高速公路交通事件應急管理數字化轉型探索

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

新一代的物聯網、5G、大數據等信息化技術的迭代升級，傳統行業數字化轉型需求越來越迫切，高速公路運行管理智慧化作為“交通強國”重大發展規劃的重要支撐也引起了行業內外的高度重視。如何進一步提升高速公路突發交通事件應急處置水平，是高速公路數字化、智慧化的迫切需求，也是高速公路突發事件應急管理體系的廣泛內涵要求。因此，本文依據交通強國和智慧交通建設要求，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導則》，結合G15（嘉瀏段）前期調研成果和智慧高速總體建設技術方案，引入大數據分析、人工智能等技術，構建新型高速公路突發交通事件應急管理模式，并以此為依托同步開發軟件應用平臺，實現高速公路突發事件主動感知、自動預警、實時監控及資源智慧調度與配置優化。

1 高速公路突發事件應急管理現狀及其內涵分析

1.1 高速公路突發事件應急管理現狀

美國、德國、日本等發達國家都早已開展高速公路突發交通事件應急管理模式的應用研究。1930年，美國交通工程師協會（Institute of Transportation Engineers, ITE）成立，主要負責道路交通事故的理論和應用研究。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和國家事故案例管理系統，依托先進的信息化技術和專業的救援力量聚焦道路突發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場救援水平和處置流程的協調優化提高現場救援保障水平，日本則非常注重專業救援隊伍的建設和跨部門協作研究[3]。

從2018 年我國正式組建應急管理部作為我國有效應對與處置突發應急事件責任部門以來，現階段我國高速公路應急管理已初步形成切實有效的管理模式[4，5]，但是與部分發達國家動態管控、精準調度相比，我國高速公路突發事件應急管理模式仍以靜態預案編制[6]為主，處置靈活性、管理精細度和專業化水平都有待進一步提升。目前道路突發交通事件整體處置流程大致可分為事件發生- 事件發現、事件發現-事件上報、事件上報- 事件處置和事件處置- 交通恢復四個階段[7]。其中，事件發生到事件發現階段主要以視頻監控和人工巡查為主，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合多年運營管理經驗對事件影響程度和持續時間進行判斷，然后指揮調度事故現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事件處置效率的重要瓶頸之一，特別是在多起事件同時發生的情況下，資源有效匹配與精準調度不僅需要強大的后備救援資源支持，也需要專業的管理人員和決策機制對資源進行分配和調度。基于此，美國、歐洲、澳大利亞以及東南亞地區依靠汽車俱樂部對道路突發事件進行輔助應急救援，如美國汽車協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，在信息共享與傳輸和資源調用方面較為先進，德國汽車俱樂部通過建設高質量的救援網絡，同步提供空中救援、聯合通訊、汽車救援等服務，并對接專業救援資源、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事件救援體制較為松散，處置方案標準不一，處置過程精細化程度不高，道路管理信息化水平有待完善，預案管理場景化分割不具體，且存在對救援設備的研制和救援隊伍建設的重視程度不夠等現象，容易導致部分交通事件發現不及時、應急處置方案不靈活、處置方法不得當、資源調用不匹配，從而極易引發交通大面積堵塞，甚至導致二次事故誘發率顯著增加。此外，大量依靠道路運管人員多年累積的經驗判斷，不僅費時費力，而且存在一定的風險，容易造成救援隊伍傷亡。

1.2 高速公路突發事件應急管理內涵分析

突發事件應急管理機制，是指針對突發事件而建立的國家統一領導、綜合協調、分類管理、分級負責、屬地為主的應急管理體制，是一套集預防與應急準備、監測與預警、應急處置與救援等于一體的應急體系和工作機制，它包括信息披露機制、應急決策機制、處理協調機制、善后處理機制等[8]。高速公路突發事件應急管理首要目標為高效處置突發事件，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、動態性要求。

傳統的高速公路突發事件處置流程側重應急預案的編制與執行，工作重心和考核重點聚焦事件快速處置環節，但是長期受制于道路運行養護行業的信息化程度不高，管理精細度和業務顆粒度等管理、作業單元的劃分不明晰，缺乏對突發事件的主動發現[9，10]和及時預警的關注，在道路突發事件及時發現和主動預防方面手段單一，且存在薄弱環節。

鑒于國外高速公路應急管理較為成熟的管理流程和處置應對模式，以及我國各級政府企事業單位和行業數字化轉型的內涵需求，本文結合G15（嘉瀏段）流量大、事故多、交織多、客貨比失衡、路況復雜等特點，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高速公路突發交通事件應急管理數字化轉型方案，嘗試同步解決飽和流量下突發事件頻發、主動發現及時性不足、應急響應與協同處置效率不高，及資源調度不匹配和資源分布不均衡的問題。

基于此，本文從管理流程優化和監測手段多元化智慧化、資源調度智能化等多角度多方位出發，建立了高速公路突發事件一網統管平臺，作為我國高速公路交通事件應急管理數字化轉型的初步探索研究，見圖1。

圖1 新型高速公路突發交通事件處置節點流程

2 高速突發事件應急管理模式分析及其系統框架構建

本文依托G15（嘉瀏段）改擴建并同步建設智慧高速工程項目，采用“事前預防- 事中管控- 事后分析”的分析框架，結合智慧高速數字化、智慧化轉型要求，重塑智慧高速突發事件應急管理模式，設計智慧高速突發交通事件一網統管平臺（見圖2），從而實現傳統業務數字化、智慧化轉型，即管理模式從“事后管理”向“事前監控”轉型，從“問題解決”向“風險管控”轉型，從“被動處置”向“主動預警”轉型[11]。

圖2 高速公路突發交通事件一網統管平臺

高速公路突發交通事件一網通管平臺集成了交通態勢短時研判、交通事件自動發現、主動上報、智慧處置、救援資源智能調度與資源配置優化多個子系統，其中各系統主要功能如下：

（1）全域全要素感知監測系統主要通過攝像頭與雷達點云成像技術等實現交通事件自動判別分析與實時交通流參數（包括救援資源分布情況）捕捉與穩定傳輸。

（2）交通態勢分析與短期預測系統結合歷史交通流信息和交通流實時參數對道路交通態勢進行短時預測，及交通事件影響程度、影響時間和影響范圍的評價。

（3）應急資源優化調度系統運用運籌優化、智能調度算法對當前事件所需資源和施救路徑、資源配備等進行優化，實現突發事件與應急資源的最優在線配置。

（4）車道級動態管控系統通過控制路側端的情報發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劃等。

（5）動態信息發布與在線預警管理系統除通過內網系統進行突發事件處置全過程信息發布與路段預警外，還可通過云端流媒體平臺資源進行道路相關信息的精準伴隨式發布，具備人- 車- 路協同交互的功能。

3 高速突發事件應急管理模式體系構建

3.1 全域全要素感知監測系統

現階段高速公路突發事件的識別手段大多以道路監控管理人員通過視頻監控發現上報為主，存在較多的視覺盲區，但是完全依賴視頻識別、雷達監測等自動化手段的事件檢測方式對大流量、場景復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，采取人機結合模式，即通過機器自主檢測與人工核驗輔助判斷相結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事件管理系統（包括突發事件識別模塊和突發事件定位模塊）、應急資源定位系統和交通流監測系統。

3.1.1 突發事件上報管理系統

突發事件上報管理系統融合了視頻和雷達的自動檢測數據、道路監管信息、第三方數據接入，實現全路段突發事件及時發現與快速響應。

道路運管人員通過中控室監控視頻、日常道路巡檢、道路清掃保潔養護作業以及道路安保人員的布點監控進行道路突發事件的實時監控與上報，同時作為視覺補盲作用的自動檢測模塊通過毫米波雷達、激光雷達和監控攝像等設備基于圖像識別、目標檢測等方式對突發事件信息（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。

為了進一步優化利用道路資源，充分調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事件管理平臺對外的突發事件一網通報接口實現一鍵報警，如導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事故或事故影響較大的重點車輛，也可通過第三方數據接入模塊進行實時監控，捕捉并分析其駕駛行為和車輛行駛軌跡，達到事故主動預警的目的。綜上，重構后的高速公路突發事件上報流程見圖3。

圖3 突發事件上報管理系統業務流程

3.1.2 應急資源定位管理系統

為了更快速處置道路交通事故等突發事件，道路運管人員通常分析交通事故黑點，就近在道路兩側布設應急物資倉庫或者牽引處置車輛的停車待命點（見圖4），從而實現應急物資的就近調度，達到及時處置的目的。因此為了實現應急資源實時在線調度的需求，對應急物資的在線定位管理的必要性也就更為突出。

圖4 應急資源調度系統組成模塊

3.1.3 交通流監測管理系統

高速公路作為一個復雜封閉系統，某一點或某一段存在道路突發事件對當前路段及所屬路網都會產生不同程度的影響，實時監測事故發生前、中、后期的交通態勢的演化情況并對其影響程度、影響范圍、持續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案設計優化。

3.2 應急資源優化調度系統

根據突發事件管理系統上報的突發事件類型、涉事車型、發生位置、占用車道、天氣情況、路產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）監測數據及其演化趨勢預判，結合交通波傳導理論建立突發事件影響程度和傳導范圍的抽象預測模型，對突發事件進行分級分類管理，并進一步分析該突發事件對道路交通的影響程度和擁堵指數，以及誘發二次事故的類型與位置的可能性判斷，對當前道路突發事件持續時間、影響情況等進行持續風險預警和交通態勢短期預測。

道路突發事件的影響評估主要在數據融合層通過突發事件上報信息、實時交通流監測數據和道路養護圍封作業情況等數據建立模型進行突發事件持續影響時間、持續影響范圍和誘發二次事故可能性的預判。

模型算法層主要通過結合當前道路施工、養護、保潔等作業計劃和實際執行情況以及當前道路突發事件歷史處置數據特征庫、突發事件應急處置預案策略庫等，利用深度學習、運籌優化等技術手段、方法理論，考慮最短路徑、最短時間、最佳路線等多目標處置要求，進行救援車輛車型的指派、車輛路徑的規劃調度和實時定位追蹤與檢測，實現道路突發事件快速響應與高效處置。

業務應用層實現數據流、算法流與業務流的深度對接，突發事件處置一線作業人員使用應急資源優化調度平臺配套APP 接收牽引任務指派，平臺實時采集突發事件處置任務接收、救援力量到達現場、突發事件處置完畢等各個不同處置時段的詳細信息，進一步對突發事件進行精細化管理。

3.3 車道動態管控系統

車道動態管控系統主要集成了車道級速度協調、車道開閉管控、應急車道臨時開放和匝道合流區管控等復雜場景交通疏導策略，其中車道級速度協調策略主要通過控制路側情報板、門架等梯級發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# 車道發生交通事件，在距交通事件發生點位1 km 處顯示“前方發生事故，1# 車道圍封，其他車道車輛請注意避讓”，在距交通事件點發生點位3 km 處顯示“前方1# 車道發生事故，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，在距事件發生點位5 km 處顯示“前方發生事故，建議降低速度或換道行駛”，如果此時突發事件造成了道路擁堵，可開放應急車道作為臨時通行車道使用。

使用交通流監測系統實時監測路段交通態勢，通過車道速差、客貨比、車頭時距、“兩客一危”車輛等監測參數，分析道路擁堵指數及趨勢，結合路網級交通運行態勢分析情況和歷史交通流量，自動匹配預設的道路管控預案，由道路運行管理人員根據事件現場的實際發生情況對道路臨時交通組織預案進行二次核查與確認，從而達到配合應急資源優化調度策略進行突發事件快速處置與交通管控的目的。

3.4 動態信息發布與在線預警管理系統

動態信息發布機制除控制路側情報板進行道路突發事件預警和突發事件處置情況持續通報外，還兼有道路管理方、司乘方、行業主管單位、交通管理部門、消防和醫療急救等單位的聯合通信和信息互通的功能，見圖5。

圖5 動態信息發布與在線預警平臺

動態信息發布機制可同步進行道路突發交通事件的多方通報和交通流分類引導與精準分流，特別是在發生重特大交通事故，且造成大量人員傷亡和財產損失，有可能進一步導致交通擁堵，誘發二次事故的可能性陡增的情況下，啟用道路應急管理預案，通過動態信息發布平臺進行車道級動態信息發布，對當前道路通行車輛及時梯次預警，實時通報前方道路通行情況、車道開閉情況和突發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事件通報，必要時提供建議規避路線，實現道路交通流量的合理分流和流量再平衡。

同時，通過信息發布平臺進行道路車輛分流后同步對車道誘導清空，為相關救援單位打通綠色通道，為救援車輛提供車道級路線規劃和救援設備需求建議，提高外部關聯急救資源救援響應時間，縮短資源到位的時間，力爭在黃金救援時間內對傷者進行有效救助。

3.5 道路應急資源優化配置管理系統

道路突發交通事件的主動感知、快速識別、多方通報、高效處置和資源優化配置貫穿了道路突發交通事件處置的全流程，而為了實現突發事件的高效處置，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 道路應急資源優化配置平臺

通過分析路段交通事件常發路段、常發類型、常發時段和應急資源調用情況形成道路事故黑點分析框架及應急資源配置方案與管理辦法，充分建立資源調度與資源有效匹配的聯系，從而實現道路突發交通事件預判和應急救援資源前置。

4 結 語

本文通過多系統、跨部門協作，采用實時監測與短時預測相結合，應急資源精確匹配和救援力量高效調度高度融合的方法，打破了突發事件救援各環節、部門信息孤島，同時充分發揮信息化、數字化系統的優勢，讓所有的道路交通參與人員和救援力量都能夠實時獲取道路交通事件處置全過程信息，并及時采取相應措施，而且也可進一步調動路網級應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”主動感知監測，“事中”跨部門協作的高效處置和“事后”資源的優化配置與資源協調統籌優化，在以應急預案為主，靜態特征明顯的傳統管理模式基礎上增加動態化、數字化和智慧化的聯合精準管控手段，構建了新型高速公路突發交通事件應急管理模式，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用，截至目前G15（嘉瀏段）道路試驗段的突發交通事件救援響應與處置效率較歷史處置平均水平均有顯著提升。