高快速道路事故风险智能辨识与主动安全调控技术及应用

　　1、总体介绍

　　高快速道路包括高速公路和城市快速路，是国民经济社会发展的大动脉。通过数字化、智能化手段提升高快速道路运营管理水平，建设“安全、便捷、高效、绿色、经济、包容、韧性”的智慧公路，既是交通强国建设的关键任务，也是服务实现“人享其行、物畅其流”美好愿景的必然要求。然而，随着交通流量的快速增长，高快速道路交通安全问题日益严重。

　　高快速道路事故风险智能辨识与主动安全调控的主要思想(如图1)，是将交通安全隐患前置消解作为核心导向，通过对多源交通大数据的深度挖掘，实现不利交通状态智能辨识与事故风险主动预警;在此基础上，采用车道级的主动安全调控技术，主动干预并消解不利交通流状态。为此，亟需突破事故风险辨识精度低、主动安全调控实现难的瓶颈。

　
　图：交通事故风险主动管控示意图

　　研究团队在国家自然科学基金等项目支持下，历时十五年，突破了高快速道路事故风险智能辨识、主动安全调控等关键技术，集中攻坚了复杂交通流安全风险生成演化规律、动态场景下车道级风险协同调控机制等基础科学问题。研发了高快速道路事故风险智能辨识与主动安全调控系统并大规模推广应用，实现了高快速道路事故风险的智能辨识、主动安全调控、全域协同控制等关键突破。

　　2、主要做法

　　(1)高快速道路交通事故风险智能辨识和主动预警技术创新

　　复杂环境下交通运行状态精准感知是实现交通系统高效计算与主动安全调控的前提。针对高快速道路交通流状态与事故风险生成机制不明、辨识精度低等技术瓶颈，团队聚焦隐患前置，发明了基于高精度轨迹数据的事故前兆特征量化表征，建立了高快速道路事故风险主动预警技术，突破了交通安全风险难以量化表征的难题;针对快速道路交通事件检测精度不足、处置响应效率低等技术瓶颈，建立了基于多模态大模型的交通事件检测与智能响应技术，突破了交通事件精准判别与快速处置的技术瓶颈。

　　Ø高快速道路交通事故风险主动预警技术

　　探明了揭示了不利交通流状态生成与演化机制，构建了基于几何深度学习的车辆轨迹预测与交通状态精准辨识技术，交通激波与通行能力骤减等不利交通状态判别时间误差降低到5秒、精度提升至90%。发明了基于事故前兆特征的交通安全状态识别与事故风险主动预警技术，危险交通状态预测精度提升至95%以上。

　　Ø基于多模态大模型的交通事件检测与智能响应技术

　　采用车道级高解析度动态交通流数据，深度挖掘事故前兆特征。研发了视觉-语言-响应跨模态语义融合的交通事件检测大模型，实现8类突发事件精准检测-语义理解-事件响应的秒级输出，判别时间从5分钟降低到10秒、处置策略生成从15分钟降低到10秒。

　　(2)复杂环境下高速公路车道级主动安全调控技术创新

　　针对传统控制算法被动适应交通流变化、事故风险主动调控实现难等问题，建立了交通流主动控制的闭环反馈模型与高效求解算法，构建了数据-模型联合驱动的快速道路交通流主动安全调控技术，突破了交通流状态难以精准主动调控的瓶颈难题;针对复杂环境下多瓶颈、多事件、大范围协同控制效果弱的问题，提出了基于时空离散单元控制架构的组织区-控制区-联动区多级协同机制，建立了大范围快速道路车道级交通流协同控制技术，突破了多瓶颈、多事件影响下自适应协同主动安全调控实现难等问题。

　　“数据-模型”双驱动主动安全调控算法

　　建立交通流主动安全调控闭环反馈结构与高效求解方法，融合物理模型解析优势与数据模型学习优势，大幅提升系统稳定性。独创的控制策略移植性增强方法，使新场景下的学习速度提升50%以上。同时，建立多瓶颈叠加影响下的全局MPC优化模型，实现大范围路网主动安全调控效果的整体最优。

　　构建车道级全域协同主动安全调控策略库

　　创新提出“可变限速-匝道控制-车道功能控制”相耦合的车道级控制方案。首创“一级组织区-二级控制区-三级联动区”分层协同机制。针对饱和流量、连续瓶颈、恶劣天气等场景及各类突发事件，建立包含10大类22种策略的主动安全调控策略库。

　　(3)交通事故风险主动调控管控平台构建与信息服务技术应用创新

　　针对主动安全调控信息难以有效触达、伴随式信息服务能力弱等瓶颈问题，研发了具备状态感知-风险预警-主动安全调控-信息服务等全链条功能的高速公路主动管控软硬件系统平台;基于微服务架构实现子模块即插即用，适配不同智慧公路系统;研发了基于导航APP、车载OBU等信息渠道的伴随式驾驶引导服务平台，构建了全闭环伴随式服务体系，大幅提升管控信息触达率。

　　搭建交通事故风险主动管控平台

　　突破多种任务模块的系统化融合难题，建立统一的数据结构与算法接口。平台集成了多源数据融合、状态辨识、风险预警、溯源分析及主动安全调控策略智能生成等核心功能。采用微服务架构设计，具有完整自主知识产权，实现子模块即插即用，可适配各类智慧公路系统。

　　打造多维触达的伴随式驾驶信息服务

　　解决管控信息“触达难”问题，构建车道级伴随式驾驶信息服务平台。开发了车速建议、安全车距保持、最佳车道推荐及应急避障提示等引导技术。利用导航APP、数字孪生地图、微信小程序等渠道，实现主动安全调控与诱导信息的实时精准推送，为驾乘人员提供全天候、可靠的闭环伴随式安全保障。

　　3、取得成效

　　依托上述主要做法与技术突破，本成果已实现从理论模型到工程应用的闭环，取得了显著的社会经济效益与行业示范效应。

　　(1)显著提升路网运营效能与安全水平

　　联合河北省交通规划设计研究院有限公司、河南中天高新智能科技股份有限公司、四川数字交通科技股份有限公司等行业龙头企业，在雄安新区、江苏、河北、辽宁等20余条高速公路推广应用本案例，支撑了京德智慧高速、荣乌智慧高速等重点工程项目，以及交通强国试点等示范工程。应用路段事故率和突发事件阻断时间得到显著改善。在雄安新区荣乌高速新线，率先构建了目前单体管控里程最长、控制单元数量最多、系统耦合性最高、场景策略最丰富的主动安全调控系统，首次在2000多个控制单元实现全域车道级协同控制，实现了高快速道路运营水平与本质安全水平的提升。

　　(2)获得重要科技奖励与社会认可

　　依托主动交通安全管控领域的技术突破，成果荣获国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖、教育部技术发明一等奖、中国公路学会特等奖等科技奖励。在知识产权与学术创新方面，团队累计获得与本成果相关的授权发明专利49件、软件著作权9项，发表高水平学术论文156篇，论文被32个国家的学者广泛引用达7122次，在智能交通与交通安全领域产生了的重要学术影响力。同时本案例具有完整自主产权的系统平台与装备已部分实现产业化，通过技术转让与联合研发深度为企业赋能，引领高快速道路行业的数字化、智能化与本质安全转型升级。