本書針對(duì)高速公路交通安全特點(diǎn)，介紹了高速公路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估與短臨預(yù)警、不良駕駛行為主動(dòng)干預(yù)、交通流感知與預(yù)警、匝道聯(lián)動(dòng)控制、異常天氣智能管控、路網(wǎng)交通流動(dòng)態(tài)分配、高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體系，以及北斗高精度定位、主動(dòng)管控、人工智能分析等新技術(shù)。

適讀人群 ：交通部門工作人員、高校交通專業(yè)師生、高速公路相關(guān)配套設(shè)備制造商
人民群眾安全出行需求的日益增長(zhǎng)同我國(guó)道路交通安全行業(yè)發(fā)展水平之間的矛盾，已成為我國(guó)道路交通安全的主要矛盾，人們對(duì)于交通安全的重視程度越來越高，道路交通安全的智能管控越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因此本書以國(guó)家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“道路交通安全主動(dòng)防控技術(shù)及系統(tǒng)集成”的系列課題研究成果為基礎(chǔ)，開展了高速公路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，并采用智慧化的管理方式，從多個(gè)角度綜合了多項(xiàng)研究成果，以期為高速公路交通安全提供新的范式。

高速公路在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中扮演著關(guān)鍵角色。截至2020年年底，我國(guó)高速公路通車?yán)锍踢_(dá)16.10萬(wàn)公里，高速公路對(duì)20萬(wàn)以上人口城市覆蓋率超過98%，我國(guó)已形成全球最大的高速公路網(wǎng)絡(luò)。高速路網(wǎng)的快速發(fā)展有利于改善運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、提升通行效率、降低運(yùn)輸成本，為人們的出行提供了極大的便利�，F(xiàn)階段的高速公路發(fā)展不再追求大規(guī)模的基礎(chǔ)路網(wǎng)建設(shè)，而是改為以"安全、快速、高效、準(zhǔn)時(shí)"為運(yùn)營(yíng)管理目標(biāo)。但是，我國(guó)交通事故預(yù)防、預(yù)警預(yù)報(bào)和應(yīng)急救援手段相對(duì)落后，交通安全領(lǐng)域的科技應(yīng)用還不夠深入，科技創(chuàng)新對(duì)安全保障的支持作用還未充分發(fā)揮，高速公路交通安全仍有巨大的提升空間。


交通系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)，依靠傳統(tǒng)的交通管理方式，單從道路或車輛的角度考慮，很難解決近年來日益嚴(yán)峻的交通擁堵、事故頻發(fā)等問題。隨著近些年智慧交通技術(shù)的發(fā)展，可以采用人、車、路多角度協(xié)同管理的方法，利用智慧手段，結(jié)合先進(jìn)的管控方式，對(duì)高速公路的運(yùn)行中可能產(chǎn)生的高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行管控，降低運(yùn)營(yíng)期的風(fēng)險(xiǎn)，保障道路的通行安全，進(jìn)而提高交通運(yùn)輸系統(tǒng)的效率和安全性，實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展。


本書以國(guó)家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“道路交通安全主動(dòng)防控技術(shù)及系統(tǒng)集成”的系列課題研究成果為基礎(chǔ)，該項(xiàng)目針對(duì)高速公路運(yùn)行過程中面臨的風(fēng)險(xiǎn)問題，開展了高速公路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，并采用智慧化的管理方式，從車輛、不良行為、連續(xù)交通流、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、區(qū)域路網(wǎng)、異常天氣等角度，綜合面向車輛短臨預(yù)警、不良駕駛行為、出入口匝道管理、異常天氣主線管控、區(qū)域路網(wǎng)等風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)研究，集成高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體系，并在廣東、陜西、河北等地開展了工程示范及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)典型路段的主動(dòng)引導(dǎo)防撞預(yù)警、車輛運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估與短臨預(yù)警、交通事件檢測(cè)與預(yù)警預(yù)報(bào)，以期為高速公路交通安全提供新的范式。


本書共分為11章。第1章介紹高速公路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)智能管控技術(shù)研究的背景和開展關(guān)鍵技術(shù)研究面臨的主要技術(shù)問題；第2章梳理高速公路風(fēng)險(xiǎn)分析理論，從微觀（車輛）、中觀（路段）、宏觀（路網(wǎng)）的角度，介紹高速公路運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的分析方法；第3章介紹針對(duì)行駛車輛面臨的風(fēng)險(xiǎn)問題，聯(lián)合車路協(xié)同的智能預(yù)警技術(shù)，介紹車輛運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估與短臨預(yù)警技術(shù)的流程與方法；第4章介紹與不良駕駛行為匹配的主動(dòng)干預(yù)對(duì)策；第5章結(jié)合智慧交通檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，介紹連續(xù)交通流感知與交通事件預(yù)警技術(shù)；第6章介紹高速公路出入口匝道聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)；第7章針對(duì)異常天氣高速公路管理難點(diǎn)，介紹高速公路主線交通流智能管控技術(shù)；第8章從路網(wǎng)管控的角度，介紹基于運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域路網(wǎng)交通流動(dòng)態(tài)分配技術(shù)；第9章介紹高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體系；第10章介紹相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用與示范；第11章介紹相關(guān)創(chuàng)新的成果及前景。


全書由劉建蓓主持編撰完成，具體編寫分工如下：第1章由劉建蓓、王佐編寫；第2章由許甜、劉瑋蔚編寫；第3章由許甜、趙超杰編寫；第4章由孫云華編寫；第5章由馬小龍、馬媛媛、趙斌編寫；第6章由李國(guó)強(qiáng)編寫；第7章由劉瑋蔚編寫；第8章由駱中斌編寫；第9章由叱干都編寫；第10章由許甜、駱中斌編寫；第11章由劉建蓓、王佐編寫。在本書編寫過程中，張志偉、單東輝、史恒、鄧涵月等協(xié)助進(jìn)行了資料收集、校對(duì)工作。


由于作者的學(xué)識(shí)和水平有限，書中難免有錯(cuò)誤不當(dāng)之處，懇請(qǐng)各位讀者和專家批評(píng)指正。


劉建蓓 王 佐 許 甜


2022年9月于西安

劉建蓓，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師，中交第一公路勘察設(shè)計(jì)院智能交通與智慧城市研究院院長(zhǎng)、交通安全應(yīng)急保障技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心主任、交通安全與數(shù)字技術(shù)研究中心主任。主要從事公路勘察設(shè)計(jì)、主動(dòng)安全防控技術(shù)、智慧交通領(lǐng)域的科研、裝備研發(fā)和工程實(shí)踐等方面的工作。先后主持參與重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等國(guó)家J課題4項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目10多項(xiàng)。入選2020年交通運(yùn)輸行業(yè)中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，中國(guó)公路學(xué)會(huì)青年專家，中國(guó)公路學(xué)會(huì)科普專家，交通綜合運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員，是交通安全技術(shù)領(lǐng)域?qū)W術(shù)帶頭人。在多年研究工作中榮獲省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)共計(jì)20余項(xiàng)，其中特等獎(jiǎng)4項(xiàng)、一等獎(jiǎng)5項(xiàng)；授權(quán)專利6項(xiàng)(其中發(fā)明專利4項(xiàng))、軟件著作權(quán)8項(xiàng)；主編或參編標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范11部，出版專著2部；，在核心期刊及國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文約20余篇，其中SCI收錄2篇、EI收錄14篇。

第1章 緒論


1.1 研究背景 _3 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 _6


1.2.1 高速公路風(fēng)險(xiǎn)分析研究現(xiàn)狀 _6 1.2.2 高速公路交通管控技術(shù)研究現(xiàn)狀 _8 1.2.3 高速公路智能交通管控干預(yù)體系研究現(xiàn)狀 _10 1.3 主要研究?jī)?nèi)容 _13 1.4 技術(shù)路線 _15


第2章 高速公路交通風(fēng)險(xiǎn)分析


2.1 高速公路交通風(fēng)險(xiǎn)分析理論 _19


2.1.1 靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析理論 _21 2.1.2 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析理論 _25 2.2 高速公路車輛運(yùn)行沖突風(fēng)險(xiǎn) 28


2.2.1 車輛運(yùn)行沖突風(fēng)險(xiǎn)的定義 28


2.2.2 基于多源傳感器的車輛運(yùn)行沖突風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別_29 2.2.3 基于高精度定位的車輛運(yùn)行沖突風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別_30 2.3 高速公路路段風(fēng)險(xiǎn) 38


2.3.1 風(fēng)險(xiǎn)特征因素分析 39


2.3.2 基于熵理論的路段風(fēng)險(xiǎn)分析模型 _44 2.3.3 路段運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例驗(yàn)證 _49


2.4 高速公路區(qū)域路網(wǎng)交通流風(fēng)險(xiǎn) _52


2.4.1 交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估 _53 2.4.2 關(guān)鍵影響因素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 _57


2.4.3 基于隱馬爾可夫模型的交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)模型_60 2.4.4 交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)實(shí)例 _66


第3章 高速公路車輛運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估與短臨預(yù)警


3.1 高精度定位信息獲取方法 _73


3.1.1 高速公路沿線北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng) 73 3.1.2 基站的組成 _75


3.2 高精度定位車載預(yù)警終端 _76


3.2.1 模塊選型 _77 3.2.2 整體設(shè)計(jì)流程_78 3.3 車路通信系統(tǒng)搭建 _79


3.4 風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估及短臨預(yù)警平臺(tái) _81 3.4.1 開發(fā)需求分析 _81 3.4.2 平臺(tái)系統(tǒng)框架構(gòu)建 _83 3.4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)體系結(jié)構(gòu) _83


3.4.4 車輛沖突風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型嵌入 87 3.4.5 高精度地圖數(shù)據(jù)采集與匹配 _87 3.4.6 高并發(fā)數(shù)據(jù)處理與優(yōu)化 _88


第4章 面向高速公路不良駕駛行為的主動(dòng)干預(yù)


4.1 不良駕駛行為綜合辨識(shí)與分析 _93


4.1.1 不良駕駛行為綜合辨識(shí)_94 4.1.2 典型不良駕駛行為特征分析 _94


4.1.3 基于規(guī)則匹配的不良駕駛行為綜合識(shí)別方法 105


4.2 駕駛意圖識(shí)別及駕駛行為預(yù)測(cè)_111


4.2.1 駕駛意圖識(shí)別_111


4.2.2 駕駛行為與意圖預(yù)測(cè)方法 _112 4.3 不良駕駛行為分級(jí)評(píng)價(jià) _125


4.3.1 分級(jí)評(píng)價(jià)模型_126 4.3.2 分級(jí)評(píng)價(jià)實(shí)例 _129


4.4 不良駕駛行為主動(dòng)安全預(yù)警 _131 4.4.1 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo) _131 4.4.2 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo) _133


第5章 連續(xù)交通流感知與交通事件預(yù)警


5.1 多目標(biāo)檢測(cè)與數(shù)據(jù)融合 _139 5.1.1 毫米波雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè) _139 5.1.2 視頻目標(biāo)檢測(cè) _145 5.1.3 雷視數(shù)據(jù)融合 _151 5.2 路段雷視數(shù)據(jù)組網(wǎng) _154


5.2.1 設(shè)備布設(shè)方法 _154 5.2.2 數(shù)據(jù)組網(wǎng)方法 _157 5.3 交通事件預(yù)警_164


5.3.1 典型交通事件_164 5.3.2 預(yù)警設(shè)備_168 5.3.3 預(yù)警體系與方法 _176


第6章 高速公路匝道聯(lián)動(dòng)控制


6.1 入口自適應(yīng)控制方法 _183 6.1.1 入口控制影響因素 184 6.1.2 入口控制策略 _185


6.1.3 基于行車風(fēng)險(xiǎn)分析的入口控制模型_187 6.1.4 入口控制仿真分析 _189 6.2 出口誘導(dǎo)管理_191


6.2.1 運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估模型_191 6.2.2 出口誘導(dǎo)控制模型_192 6.2.3 交通誘導(dǎo)信息發(fā)布方式_196 6.3 出入口聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng) _199


6.3.1 總體架構(gòu) _200 6.3.2 數(shù)據(jù)處理流程 _202 6.3.3 系統(tǒng)功能模塊 _202


6.4 出口車輛智能管控預(yù)警裝備設(shè)置 206


6.4.1 功能定位 _206 6.4.2 新型可導(dǎo)向防撞墊 206 6.4.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) _208


第7章 異常天氣下高速公路主線交通流智能管控


7.1 霧天高速公路主線交通流管控 215 7.1.1 可變限速控制 _215 7.1.2 分級(jí)控制策略 _228


7.2 雨天高速公路主線交通流管控 231 7.2.1 可變限速控制 _231 7.2.2 分級(jí)控制策略 238


7.3 雪天高速公路主線交通流管控 241 7.3.1 可變限速控制 _241 7.3.2 分級(jí)控制策略 _245


第8章 基于運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配


8.1 區(qū)域路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配策略 251


8.1.1 交通事件影響 _251


8.1.2 交通擁擠及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展態(tài)勢(shì) 252 8.1.3 事件預(yù)防與疏解技術(shù)啟動(dòng)閾值 _252 8.1.4 擁擠控制策略與交通擁擠的匹配關(guān)系 _253 8.1.5 控制策略的決策流程 _254 8.1.6 初始擁擠風(fēng)險(xiǎn)疏解控制模塊 _257 8.1.7 疏解策略轉(zhuǎn)換啟動(dòng)模塊 _258 8.2 路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配 260


8.2.1 動(dòng)態(tài)交通分配流程 _260


8.2.2 小型路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配數(shù)值模擬分析 261 8.2.3 大型路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配模型 _265 8.2.4 大型路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配仿真 _280 8.3 區(qū)域路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配應(yīng)用情況 282


8.3.1 區(qū)域路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配發(fā)展 282 8.3.2 國(guó)外區(qū)域路網(wǎng)動(dòng)態(tài)交通分配應(yīng)用 288


第9章 高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體系


9.1 高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體系概述 297 9.2 高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體系服務(wù)集 _300


9.3 針對(duì)不同對(duì)象涵蓋不同層次的高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體


系 302


9.4 高速公路網(wǎng)絡(luò)化綜合智能防控體系的物理架構(gòu) 303


9.4.1 信息獲取體系 _303 9.4.2 層次體系 _304 9.4.3 實(shí)施體系 305 9.4.4 方法體系 305 9.4.5 對(duì)象體系 _306


9.5 綜合智能防控體系的邏輯架構(gòu) 307


第10章 工程應(yīng)用與示范


10.1 車輛運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估與短臨預(yù)警在示范工程中的應(yīng)用 _315


10.1.1 示范工程概述 _315 10.1.2 示范工程建設(shè) 315 10.1.3 示范效果評(píng)估 _317


10.2 交通事件檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)在示范工程中的應(yīng)用 _326


10.2.1 示范工程概述 326 10.2.2 設(shè)備布設(shè) 327 10.2.3 系統(tǒng)平臺(tái)搭建 328 10.2.4 示范效果評(píng)估 330


10.3 互通、服務(wù)區(qū)出口主動(dòng)引導(dǎo)防撞預(yù)警在示范工程中的應(yīng)用 _335


10.3.1 示范工程概述 _335 10.3.2 設(shè)備開發(fā)功能 335 10.3.3 檢測(cè)原理及設(shè)備結(jié)構(gòu) _336 10.3.4 系統(tǒng)平臺(tái) 337


第11章 創(chuàng)新成果及前景效益


11.1 科技成果與創(chuàng)新 _341 11.2 應(yīng)用前景與效益 _344


參考文獻(xiàn)