變被動為主動 由人工向智能 ——“十三五”國家重點研發(fā)計劃“道路交通安全主動防控技術及系統(tǒng)集成”項目自主創(chuàng)新紀實

          你能感受到的1秒鐘有多長？心跳時，1次或2次；刷短視頻時，指尖輕輕上滑或下滑……

          道路交通事故的發(fā)生往往也只在1秒間，帶來的卻是一生的傷痛。而在未來，重大交通事故發(fā)生后，只需0.32秒，客運車輛便可自主報警定位；高速公路上，4.18秒內，車載終端可對重大隱患提前預警……這是“十三五”國家重點研發(fā)計劃“道路交通安全主動防控技術及系統(tǒng)集成”項目經過示范檢驗，對時間的重新定義。

          平安中國，平安交通?！鞍踩Ｕ贤晟瓶煽?、反應快速”是加快建設交通強國的重要任務之一。新一輪科技革命和產業(yè)變革的孕育興起，加速了新一代信息技術與交通運輸?shù)纳疃热诤?，科技因此成為平安交通建設的核心與支撐。

          從“科技興安”到“科技強安”，交通科技工作者不懈尋找道路交通事故預防從“被動”走向“主動”的路徑，以科學技術手段預防和減少道路交通事故，全力維護人民群眾生命財產安全、社會和諧穩(wěn)定。

          其中，中交第一公路勘察設計研究院有限公司（簡稱中交一公院）聯(lián)合近20家產學研單位，歷時1000多個日夜，投入378名科研人員，研究不同道路交通環(huán)境下人—車交互影響機理和交通行為特征表達選擇兩大科學問題；基于空—天—地一體化監(jiān)測、北斗高精度定位、激光/微波傳輸、雷達視頻融合等新技術，攻關突破了在途車輛運行狀態(tài)安全診斷預警、交通行為立體監(jiān)測與互證、交通風險實時評估和短臨預警等重大共性關鍵問題；構建了道路交通安全主動防控系統(tǒng)平臺，形成了“面向人—車—路—環(huán)境系統(tǒng)”的綜合防控成套理論與技術體系，并針對工程項目安全需求進行核心技術應用與示范，形成了科創(chuàng)產用全鏈條設計，支撐我國道路交通安全主動防控等核心技術向高效、精準、全方位服務方向健康發(fā)展。

          為國家和社會提交一份滿意的答卷

          車輪滾滾，惟愿平安。

          針對我國道路交通安全運營中存在的車輛運行安全隱患較大、不良交通行為發(fā)生率高、高風險運行狀態(tài)下預警預報明顯不足等現(xiàn)實問題，在科技部發(fā)布的國家重點研發(fā)計劃“公共安全風險防控與應急技術裝備”重點專項2017年度項目指南中，“道路交通安全主動防控技術及系統(tǒng)集成”項目赫然在列。

          建立覆蓋不同道路類型和駕駛人群體、車輛類型的人—車狀態(tài)對應參數(shù)的數(shù)據(jù)庫；構建通行車輛安全性診斷與測試平臺，實現(xiàn)車輛安全隱患的在線預警；重大交通事故下客運車輛自主報警定位時間不大于1秒；不良交通行為取證有效率達到95%以上；車輛重大交通安全隱患預警時間不大于5秒；道路交通安全主動防控系統(tǒng)在5個以上省域內應用示范，示范車輛交通事故同比下降50%以上……項目的每一項考核指標，都對應著道路交通安全主動防控水平大幅提升的迫切需求。

          攀登這座科研高峰的難度亦可想而知。攀登者既要有報國為民的家國情懷，又要有敢為人先的創(chuàng)新精神，還要有集智攻關的團結協(xié)作。

          2017年11月5日，中交一公院聯(lián)合同濟大學、西安交通大學、中國科學院西安光機所、中國交通通信信息中心等單位組成的項目組集結陜西西安。項目啟動會上，時任交通運輸部科技司司長龐松提出，在研究過程中，要充分利用自動駕駛、車路協(xié)同、北斗衛(wèi)星導航和新一代信息技術等先進技術，提高我國道路交通安全管理的技術水平。項目牽頭單位負責人、中交一公院董事長吳明先代表項目組表態(tài)：“確保優(yōu)質高效地完成項目任務，為國家和社會提交一份滿意的答卷。”

          于無路處辟新途，找準方向何等關鍵。吳明先介紹，循著“道路交通安全風險是如何產生的、如何對風險進行分級、不同等級風險對應采用何種級別干預手段”的清晰邏輯，項目下設9個課題、6個示范工程，從理論基礎到關鍵技術再到應用示范，全鏈條設計和一體化推進。

          推進過程中，項目組始終以“技術領先”為目標?！绊椖繂訒r，我們做了大量的查詢工作，了解當時的技術水平，明確我們要做到什么水平；過程中，我們又做了對應的成果查詢工作?！表椖恐饕夹g負責人、中交一公院智能交通與智慧城市研究院院長劉建蓓介紹，避免“耳聽為虛”，項目組還專門到德國、美國、芬蘭、瑞典、新加坡、日本、韓國等地實地調研，了解當?shù)氐缆方煌ò踩鲃臃揽丶夹g的實際使用效果。

          3年多時間，交通運輸部加強項目協(xié)調推進，做好服務工作，鼓勵研發(fā)團隊堅持攻關、迎難而上。有了堅強后盾，項目組向著更高更遠處，一步一個腳印堅定前行。項目組開展自然駕駛和駕駛模擬仿真實驗共計381人次，收集無人機視頻6881分鐘、路側視頻6000多小時、圖片4.5萬張，收集交通流數(shù)據(jù)360多萬條，采集了大量的駕駛員、車輛性能及運行狀態(tài)實驗數(shù)據(jù)。

          唯有攀登，才能向上。截至今年4月底，項目組共完成新理論新模型16項、新方法30項、新技術13項、新體系4項，試驗驗證裝備22套，搭建平臺4個，申請技術標準14項，受理或授權發(fā)明專利74項，獲得和申請軟件著作權31項，發(fā)表或錄用科技論文148篇，出版專著2部。

          4月28日至29日，項目組再次集結西安，向專家組提交答卷。對照項目任務書中的考核指標，各項主要指標要求全面完成。專家組一致同意，項目各課題全部通過績效評價。

           重大風險秒級高精度預警

          交通事故的形成是人、車、路、環(huán)境協(xié)同作用的結果?！爸挥邪呀煌ㄟ\行系統(tǒng)多因素耦合狀態(tài)下的安全問題研究清楚，才能精準、有效地預警、防控?！眲⒔ㄝ砀嬖V記者，圍繞風險的產生、表述、分級、干預等全鏈條，項目進行理論基礎研究，在此基礎上形成共性關鍵技術、裝置裝備，然后進行示范應用，形成包括理論、方法、標準規(guī)范、專利、產品裝備、系統(tǒng)及應用平臺的綜合防控干預成套理論與技術體系。

          在理論層面，項目從人、車、路、環(huán)境協(xié)同運行的基本原理和方法入手，深入研究道路交通主動安全防控中多車交互作用下系統(tǒng)運行風險、不同道路交通環(huán)境下交通行為特征表達與選擇兩大學科難題，分析了不同道路交通條件下車輛運行人—車交互影響機理，提出了駕駛行為譜表征方法。

          針對單一因素的風險預警干預相對簡單，而不同道路交通條件下人—車交互作用影響是非常復雜的問題。項目組在駕駛仿真分析等基礎上，構建了多自主體交互影響模型、車輛運行及多車交互風險評估模型，實現(xiàn)了從微觀到宏觀理論體系的突破。在此基礎上，通過深度挖掘車載多源數(shù)據(jù)與事故數(shù)據(jù)關聯(lián)，提出了離線與在線相結合的單車級、網絡級車輛運行安全隱患在線評估與預警方法，開發(fā)了相應的車載終端和預警平臺。

          建立駕駛行為譜的目的在于精確獲取、管理所有不良行為，最終實現(xiàn)對交通風險的主動干預和防控。項目組開展了駕駛行為譜全鏈條分析，提出了駕駛行為譜表征方法，研究了不良駕駛行為譜特征值提取技術，實現(xiàn)了駕駛行為的多模式采集和快速處理。

          在技術層面，項目突破了在途車輛運行安全自診斷與網絡診斷融合技術、重大事故下車輛損壞與司乘人員應急逃生模擬技術、不良交通行為立體化監(jiān)測與互證技術、道路交通安全風險實時評估、短臨預警與主動干預技術、跨區(qū)域跨部門海量數(shù)據(jù)交換與共享技術六大關鍵技術，研發(fā)了針對車輛、交通行為和交通流的監(jiān)控、評估、預警與干預技術，構建了道路交通安全主動防控系統(tǒng)平臺。

          風險預警早一秒就有可能避免一場交通事故。針對高速公路、城市道路的高風險隱患短臨預警需求，項目組從宏觀—中觀—中微觀—微觀四個層面構建了道路交通安全風險評估指標體系，形成了道路交通安全風險瞬時評估技術，突破了基于衛(wèi)星高精度定位的高速公路風險短臨預警技術瓶頸，實現(xiàn)了車輛高速運行條件下亞米級定位和重大風險秒級高精度預警；基于時空關聯(lián)和多傳感器數(shù)據(jù)融合的機器學習算法，開發(fā)了實時檢測交通標識及障礙物技術，在車道偏離、防碰撞預警、環(huán)車監(jiān)視方面突破了高精度、高實時性的技術瓶頸。

          六項防控技術應用示范覆蓋多種道路類型

          “車道偏離”“車距過近”……在廣東新（豐）博（羅）高速公路藍田互通立交至龍江互通立交示范路段，北斗高精度車載預警終端適時發(fā)出語音提示，提醒駕駛員糾正危險駕駛行為。

          這是項目組高速公路高風險路段實時評估與短臨預警技術工程示范與應用的成果。30公里的示范路段安裝了3處北斗地基增強站、5處微波站。車載預警終端以5赫茲頻率、厘米級精度解算自身實時定位信息后上傳至短臨預警平臺，并接收短臨預警平臺發(fā)出的車輛沖突分級預警信息，以語音方式作出預警提示。第三方檢測顯示，短臨預警平臺的車輛定位精度小于9.57厘米，重大隱患預警時間小于4.18秒，實現(xiàn)了秒級、車道級精確預警，具有可復制、可推廣性。

          項目開展以來，選取了高速公路、干線公路、農村公路、城市道路開展6項技術應用示范，涉及云南、北京、重慶、上海、廣東、陜西、河北7個省份，形成覆蓋多種道路類型、不良駕駛行為的工程實施效果評價方法。

          道路交叉口是各種交通流的匯集點，特別是非信號燈控制的平面交叉口，存在很多交通沖突，安全隱患突出，這一問題在農村公路和人煙稀少的干線公路沿線尤為突出。如何用較低的成本提升平交口的通行安全性？

          項目組開發(fā)了“無信號控制平交口交通沖突風險實時預警系統(tǒng)”，已在云南元（謀）雙（柏）二級公路得到成功示范，推廣應用前景廣闊?！拔覀兺ㄟ^在示范路段加裝非信號交叉口預警裝置，提醒車輛、行人規(guī)避風險。”劉建蓓說，該裝置造價低、安裝便捷，很好解決了農村公路交通安全隱患突出的問題。此外，該路段還開展干線公路立體監(jiān)測預警與海量交通數(shù)據(jù)傳輸技術應用與工程示范。示范期間，立體監(jiān)測系統(tǒng)進行14種不良交通行為數(shù)據(jù)采集與驗證，取證有效率達95%以上。

          城市交通安全面臨大車流、大路網、大人流和新業(yè)態(tài)“四大風險”，必須強化科技應用，賦能智慧管理。項目選取北京市域高速公路及城市快速路網，開展大型城市干線道路網車輛在線預警與主動干預技術應用示范，重大交通事故下營運車輛自主報警定位時間僅需0.32秒，定位精度顯著提升。在上海，項目實施了城市道路交叉口安全防控技術應用與工程示范，示范路段高風險干預成功率達到80%，通行效率提高20%，實現(xiàn)了城市道路交叉口可視化、高精準、高可靠的實時管控。

          設想一下，如果你駕駛汽車在高速公路上拋錨了，你會怎么處理？可能很多人會焦急地撥打救援電話尋求幫助。在不久的將來，不用駕乘人員打電話求助，系統(tǒng)就會立即發(fā)現(xiàn)異常，并提醒管理部門某個路段出現(xiàn)突發(fā)情況或者事故。

          項目組研發(fā)了道路交通安全主動防控平臺、基于實時車輛聯(lián)網聯(lián)控監(jiān)測信息的道路交通主動安全大數(shù)據(jù)決策平臺，實時監(jiān)控車輛運行情況，一旦發(fā)生了不良行為、路徑異常，相關部門就可以針對人、車、路進行管理。針對道路交通事故報警定位實時性和定位精度不高等問題，項目還研發(fā)了基于車載終端、手機App的重大交通事故一鍵報警技術，實現(xiàn)了報警定位系統(tǒng)響應時間不大于1秒。

          此外，在陜西漢坪高速公路、河北張石高速公路，項目組還進行了路網綜合防控與保障技術應用與工程示范，開展隧道入口段交通事件檢測與預警、隧道出口段結冰預警、霧天（團霧）檢測與預警以及互通、服務區(qū)出口防撞墊主動引導防撞預警四項示范應用，技術成果創(chuàng)新性強、適合大規(guī)模推廣應用。

          組織優(yōu)勢科研力量 產學研協(xié)同攻關

          國家重點研發(fā)計劃項目中，項目牽頭單位猶如領頭雁，把方向、強組織，帶領項目組齊心達成目標。

          在行業(yè)人士看來，中交一公院一直以來對科技創(chuàng)新的不懈堅持、在道路交通安全領域的持續(xù)深耕，是其作為項目牽頭單位的底氣所在。

          早在2002年，中交一公院便根據(jù)專業(yè)成立了企業(yè)級的專職科技研發(fā)機構，構建了一套獨具特色的科技創(chuàng)新體系，被業(yè)界譽為“一院創(chuàng)新模式”。在道路交通安全領域，中交一公院依托交通安全應急保障技術行業(yè)研發(fā)中心等科技創(chuàng)新平臺，先后承擔、參與了30余項國家和省部級交通安全重點科研項目、省市級重點工程技術咨詢項目，取得了多項理論和技術創(chuàng)新。

          曾主持2014年度國家科技支撐計劃“高海拔高寒地區(qū)高速公路建設技術”項目的經歷，也讓中交一公院對牽頭組織工作毫無陌生感。不過，此次項目意義更為特殊。吳明先介紹，這是中交一公院在“十三五”國家科技計劃改革以來牽頭承擔的第一個國家重點研發(fā)計劃項目，也是歷來承擔項目中級別最高、體量最大、經費最多的科研類項目。

          從匹配資金到尋找合適的創(chuàng)新主體、串起產業(yè)創(chuàng)新鏈，中交一公院全力以赴。研究團隊覆蓋交通安全、公路、車輛、計算機、通信、衛(wèi)星導航等多個研究領域，匯聚優(yōu)勢科研力量，產學研協(xié)同攻關，項目總經費1.1億元。

          《國家重點研發(fā)計劃管理暫行辦法》中對“項目牽頭單位”的職責有明確規(guī)定：負責項目的具體組織實施工作，強化法人責任，建立健全科研、財務、誠信等內部管理制度。

組織有力，是參研單位給出的一致評價。

          項目啟動之前，中交一公院便制定了項目（課題）管理辦法、項目資金管理辦法、項目組織管理與工作制度，明確了嚴格清晰的管理架構和推進方式。項目實施3個月，針對發(fā)現(xiàn)的問題，中交一公院又發(fā)布了項目管理實施細則，進一步增強項目各項管理制度的可操作性。

          細微處見真章。從2017年7月21日項目組在西安召開第一次工作會開始，項目組在項目執(zhí)行的關鍵節(jié)點召開了14次項目工作會，聚焦國內外調研、課題關系梳理、示范工程推進、研究成果總結等項目執(zhí)行中的關鍵問題。為了鞏固歷次項目會議的成果，中交一公院建立了項目備忘錄制度，針對會議中形成的會議決議，各相關單位簽訂備忘錄，由負責人簽字確認，并由項目或課題承擔單位定期檢查備忘錄中相關內容的執(zhí)行情況。為使項目內部交流更加高效，中交一公院從報告格式入手，對項目內部交流中各類報告進行規(guī)范化管理。

          項目工作會外，30多次線上線下交流會議，QQ群、微信群中的活躍交流，讓近400人的團隊雖龐大卻不松散。在劉建蓓看來，因為課題設置環(huán)環(huán)相扣，產學研各方心往一處想、勁往一處使，使得項目推進事半功倍。

          目前，項目組正全力備戰(zhàn)即將到來的結題驗收。吳明先對于項目成果的未來應用充滿期待。他希望通過一批重大科技成果、設備和裝備的研發(fā)，孵化和培育出適合我國道路交通安全防控和管理工作的新型產業(yè)體系，推動行業(yè)裝備的整體提升，助力道路交通安全管理在大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網+的時代背景下，加速轉型升級，為加快建設交通強國提供科技支撐。