变被动为主动 由人工向智能 ——“十三五”国家重点研发计划“道路交通安全主动防控技术及系统集成”项目自主创新纪实

          你能感受到的1秒钟有多长？心跳时，1次或2次；刷短视频时，指尖轻轻上滑或下滑……

          道路交通事故的发生往往也只在1秒间，带来的却是一生的伤痛。而在未来，重大交通事故发生后，只需0.32秒，客运车辆便可自主报警定位；高速公路上，4.18秒内，车载终端可对重大隐患提前预警……这是“十三五”国家重点研发计划“道路交通安全主动防控技术及系统集成”项目经过示范检验，对时间的重新定义。

          平安中国，平安交通。“安全保障完善可靠、反应快速”是加快建设交通强国的重要任务之一。新一轮科技革命和产业变革的孕育兴起，加速了新一代信息技术与交通运输的深度融合，科技因此成为平安交通建设的核心与支撑。

          从“科技兴安”到“科技强安”，交通科技工作者不懈寻找道路交通事故预防从“被动”走向“主动”的路径，以科学技术手段预防和减少道路交通事故，全力维护人民群众生命财产安全、社会和谐稳定。

          其中，中交第一公路勘察设计研究院有限公司（简称中交一公院）联合近20家产学研单位，历时1000多个日夜，投入378名科研人员，研究不同道路交通环境下人—车交互影响机理和交通行为特征表达选择两大科学问题；基于空—天—地一体化监测、北斗高精度定位、激光/微波传输、雷达视频融合等新技术，攻关突破了在途车辆运行状态安全诊断预警、交通行为立体监测与互证、交通风险实时评估和短临预警等重大共性关键问题；构建了道路交通安全主动防控系统平台，形成了“面向人—车—路—环境系统”的综合防控成套理论与技术体系，并针对工程项目安全需求进行核心技术应用与示范，形成了科创产用全链条设计，支撑我国道路交通安全主动防控等核心技术向高效、精准、全方位服务方向健康发展。

          为国家和社会提交一份满意的答卷

          车轮滚滚，惟愿平安。

          针对我国道路交通安全运营中存在的车辆运行安全隐患较大、不良交通行为发生率高、高风险运行状态下预警预报明显不足等现实问题，在科技部发布的国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”重点专项2017年度项目指南中，“道路交通安全主动防控技术及系统集成”项目赫然在列。

          建立覆盖不同道路类型和驾驶人群体、车辆类型的人—车状态对应参数的数据库；构建通行车辆安全性诊断与测试平台，实现车辆安全隐患的在线预警；重大交通事故下客运车辆自主报警定位时间不大于1秒；不良交通行为取证有效率达到95%以上；车辆重大交通安全隐患预警时间不大于5秒；道路交通安全主动防控系统在5个以上省域内应用示范，示范车辆交通事故同比下降50%以上……项目的每一项考核指标，都对应着道路交通安全主动防控水平大幅提升的迫切需求。

          攀登这座科研高峰的难度亦可想而知。攀登者既要有报国为民的家国情怀，又要有敢为人先的创新精神，还要有集智攻关的团结协作。

          2017年11月5日，中交一公院联合同济大学、西安交通大学、中国科学院西安光机所、中国交通通信信息中心等单位组成的项目组集结陕西西安。项目启动会上，时任交通运输部科技司司长庞松提出，在研究过程中，要充分利用自动驾驶、车路协同、北斗卫星导航和新一代信息技术等先进技术，提高我国道路交通安全管理的技术水平。项目牵头单位负责人、中交一公院董事长吴明先代表项目组表态：“确保优质高效地完成项目任务，为国家和社会提交一份满意的答卷。”

          于无路处辟新途，找准方向何等关键。吴明先介绍，循着“道路交通安全风险是如何产生的、如何对风险进行分级、不同等级风险对应采用何种级别干预手段”的清晰逻辑，项目下设9个课题、6个示范工程，从理论基础到关键技术再到应用示范，全链条设计和一体化推进。

          推进过程中，项目组始终以“技术领先”为目标。“项目启动时，我们做了大量的查询工作，了解当时的技术水平，明确我们要做到什么水平；过程中，我们又做了对应的成果查询工作。”项目主要技术负责人、中交一公院智能交通与智慧城市研究院院长刘建蓓介绍，避免“耳听为虚”，项目组还专门到德国、美国、芬兰、瑞典、新加坡、日本、韩国等地实地调研，了解当地道路交通安全主动防控技术的实际使用效果。

          3年多时间，交通运输部加强项目协调推进，做好服务工作，鼓励研发团队坚持攻关、迎难而上。有了坚强后盾，项目组向着更高更远处，一步一个脚印坚定前行。项目组开展自然驾驶和驾驶模拟仿真实验共计381人次，收集无人机视频6881分钟、路侧视频6000多小时、图片4.5万张，收集交通流数据360多万条，采集了大量的驾驶员、车辆性能及运行状态实验数据。

          唯有攀登，才能向上。截至今年4月底，项目组共完成新理论新模型16项、新方法30项、新技术13项、新体系4项，试验验证装备22套，搭建平台4个，申请技术标准14项，受理或授权发明专利74项，获得和申请软件著作权31项，发表或录用科技论文148篇，出版专著2部。

          4月28日至29日，项目组再次集结西安，向专家组提交答卷。对照项目任务书中的考核指标，各项主要指标要求全面完成。专家组一致同意，项目各课题全部通过绩效评价。

           重大风险秒级高精度预警

          交通事故的形成是人、车、路、环境协同作用的结果。“只有把交通运行系统多因素耦合状态下的安全问题研究清楚，才能精准、有效地预警、防控。”刘建蓓告诉记者，围绕风险的产生、表述、分级、干预等全链条，项目进行理论基础研究，在此基础上形成共性关键技术、装置装备，然后进行示范应用，形成包括理论、方法、标准规范、专利、产品装备、系统及应用平台的综合防控干预成套理论与技术体系。

          在理论层面，项目从人、车、路、环境协同运行的基本原理和方法入手，深入研究道路交通主动安全防控中多车交互作用下系统运行风险、不同道路交通环境下交通行为特征表达与选择两大学科难题，分析了不同道路交通条件下车辆运行人—车交互影响机理，提出了驾驶行为谱表征方法。

          针对单一因素的风险预警干预相对简单，而不同道路交通条件下人—车交互作用影响是非常复杂的问题。项目组在驾驶仿真分析等基础上，构建了多自主体交互影响模型、车辆运行及多车交互风险评估模型，实现了从微观到宏观理论体系的突破。在此基础上，通过深度挖掘车载多源数据与事故数据关联，提出了离线与在线相结合的单车级、网络级车辆运行安全隐患在线评估与预警方法，开发了相应的车载终端和预警平台。

          建立驾驶行为谱的目的在于精确获取、管理所有不良行为，最终实现对交通风险的主动干预和防控。项目组开展了驾驶行为谱全链条分析，提出了驾驶行为谱表征方法，研究了不良驾驶行为谱特征值提取技术，实现了驾驶行为的多模式采集和快速处理。

          在技术层面，项目突破了在途车辆运行安全自诊断与网络诊断融合技术、重大事故下车辆损坏与司乘人员应急逃生模拟技术、不良交通行为立体化监测与互证技术、道路交通安全风险实时评估、短临预警与主动干预技术、跨区域跨部门海量数据交换与共享技术六大关键技术，研发了针对车辆、交通行为和交通流的监控、评估、预警与干预技术，构建了道路交通安全主动防控系统平台。

          风险预警早一秒就有可能避免一场交通事故。针对高速公路、城市道路的高风险隐患短临预警需求，项目组从宏观—中观—中微观—微观四个层面构建了道路交通安全风险评估指标体系，形成了道路交通安全风险瞬时评估技术，突破了基于卫星高精度定位的高速公路风险短临预警技术瓶颈，实现了车辆高速运行条件下亚米级定位和重大风险秒级高精度预警；基于时空关联和多传感器数据融合的机器学习算法，开发了实时检测交通标识及障碍物技术，在车道偏离、防碰撞预警、环车监视方面突破了高精度、高实时性的技术瓶颈。

          六项防控技术应用示范覆盖多种道路类型

          “车道偏离”“车距过近”……在广东新（丰）博（罗）高速公路蓝田互通立交至龙江互通立交示范路段，北斗高精度车载预警终端适时发出语音提示，提醒驾驶员纠正危险驾驶行为。

          这是项目组高速公路高风险路段实时评估与短临预警技术工程示范与应用的成果。30公里的示范路段安装了3处北斗地基增强站、5处微波站。车载预警终端以5赫兹频率、厘米级精度解算自身实时定位信息后上传至短临预警平台，并接收短临预警平台发出的车辆冲突分级预警信息，以语音方式作出预警提示。第三方检测显示，短临预警平台的车辆定位精度小于9.57厘米，重大隐患预警时间小于4.18秒，实现了秒级、车道级精确预警，具有可复制、可推广性。

          项目开展以来，选取了高速公路、干线公路、农村公路、城市道路开展6项技术应用示范，涉及云南、北京、重庆、上海、广东、陕西、河北7个省份，形成覆盖多种道路类型、不良驾驶行为的工程实施效果评价方法。

          道路交叉口是各种交通流的汇集点，特别是非信号灯控制的平面交叉口，存在很多交通冲突，安全隐患突出，这一问题在农村公路和人烟稀少的干线公路沿线尤为突出。如何用较低的成本提升平交口的通行安全性？

          项目组开发了“无信号控制平交口交通冲突风险实时预警系统”，已在云南元（谋）双（柏）二级公路得到成功示范，推广应用前景广阔。“我们通过在示范路段加装非信号交叉口预警装置，提醒车辆、行人规避风险。”刘建蓓说，该装置造价低、安装便捷，很好解决了农村公路交通安全隐患突出的问题。此外，该路段还开展干线公路立体监测预警与海量交通数据传输技术应用与工程示范。示范期间，立体监测系统进行14种不良交通行为数据采集与验证，取证有效率达95%以上。

          城市交通安全面临大车流、大路网、大人流和新业态“四大风险”，必须强化科技应用，赋能智慧管理。项目选取北京市域高速公路及城市快速路网，开展大型城市干线道路网车辆在线预警与主动干预技术应用示范，重大交通事故下营运车辆自主报警定位时间仅需0.32秒，定位精度显著提升。在上海，项目实施了城市道路交叉口安全防控技术应用与工程示范，示范路段高风险干预成功率达到80%，通行效率提高20%，实现了城市道路交叉口可视化、高精准、高可靠的实时管控。

          设想一下，如果你驾驶汽车在高速公路上抛锚了，你会怎么处理？可能很多人会焦急地拨打救援电话寻求帮助。在不久的将来，不用驾乘人员打电话求助，系统就会立即发现异常，并提醒管理部门某个路段出现突发情况或者事故。

          项目组研发了道路交通安全主动防控平台、基于实时车辆联网联控监测信息的道路交通主动安全大数据决策平台，实时监控车辆运行情况，一旦发生了不良行为、路径异常，相关部门就可以针对人、车、路进行管理。针对道路交通事故报警定位实时性和定位精度不高等问题，项目还研发了基于车载终端、手机App的重大交通事故一键报警技术，实现了报警定位系统响应时间不大于1秒。

          此外，在陕西汉坪高速公路、河北张石高速公路，项目组还进行了路网综合防控与保障技术应用与工程示范，开展隧道入口段交通事件检测与预警、隧道出口段结冰预警、雾天（团雾）检测与预警以及互通、服务区出口防撞垫主动引导防撞预警四项示范应用，技术成果创新性强、适合大规模推广应用。

          组织优势科研力量 产学研协同攻关

          国家重点研发计划项目中，项目牵头单位犹如领头雁，把方向、强组织，带领项目组齐心达成目标。

          在行业人士看来，中交一公院一直以来对科技创新的不懈坚持、在道路交通安全领域的持续深耕，是其作为项目牵头单位的底气所在。

          早在2002年，中交一公院便根据专业成立了企业级的专职科技研发机构，构建了一套独具特色的科技创新体系，被业界誉为“一院创新模式”。在道路交通安全领域，中交一公院依托交通安全应急保障技术行业研发中心等科技创新平台，先后承担、参与了30余项国家和省部级交通安全重点科研项目、省市级重点工程技术咨询项目，取得了多项理论和技术创新。

          曾主持2014年度国家科技支撑计划“高海拔高寒地区高速公路建设技术”项目的经历，也让中交一公院对牵头组织工作毫无陌生感。不过，此次项目意义更为特殊。吴明先介绍，这是中交一公院在“十三五”国家科技计划改革以来牵头承担的第一个国家重点研发计划项目，也是历来承担项目中级别最高、体量最大、经费最多的科研类项目。

          从匹配资金到寻找合适的创新主体、串起产业创新链，中交一公院全力以赴。研究团队覆盖交通安全、公路、车辆、计算机、通信、卫星导航等多个研究领域，汇聚优势科研力量，产学研协同攻关，项目总经费1.1亿元。

          《国家重点研发计划管理暂行办法》中对“项目牵头单位”的职责有明确规定：负责项目的具体组织实施工作，强化法人责任，建立健全科研、财务、诚信等内部管理制度。

组织有力，是参研单位给出的一致评价。

          项目启动之前，中交一公院便制定了项目（课题）管理办法、项目资金管理办法、项目组织管理与工作制度，明确了严格清晰的管理架构和推进方式。项目实施3个月，针对发现的问题，中交一公院又发布了项目管理实施细则，进一步增强项目各项管理制度的可操作性。

          细微处见真章。从2017年7月21日项目组在西安召开第一次工作会开始，项目组在项目执行的关键节点召开了14次项目工作会，聚焦国内外调研、课题关系梳理、示范工程推进、研究成果总结等项目执行中的关键问题。为了巩固历次项目会议的成果，中交一公院建立了项目备忘录制度，针对会议中形成的会议决议，各相关单位签订备忘录，由负责人签字确认，并由项目或课题承担单位定期检查备忘录中相关内容的执行情况。为使项目内部交流更加高效，中交一公院从报告格式入手，对项目内部交流中各类报告进行规范化管理。

          项目工作会外，30多次线上线下交流会议，QQ群、微信群中的活跃交流，让近400人的团队虽庞大却不松散。在刘建蓓看来，因为课题设置环环相扣，产学研各方心往一处想、劲往一处使，使得项目推进事半功倍。

          目前，项目组正全力备战即将到来的结题验收。吴明先对于项目成果的未来应用充满期待。他希望通过一批重大科技成果、设备和装备的研发，孵化和培育出适合我国道路交通安全防控和管理工作的新型产业体系，推动行业装备的整体提升，助力道路交通安全管理在大数据、互联网+的时代背景下，加速转型升级，为加快建设交通强国提供科技支撑。