本書是根據十三五國家重點研發計劃項目道路交通安全主動防控技術及系統集成的子課題研究。針對普通公路交通安全特點，本書介紹了不良交通行為特征及參數表達、交通行為立體監測及布設方法、交通行為監測數據傳輸、交通行為特征提取與不良交通行為識別、交通安全風險預警預報等架構體系，并結合了人工智能分析、海量數據傳輸等新技術，在交通安全決策方面注重科學性、實踐性和可復制性。最后，還介紹了道路交通行為立體監測與預警預報系統在云南、陜西、江蘇等地開展的工程應用及示范。本書以期為普通公路交通安全提供新的范式。
1. 本書概況
本書是根據十三五國家重點研發計劃項目道路交通安全主動防控技術及系統集成的子課題研究。針對普通公路交通安全特點，本書介紹了不良交通行為特征及參數表達、交通行為立體監測及布設方法、交通行為監測數據傳輸、交通行為特征提取與不良交通行為識別、交通安全風險預警預報等架構體系。
2.本書特色
（1）本書結合了人工智能分析、海量數據傳輸等新技術，在交通安全決策方面注重科學性、實踐性和可復制性。
（2）本書響應交通強國政策，結合實際工程應用及示范，更具實踐意義，為普通公路交通安全提供新的范式。
截至2020年年底，中國公路里程達到519.81萬km，是名副其實的交通大國。2019年和2021年，中共中央、國務院先后印發《交通強國建設綱要》《國家綜合立體交通網規劃綱要》，提出到2035年基本建成交通強國，開啟了加快建設交通強國的新征程。國家數據統計資料顯示，截至2020年年底我國道路交通事故死亡人數為61703人，萬車死亡率為2.5，交通事故總量依然大、形勢依然嚴峻，與發達國家仍存在較大差距；以上數據客觀地反映了現階段我國交通大國與交通強國之間的矛盾，說明了平安交通建設仍然任重而道遠。
普通公路是交通運輸系統的重要組成部分，具有連接運輸大動脈、完善路網通達性的重要功能；同時，還具有道路設施開放、交通組成混合多元、機非沖突嚴重、不良交通行為顯著等特點，其交通安全防控難度大、交通事故規模占比較高。數據統計資料顯示，截至2020年全國國省道里程僅占公路總里程的15%，而事故數量、死亡人數卻分別占公路總量的47%和50%；其中，國省道事故死亡人數占全國事故死亡人數的34%，百公里事故數達公路平均水平的3倍以上。由此可見，普通公路運營安全管控壓力依然巨大，如何有效提升普通公路交通安全水平成為交通強國建設亟須解決的客觀問題。
本書根據十三五國家重點研發計劃項目道路交通安全主動防控技術及系統集成的子課題研究成果總結而成。該課題針對普通公路交通安全特點，開展了交通行為立體監測及布設方法、交通行為監測數據傳輸、交通行為特征提取與不良交通行為識別、交通安全風險預警預報等關鍵技術研究，并在云南、陜西、江蘇等地開展了工程應用及示范，實現了典型路段交通監測全覆蓋、不良交通行為高準確提取、交通安全風險前端閉環主動預警預報。本書對交通行為監測、人工智能應用、系統裝備研發、示范應用等成果進行了歸納和梳理，以期為普通公路交通安全提供新的范式。
本書共分為7章，第1章總體介紹本書背景、國內外研究現狀、主要內容和技術路線、成果應用等內容；第2章介紹普通公路不良交通行為的表現形式和參數化表達方法；第3章介紹交通行為立體監測技術及設備布設方法；第4章介紹交通監測數據信息傳輸方式和網絡架構；第5章介紹不良交通行為視頻智能化提取技術；第6章介紹普通公路不良交通行為預警預報系統；第7章介紹工程應用與示范。
全書由劉建蓓主持撰寫完成。具體編寫分工如下： 第1章、第2章由吳明先、張志偉、單東輝撰寫；第2章由單東輝、馬小龍撰寫；第3章由王佐、單東輝撰寫；第4章由張志偉撰寫；第5章由張雪濤、張玥撰寫；第6章由吳明先、單東輝、馬小龍撰寫；第7章由王佐、單東輝撰寫。在本書撰寫過程中，靳媛媛、劉瑋蔚、史恒、鄧涵月、叱干都等協助進行了資料收集、校對工作。
感謝國家出版基金給予的支持，感謝編委會成員和所有撰稿人的付出，感謝上海科學技術出版社的專業出版。
限于作者水平，書中難免有不足和錯誤之處，懇請讀者予以批評指正。
作者
2022年9月
吳明先，教授級高級工程師，博士生導師，中交第一公路勘察設計研究院黨委書記、董事長，高寒高海拔地區道路工程安全與健康國家重點實驗室技術委員會委員，國務院特殊津貼專家，交通運輸部優秀科技人員，中國公路學會常務理事。主要從事道路勘察設計咨詢、道路安全方向課題研究、道路交通安全主動防控系統裝備研發等工作。先后主持包括國家重點研發計劃項目道路交通安全主動防控技術與系統集成、國家科技支撐計劃項目重特大道路交通事故綜合預防與處置集成技術開發與示范應用等在內的國省級重大科技創新項目10余項，對重特大交通事故綜合預防及處置集成技術、多車道高速公路標準、公路交通安全主動防控技術等進行攻關，研究提出了符合我國公路交通特點的公路安全設計與評價技術。成果相繼體現在我國公路交通的相關標準和規范中，其中《公路路線設計規范》《公路鐵路交叉路段技術要求》等均為我國公路交通的主導性技術標準并已發布實施，在我國公路勘測設計工程實踐中得到廣泛推廣應用，對提高我國公路交通安全水平、保障公路交通本質安全起到了巨大的促進作用。主持完成了40余項3000余公里的國省級重大公路建設項目的規劃、設計與咨詢工作；評估審查的工程設計和科研項目達百余項，其中濟（南）青（島）高速公路曾獲全國第八屆優秀工程設計金獎、交通部公路工程優秀設計一等獎，國家高速公路銀昆線（G85）陜西境寶雞至坪坎段公路工程可行性研究報告獲2017年度全國優秀工程咨詢成果一等獎，其技術水平均居同期國內領先水平。
第1章緒論
1.1交通行為監測技術發展現狀_3
1.1.1交通檢測器布設方法_3
1.1.2交通行為海量數據傳輸網絡技術_10
1.1.3基于視頻的不良交通行為識別技術_18
1.1.4交通安全風險預警預報技術_30
1.2主要研究內容及技術路線_32
1.2.1主要研究內容_32
1.2.2技術路線_34
第2章不良交通行為特征及參數表達
2.1普通公路交通安全特征分析_39
2.1.1普通公路交通事故特征分析_39
2.1.2普通公路交通風險要素分析_48
2.1.3普通公路交通安全原因分析_49
2.2普通公路不良交通行為分類_53
2.3普通公路交通行為參數化表達_55
2.3.1交通行為的參數化描述方法_55
2.3.2普通公路交通行為參數表達方法_56
第3章交通行為立體監測技術與設備布設方法
3.1交通信息監測及獲取方式_65
3.1.1基于傳感器的交通監測_65
3.1.2基于射頻的交通監測_68
3.1.3基于視頻的交通監測_69
3.1.4基于空間定位的交通監測_71
3.1.5無人機在交通監測中的應用_72
3.2路網交通監測設備布設方法_74
3.2.1路網交通監測問題_75
3.2.2路網單一類型監測設備優化布設模型_79
3.2.3路網多類型監測設備組合優化布設模型_81
3.3路段交通監測設備優化布設方法_83
3.3.1路段交通監測設備布設問題_84
3.3.2路段交通監測設備布設模型_85
3.4節點交通監測設備布設方法_90
3.4.1節點交通監測常用方法_90
3.4.2交通行為節點監測試驗_93
3.4.3交通行為節點監測試驗結論_107
第4章交通信息數據傳輸技術及網絡構建方法
4.1交通信息數據傳輸技術_111
4.1.1光纖傳輸_112
4.1.2無線激光傳輸_114
4.1.3微波傳輸_118
4.1.44G/5G移動通信_119
4.2交通行為信息獲取和傳輸網絡基本結構_122
4.3交通行為信息獲取網絡傳輸優化方法_125
4.3.1影響傳輸效率的主要因素_125
4.3.2多源異構數據獲取網絡傳輸優化方法_126
4.3.3實例與分析_134
4.4交通行為海量數據長距離無線傳輸網絡布設方法_136
4.4.1不同環境條件對無線傳輸通信鏈路的影響特征_137
4.4.2無線傳輸骨干節點合理設置間距_150
第5章基于視頻的不良交通行為識別與提取技術
5.1基于深度學習的車輛檢測技術_157
5.1.1車輛檢測數據集構建_158
5.1.2基于深度學習的車輛檢測方法_165
5.1.3跨攝像頭車輛多目標跟蹤_170
5.2交通行為特征提取與不良交通行為識別方法_179
5.2.1數據預處理_179
5.2.2車輛交通參數提取方法_186
5.2.3車輛不良交通行為檢測方法_189
5.3基于多尺度卷積網絡的駕駛員姿態估計_195
5.3.1基于多尺度卷積操作的模型設計與分析_195
5.3.2駕駛員姿態檢測的詳細設計與實現_197
5.3.3數據采集模塊的設計與實現_204
5.3.4動作識別模塊的設計與實現_204
5.3.5車載系統實現_205
5.3.6車載系統測試_208
第6章普通公路不良交通行為預警預報系統
6.1新型視線誘導系統_213
6.1.1系統架構_213
6.1.2系統功能_214
6.1.3典型場景布設方案_215
6.2雷達全域感知預警系統_216
6.2.1系統架構_216
6.2.2系統功能_216
6.2.3典型場景布設方案_217
6.3雷達視頻融合感知與主動安全防控系統_218
6.3.1系統架構_218
6.3.2系統功能_219
6.3.3典型場景布設方案_224
6.4不良交通行為監測及發布系統_225
6.4.1系統架構_225
6.4.2系統功能_226
6.4.3典型場景布設方案_226
第7章示范工程應用
7.1示范工程概況_229
7.2示范工程方案_230
7.2.1示范內容_230
7.2.2總體布局_231
7.2.3分項設計方案_233
7.3示范工程建設_247
7.3.1前期調研_247
7.3.2外場設備施工、安裝和調試過程_248
7.3.3交通行為監測系統測試_251
7.4示范效果評估_260
7.4.1評估方法_260
7.4.2試驗測試結果_261
第8章創新成果及前景效益
8.1科技成果與創新_269
8.2應用前景與效益_269
參考文獻
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