帶隊十年如一日采數(shù)據(jù),、建模型、搭平臺,，形成高速公路交通流主動控制技術(shù)體系

　　劉攀：從海量數(shù)據(jù)中“挖”出交通隱患

　　本報記者 金 鳳

　　這幾天,，在河北省新元高速公路新樂段，一個“智慧交通大腦”默默運行著,。每隔30秒,，安裝在道路兩側(cè)的傳感器會將每個車道的車流量、車道占有率等數(shù)據(jù)傳送到高速公路交通控制中心,。之后,，計算機(jī)再將這些交通流數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣,、路面情況等其他數(shù)據(jù),，依據(jù)一定的模型、算法,，實時計算出高速公路發(fā)生交通事故和交通擁堵的概率,，并給出相應(yīng)的解決方案。

　　這個“大腦”的設(shè)計者是東南大學(xué)教授,、博士生導(dǎo)師劉攀,，他就像一位“道路偵探”，帶領(lǐng)團(tuán)隊每天從海量的交通數(shù)據(jù)中尋找可能存在的安全隱患,，為提升高速公路行車安全,，打通“堵點”提供破解之術(shù)。

　　過去10年,，劉攀帶領(lǐng)團(tuán)隊廣泛采集高速公路數(shù)據(jù),、建立算法模型、開發(fā)控制策略,、研發(fā)平臺系統(tǒng),、推動工程應(yīng)用，形成了高速公路交通流主動控制的理論方法和技術(shù)體系,，不斷努力嘗試為高速公路“溶栓”……前不久,，他榮獲第十六屆中國青年科技獎,。

　　十年磨出交通事故預(yù)警系統(tǒng)

　　劉攀團(tuán)隊成員、東南大學(xué)交通學(xué)院教授徐鋮鋮,，現(xiàn)在每天清晨第一件事就是打開新元高速公路交通事故風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的界面,，檢查系統(tǒng)運行是否正常。

　　不久的將來,，這一系統(tǒng)將被運用到京德,、榮烏高速公路新線的100公里路段。這兩條新線,，是雄安新區(qū)對外骨干路網(wǎng)的重要組成部分,。

　　如何從龐雜的數(shù)據(jù)中，找出可能存在的交通隱患,？答案藏在一套被打磨了約10年的數(shù)據(jù)模型中,。

　　2008年，劉攀回國任教,，用了快2年時間,，他帶領(lǐng)團(tuán)隊成員研發(fā)出我國第一套具有完整知識產(chǎn)權(quán)的高速公路可變限速控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用在當(dāng)時的滬杭甬高速公路杭州段實驗路段,。

　　“那時,，國內(nèi)還沒有‘智慧高速’的概念，相關(guān)部門對交通流主動控制技術(shù)的理解也比較有限,。剛剛開始做這個研究時,，我們能獲得的支持比較少，總感覺挺孤獨的,?！眲⑴侍寡裕瑥臄?shù)據(jù)采集,、控制策略研發(fā),、系統(tǒng)平臺開發(fā)，乃至設(shè)備現(xiàn)場安裝和施工,，都是由團(tuán)隊獨立完成的,。

　　經(jīng)過技術(shù)設(shè)計，他們安裝的微波檢測器和氣象站可實時動態(tài)檢測交通流和天氣數(shù)據(jù),，系統(tǒng)會據(jù)此計算交通事故風(fēng)險值,，一旦風(fēng)險值超過閾值,，會立即啟動可變限速控制,，上下游的可變情報板會自動調(diào)整限速值，以調(diào)節(jié)路段交通量和交通流,。

　　那段時間,，劉攀每天起床后的第一件事,，就是盯著屏幕檢查各種傳回來的數(shù)據(jù)，生怕設(shè)備出問題,，有時還要跑到現(xiàn)場去查看路側(cè)設(shè)備的情況,。從南京到杭州，要開將近4小時的車,，這一路他不知來回開了多少趟,，就這樣堅持了近3年。

　　項目雖然做得辛苦,，收獲卻很大,。“我們整整積累了幾年的數(shù)據(jù),。這些數(shù)據(jù)為后來完善模型和算法提供了堅實的基礎(chǔ),。同時，令人感到欣慰的是,，系統(tǒng)使用期間,，示范路段車輛通行速度離散差下降了28%，事故率減少了17%,，不利天氣下事故率降低了31%,。”劉攀說,。

　　這僅僅是開始,，此后近10年，劉攀帶隊采集了1萬多起高速公路交通事故案例,，并很快有了新發(fā)現(xiàn),。

　　“一些人認(rèn)為，交通事故的發(fā)生完全是偶然的,，沒有任何規(guī)律可循,。實際上，交通事故的發(fā)生,，受到人,、車、環(huán)境等多種因素的影響,。我們發(fā)現(xiàn),，大約65%到75%的高速公路交通事故發(fā)生前，在臨近路段交通流中都會觀測到一些有別于正常情況下的狀態(tài),，表現(xiàn)為交通流在時間和空間上的不均勻分布,。”劉攀認(rèn)為,，這種非正?，F(xiàn)象,，就是交通事故發(fā)生的前兆。只要能發(fā)現(xiàn)前兆的出現(xiàn)規(guī)律,，再用模型“畫”出這些前兆的特征,，就可以實現(xiàn)高速公路交通事故風(fēng)險的主動預(yù)警。

　　制定交通流主動控制策略庫

　　“要想保障道路交通安全,，需要將安全作為目標(biāo)要素,，融入道路交通系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計,、運營和運行管理的全過程,。這就要準(zhǔn)確理解道路設(shè)計和交通控制要素對安全的影響，在對交通事故風(fēng)險主動預(yù)警的同時,，還要主動控制交通流,。”劉攀說,。

　　基于這一思路,，劉攀帶隊在公路進(jìn)行實地研究，他們把高速公路劃分為若干段長度不超過2公里的路段,，通過檢測器獲取每個路段,、每條車道的實時動態(tài)交通流數(shù)據(jù)，一旦系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某個路段內(nèi)的交通流處于不利狀態(tài),，主動控制系統(tǒng)就會立即啟動,。

　　“針對不同的場景，我們應(yīng)用了可變限速,、匝道控制,、車道控制等技術(shù)手段，主動調(diào)整匯入目標(biāo)路段的車流量和速度,，從而大大消除了交通事故風(fēng)險，提升通行效率,。在此基礎(chǔ)上,，我們又應(yīng)用人工智能的方法，基于海量實測數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化控制策略,，使控制系統(tǒng)反應(yīng)更加迅速,，控制更加精準(zhǔn)?！眲⑴收f,。

　　針對京德、榮烏高速公路的交通特點，結(jié)合新元高速公路的實際數(shù)據(jù),，劉攀領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊研發(fā)出追尾事故預(yù)防、分車道動態(tài)限速,、貨車專用車道動態(tài)控制,、應(yīng)急車道開閉動態(tài)控制、不利天氣下準(zhǔn)全天候通行等十大類,、二十余種交通流主動控制策略,，形成了高速公路交通流主動控制策略庫，基本涵蓋了我國高速公路環(huán)境下所有重要的控制場景,。目前,，除雄安新區(qū)對外路網(wǎng)外，團(tuán)隊研發(fā)的高速公路交通流動態(tài)控制系統(tǒng)已應(yīng)用在多條高速公路,。

　　立足實踐不做架空式科研

　　從工程實踐中發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題,，從實際數(shù)據(jù)中提煉科學(xué)規(guī)律，讓劉攀從科研中不斷收獲,，也讓他嘗到坐冷板凳的滋味,。

　　“在美國讀博時很辛苦，有段日子挺難熬的,?！眲⑴拾櫫税櫭碱^。

　　2002年初赴美國南佛羅里達(dá)大學(xué)讀博時,，劉攀的導(dǎo)師承擔(dān)了佛羅里達(dá)州交通部門的研究項目,，要系統(tǒng)評估遠(yuǎn)引掉頭技術(shù)對交通安全和通行效率的影響。這個題目挺冷門,，而且對數(shù)據(jù)的要求非常高,。

　　“我讀博的前兩年，幾乎天天都在‘?dāng)€’數(shù)據(jù),?！蹦菐啄辏瑒⑴屎鸵晃煌瑢W(xué)每天清晨5點起床,，開著拖車,，裝著錐桶、腳手架等一大堆設(shè)備,，前往南佛羅里達(dá)州的各條主要公路,，安裝攝像頭、拍攝道路信息,，晚上再將攝像頭取下來,，調(diào)取視頻記錄并對其進(jìn)行分析，之后再準(zhǔn)備好第2天要用的設(shè)備。為了找到合適的觀測點,，他們幾乎把整個佛羅里達(dá)州都跑遍了,。

　　這項工作很繁瑣，兩年下來,，僅錄像帶就塞滿了十幾平方米的房間,。觀測數(shù)據(jù)超過1000小時，每小時的數(shù)據(jù)文件需要3到4小時來提取,，工作量巨大,。別的同學(xué)都開始發(fā)論文了，劉攀卻還在采集數(shù)據(jù),，他心里難免著急,，“那時常會質(zhì)疑自己，這么做到底是否有意義”,。

　　不過,，劉攀很快就發(fā)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)的價值?！爱?dāng)時,，美國需要計算掉頭車流的通行能力來推廣公路遠(yuǎn)引掉頭技術(shù)，但由于數(shù)據(jù)不足,，一直缺少合適的掉頭車流通行能力模型,，而我那兩年的積累，恰好派上了用場,?！彼f。

　　從2004年開始,，劉攀基于前期實際采集的數(shù)據(jù),，陸續(xù)發(fā)表了多篇高水平的學(xué)術(shù)論文。其中有關(guān)掉頭車流通行能力的研究成果,，先后被美國《道路通行能力手冊(2010版)》,、美國《交通工程手冊(2016版)》等交通工程領(lǐng)域的國際權(quán)威文獻(xiàn)采用。

　　劉攀認(rèn)為,，對于交通工程的研究者來說,，要始終堅持從工程實踐中來，到工程實踐中去,，不能做架空式科研,。

　　“一旦認(rèn)準(zhǔn)了一個方向，就要堅持下去,，把工作做透,，要從基礎(chǔ)理論,、關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)平臺,，一直做到工程應(yīng)用,。這個過程往往是十年磨一劍，因此特別需要耐心和堅持,，而且在初期要有坐冷板凳的思想準(zhǔn)備,。”他說,。

　　如今的劉攀，雖有行政職務(wù)在身,，但每晚10點后的獨處時間和不被工作占用的周末,、假日時光，他總會留給科研,。閱讀文獻(xiàn),、申請課題、和團(tuán)隊成員討論技術(shù)問題,，他樂在其中,。