集成指揮平臺惡劣天氣管控公安部交通管理科學研究所十部一業(yè)務背景二技術(shù)介紹三功能設計說明業(yè)務背景2019年10月3日，寧洛高速安徽蚌埠段，因突發(fā)團霧造成17車連環(huán)追尾致10死7傷的重大交通事故業(yè)務背景2018年10月19日7時，大廣高速河南駐馬店段，因突發(fā)團霧，發(fā)生28輛大貨車連環(huán)相撞事故，造成9死9傷。2017年11月15日7時，滁新高速下行線191至194KM，因突發(fā)團霧發(fā)生多起重大交通事故，造成18人死21人傷。2016年11月21日9時,京昆高速山西平陽段太原方向65KM處長下坡路段,因團霧和路面濕滑,引發(fā)多起車輛碰撞,造成17人死37人傷。2016年4月2日，滬寧高速上海至無錫方向玉祁段因雨天路滑和團霧發(fā)生至少50輛車連環(huán)相撞的大事故，造成3死31傷。2015年11月29日7時，山西大運高速運城到侯馬段因團霧影響發(fā)生47車連環(huán)相撞的特大交通事故，造成3死7傷。2013年6月4日6時許，京港澳高速公路駐馬店833至841公里段，因突發(fā)團霧引發(fā)東西兩側(cè)16起交通事故，共造成56車相撞致14死。團霧引發(fā)的高速公路重特大事故2016年03月19日07時55分許，當事人曾萬彬駕駛川A2D9H2輕型普通貨車行駛至滬渝高速公路渝滬向730KM+100M處時，車輛在慢速車道內(nèi)撞上前方因交通堵塞停于慢速車道和應急車道之間的由當事人崔海峰駕駛的豫LA6591(豫L7685掛)重型半掛牽引車尾部左側(cè)，造成豫LA6591(豫L7685掛)車尾部左側(cè)及川A2D9H2車受損的第一次交通事故。隨后，當事人劉長義駕駛皖M5D071重型半掛牽引車行至此處時，車輛在應急車道內(nèi)與豫LA6591(豫L7685掛)車右側(cè)及路側(cè)護欄發(fā)生刮撞，造成豫LA6591(豫L7685掛)車右側(cè)、皖M5D071車及公路設施受損的第二次交通事故。緊接著，當事人李海生駕駛鄂BLY258大型普通客車行至此處時，車輛在慢速車道內(nèi)撞上豫LA6591(豫L7685掛)車尾部右側(cè)，造成當事人李海生及鄂BLY258車內(nèi)乘坐人向莉、胡萍、周麗華、張維莉、吳萍、姜小沖、劉燕受傷，豫LA6591(豫L7685掛)車尾部右側(cè)及鄂BLY258車受損的第三次交通事故。業(yè)務背景團霧引發(fā)事故案例業(yè)務背景團霧引發(fā)事故筆錄業(yè)務背景

2020年公安部交管局提出了“推動公路安全生命防護工程建設，深化危險路段和高速公路團霧多發(fā)路段排查整治”，把團霧多發(fā)路段治理作為今年道路交通管理的工作要點。

公安部交管局在2018年10月下發(fā)了《關(guān)于切實做好霧天交通應急管理工作的通知》（公交管【2018】566號），要求各地公安交管部門組織深入排查、匯總梳理本?。▍^(qū)、市）高速公路團霧多發(fā)路段，并上報《年均發(fā)生3次以上團霧的高速公路路段統(tǒng)計表》，截止2018年11月10日，各地共上報了3188處高速公路團霧多發(fā)點段。

《2023年公安交通管理工作要點》提到深入實施…惡劣天氣高影響路段優(yōu)化提升重點攻堅項目，重點治理…受惡劣天氣嚴重影響的路口路段突出問題。業(yè)務背景團霧特點高速公路團霧易發(fā)原因高速公路作為城市間的連接紐帶，主要分布在城市的邊緣，多屬于建筑稀少、植被覆蓋濃密的郊區(qū)，水汽較為充足。高速公路主要由瀝青、鋼筋、水泥等建筑材料構(gòu)成，相對于附近地表導熱率高、熱容低，晝夜溫差幅度大；在水汽條件配合的情況下，易形成局部團霧。高速公路汽車尾氣、揚塵提供了豐富的氣溶膠粒子，這些都有利于水汽凝結(jié)，從而形成團霧。團霧是受局部微氣候環(huán)境的影響，在大霧中數(shù)十米到上百米的局部范圍內(nèi)，出現(xiàn)的更“濃”、能見度更低的霧。123突發(fā)性團霧受局部地區(qū)微氣候環(huán)境的影響，因而難以通過氣象手段預測。團霧出現(xiàn)與發(fā)展時間短，特別是路外形成的團霧隨時可能漂移至路面，有非常大的突然性。局部性團霧范圍集中，從數(shù)十米到上百米，從外邊看感覺不出來，一旦進入?yún)^(qū)域能見度驟降，讓人防不勝防。不均勻團霧是大霧中更濃、能見度更低的局部，其不均勻性容易導致駕駛?cè)?、交警的誤判。業(yè)務背景-霧的發(fā)生過程起霧消散業(yè)務背景-霧的發(fā)生過程業(yè)務背景-能見度等級氣象標準技術(shù)指標國家標準《霧的預報等級》（GBT27964-2011）：公安標準公安部交管局發(fā)布的《關(guān)于加強低能見度氣象條件下高速公路交通管理的通告》，將能見度分為5個等級：以公安部標準為主，參考氣象國家標準，能見度分為有霧和無霧兩種，有霧的分為五級：能見度一級（50米以下）能見度二級（50~100米）能見度三級（100~200米）能見度四級（200~500米）能見度五級（500~1000米）業(yè)務背景-惡劣天氣事件處置流程（一）主要流程1、惡劣天氣事件的發(fā)現(xiàn)高速公路惡劣天氣主要包括雨、霧、冰、雪、沙塵等，其中雨、霧、沙塵主要影響高速公路的能見度，而冰雪主要影響道路摩擦系數(shù)容易造成側(cè)滑，當然雨也會造成路面濕滑。惡劣天氣發(fā)現(xiàn)方式主要有高速公路氣象站、視頻圖像檢測、人工巡查等。2、指揮調(diào)度指揮中心根據(jù)惡劣天氣事件信息，做出研判，指揮調(diào)度各崗位實現(xiàn)惡劣天氣處置工作：（1）路面巡邏確認對于局部性的惡劣天氣如團霧、薄冰等，指揮中心須調(diào)度路面巡邏交警確認，以判斷事件嚴重程度。（2）判斷是否應急事件指揮中心根據(jù)事件的嚴重程度判斷是否應急事件。3、交通提示對于嚴重程度較低的事件，以交通提示為主，如LED屏顯示。4、啟動應急預案判斷為應急事件的根據(jù)高速公路惡劣天氣應急處置預案啟動交通管控。惡劣天氣事件分為重大、較大、一般三級，分別對應不同的管控措施。5、判斷天氣是否恢復正常惡劣天氣特別是霧、冰等比較容易在陽光下消退，指揮中心應隨時注意天氣是否恢復，確認恢復的應及時解除管控。6、解除管控（二）三級管控流程1、一級管控重大的惡劣天氣事件（如能見度低于50米，嚴重的雨雪、沙塵天氣等）應啟動一級管控。（1）禁止車輛進入對于事件發(fā)生區(qū)域外的車輛要禁止入內(nèi)，主要方法一是主線容留：已在高速公路主線的區(qū)域外車輛要控制在區(qū)域外；二是關(guān)閉收費站，對于區(qū)域內(nèi)收費站和區(qū)域外行駛方向為事件發(fā)生區(qū)域的收費站應當關(guān)閉。（2）車輛分流對于事件發(fā)生區(qū)域內(nèi)的車輛要進行分流，主要方法一是壓速帶道，由警車低速帶領(lǐng)滯留車輛，將滯留堵塞在路面的車輛帶至下一具備條件的站口分流下路或者帶出管控道路；二是站口分流，選擇通行條件較好的上游站口進行分流。2、二級管控較大的惡劣天氣事件（如能見度50~100米，冰雪天氣等）應啟動二級管控。（1）限速根據(jù)《道路交通安全法實施條例》，能見度50~100米限速40公里/小時，冰雪道路限速30公里/小時。（2）間斷放行在保證車輛限速和車距的前提下，間斷放行車輛。3、三級管控一般的惡劣天氣事件（如能見度100~200米，暴雨等）應啟動三級管控。（1）限速根據(jù)《道路交通安全法實施條例》，能見度100~200米限速60公里/小時。（2）間斷放行在保證車輛限速和車距的前提下，間斷放行車輛。4、協(xié)作管控協(xié)作管控包括交警部門內(nèi)部和外部的協(xié)作：（1）相鄰省、市、縣交警部門聯(lián)勤聯(lián)動比如來車方向交警部門協(xié)作管控分流等。（2）協(xié)調(diào)施工單位暫停施工（3）協(xié)調(diào)路政、清障、急救等部門（三）解除管控流程判斷天氣恢復正常后，需要解除管控，一般天氣事件取消管控措施即可，比較特殊的是冰雪天氣的解除，需要分車型先后放行：（1）先放普通貨車碾壓路面（2）再放行轎車確認安全（3）7座以上客車（4）危險化學品運輸車輛業(yè)務背景-團霧事件處置流程高速公路團霧事件也有其特殊性，因而其處置也有其特點：交通提示先行能見度確認團霧跟蹤范圍管控1、交通提示先行高速公路團霧無法預報，因而具有很大的突發(fā)性，因而應急處置一定要快。惡劣天氣事件發(fā)生時，需要指揮中心和路面巡邏研判確認，該過程耗費不少時間，容易在此期間發(fā)生交通事故?？稍谥笓]中心初步研判之后，先行通過高速公路LED屏、手機短信等方式進行實時提示，從而盡可能減少事故。2、能見度確認團霧主要由其低能見度對高速公路行車安全產(chǎn)生影響，一般來說200米以下的能見度開始影響行車安全，而50米以下的能見度極易引發(fā)事故需要封路，正確判斷團霧能見度等級與管控手段是否得力是否必要息息相關(guān)。在團霧發(fā)現(xiàn)之后，啟動應急預案之前，必須確認能見度的等級，包括路面巡邏確認。3、團霧跟蹤團霧有其發(fā)生、發(fā)展、消退的過程，而且霧氣會產(chǎn)生漂移，因而團霧的范圍和能見度是不斷變化的。在應急處置過程中，必須實時跟蹤團霧的變化過程，一是團霧影響范圍變化，需要調(diào)整團霧管控的路段；二是團霧能見度等級變化，需要調(diào)整管控等級；三是團霧消退，能見度等級恢復正常，需要及時解除管控，恢復高速公路正常運行。3、團霧范圍管控

團霧發(fā)生范圍就是事故易發(fā)區(qū)域，除了跟蹤團霧范圍的變化之外，還需要具體的管控措施。可用警車在進入團霧的區(qū)域視情況進行前方預警、壓縮車道直至堵塞道路；在走出團霧的區(qū)域警車開道，清理前方低速車輛（催促快行或者避讓）。一業(yè)務背景二技術(shù)介紹三功能設計說明技術(shù)介紹-團霧檢測技術(shù)15團霧檢測技術(shù)激光光學檢測技術(shù)能見度檢測儀圖像識別技術(shù)透射儀散射儀傳統(tǒng)技術(shù)深度學習對比度暗通道數(shù)值分類對象分類全圖分類集成指揮平臺團霧檢測系統(tǒng)綜合應用多種團霧檢測算法，包括：改造傳統(tǒng)圖像識別技術(shù)的深度學習數(shù)值分類算法基于海量團霧圖片標注的深度學習全圖分類算法技術(shù)介紹-團霧檢測技術(shù)比較激光光學檢測技術(shù)圖像識別技術(shù)缺點優(yōu)點覆蓋率低高速公路能見度檢測儀一般10~15公里建設1處，部分團霧多發(fā)路段能達到5公里1處。監(jiān)控范圍小高速公路能見度檢測儀為點監(jiān)控，僅代表能見度檢測儀所在位置的能見度。對于局部性、不均勻的團霧，容易產(chǎn)生誤判。建設與維護成本高能見度檢測儀或包含能見度檢測功能的高速公路氣象站建設成本不菲，高精度能見度檢測儀在10萬左右。部署在高速公路路側(cè)，維護成本高昂。覆蓋率高近年來主要高速公路實現(xiàn)了視頻監(jiān)控全覆蓋，中部、東部高速公路平均達到1~2公里一處。監(jiān)控范圍大道路監(jiān)控攝像機有效范圍一般在100米左右，對該范圍內(nèi)的團霧都有發(fā)現(xiàn)能力。建設與維護成本低采用中心部署的圖像識別算法，無須改造前端監(jiān)控設備，充分利用原有設備，額外成本低。基于圖像識別的團霧檢測技術(shù)能夠有效彌補能見度檢測儀在高速公路應用中覆蓋率低、監(jiān)控范圍小、建設與維護成本高等問題。光學檢測與圖像識別相結(jié)合是高速公路團霧檢測的最佳選擇技術(shù)介紹-團霧檢測技術(shù)比較圖像識別技術(shù)特征優(yōu)點缺點改進傳統(tǒng)圖像識別技術(shù)

算法模型由一系列函數(shù)組成，將圖像特征直接轉(zhuǎn)化成能見度值可以得到連續(xù)的能見度值計算量小不需要GPU得到的能見度值與實際能見度值不能精確對應，僅反映變化趨勢難以根據(jù)實際情況提升準確率；當監(jiān)控距離較近（低于能見度距離）時，無法得到正確能見度值深度學習算法

算法模型為深度學習訓練的分類器可以根據(jù)實際情況迭代訓練算法，提升識別準確率對于監(jiān)控距離較近的圖像，也可以通過訓練識別出實際的能見度值僅能實現(xiàn)分類計算量相對較大

樣本能見度分類細分到米，得到可以模擬連續(xù)能見度值的分類模型改進后的深度學習算法，除了計算量要求較高外，可以逐漸提升消除傳統(tǒng)圖像識別的絕大部分缺點。是團霧識別未來的主要發(fā)展方向，因而集成指揮平臺高速公路團霧檢測系統(tǒng)以選擇以深度學習算法作為圖像識別的解決方案。技術(shù)介紹-團霧檢測技術(shù)比較團霧圖像識別技術(shù)具體算法特征優(yōu)點缺點傳統(tǒng)圖像識別技術(shù)對比度算法根據(jù)圖像部分區(qū)域?qū)Ρ榷冉⒂嬎隳Ｐ鸵资芴炜铡⒔?、疊加信息、路面特征等干擾暗通道算法根據(jù)戶外圖像無霧區(qū)域存在一些像素點（暗像素）至少一個顏色通道中具有趨近于0的值的原理建立透射率計算模型易受天空等白色景物干擾深度學習算法數(shù)值分類算法以傳統(tǒng)圖像處理得到的數(shù)值（如局部對比度、暗通道值）為對象進行分類計算量較小可不用GPU存在傳統(tǒng)圖像識別技術(shù)同樣的干擾全圖分類算法將全圖分解成RGB三通道數(shù)據(jù)，使用插值法采樣到統(tǒng)一尺寸后作為對象直接進行分類可通過不斷迭代訓練降低干擾需要大量標注樣本訓練計算量大需要GPU技術(shù)介紹-團霧算法測試結(jié)果算法算法類型區(qū)分等級樣本數(shù)正樣本算法檢出有效檢出檢出率準確率算法1數(shù)值分類算法不區(qū)分等級500071854253274.09%98.15%區(qū)分等級500071854239154.46%72.14%算法2全圖分類算法不區(qū)分等級500071868162386.77%91.48%區(qū)分等級500071868141858.22%61.38%算法3對比度算法不區(qū)分等級50007184928718100.0%14.6%區(qū)分等級5000718296439454.9%13.3%算法4暗通道算法不區(qū)分等級200067466941060.83%61.29%對幾個典型算法廠商的算法進行了評測，分別代表了數(shù)值分類算法、全圖分類算法、對比度算法和暗通道算法。盡管測評結(jié)果存在廠家的因素，但也基本能說明基于深度學習的數(shù)值分類算法、全圖分類算法識別準確率顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法。1、朝向地面、天空占比過高（相機過低）、相機顛倒會導致誤識別誤報說明2、鏡頭臟會導致誤識別誤報說明3、雨雪天氣會導致誤識別誤報說明4、晚上由于車燈照射誤識別誤報說明技術(shù)介紹-前端要求攝像機指標分辨率：要求不低于720P，推薦1080P以上高清攝像機白平衡：支持自動白平衡快門：1/25~1/20000編碼：H.264或H.265幀率：不低于25幀/秒鏡頭焦距：可定焦或變焦，工作時鏡頭焦距不低于25mm。推薦30~60mm內(nèi)應用上行帶寬：不低于10M/S建議指標：支持低照度，最低照度≤0.01LUX。支持不低于80倍寬動態(tài)。支持背光補償。支持強光抑制。安裝要求安裝高度：3.5M~16M，不支持高空攝像機。安裝角度：盡可能選擇正面安裝，路側(cè)安裝時拍攝方向與道路夾角不大于15度。拍攝方向與路面角度視情況而定，確保拍攝畫面中天空面積不少于1/4，不多于1/2。遮擋情況：山體、樹木、過線橋、標志標桿等遮擋物遮擋道路面積低于10%。維護要求：鏡頭無污損。推薦要求：采用全天候防護罩，玻璃防霧、防霜。監(jiān)控點位

原則上選擇高速公路主線監(jiān)控攝像機。避免采用收費站、執(zhí)法站、服務區(qū)監(jiān)控點位。盡可能選擇非城區(qū)點位，避免選擇路側(cè)建筑物眾多的點位。不得選擇非高速點位和非道路監(jiān)控點位。正面安裝路側(cè)安裝思路總體思路針對現(xiàn)有檢測技術(shù)不足，從工程應用角度采用多因素綜合析方法，提升預警信息的可信度分析影響因素空間因素（濃霧多發(fā)的山區(qū)和水網(wǎng)地區(qū)）、時間因素（處于多發(fā)月份、常發(fā)時間段）梳理檢測技術(shù)特征作為預警的主要影響因素，包括：視頻監(jiān)控智能識別、沿線能見度自動觀測儀、氣象部門地面實況觀測和氣象衛(wèi)星資料反演等選擇適用分析方法層次分析法適用評價因素數(shù)量較少、因素間關(guān)系易進行比較判斷、難以定量化等特點生成風險指數(shù)等級對各風險的特征進行分類打分，結(jié)合各風險因素權(quán)重生成風險預警指數(shù)，劃定指數(shù)等級團霧風險評價-用層次分析法提高團霧預警可信度建立層次分析法風險評價模型構(gòu)成各層次間兩兩判斷矩陣求各判斷矩陣每行所有元素的幾何平均值將幾何平均值歸一化，計算各層次間的相對權(quán)重計算判斷矩陣的最大特征值計算CI，進行一致性檢驗各層次評價相對權(quán)重值流程

團霧風險評價-評價方法Y1-X層次判斷矩陣風險因素X1X2X3X4X5X113576X21/31465X31/51/4143X41/71/61/411/3X51/61/51/331Y2-X層次判斷矩陣風險因素X1X2X3X4X5X112465X21/21354X31/41/3154X41/61/51/511/4X51/51/41/441風險因素Y1Y2Y117Y21/71Z-Y判斷矩陣1）計算矩陣中每行元素的幾何平均值

判斷矩陣求權(quán)重和一致性驗證3）解該層的最大特征值4）計算一致性指標CI是否<0.1團霧風險評價-評價方法影響因子Y層

X層Y1

0.875Y2

0.125X層總權(quán)值X1視頻識別0.48930.43360.48X2氣象觀測推演0.28190.28610.28X3多發(fā)路段0.12170.16050.13X4多發(fā)月份0.03880.04030.04X5常發(fā)時段0.068300.07960.07風險值風險等級備注0.73-1V級（重大風險）監(jiān)測風險分值均為1，且有規(guī)律風險0.59-0.72IV級（較大風險）監(jiān)測風險分值均為10.34-0.58III級（一般風險）各類風險均分值，取其中較大的視頻+規(guī)律分值0.25-0.33II級（低風險）各類風險最小值，取其中較大的視頻+規(guī)律分值0-0.24I級（無風險）無監(jiān)測風險風險預警指數(shù)取值范圍為1～5，分為五級各風險因素權(quán)重團霧風險評價-評價結(jié)果左圖根據(jù)層次分析法得到的X層權(quán)值，用于計算風險值，風險值通過右圖對應風險等級，團霧風險等級達到一定等級以上才預警。風險值=0.48*X1+0.28*X2+0.13*X3+0.04*X4+0.07*X5其中X1~X5為各影響因素經(jīng)驗值，如由于視頻識別準確率受光照影響，X1白天取值為1，夜間為0.8。一業(yè)務背景二技術(shù)介紹三功能設計說明功能設計-高速公路團霧多發(fā)路段分析3188個團霧多發(fā)路段分布在27個省份的534條國家及省級高速公路（路段）上，總里程22422公里。分析多發(fā)路段數(shù)和里程數(shù)（如下圖），高速公路團霧多發(fā)于四川、安徽、山東、湖南、江西、貴州、湖北、廣東、云南、山西、江蘇等10多個省份，團霧多發(fā)里程達到1000公里以上。此外浙江、遼寧、陜西、福建、河南、廣西、河北等省團霧多發(fā)路段也較多。G15沈海高速、G56杭瑞高速、G60滬昆高速、G5京昆高速、G25長深高速、G3京臺高速、G4京港澳高速、G70福銀高速、G50滬渝高速、G55二廣高速、G30連霍高速等高速公路為團霧多發(fā)公路。團霧多發(fā)省份應重視團霧多發(fā)路段治理工作，特別是境內(nèi)團霧多發(fā)公路的治理。功能設計-高速公路團霧多發(fā)時間分析左圖可知，一年中團霧多發(fā)于10月至4月份，在11月至2月間達到峰值，也就是高發(fā)于秋冬交替時節(jié)及冬季，散見于春季及秋季