本书深入研究了高速公路数据质量控制、交通状态识别与态势推演、主动交通管控、施工区管控、机电系统健康检测与评估、差异化收费等应用场景，并运用群体智能、人工智能、大数据等技术方法对相关理论进行了探索，将提出的创新性管控算法和技术方法应用于高速公路管控、精准收费、智慧隧道和智慧服务区等领域。
本书具有系统性、专业性、实践性和创新性等突出特点，为我国高速公路交通管理及其相关研究人员提供了理论支持和技术实践指导，有助于提升我国高速公路管控能力，促进公路交通高质量发展。
版权所有，侵权必究。

随着5G、人工智能、大数据、云计算等创新科技与交通运输系统的深度融合，交通运输领域进入数字化、智能化关键发展期。数字化转型已经成为推进交通运输提效能、扩功能、增动能的重要手段，数字化技术应用在交通运输个别领域已呈现领先态势，高速公路基础设施的数字转型、智能升级得到了加速推广与应用，面向数智时代的高速公路智能管控理论发展也应满足新的需求。因此，如何利用创新科技赋能高速公路智能管控，最大限度地提升高速公路交通流运行质量和通行服务效率，是新时期推动交通运输高质量发展面临的一个重要课题。数智时代的高速公路智能管控涉及多维数据感知、业务应用决策、智慧出行等方面，应通过路网数据治理挖掘与人工智能算法的赋能，全面提升高速公路网管理、决策的智能化水平。
本书围绕高速公路数据质量控制、交通状态识别与态势推演、主动交通管控、施工区管控、机电系统健康检测与评估、差异化收费等应用场景，运用群体智能、人工智能等方法对这些应用场景所涉及的理论进行了研究，提出了相应的创新性管控算法。同时，将所研究的理论方法应用到高速公路管控中，对高速公路管控、精准收费、智慧隧道和智慧服务区等所使用的数智技术进行了介绍。
针对高速公路智能管控，本书从管控原理、方法和应用效果等角度，对所涉及的数据分析、识别和推演算法、主动管控方法和收费定价模型等理论方法进行了深入研究，主要特点包括以下几个方面。
（1）系统性。涉及数据质量、交通状态、主动管控、机电系统、差异化收费等方面，对高速公路识别、管控、评估等方法进行了深入研究，并给出了相应研究理论方法的应用情况。
（2）专业性。围绕高速公路智能管控所涉及路网态势推演、事故风险模型、施工区等经典场景，提出了反映高速公路交通流运行规律的核心理论和方法，为相关管理和研究人员提供支持。
（3）实践性。针对当前高速公路实际应用场景进行了理论方法的应用，并将应用成果进行了总结，使得所提出的理论方法可以很好地同实际问题相结合。
（4）创新性。使用多种人工智能算法解决高速公路智能管控问题，充分体现了数智时代的技术特征与当前交通领域的新技术发展，使研究人员能够了解当前交通领域的前沿知识，也有利于提升高速公路管控能力。
本书研究成果得到了重点研发计划项目（2018YFB1600703、2019YFF0301403）、国家自然科学基金项目（61973028）等20余项项目的支持。本书主要内容汇聚了编者及城市综合交通大数据智能计算平台研发创新团队多年来的研究成果，可为高速公路智能管控提供理论方法和技术支撑。
本书编写分工如下：第1、2、3、4章由北京交通大学王江锋编写，齐崇楷、郝硕、贺丹等人参与修订；第5、6、7、8、9章由交通运输部规划研究院顾明臣、张英杰、祝涛、张硕、李溯、熊慧媛、张百永编写， 蹇峰、孙星亮、张家庆、许海波、齐崇楷、张越评、李丹凤、石媛嫄、刘增军等人参与修订。编写过程中也得到了盘天（厦门）智能交通有限公司等相关科技公司和多家高速公路运营管理单位的大力支持，在此一并表示感谢！
高速公路智能管控领域的系统性、专业性和实践性较强，限于编者学识和实践经验，难免存在疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正，以便今后进一步修改完善，特此致谢！

编者
2024年3月

第1章引言
1.1高速公路建设与发展概况
1.2高速公路面临的问题与挑战
第2章交通流数据采集与质量控制
2.1交通流数据质量分析
2.1.1质量问题来源
2.1.2质量问题分类
2.1.3质量问题识别
2.1.4实例分析
2.2交通流数据质量评价体系设计
2.2.1基于微观、中观、宏观的数据质量评价体系框架
2.2.2数据质量评价指标体系
2.3交通流数据质量控制方法
2.3.1张量基础理论
2.3.2基于梯度的Tucker分解数据质量修复方法
2.3.3实例分析
2.4小结
第3章交通状态识别与交通流预测
3.1基于群体智能的交通状态识别
3.1.1交通状态描述
3.1.2模糊c均值聚类算法
3.1.3基于群体智能优化的FCM算法
3.1.4实例分析
3.2基于深度学习的交通状态预测
3.2.1深度学习理论
3.2.2交通状态预测模型设计
3.3小结
第4章高速公路路网交通态势推演
4.1态势推演特征参数选取
4.2态势推演算法构建
4.2.1Mix�睤STMA模型
4.2.2空间插值方法
4.3Mix�睤STMA模型验证
4.3.1训练步骤
4.3.2实验配置
4.3.3模型参数确定
4.3.4预测结果及对比分析
4.4小结
第5章高速公路主动交通管理方法
5.1主动交通管理方法
5.1.1概述
5.1.2可变限速控制方法
5.1.3入口匝道控制方法
5.1.4临时路肩开放控制方法
5.2高速公路潜在事故发生率预测模型
5.2.1模型变量选择
5.2.2模型标定数据准备
5.2.3高速公路PCR模型建立
5.3不同主动交通管理策略对潜在事故发生率的影响
5.3.1概述
5.3.2主动交通管理策略制定
5.3.3主动交通管理策略控制效果分析
5.3.4主动交通管理策略时间敏感度分析
5.4小结
第6章高速公路施工区路段换道风险与管控
6.1施工区路段驾驶模拟实验数据采集
6.2施工区路段驾驶人换道会合行为分析
6.2.1换道会合行为阶段划分
6.2.2换道会合行为特性分析
6.2.3眼动特性分析
6.3施工区路段驾驶人换道会合风险分析
6.3.1换道会合风险指标提取
6.3.2换道会合风险分析
6.4小结
第7章高速公路机电系统健康状况评估
7.1高速公路机电系统健康状况分布估计
7.1.1高速公路机电系统健康状况概述
7.1.2高速公路机电系统健康状况分布估计
7.2基于FTA_Ele模型的高速公路机电系统健康状况影响分析
7.2.1高速公路机电系统健康状况影响分析方法
7.2.2FTA_Ele_Com：通信系统健康状况影响分析
7.2.3FTA_Ele_Mon：监控系统健康状况影响分析
7.2.4FTA_Ele_Cha：收费系统健康状况影响分析
7.3基于FLBN_Ele模型的高速公路机电系统健康状况诊断
7.3.1贝叶斯网络基础理论
7.3.2基于特征学习的FLBN_Ele模型构建
7.3.3高速公路收费系统的健康状况诊断分析
7.4基于TRN_Ele模型的高速公路机电系统健康状况评估
7.4.1高速公路机电系统健康管理概述
7.4.2高速公路机电系统健康状况的评估指标体系建立
7.4.3高速公路机电系统健康状况的韧性评估
7.5小结
第8章高速公路差异化收费定价模型
8.1车辆碳减排收益测算模型
8.1.1车辆碳排放测算模型
8.1.2车辆碳减排收益测算模型
8.2基于碳减排收益的多目标优化定价模型
8.2.1问题描述及模型参数定义
8.2.2高速公路定价基本原则
8.2.3高速公路成本分析
8.2.4货车出行选择模型
8.2.5基于随机用户平衡的配流理论
8.2.6模型构建思路
8.2.7基于碳减排收益的多目标优化定价模型
8.3基于双层规划的差异化收费定价模型
8.3.1高速公路收费定价原理
8.3.2双层规划模型设计
8.3.3模型求解算法设计
8.4实例分析
8.4.1基于碳减排收益的高速公路差异化收费定价模型实例分析
8.4.2基于双层规划的高速公路差异化收费定价模型实例分析
8.5小结
第9章应用实践
9.1高速公路数智技术概述
9.2高速公路智能管控技术应用
9.2.1京港澳高速驻信段智能管控科技示范应用
9.2.2郑少高速郑州西南收费站精准收费标准化车道试点应用
9.2.3高速公路收费站科技治超数智技术应用
9.2.4高速公路隧道路段数智技术应用
9.2.5高速公路服务区数智技术应用
9.3小结

附录A交调数据用户质量评价调查问卷
附录B样本数据处理及变量计算过程
附录C变量计算的主要过程
附录D匝道控制策略实现
附录E收费系统故障数据
参考文献