高速公路應急車道緊急啟用模型
高速公路擁堵現象的原因眾多，除了交通事故外，最典型的就是部分路段出現瓶頸現象，主要原因是車輛匯聚，而擁堵後又容易蔓延。高速公路一些特定的路段容易形成堵點，如匝道出入口或橋樑入口等。當然，有些高速公路受各種因素的影響，車道較少，通行能力受限也是主要因素之一。交通事故是偶然的，隨機的，難以控制，不在本題的討論範圍內。拓寬路幅也可以很好地解決擁堵，但這也不是本題需要考慮的。這裡，我們僅考慮在現有條件下，如何最大限度地利用資源？對於某些特定的情況，如果能在道路擁堵前採取一定措施，就可以化解一次擁堵。
高速公路建設時，往往會在右側增設應急車道，以應對工程救險、消防救援、醫療救護等應急車輛需求。通常情況下，應急車道是救生通道，不能隨意佔用，但若合理使用，比如在某路段透過上、中、下游交通流量的監控發現很有可能會發生擁堵，而該路段沒有發生事故的情況下，允許使用應急車道，及時降低車流密度，很有可能會避免一次大擁堵。高速管理部門一直在探索如何合理使用應急車道，多數情況下，管理者往往透過多路段的影片監控，憑藉經驗決定是否允許臨時使用應急車道。這樣的做法一方面因缺少理論依據容易引起爭議，另一方面對緩解擁堵效果也難以評價。所以建立數學模型發掘高速公路特定路段即將發生擁堵的條件，評估臨時借用應急車道對緩解道路擁堵的作用具有重要的理論和現實意義。
如果在緊急情況下臨時使用應急車道，需要在高速公路沿線佈置一些告示裝置（包括螢幕或語音），用於實時釋出沿線車輛可利用（結束）應急車道的通告。當透過報警或無人機巡查發現該路段有交通事故發生時，再透過告示裝置讓正在應急車道上的車輛撤到行車道上（為了提高車輛撤離的效率，可透過無人機或沿途的高畫質攝像頭將還在應急車道上的車牌顯示在路旁的告示裝置上），這樣可以不影響道路救援。
問題：
1. 某路段（長度約5000m，行車道2+應急車道1）上有四個影片觀測點（見示意圖1）。請基於該路段四個影片資料解決如下問題：
（1）針對題目提供的資料，統計四個觀測點的交通流引數隨時間的變化規律（更精細的統計可以更有利於未來建模）；
（2）建立交通流擁堵模型，利用交通流在四個觀測點的基本引數（車流密度、流量、速度等）以及道路情況（兩行車道），給出從第三點到第四點之間路段可能（沒有擁堵之前）出現持續（比如持續時間半小時）擁堵狀態的實時預警（比如擁堵10分鐘前預警）及依據；
（3） 請利用影片資料驗證所建模型的有效性。
2. 構建合理啟用高速公路應急車道模型為決策者提供臨時啟用應急車道決策的理論依據。
3. 利用監控資料，設計合理規則或演算法，實時決策是否啟用應急車道。請量化根據你們的模型啟用應急車道的作用。
4. 上述監控是事先佈置的，當時並沒有考慮應急車道臨時啟用問題。為了提升第三個點到第四個點之間路段應急車道臨時啟用決策的科學性，同時控制成本，應如何佈置影片監控點？為什麼？
名詞解釋
流量：某時刻單位時間內透過某點的車輛數；
密度：某時刻某處單位長度內的車輛數；
速度：某時刻透過某點的車流速度。
參考文獻
1. 楊陽; 劉強; 石英傑，高速公路飽和路段動態應急車道開放決策模型研究，公路工程，2022， No. 3, pp.172-176