丛浩哲

摘 要

高速公路作为承载快速运动和大流量交通流的道路载体，其安全和畅通一直是国家主干公路网交通管理中的两大重心问题，特别是针对交通突发事件情况下的应急处置管理是非常态交通管理的核心，研究交通突发事件态势评估对于事件现场状况和未来走势的理解和预测、应急资源需求和调度、应急预案生成和决策优化等方面具有重要的理论支持和实际应用意义。

本文依托“国家道路交通安全科技行动计划”暨“十一五”国家科技支撑计划重大项目“重特大道路交通事故综合预防与处置集成技术开发与示范应用”中的课题《区域公路网交通安全态势监测、评估及应急指挥技术及示范》，引入军事领域的态势评估概念和研究思路，在充分感知交通突发事件态势要素的基础上，建立了高速公路网络交通突发事件在时间和空间维度上的状态及趋势评估模型，合理地预测了事件处置的各阶段时间及其路网辐射影响范围和动态延误，准确地理解了事件态势的严重程度及事件路网抗毁可靠度，实现了事件态势响应预案自动优化技术，系统地解决了高速公路网络交通突发事件时空态势评估及其应急响应预案推理的关键问题。

首先，高速公路网上的交通流参数变化是感知交通事件的主要依据，而事件传感器是探测交通流参数变化的主要手段。构建高速公路网络双层拓扑结构，为网络交通突发事件的态势评估搭建了一个路网态势感知的逻辑结构和物理结构。从交通突发事件态势要素获取的需求入手，深入分析事件传感器的类型、功能、数据源等问题，研究事件态势要素综合检测技术。在调研国内外交通事件自动检测算法的基础上，阐述了交通事件直接检测和间接检测的基本原理，提出了一种基于序贯最小优化支持向量机的自动事件检测算法。

其次，交通事件持续时间是评估事件对路网影响范围和造成交通延误的主要依据。在分析传统事件持续时间分段定义的基础上，考虑了事件处理过程及其对道路交通的影响，提出了事件到场时间和清除时间的新定义，并分别建立了交通事件持续时间四个阶段的预测模型。考虑了对事件结束概率的评估需求，提出了能够接受不同时间分布和缺失数据的交通事件持续时间加速消散模型。

再次，突发事件对交通的直接影响是造成了道路拥堵和交通延误。以事件检测时间、到场时间和清理时间作为输入参数，基于交通流波动理论，在传统封闭道路集散波模型的基础上，提出了考虑出入口匝道及其衔接道路影响的高速公路网络交通事件影响范围的预测模型，并利用宏观交通流仿真软件对模型参数进行了标定和检验。依据交通流波动理论推导出的事件影响范围模型可以反推事件持续时间四阶段中最后一个阶段即交通恢复的预测时间，从而完整的构造出四阶段持续时间预测模型。利用确定性排队模型结合四阶段时间预测变量，构建了事件确定性延误模型；若将事件持续时间视为随机变量，结合事件持续时间加速消散模型所标定的持续时间随机分布特征，构建了事件随机延误实时预测模型。同时，结合实际高速公路收费站数据和事件数据，将事件真实延误与两类模型计算结果相对比，对模型进行了分析和验证。

再次，态势理解是对交通突发事件威胁程度的综合评价。利用态势要素获取技术，得到交通突发事件特征、路网环境以及应急管理资源等基本信息，分析和确定各要素之间的深层联系。采用了改进的模糊层次分析法建立了交通突发事件威胁程度的态势理解模型，最终得到事件、交通、路网、救援、经济、社会等态势的综合量化估计，并进行了模型的验证分析。引入了复杂网络理论中的抗毁可靠度概念及方法，借助态势感知路网拓扑结构，建立了基于路网抗毁可靠度的高速公路网络交通突发事件态势理解模型，为事件态势理解提供了一种从路网结构角度解决问题的思路和方法。

然后，在交通突发事件态势感知、预测与理解的一系列评估流程下，启动态势响应预案。在分析传统预案生成方法的基础上，利用粗糙集理论和双层检索策略，构建了基于全局案例推理的态势响应预案生成模型，挖掘出历史案例中难以获取的隐藏经验信息。针对实时事件信息中包含的不完整和不确定的因素，采用人工智能领域的新技术，构建了基于双学习贝叶斯网络的态势响应预案优化模型，实现了实时响应预案自动优化技术，为路网交通突发事件下的应急响应提供了智能决策的技术支持。

最后，基于本文提出的高速公路交通突发事件态势评估与应急响应的若干关键技术，依托课题示范省份高速公路网，验证了相关评估模型的关键参数和模型的科学性，提高了理论模型的适用性。

    【关键词】：高速公路，交通突发事件，态势评估，态势感知，态势预测，态势理解，事件持续时间，事件影响范围，应急响应，预案推理，贝叶斯网络