2023世界交通运输大会 傲杀除草       投稿须知
时空大数据助力路网高效运营
作者:文/北京航空航天大学 来源:《中国公路》 时间:2022-06-09

获奖等级:特等奖

项目名称:时空大数据驱动的公路网运行状态精准辨识与主动控制技术及应用

“时空大数据驱动的公路网运行状态精准辨识与主动控制技术及应用”项目属于交通工程、信息技术多学科交叉领域。国家公路网是国家综合运输体系中的大动脉和骨干网,是强化城市群联系、加快交通一体化建设的重要基础。项目针对公路网网络规模大、状态成因杂、影响因素多所导致的数据处理慢、状态辨识粗、应急救援难等关键问题,提出了利用有序群体行为认知路网运行的创新思路。项目基于海量固定与移动监测设备采集信息、车联网日活跃车辆所汇聚的动轨迹信息,结合事件、气象等外部环境信息,将人工智能等新一代信息技术与交通工程相融合,构建了时空大数据驱动的公路网运行状态精准辨识及主动控制技术,建立了公路网运行状态辨识新方法、风险防控新手段、态势研判新视角与运行效率提升新模式。


强感知 能自适 控风险


项目针对监测设备总量多,但监测器点位设施布设分散,单一设备感知范围有限,存在大量监测盲区的问题,提出了基于时空大数据挖掘的群体出行规律认知理论,揭示了路网空间结构与群体出行特征分层耦合的作用机理,构建了面向大规模监测数据关联汇聚的时空大数据流式处理与认知计算体系,通过从无序个体轨迹中发现的有序群体移动规律,形成了公路网全域、全天候感知能力。

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时空大数据驱动的公路网运行状态精准辨识与主动控制技术及应用研究总体思路图

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运行状态突变环境下路段间联通拓扑关系动态识别

针对公路网整体波动小、局部波动大、运行状态表征片面、安全隐患预判不精准等问题,项目提出了复杂公路网实时运行态势研判与主动干预技术,构建了多因素融合的公路网交通事故风险阈值自适应模型,建立了基于历史数据挖掘及态势仿真推演的风险协同管控技术,以及道路通行能力折减典型场景下应急交通管控技术体系。

针对节假日、重大社会活动等供需影响下的交通需求预测瓶颈,项目提出了多群体出行需求联合评估方法、面向大规模路网路段间运行状态影响关系的自适应学习方法,形成了供需失衡环境下大规模公路网交通需求预测与出行诱导技术。

项目先后发表SCI、EI检索论文82篇,ESI高被引用论文3篇,授权国家发明专利29项,软件著作权8项,编制国家标准两项,支撑了全国16万公里高速公路网的系统应用,以及部级公路网运行监测管理与服务平台的建设,社会经济效益显著,推广应用前景广阔。

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重庆高速全网断面车流量


降风险 提能效 促融合


引领行业技术进步 促进关键技术变革

项目建立了公路网运行状态辨识新方法、态势研判新视角、风险防控新手段与运行效率提升新模式,促使公路网运行监测与应急处置方式发生了重大变革,形成了部、省、段、站四级联动。在增强交通系统主动控制能力的同时,从根本上降低了安全事故风险,带动了物联网、信息技术等行业发展与服务创新。

提升公路网交通系统整体效能与运行管理水平

项目创新了交通管理模式,增强了公路网运行监测与服务能力,形成了高速公路全天候感知能力。公路网运行监测管理、交通决策支持与政策实施效果评估由原有的局域化、被动式、粗粒度向整体化、主动式、精细化转变,有效提高了群体出行效率,在缓解交通拥堵的同时降低了能耗排放。

强化安全管理与重大事件应对能力

面对地震、极端天气等突发事件影响和节假日、重大社会活动等计划事件影响,项目实现了影响时间、范围的动态感知、路网运行态势演化的精准预测,有效提升了部级层面对公路网运行的监测与决策能力,以及部省协同联动管理效率,为事后应急向事前预警的转移提供了支撑。

推动交通系统基础理论与学科发展

项目成果取得的专利、论文、软件著作权、国家标准等系列成果,创新了我国交通系统的感知、认知、预知与控制理论基础,促进了大数据、人工智能等先进信息技术与交通运输行业深度融合,对带动交通智能化、综合化发展,加快新基建与领域结合应用及培养解决复杂工程问题人才均具有积极推动作用。

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节假日车流量及拥堵指数精准预测

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层次化关系学习

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多群体车流量预测

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群体行为特征重构


顶级科研院校、顶层管理机构的强强联合


项目取得的突出成果离不开北京航空航天大学、交通运输部路网中心、交通运输部公路科学研究院三家主要完成单位的强强联合与通力合作。

北京航空航天大学(以下简称“北航”)现隶属于工业和信息化部,是全国第一批16所重点高校之一,也是20世纪80年代恢复学位制度后全国第一批设立研究生院的22所高校之一,首批进入“211工程”,2001年进入“985工程”,2017年入选国家“双一流”建设高校名单。北航在航空、航天、动力、信息、材料、仪器、制造、管理等学科领域具有明显的比较优势,形成了航空航天与信息技术两大优势学科群,国防科技主干学科达到国内一流水平。工程学、材料科学、物理学、计算机科学、化学、社会科学总论6个学科领域的ESI排名进入全球前1%。北航现有1个国家实验室——航空科学与技术国家实验室,9个国家级重点实验室,6个国家级工程研究中心,3个北京市高精尖创新中心,70余个省部级重点实验室;有9个国家自然科学基金委创新研究群体,12个教育部创新团队,10个国防科技创新团队。学校突出自主创新,强化协同创新,积极搭建国家级创新平台,组建大团队,承担重大科研项目,重大科技成果不断涌现。“十五” 以来,北航共获国家三大科技奖励70余项,其中近16年获得15项国家级科技奖励一等奖、3项国家自然科学奖二等奖,创造了一所大学连续获国家高等级科技奖的纪录,被社会誉为科技创新的“北航模式”。

交通运输部路网中心(以下简称“部路网中心”)是隶属于交通运输部的事业单位,主要开展路网监测、应急处置与出行信息服务相关工作,促进公路事业发展,全国公路网日常运行监测,全国公路网重大突发事件预警预测与应急处置,公路交通出行信息服务,公路数据库技术开发与维护,公路交通信息平台建设与维护,公路桥隧道安全运行技术支持,公路网建设养护造价及运营成本评估,收费公路联网收费及不停车收费技术支持,相关科学研究、技术咨询与国际交流。部路网中心自成立以来,按照“高起点起步,高标准要求,高效率运转”的原则,以成为 “交通运输部的服务中心、处置中心、人才培养中心和部党组进行决策提供建议的参谋中心”为目标,把“提高路网运行效率、保障路网安全畅通、服务百姓便捷出行”作为核心任务,以“懂路网、善研判、会沟通、精技能”为基本要求,加快推进各项职能建设。部路网中心积极稳步提升国家高速公路及重点干线路网监测、养护、应急处置和出行服务能力,并实现对区域性应急管理机构、应急队伍、物资装备等资源的统筹调度和管理;建成具有监测预警、综合研判、辅助决策、异地会商、路网协调、辅助调度和模拟演练等功能的国家公路网运行管理与应急处置平台;在路网运行管理体制机制、队伍建设、制度建设等方面取得了积极进展。部路网中心在重大活动保障、重大节假日小型客车免费通行政策实施,以及重大自然灾害应对等方面发挥了重要作用,多次获得中央领导和交通运输部党组的高度肯定。

交通运输部公路科学研究院(以下简称“公路院”)成立于1956年,是交通运输部直属公益二类科研事业单位,主要从事公路交通运输领域的科学研究、技术研发、标准规范制修订和科技服务、技术支撑、人才培养等工作。公路院拥有较为完善的科技创新体系,依托公路交通试验场、5个国家级创新平台、6个交通运输行业重点实验室、4个交通运输行业研发中心和若干产业联盟,形成了“一个基地+两根链条”的科技创新体系,推动了科技创新能力的提升,在公路交通运输行业的科学研究、技术研发、技术服务及应用示范等方面发挥了重要作用。

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【编辑:朱海洲】

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