模型包括跟驰风险指数模型、变换车道风险 指数模型以及超速风险指数模型，所述的出入口区域行车风险指数微观模型首先通过图象 处理方法获取出入口区域多车辆的实时空间位置数据和车速数据，并对数据进行分析处 理，获取易用于实时测定的道路交通资料数据，以便用于出入口的安全分析；然后在公路出 入口区域的行车风险微观判断指标基础上，通过大样本的观测，得到出入口行车风险水平， 使之同交通流量，车速等参数建立关联；最后建立高速公路出入口区域行车风险计算流程， 以平均行车风险水平为判断依据来评价出入口的行车安全状况；所述的跟驰风险指数模型
根据跟驰过程中前后车辆的车速和相对位置，检测跟驰车辆的风险；所述的变换车道风险 指数模型根据合流车辆在汇入主线外侧车道时，目标车道上提供的车头间距的情况检测合 流行为的风险；所述的超速风险指数模型根据分流车辆驶离高速公路并在减速车道上行驶 时，车辆的车速变化情况，结合出口匝道几何设计标准，检测分流超速行驶的风险；所述的 建立不同天气条件下的运行车速控制标准进一步包括在国内外公路灾害性天气与道路安 全性分析的基础上，确定影响交通安全的灾害性天气类型、参数以及发生频率，对灾害性天 气下的道路交通环境进行检测，包括标志标线的可视性和可读性、路面的抗滑性能以及道 路用户在灾害性天气下交通行为和心理的变化；结合道路设施具体路段的交通流特点，建 立各类灾害性天气不同强度下的安全行驶车速模型，并检测其通行能力，提出不同天气条 件下的运行车速控制标准；所述的建立信息发布标准基于路网运营安全影响因素检测，其 进一步包括对影响因素进行分类；通过数据融合技术以及数据预处理技术，根据各种影 响因素建立路网实时风险性评价模型；根据路网评价和事件检测的结果，建立信息发布系 统，形成信息发布标准。 本发明从静态管理的角度出发，提出建立事件下重大公路交通基础设施运行安全 管理系统及策略，基本流程分为三大部分 (1)在国内外道路安全管理相关研究的基础上，结合我国的道路交通管理实际情
况，综合考虑技术、经济和社会的因素，进行适合于我国国情的静态公路运营安全管理系统
的总体设计。借鉴国内外公路安全评价方法和预测方法的研究成果，运用管理学和数学相
关理论，研究静态公路运营安全管理系统的核心技术，即公路运营安全评价、预测以及决策
技术，本发明成果将为公路安全管理的系统化、规范化提供理论依据和技术支持。
(2)从车辆的驾驶行为出发，分析高速公路出入口区域的车辆运行特征，包括入口
合流区域汇流车辆从加速车道合流到主线的行为，合流对主线车道车辆行车的干扰，车辆
分流对主线行车的影响，以及分流车辆驶离主线后车速和运行轨迹的变化；引入出、入口区
6域行车风险的概念，从经典的跟驰模型和变换车道模型出发，建立出、入口区域行车风险指 数微观模型，用于评判单起交通行为或车辆之间的行车风险。通过计算机的图像识别功能， 对录像资料中的图像进行分析，得到研究区域的交通流基本参数，借助这些参数，对模型中 提出的风险指数进行计算，分析风险指数同车辆的车速、车速差，车辆的相对距离等因素之 间的关系。对宏观模型的输出结果进行分级，描述出入口区域不同的安全水平，并提出基于 行车风险的出入口的建议控制方法。 (3)对国内外公路灾害性天气与道路安全性进行研究，包括不同灾害性天气条件 下的交通流分析、通行能力计算、交通安全控制与管理对策等。进行公路事故与气象参数 关系分析、灾害性天气下事故黑点确定，研究灾害性天气下的道路交通环境，包括标志标线 的可视性和可读性、路面的抗滑性能以及道路用户在灾害性天气下交通行为和心理的变化 等。结合公路具体路段的交通流特点，建立各类灾害性天气不同强度下的安全行驶车速模 型，提出运行车速控制标准。
(4)分析安全管理信息发布的需求与现有的信息发布技术，提出信息发布的方法 与标准。对目前技术比较成熟的VMS进行研究，包括布设、设计、认知性、信息发布内容、发 布范围等，根据路网评价和事件检测的结果，对信息发布系统进行研究，形成重大公路交通 基础设施安全运行信息发布标准。
实施例 (1)静态安全管理系统从公路管理者的角度分析系统的功能和管理的周期，设计 系统的功能结构，首先阐述各组成部分之间的联系，描述、定义各部分的功能，分析静态公 路运营安全管理系统的信息需求，基于公路交通设施的现状研究各类信息的采集技术，运 用相关研究成果和统计学方法研究信息的处理技术；其次，在分析现有道路安全评价方法 优缺点的基础上，提出适用于静态公路运营安全管理的评价模型，运用时间序列分析方法 深入研究公路运营安全状态在不同分析周期的变化规律，建立运行安全预测模型；最后针 对处于不同状态的各类路段建立典型对策库。分析公路运营安全现状，建立运营安全管理 标准。分析不同运营周期的管理需求，运用最优化理论研究决策模型及相关决策技术。
(2)出入口区域行车风险指数微观模型的建立包含三个方面①跟驰风险指数模 型，根据跟驰过程中前后车辆的车速和相对位置，确定跟驰车辆的风险；②变换车道风险指 数模型，合流车辆在汇入主线外侧车道时，目标车道上提供的车头间距的情况确定合流行 为的风险；③超速风险指数模型，分流车辆驶离高速公路，在减速车道上行驶时，车辆的车 速变化情况，结合出口匝道几何设计标准，确定分流超速行驶的风险。通过图象处理方法获 取出入口区域多车辆的实时空间位置和车速，采用软件提供程序开发包，对数据进行分析 处理，获取易用于实时测定的道路交通资料，以便用于出入口的安全分析；其次，在公路出 入口区域的行车风险微观判断指标基础上，通过大样本的观测，得到出入口行车风险水平， 使之同交通流量，车速等参数建立关联。最后建立高速公路出入口区域行车风险计算流程， 以平均行车风险水平为判断依据来评价出入口的行车安全状况。 (3)运行车速控制在国内外公路灾害性天气与道路安全性研究情况调研基础上， 对不同灾害性天气条件下的交通流、通行能力进行分析计算、研究交通安全控制与管理对 策、事故模型与成因分析等。确定影响交通安全的灾害性天气类型、参数以及发生频率，对 灾害性天气下的道路交通环境进行分析，包括标志标线的可视性和可读性、路面的抗滑性能以及道路用户在灾害性天气下交通行为和心理的变化等。结合道路设施具体路段的交通 流特点，建立各类灾害性天气不同强度下的安全行驶车速模型，并分析其通行能力，提出不 同天气条件下的运行车速控制标准。 (4)信息发布技术基于路网运营安全影响因素分析，按照安全管理的需要，进行影 响因素分类；以数据融合技术为手段，将各种影响因素进行综合考虑，提出路网实时风险性 评价模型；根据路网实时风险性评价模型的需要，研究交通、气象、紧急事件信息的采集技 术与布设标准，以及数据预处理技术；根据路网评价和事件检测的结果，进行信息发布系统 研究，形成信息发布标准。
权利要求
重大公路交通基础设施运行安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤构建重大公路交通基础设施运行安全控制系统，该系统包括数据采集与处理模块、静态公路运营安全控制评价模型、运行安全预测模型、对应不同状态路段的典型对策库模块、运营安全控制标准模块以及决策模型；建立出入口区域行车风险指数微观模型；建立不同天气条件下的运行车速控制标准；建立信息发布标准。
2. 根据权利要求1所述的重大公路交通基础设施运行安全控制方法，其特征在于，所 述的出入口区域行车风险指数微观模型包括跟驰风险指数模型、变换车道风险指数模型以 及超速风险指数模型，所述的出入口区域行车风险指数微观模型首先通过图象处理方法获 取出入口区域多车辆的实时空间位置数据和车速数据，并对数据进行分析处理，获取易用 于实时测定的道路交通资料数据，以便用于出入口的安全分析；然后在公路出入口区域的 行车风险微观判断指标基础上，通过大样本的观测，得到出入口行车风险水平，使之同交通 流量，车速等参数建立关联；最后建立高速公路出入口区域行车风险计算流程，以平均行车 风险水平为判断依据来评价出入口的行车安全状况。
3. 根据权利要求2所述的重大公路交通基础设施运行安全控制方法，其特征在于，所 述的跟驰风险指数模型根据跟驰过程中前后车辆的车速和相对位置，检测跟驰车辆的风 险。
4. 根据权利要求2或3所述的重大公路交通基础设施运行安全控制方法，其特征在于， 所述的变换车道风险指数模型根据合流车辆在汇入主线外侧车道时，目标车道上提供的车 头间距的情况检测合流行为的风险。
5. 根据权利要求4所述的重大公路交通基础设施运行安全控制方法，其特征在于，所 述的超速风险指数模型根据分流车辆驶离高速公路并在减速车道上行驶时，车辆的车速变 化情况，结合出口匝道几何设计标准，检测分流超速行驶的风险。
6. 根据权利要求1或5所述的重大公路交通基础设施运行安全控制方法，其特征在于， 所述的建立不同天气条件下的运行车速控制标准进一步包括在国内外公路灾害性天气与 道路安全性分析的基础上，确定影响交通安全的灾害性天气类型、参数以及发生频率，对灾 害性天气下的道路交通环境进行检测，包括标志标线的可视性和可读性、路面的抗滑性能 以及道路用户在灾害性天气下交通行为和心理的变化；结合道路设施具体路段的交通流特 点，建立各类灾害性天气不同强度下的安全行驶车速模型，并检测其通行能力，提出不同天 气条件下的运行车速控制标准。
7. 根据权利要求6所述的重大公路交通基础设施运行安全控制方法，其特征在于，所 述的建立信息发布标准基于路网运营安全影响因素检测，其进一步包括对影响因素进行分类；通过数据融合技术以及数据预处理技术，根据各种影响因素建立路网实时风险性评价 模型；根据路网评价和事件检测的结果，建立信息发布系统，形成信息发布标准。
全文摘要
本发明涉及重大公路交通基础设施运行安全控制方法，包括以下步骤构建重大公路交通基础设施运行安全控制系统，该系统包括数据采集与处理模块、静态公路运营安全控制评价模型、运行安全预测模型、对应不同状态路段的典型对策库模块、运营安全控制标准模块以及决策模型；建立出入口区域行车风险指数微观模型；建立不同天气条件下的运行车速控制标准；建立信息发布标准。与现有技术相比，本发明减少了交通延误、堵塞和事故，从而可大幅度地提高路网的通行能力，使路网畅通，降低能源消耗，减少排放量，改善环境污染，提高汽车运输生产率和经济效益。
文档编号G08G1/00GK101694742SQ200910053180
公开日2010年4月14日 申请日期2009年6月16日 优先权日2009年6月16日
发明者张丽君, 张小东, 杨志清, 柳本民, 郭忠印, 马艳 申请人:同济大学;