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基于智能检测技术的高速公路监控预警系统应用研究
供稿人:信息监控中心     发布时间:2018/9/13 14:29:58     阅读人数:681

摘要:本文将对“团雾”及浓雾状态下的安全预警、相应措施进行研究,并在沪渝高速公路设置500m试验段验证效果,通过此次研究拟达到:对“团雾”现象的及时预警、及时提醒并保障车辆的可靠通行,同时能为我国高速公路“团雾”现象的解决提供有力的数据、案例支撑,可供借鉴与推广。

 

关键词:智能诱导天气状况自动切换预警信息 

     1. 引言 

     雾是导致高速公路交通事故、降低其通行效率的重要因素之一。雾的出现缩短了驾驶人的可视距离,致使驾驶人获取道路信息的能力下降,从而增加行车风险。而团雾是比较常见的一种地域天气现象,201410月,公安部公布了全国1420处高速公路团雾多发路段[1],数量比较庞大,由此可见团雾天气下高速公路安全保障形势十分严峻。  

与雾有关的交通事故导致了巨大的经济损失和严重的社会影响,特别是近年来雾霾等特殊恶劣天气现象的出现对高速公路的安全畅通构成重大威胁。比如2013130日,雾霆天气导致津蓟高速、京沪高速、津滨高速等发生车辆连环相撞事故,其中津滨高速至少40辆车发生追尾;201310月,黑龙江雾霆天气致使能见度急速下降,导致哈大高速公路发生多车连撞事故[1]。大雾己成为影响高速公路交通运行安全的重要因素。目前,做好雾区高速公路的安全保障工作,提升雾区交通运行安全水平己成为交通行业各部门噬待解决的重要且迫切的问题。   

  1. 高速公路雾区交通事故成因分析

因我国高速公路最高限速为120km/h,该设计速度下的停车视距为210m,故将210m作为能见度的一分级指标。刘宏启,张巍汉[2]结合荷兰两位学者的研究,并从与气象分级和公安部雾天管理通告协调一致性考虑,将技术分级标准中能见度140m修正为能见度150m,将210m修正为200m,并增加能见度为50m的这一分级,从而就形成了50m, 100m, 150 m,  200m,  300m, 500m的分级序列,增设500m这一等级是考虑到雾的突发性特点,这样可起到提前预防的作用。综合相关研究,这一分级方法考虑较为全面,颇受广大研究者的认可。我国公安部门、气象部门以及本论文建议对雾的具体分级情况如下:

能见度降低是高速公路雾区发生交通事故的根本原因。大多数事故案例表明,事故的发生主要是由于速度与环境状况限制的安全车距不匹配导致的。雾天主要事故类型为追尾事故,在低能见度条件下,发生二次追尾、连环追尾的事故比例较高,这些事故表现形式究其原因主要包括以下几点:

①雾出现的随机性导致交通管理部门未能及时采取有效的交通管制措施,不能及时发布合理限速限距等信息给驾驶员,很容易导致事故发生;

②高速公路上发生事故后,如果后续车辆速度过快来不及刹车就很可能发生连续追尾,导致二次事故;

③驾驶员在低能见度条件下没有遵循限制车速,甚至在不具备超车条件下超车,增加追尾风险;加之,雾天驾驶员心理紧张,压力过大,一旦驶入浓雾区,速度过快则易追尾前车,过慢则易被后车追尾,且驾驶员很难把握前后车距;

④高速公路上行驶的车辆性能、车速差异以及车况等差异造成了驾驶员在雾天频繁加减速、变换车道,驾驶员反应时间增加,且我国高速公路多为双车道,活动空间有限,避免事故的余地较小,容易导致事故发生。   

  1. 高速公路雾区安全行车诱导系统

根据雾区的交通事故成因特点,系统着重解决雾区发生时高速公路运营的及时发现、提前预警、现场诱导问题。

“高速公路雾区安全行车诱导系统”中的气象检测箱设置有雨、雾、冰雪传感器,可自动检测高速公路能见度值及雨、雾、冰雪等恶劣天气,并将信息传送至现场管理中心,以便于运营人员及时发现雾区,通过高速公路信息发布相关内容,提前提醒司机,做到提前预警。

系统可根据天气状况决定诱导灯的开启、关闭以及闪烁模式。当白天天气状况较好时(能见度高),诱导灯处于关闭或正常闪烁状态。当大雾、冰雪等恶劣天气出现时(能见度低),系统开启安全行车诱导模式,诱导灯处于爆闪状态,安装在高速公路两侧护栏板上的诱导灯开始同步闪烁,把道路的轮廓、走向清晰地显示出来,提高司机对路面的识辨能力。系统可根据周围环境亮度值的大小自动控制诱导灯的闪烁亮度,环境亮度值越低,LED诱导灯的亮度也相应降低。   

  1. 系统组成

雾区智能诱导系统主要由气象提示终端、智能诱导灯控制器、诱导灯、服务器以及设置在监控室的客户端组成,系统组成如图1

1 系统组成图

气象提示终端设置有雨雾冰雪传感器,能自动检测高速公路雾、雨、雪和冰等恶劣天气[3],并在自身的LED显示屏上显示天气情况和提示信息,比如“雨雾天气,谨慎驾驶”。同时,通过GPRS通信将天气信息实时上传给服务器,再根据客户端设定的诱导规则(比如晴好天气正常闪烁、雨雾天气爆闪等)自动切换安装在道路两边诱导灯的闪烁方式和频率。服务器将诱导灯控制命令通过GPRS通信发送给诱导灯主控制器,主控制器再将该控制命令通过Zigbee无线通信发送给从控制器,实现全路段所有诱导灯的自动控制。

为了避免诱导灯闪烁不同步,干扰驾驶员的视线,使驾驶员眼睛容易疲劳,埋下安全隐患,诱导灯控制器采用GPS授时同步技术控制诱导灯全路段同步闪烁。 

  1. 工程实施

宜巴高速公路起于宜昌市夷陵区,与荆宜高速公路相接,经宜昌市秭归县、兴山县,终点在湖北省恩施土家族苗族自治州巴东县,接重庆巫山至奉节高速公路,全长172.651公里。全线采用四车道高速公路标准建设,设计速度80公里/小时,路基宽度24.5米,设计汽车荷载等级采用公路I级,沥青混凝土路面。全线主线桥梁120座,其中特大桥14座,大桥92座、中小桥14座,单幅长度123922m;隧道39座,特长隧道8座,长隧道7座,中短隧道24座。此次工程实施拟安装500m试验段。

结合运营经验和现场实地调研,现场确定5个段落适合实施试验段:K1178+600-K1179+100K1189+550-K1190+050K1193+300-K1193+800K1247+450-K1247+950K1249+100-K1249+600。经多次调研分析,考虑现场线路条件、起雾时间及大小、电源引入条件等因素,拟在K1249+100-K1249+600实施试验段。该段路况较复杂,且起雾段落大多在桥上,时间长,且浓度大。现场调研情况如下:

 

 

诱导灯安装起始位置桩号为K1249+100-K1249+600,长度500m,为一个试验段区域,气象控制器设备终端共安装1套。诱导灯的安装间距为10米一个,离地高度为0.9布设4条诱导灯带,每条灯带安装1套控制器,共安装4套。考虑供电可靠性,采用电缆低压供电,配电箱距离现场取电点约500m

 

  1. 技术特点

本工程通过在宜巴高速上试验段实施安装,拟通过运行了一段时间,通过对各功能测试,系统能达到预期的效果,该工程具有以下技术特点:

  1. 采用GPS授时技术实现全路段诱导灯同步闪烁;

  2. 采用GPRS通信实现诱导灯远程控制;

  3. 采用ZigBee无线自组网通信技术,同一区域内只需一个主控制器通过GPRS与服务器通信,其他从控制器通过ZigBee与主控制器通信,这样可以减少GPRS通信数量,降低系统运营成本;

  4. 诱导灯控制器内置亮度传感器,根据当前亮度实时调整诱导灯亮度。比如夜间亮度很暗,适当降低诱导灯亮度,避免亮度与白天一致,造成诱导灯太亮导致驾驶员看上去刺眼;

  5. 与气象提示终端联动,实现诱导灯根据不同天气情况自动打开和切换闪烁方式,智能化程度高。

  1. 结语

本系统在宜巴高速实施以后,在恶劣天气情况下,诱导灯自动打开,并根据当前天气切换闪烁模式,在道路两侧形成同步闪烁的诱导灯带,提高驾驶员对路面的辨识能力,有效降低交通事故发生率,保障高速公路的安全畅通。另外,该系统结合了信息发布功能,能够在现场发生雾的时候及时透过路上设置的监控外场设备发布天气情况和提示信息,警示驾驶员安全驾驶,提前告知来车减速慢行,保障驾驶员的生命财产安全,具有重要的经济效益和社会效益。

由于本系统能够有效地避免高速公路交通事故的发生,对“团雾”现象的及时预警、及时提醒并保障车辆的可靠通行,能极大的提升高速公路通行的安全性和通行率;同时能为我国高速公路“团雾”现象的解决提供有力的数据、案例支撑,可供借鉴与推广。无论新建高速公路还是已开通的高速公路均能方便的实施安装。   

参考文献

[1]王敏. 高速公路常态性雾区行车智能诱导策略研究重庆交通大学硕士论文.2015.

[2]刘洪启,张巍汉.高速公路雾区安全分级控制标准和分级控制策略研究[J].公路,2007,(10):134-05.

[3]钱怀风. 基于北斗卫星授时的高速公路雾区智能诱导系统[J]交通标准化.20134122):98-101.

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