获奖等级：特等奖
项目名称：高快速路交通流状态辨识与主动控制关键技术及应用
高快速道路包括高速公路和城市快速路，具有通行速度快，交通流量大等特点，是交通运输的主动脉。过去30年，我国高快速道路建设取得巨大成就，截至2022年底，高速公路通车总里程17.7万公里，城市快速路总里程20.7万公里，居世界首位。然而，随着城镇化、机动化进程的不断加快，高快速道路交通流快速增长，交通拥堵和交通安全问题日渐严重。《交通强国建设纲要》将“提升本质安全水平，大力发展智慧交通”列为重点任务。
前瞻绸缪 防患未然
长期以来，高快速道路交通流状态时空演化规律复杂，存在一系列瓶颈问题，如通行能力骤减、运动波振荡等不利交通流状态的生成机制不明，交通流状态辨识精度低；传统控制算法被动适应交通流变化，且过度依赖确定型交通流模型，在强随机环境下难以满足响应时间、控制精度等方面的要求，导致交通流控制差；已有控制策略大多聚集孤立瓶颈路段，而我国高快速道路交通运行环境复杂，多瓶颈影响区相互交叠，复杂环境下多瓶颈协同控制实现难。
项目历时12年，在国家自然科学基金等项目支持下，针对上述瓶颈问题开展系统深入的研究，揭示了高快速道路通行能力骤减、运动波振荡等不利交通流状态的形成原理，以及交通流状态和事故风险的关联机制，突破了交通流状态精准辨识与交通事故风险预警、“数据－模型”联合驱动的“交通流主动控制算法”、大范围多瓶颈交通流协同控制等关键技术，针对实际场景和交通管控需求建立了系统的交通流主动控制策略库，研发了具备“状态感知－风险辨识－车辆诱导－主动控制功能”的高快速道路交通流系统，在20余条高速公路和城市快速路、30多个工程项目中推广应用，首次在150公里高速路，2000多个控制单元实现了大范围车道级交通流协同控制，应用路段交通事故率降低15%至35%，通行能力提升 10%至20%，二次事故率降低90%以上，实现了高快速道路交通流运行状态的精准辨识、主动管控、协同控制等关键技术突破，引领了行业技术创新，大幅提升了高快速道路整体效能，支撑了智慧高速、平安交通等重大战略，取得了极为显著的社会经济效益。
该项目针对高速公路和城市快速路交通流主动制的基础理论和关键技术开展研究，旨在突破制约高快速道路智慧化管控的技术瓶颈问题，提升高快速道路运营管理水平和整体效能。
该项目的总体思路是基于高解析度的车道级动态交通流数据，深入挖掘并揭示通行能力骤减、运动波振荡等交通流状态发生机理和传播规律，提出交通流状态在线判别与预测方法；深入研究交通事故发生前的交通流状态特征，揭示交通流状态与事故风险关联机制，构建交通事故风险预警模型，实现交通流状态和交通事故风险的精准辨识和预警。
三大创新点 主动控制交通流
项目组建了“产学研”密切合作的科研团队，遵循“基础理论阐释－关键技术突破－工程应用验证”的基础路径，开展了系统深入的研究。突破了高快速道路交通流状态精准辨识和主动控制的技术难题，研发了交通流主动控制系统平台并大规模推广应用，取得了以下3个创新点。
创新点一：多源数据驱动的高快速道路交通流状态精准辨识和预测技术
项目组研发了基于深度学习目标检测的高精度车辆运动轨迹视频提取技术，精度提升至亚分米级，实现车辆全样本覆盖；揭示了通行能力骤减、运动波振荡等交通流状态发生机理和传播规律，构建了交通流状态在线判别与预测模型；研发了基于改进元胞传输模型的交通流仿真平台，实现控制环境下复杂交通流状态精准仿真；深入研究事故发生前的交通流状态特征，揭示交通流状态与事故风险关联机制，创立了交通事故风险预警技术体系，危险交通流状态辨识精度达到 95%以上，发明了事故风险模型时空移植增强技术，有限样本条件下精度提升15%以上。
创新点二：数据－模型联合驱动的高快速道路交通流主动控制算法与控制策略
项目组研发了融合反馈结构与启发式计算的交通流控制算法，实现了从开环到闭环、从被动到主动的转变；突破传统方法依赖确定型交通流模型的瓶颈，创立了“数据－模型”联合驱动的交通流主动控制算法，大幅提升控制系统稳定性，随机环境下通行效率提升10%以上；创立了高快速道路时空离散单元控制架构，提出“组织区－控制区－协同区”三级联动机制，研发了多瓶颈、多因素影响叠加下“可变限速－匝道控制－车道控制协同”策略，首次实现大范围多瓶颈交通流协同控制；建立了系统的交通流主动控制策略库，覆盖高快速道路实际场景和交通管控需求。
创新点三：高快速道路交通流主动控制系统平台与工程应用
项目组研发了具备完整自主知识产权的高快速道路交通流主动控制系统，实现了“状态感知－风险辨识－车辆诱导－主动控制”等功能，部分专利成功转化，总金额965万元，成果写入雄安新区交通强国战略，并在河北全省推广。
项目获授权发明专利31件，发表论文56篇，形成标准指南5 部。经鉴定，整体技术达到国际先进水平，其中“数据－模型” 联合驱动的交通流主动控制算法、大范围多瓶颈交通流协同控制技术达到国际领先水平。成果引领了行业技术创新，大幅提升高快速道路整体效能，社会经济效益显著，近3年新增销售额13.98亿元，新增利润1.38亿元，新增税收1.96亿元。
应用前景广阔
社会经济效益兼济 推广应用 项目组研发了具有完整自主知识产权的高快速道路交通流主动控制系统平台，在雄安新区、河北、天津、重庆、江苏等省市的20多条高速公路、城市快速路，30多个工程项目中推广应用，应用路段交通事故率降低15%至35%，重点路段通行能力提升10%；主持了雄安新区对外骨干路网荣乌、京德高速公路交通流主动控制系统研发项目，研发并部署了目前国际上管控里程最长、控制单元数量最多、系统耦合性最强、策略最丰富的交通流主动控制系统，首次在双向150公里高速公路， 2000多个控制单元实现了全域车道级协同控制。系统应用28 个月，亿车公里事故率仅为1.54，远低于同类高速公路，且至今从未发生二次事故和不利天气条件下的交通事故，每年因恶劣天气封路减少50%，二次事故率降低90%以上，建立了系统的交通流主动控制策略库，覆盖高快速道路实际场景和交通管控需求。
提出了高快速道路交通流主动控制系统架构；研发多源数据管理平台，支撑多源实时交通流数据的时空结合、存储调用、去噪清洗等功能；搭建了交通流主动控制人机交互环境和控制系统方案生成系统；提出了交通感知、信息服务、交通控制设施协同设置技术和方案；开发了具备完整自主知识产权的高快速道路交通流主动安全控制系统平台，实现了“状态感知－风险辨识－车辆诱导－主动控制”等功能。
依托项目研究，共获授权国家发明专利31件，国家软件著作权4件，部分发明专利已成功实现转化，金额达965万元。在相关领域发表高水平论文56篇，其中27篇发表在交通领域权威期刊 Accident Analysis & Prevention、Transportation Research Part C、IEEE Transactions on ITS 上，论文总引用1332次，8篇论文引用超50次以上，3篇论文获评ESI热点幅提升高快速道路整体效能。
社会效益
项目组研发了交通流风险识别与主动调控系统，协助建立车辆微观驾驶行为特征对通行能力骤减的影响分析模型，协助开发融合车辆跟驰换道微观驾驶行为模型和元胞传输宏观交通运行仿真模型的平台，组织成果在雄安新区京德高速公路（一期工程）、荣乌高速公路新线等多条高快速道路示范应用，其中京德高速公路（一期工程）全线87.256公里完成多维感知智慧硬件设施安装，实现了全路段风险预测、动态控制与预警功能；荣乌高速公路新线全线72.8公里安装路侧智能单元及北斗高精度定位基站，通过车辆上安装的智能单元，实现车路信息交换，通过建立货车全车道通行态势评估体系，在大数据应用和北斗高精度信号全覆盖基础上，实现全路段交通状态、气象状态感知，建立分车道、分时段智能货运车辆管控系统，对货运车辆进行智能诱导，实现了对荣乌高速公路货运车辆车道级的主动干预等。
经济效益
相关单位直接应用该项目研发的新技术，为重大工程项目服务，包括实现了不利交通流状态的精准感知和主动辨识，应用“数据－模型”联合驱动的协同控制策略，以及多级分层大规模交通流协同联动控制应用，有效提升了高快速路的交通流管控水平显著提升了行车安全与畅通水平。
以雄安新区荣乌公路示范工程为例，首次在150 公里高速公路实现了全域车道级交通流协同联动控制，该系统应用后两年多内的亿车公里事故率仅为1.54，远低于同类高速，重点路段通行能力提升 10%，且至今从未发生二次事故。根据近3年各应用单位提供的数据统计显示，南京莱斯信息技术股份有限公司、河北省交通规划设计研究院有限公司、京雄云控（北京）智能交通科技有限公司、华设设计集团股份有限公司、江苏金晓电子信息股份有限公司等企业通过直接参与示范工程项目，以及通过对本项目技术成果的转化利用，拓展业务渠道，新增销售额13.98亿元，新增利润1.38亿元，新增税收 1.96亿元。
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