基于收费流水和服务区出入口流水数据的交通事件报警和交通拥堵预警技术

　　1、项目背景

　　粤赣高速公路是国家高速公路G4511龙河高速、G25长深高速的重要组成部分，是粤赣两省的运输大通道，全长137.522km。路段具有坡长路陡、重载货车比例较高等特点。全线有460多路监控视频。按管理要求，监控中心的监控员需每半小时完成一遍全线监控视频的人工轮巡，以检查是否发生交通异常。希望能通过技术创新有效提高监控员的工作效率，减少漏报。
 

序号	交通异常类型	报警级别	业务规则说明
1	交通阻断/严重拥堵	一级	交通完全中断。 或严重拥堵，指交通近乎瘫痪。
2	交通拥堵	二级	中度拥堵，指道路通行能力大幅下降，车辆排队很长；
		三级	轻微拥堵，指车速明显下降、车辆排队长度变长；
3	疑似超时停车	一级	报警未处理超过30分钟。
		二级	车辆停留时间超出区间最大通行时长。

　　2、主要做法

　　系统架构如下图所示：

　　1、感知及控制层：包括路侧采集设备及联动处置设备。路侧采集设备主要包括ETC门架、服务区高清卡口、雷达、摄像枪、收费站车道设备。联动处置设备主要包括可变情报板。

　　2、数据层：基于路侧采集设备，采集收费流水数据、服务区出入口流水数据、雷达轨迹数据、视频检测事件数据。

　　3、网络层：包括收费网、监控网。通过集团数据中心实现收费数据通过脱敏及初步计算后可安全传输到监控网进行二次计算。

　　4、能力支撑层：包括智慧管控大脑、高精度数字底图。

　　(1)智慧管控大脑是一个轻量级高速管控策略生成引擎，本方案主要利用门架区间拥堵指数、短时车流预测模型的能力，为应用层提供支撑。

　　(2)高精度数字底图包含二三维高精度地图引擎、数字孪生引擎、交通仿真引擎、图业融合中台等。为广东省交通集团投资运营管理的8000公里高速公路数字化转型升级提供了共性技术能力。

　　5、应用层：包括交通运行态势监测与预警系统、监控一体化平台。

　　(1)交通运行态势监测与预警系统主要包括智能预警、管控评估、智能分析、规则配置等应用功能。

　　主要包括智能预警、管控评估、智能分析、规则配置等应用功能。结合高精度数字底图实现“报警->正误报确认->事件联动处置->历史报警记录及统计分析”业务闭环。

　　①　交通拥堵预警：预测门架区间未来15分钟的路况，在拥堵发生15分钟前发出拥堵预警。

　　②　交通拥堵报警：根据实时计算门架区间拥堵指数，精准识别交通流运行状态。当拥堵等级达到轻微拥堵、中度拥堵、严重拥堵时发出报警。

　　③　疑似异常停车报警：找出自进入该区间起超出区间最大通行时长仍未驶离该区间的车辆车牌号码，结合白名单进一步研判后发出报警。

　　(2)高速公路智慧管控大脑

　　包含门架区间拥堵指数模型、短时车流预测模型、区间车流量骤降模型、疑似异常停车判定等算法模型。

　　①　交通拥堵预警：预测门架区间未来15分钟的路况，在拥堵发生15分钟前发出拥堵预警。

　　②　交通拥堵报警：根据实时计算门架区间拥堵指数，精准识别交通流运行状态。当拥堵等级达到轻微拥堵、中度拥堵、严重拥堵时发出报警。

　　③　疑似异常停车报警：找出自进入该区间起超出区间最大通行时长仍未驶离该区间的车辆车牌号码，结合白名单进一步研判后发出报警。

　　(3)监控一体化平台

　　主要接收交通运行态势监测与预警系统的告警并推送给监控员实现告警确认、情报板联动发布，为捕获率统计提供人工填报的事件数据。

　　3、主要成效

　　本案例已在粤赣高速运行2年，拥堵预警和拥堵报警的正报率均达90%以上。车辆疑似超时停留报警的正报率达80%以上，指标、功能在行业内处于先进水平，系统功能和核心指标经过中国赛宝实验室权威认证。

　　本案例实现了提前15分钟预测拥堵、交通拥堵报警、车辆超时停留报警，有助于辅助监控员及时发现交通异常情况(如交通阻断、交通拥堵、车辆滞留)，不受能见度和夜晚的影响，事故灾害快发现、快响应，有效提高监控员的工作效率，减少漏报。可融合雷达、视频事件检测、实时监控视频、视频录像等数据，进一步提升预警报警准确性。

　　充分利用了现有主线 ETC 门架、收费站车道设备、服务区出入口高卡等设备，挖掘现有数据资源价值，投资少，性价比高，快速部署，见效快，不受能见度和夜晚的影响，可作为路网运行监测的重要辅助工具。

　　4、创新点

　　(1)通过集团数据中心实现收费数据通过脱敏及初步计算后可安全传输到监控网进行二次计算。并经过实际检验和传输优化，将收费数据整体平均延时控制在3分钟左右。接入ETC门架牌识流水、收费站出入口牌识流水进行融合计算，提高收费数据质量，满足技术要求。

　　(2)以门架区间为最小度量单位，综合考虑了行驶速度、交通流量、道路设计通行能力等因素，采用道路交通饱和度及微观排队理论研发门架区间拥堵指数模型。参照2022年部路网中心编制《公路网运行评价技术规范》(征求意见稿)和《JTG B01-2014 公路工程技术标准》划分高速公路交通流运行状态等级。

　　(3)基于xgboost算法及伯努利流体力学理论研发短时车流预测模型，实现提前15分钟、30分钟实现拥堵预警，并实现了算法自学习闭环优化，系统运行同时实现准确率自动优化。

　　(4)研发疑似超时停车判定算法，可根据流水辅助研判区间内发生超时停车风险，提醒监控员查看。

　　(5)基于流体动力学模拟理论研发区间车流量骤降模型，可根据区间入口断面车流量变化趋势和出口断面车流量数据变化趋势，辅助研判区间内发生车流阻断风险，提醒监控员查看。

　　5、示范效应

　　本技术适用于高速公路单路段、复杂路网，适用于不同距离的门架区间，以及区间存在收费站、服务区、互通立交等情况;充分利用现有设备，部署方法灵活，投资少，见效快;采用行业主流的交通流预测算法、学术理论，参考行业标准规范，技术成熟度高，具有很好的可复制性、可推广性。

　　6、获奖情况

　　本案例已获评交通运输部高速公路监测预警应用示范典型案例。