張 宏，黃 星，劉時(shí)雨，崔 星

（1.長安大學(xué)，陜西西安 710018；2.長安大學(xué)教育部特殊地區(qū)公路工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710064）

交通運(yùn)輸

基于人工智能的公路施工區(qū)交通安全設(shè)施研究

張 宏1，黃 星2，劉時(shí)雨2，崔 星1

（1.長安大學(xué)，陜西西安 710018；2.長安大學(xué)教育部特殊地區(qū)公路工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710064）

該文根據(jù)美國堪薩斯州立大學(xué)與堪薩斯交通運(yùn)輸部（Kansas Department of Transportation，KDOT）的聯(lián)合交通調(diào)查報(bào)告，總結(jié)了美國用于短期施工區(qū)的五類新型交通安全設(shè)施，闡述了其先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)，分析了各種設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)和不足，并針對(duì)國內(nèi)公路施工區(qū)的交通安全設(shè)施與技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。

公路；施工區(qū)；交通安全設(shè)施

1 背 景

公路施工區(qū)是為公路養(yǎng)護(hù)和維修作業(yè)而設(shè)置的特殊交通管理區(qū)域，由于道路施工作業(yè)過程通常不中斷交通，車輛經(jīng)常變換車道，并且駕駛?cè)舜嬖陬l繁加減速等行為，因此公路施工區(qū)是交通事故易發(fā)區(qū)域，受到交通事故威脅的不僅是誘發(fā)交通事故的駕駛員，而且包括道路上的施工人員。根據(jù)美國死亡分析報(bào)告系統(tǒng)（Fatality Analysis Reporting System，F(xiàn)ARS），2014年全年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在高速公路上由于交通事故而導(dǎo)致的死亡人數(shù)共計(jì)32 675人，其中僅在施工作業(yè)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)事故而死亡的人數(shù)就高達(dá)669人，占總死亡人數(shù)的2.05％。

為了提高公路施工區(qū)的安全性和施工效率，堪薩斯交通運(yùn)輸部（KDOT）在美國各州交通運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的協(xié)助下完成了一項(xiàng)全國范圍內(nèi)的關(guān)于公路施工區(qū)新型交通安全設(shè)施的使用調(diào)查，該項(xiàng)調(diào)查系統(tǒng)地分析了各州目前用于（以及曾經(jīng)使用過的）公路施工區(qū)的安全控制設(shè)施的使用效率，對(duì)這些安全控制設(shè)施的改進(jìn)提出了更高的要求。本文以美國交通安全設(shè)施的方法和指南與我國施工期交通設(shè)施進(jìn)行分析比較，以期對(duì)我國公路施工區(qū)的交通安全設(shè)施的改善有一定借鑒作用。

2 美國公路施工區(qū)的新型交通安全設(shè)施

2.1便攜式震動(dòng)帶

震動(dòng)帶是通過嵌進(jìn)路面的凹槽里或是鋪筑在路表面形成，可以產(chǎn)生震動(dòng)和聲音從而提醒駕駛員注意路況。先進(jìn)交通標(biāo)線震動(dòng)帶（Advanced Traffic Marking Rumble Strips，ATMs）是6.35 mm厚的自粘式可移除震動(dòng)帶，可以用重型輥等簡(jiǎn)易設(shè)備快速安裝。ATMs的測(cè)試配置見表1。

表1　先進(jìn)交通標(biāo)線震動(dòng)帶的測(cè)試配置

試驗(yàn)結(jié)論表明：

（1）6.35 mm厚的震動(dòng)帶能給轎車提供足夠的聲響和震動(dòng)感，但不能給貨車提供足夠的震動(dòng)感。

（2）震動(dòng)帶對(duì)貨車的減速效果優(yōu)于客車，會(huì)使貨車車速降低11.6 km/h，客車車速降低至多3.2 km/h。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)駕駛者為了避免碾過震動(dòng)帶偶爾會(huì)繞過它。

2.2便攜式橡膠震動(dòng)帶

便攜式橡膠震動(dòng)帶（Portable Plastic Rumble Strips，PPRS）是一種可移動(dòng)和可重復(fù)使用的臨時(shí)震動(dòng)帶，其標(biāo)準(zhǔn)尺寸為3.35 m長，0.30 m寬，20.64 mm厚，重47.63 kg。PPRS可被快速安裝和拆卸，安裝過程不需任何緊固件或粘合劑。

2010年Schrock等人測(cè)試了震動(dòng)帶條數(shù)不同與間距配置不同時(shí)PPRS產(chǎn)生的聲音和振動(dòng)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PPRS對(duì)小轎車的減速效果比對(duì)貨車更加明顯。在密蘇里州的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)PPRS可以使車速降低8～16 km/h。

先進(jìn)交通標(biāo)線震動(dòng)帶（ATMs）除上述便攜式橡膠震動(dòng)帶外，還有震動(dòng)條、鋼型震動(dòng)帶和利用回收技術(shù)生產(chǎn)的震動(dòng)條（Recycled Technology，RTI），這些便攜式震動(dòng)帶都對(duì)改善施工區(qū)交通安全的現(xiàn)狀起到一定的作用，在促使車輛減速方面有重大意義。

2.3預(yù)警系統(tǒng)

（1）入侵式警報(bào)設(shè)備

入侵式警報(bào)設(shè)備是在傳統(tǒng)的施工區(qū)障礙物上安裝一件或多件傳感器，當(dāng)有失控車輛觸發(fā)傳感器時(shí)，就會(huì)有警報(bào)響起提醒工人有車輛入侵他們保護(hù)的區(qū)域，同時(shí)也可以提醒思想不集中或者犯困的駕駛?cè)?，使得車輛及時(shí)采取制動(dòng)或者避開施工區(qū)。最初的入侵式警報(bào)設(shè)備由公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（The Strategic Highway Research，SHRP）研發(fā)，分別是微波設(shè)備、紅外設(shè)備和氣動(dòng)導(dǎo)管系統(tǒng)。

試驗(yàn)指出該設(shè)備也有弊端：①警報(bào)聲容易被施工區(qū)其他聲音掩蓋；③警報(bào)失效的概率較大；③系統(tǒng)容易被施工區(qū)施工設(shè)備和車輛產(chǎn)生的聲音干擾，產(chǎn)生錯(cuò)誤預(yù)警；④在設(shè)備和車輛之間需要無線數(shù)據(jù)線路?；谝陨媳锥藢?duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)明了作業(yè)區(qū)聲吶沖擊波入侵報(bào)警系統(tǒng)和安全線入侵報(bào)警系統(tǒng)。

（2）無線報(bào)警系統(tǒng)

無線報(bào)警系統(tǒng)在國外施工區(qū)中應(yīng)用較多，且預(yù)警效果較好，能對(duì)施工區(qū)安全問題起到一定的改善作用，主要包括CB向?qū)Ь瘓?bào)系統(tǒng)和無線公路狀況系統(tǒng)（Highway Advisory Radio System，HAR）。

CB向?qū)Ь瘓?bào)系統(tǒng)可通過CB無線信道將封閉行車線、限速信息、提醒駕駛員減速或變換車道等交通信息直接發(fā)送給貨車司機(jī)。研究表明CB向?qū)Ь瘓?bào)系統(tǒng)可以影響貨車車速和車道選擇。

HAR是交通部門向司機(jī)提供重要路況的實(shí)時(shí)信息的廣播系統(tǒng)，能夠有效地減少車輛擁堵。研究表明HAR對(duì)彎道等特殊的施工區(qū)交通管理有積極作用。

2.4便攜式信息標(biāo)牌與駕駛交互設(shè)備

（1）便攜式可變信息標(biāo)志

PCMS是可以顯示各種文字、數(shù)字或符號(hào)的可移動(dòng)的交通控制裝置。PCMSs可以安裝在拖車或貨車上，以滿足快速部署它們的要求。

試驗(yàn)表明PCMS能夠有效地降低快速行駛車輛的速度，對(duì)貨車平均速度的降低并不明顯，僅為2.3 km/h，與雷達(dá)結(jié)合使用時(shí)更加有效；合適的PCMS的信息語句能夠有效地降低高速公路施工區(qū)所有類別車輛的車速；相較未安裝PCMSs，在開啟和關(guān)閉PCMSs的情況下，車速降低分別為7.6 km/h和5.3 km/h。

（2）便攜式速度監(jiān)控器和車輛控制標(biāo)志

PSMD配備雷達(dá)對(duì)迎面而來的車輛進(jìn)行測(cè)速并利用可變速度顯示板顯示車速，以此來降低車輛的行駛速度和超速駕駛行為。

沒有交警協(xié)助的PSMDs是比較劃算的減速設(shè)備，研究表明PSMDs使車速平均降低6.4 km/h，進(jìn)入施工區(qū)的客車車速減少了20％～25％。

車輛控制標(biāo)志（VASs）與PCMS相似，用來顯示道路狀況信息，可用在道路轉(zhuǎn)彎處和交叉口顯示限速信息，提醒駕駛員減速慢行。

（3）雷達(dá)系統(tǒng)

RAS是安裝在施工車輛、標(biāo)牌上，或放在路段其他位置取代交警進(jìn)行測(cè)速的裝置，可以促使使用雷達(dá)探測(cè)器的駕駛員減速至限速以下安全行駛，并且降低超速行駛比率。

在密歇根州，2010年Streff等人對(duì)施工區(qū)安裝RAS的有效性進(jìn)行了廣泛調(diào)研，調(diào)研發(fā)現(xiàn)雷達(dá)對(duì)高速行駛貨車的減速效果良好，同時(shí)發(fā)現(xiàn)約5％的汽車和16％以上的貨車使用雷達(dá)探測(cè)器。

2.5保護(hù)裝置

（1）車載減速器

TMA是能夠承受撞擊并且用于消散碰撞產(chǎn)生的能量的緩沖設(shè)備，被廣泛地用于短期施工、長期施工和移動(dòng)施工區(qū)域，能夠降低事故成本。

試驗(yàn)表明：橙色TMA標(biāo)牌上使用熒光黃綠色作為背景色標(biāo)志的效果顯著，黃綠色增加了橙色標(biāo)志和橙色貨車之間的對(duì)比度，50％以上的駕駛員在到達(dá)工作區(qū)之前能識(shí)別貨車背后的橙色標(biāo)志。

（2）移動(dòng)路障

移動(dòng)路障是由多個(gè)拖車組成，與標(biāo)準(zhǔn)拖車一起用在維修、施工和安全場(chǎng)所，為施工人員提供方便和保障工作環(huán)境的安全的設(shè)施。移動(dòng)路障可以將來往車輛與維修和施工人員在空間和視覺上隔離。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它要占用2.4 m寬的車道，并且不允許大型設(shè)備直接進(jìn)入工作區(qū)。

2.6集成智能交通系統(tǒng)

隨著智能交通的發(fā)展，集成智能交通系統(tǒng)也應(yīng)用于道路施工區(qū)，可以主動(dòng)限速并對(duì)駕駛員主動(dòng)地反饋信息，對(duì)施工區(qū)安全問題的改善起到一定作用，主要包括自適應(yīng)排隊(duì)預(yù)警系統(tǒng)和便攜式智能交通管理系統(tǒng)。

自適應(yīng)排隊(duì)預(yù)警系統(tǒng)可以提供與當(dāng)前交通流狀況相適應(yīng)的分布式速度信號(hào)。系統(tǒng)的核心裝置是一個(gè)小圓筒——里面安裝有低成本的速度傳感器，配合簡(jiǎn)單的顯示器以及與主控制器相連的通信設(shè)備。調(diào)查結(jié)果顯示系統(tǒng)比靜態(tài)路標(biāo)更有效，能夠減少交通事故，突發(fā)性撞車和由于變換車道追尾的事故數(shù)量能減少5％～7％。

便攜式智能交通管理系統(tǒng)是包括PCMS、車輛檢測(cè)系統(tǒng)、電腦控制中心和其它通信系統(tǒng)的集成系統(tǒng)。根據(jù)檢測(cè)到的交通數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)確定需在PCMSs上顯示的消息，也可以通過高速公路無線廣播和互聯(lián)網(wǎng)播送信息。

3 我國公路施工區(qū)的交通安全設(shè)施與技術(shù)的現(xiàn)狀

（1）對(duì)施工區(qū)行車道、超車道、合流車道的車頭時(shí)距分布，各控制區(qū)的地點(diǎn)車速的頻率分布、空間分布、車道占有率以及車輛匯入特征等都有系統(tǒng)分析，但是缺乏效果顯著的減速設(shè)施及限速裝置，沒有解決公路施工區(qū)車輛容易超速和追尾的問題。

（2）對(duì)施工作業(yè)段長度的合理性以及標(biāo)志設(shè)置位置、重復(fù)設(shè)置次數(shù)和重復(fù)設(shè)置間隔等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了專業(yè)的計(jì)算，但是這種用限速標(biāo)志的方法進(jìn)行被動(dòng)限速，作用單一局限，安裝時(shí)間長，對(duì)公路短期施工區(qū)并不適用，對(duì)車輛的限速效果也不佳，缺乏主動(dòng)限速技術(shù)和對(duì)駕駛員主動(dòng)的反饋信息，如車輛是否超過限速值，駕駛員往往會(huì)因?yàn)槭韬龃笠舛a(chǎn)生安全隱患等。

（3）公路施工區(qū)雖然有被動(dòng)的提醒標(biāo)志和錐形、桶形障礙物，但是這些提醒標(biāo)志安裝的位置不合適，使得警示效果不理想；錐形、桶形障礙物并沒有限速減速的作用，作用單一，安全控制效果不是很明顯。

（4）部分公路施工區(qū)曾使用預(yù)警設(shè)備，但是它們?cè)O(shè)置不專業(yè)，設(shè)備準(zhǔn)確性不高，不能起到很好的檢測(cè)作用，并且設(shè)備安裝較為繁雜，簡(jiǎn)易性、可攜帶性差。我國公路施工期缺乏安裝簡(jiǎn)易、可移動(dòng)和重復(fù)使用、減速限速效果良好的主動(dòng)安全設(shè)施。

4 結(jié) 論

（1）引進(jìn)的設(shè)施在減速限速方面效果顯著，彌補(bǔ)了國內(nèi)公路短期施工區(qū)僅有被動(dòng)的提醒標(biāo)志和錐形、桶形障礙物的不足，可以有效地解決公路施工區(qū)車輛容易超速和追尾的問題。

（2）引進(jìn)的設(shè)施安裝簡(jiǎn)易，可移動(dòng)和重復(fù)使用，適用于公路短期施工區(qū)，為現(xiàn)有的被動(dòng)提醒標(biāo)志和錐形、桶形障礙物等設(shè)施提供了良好的改進(jìn)思路。

（3）引進(jìn)的設(shè)施均屬于主動(dòng)安全技術(shù)，通過主動(dòng)限速技術(shù)和對(duì)駕駛員主動(dòng)的反饋信息，如車輛是否超過限速值，促使駕駛員減速慢行，減少公路施工區(qū)交通事故的發(fā)生，打破了國內(nèi)公路施工區(qū)缺乏主動(dòng)安全技術(shù)的被動(dòng)局面。

在路網(wǎng)不斷完善的同時(shí)，公路施工區(qū)的交通安全問題不容忽視，國內(nèi)應(yīng)借鑒美國公路施工區(qū)的新型交通安全設(shè)施，不斷完善我國公路施工區(qū)的交通安全控制系統(tǒng)。

［1］ 尹艷峰.高速公路施工作業(yè)區(qū)交通管理與安全保障技術(shù)研究［D］.重慶交通大學(xué)，2014.

［2］ 彭建華，蘇東亮.美國國家公路施工區(qū)安全計(jì)劃（NHWZSP）介紹及啟示［J］.中外公路，2007，（6）：183-185.

［3］ 王忠仁.美國施工區(qū)交通管理的關(guān)鍵技術(shù)和策略［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，（3）：425-431，464.

U4

C

1008-3383（2016）09-0162-02

2016-04-01

張宏（1996-），女，山西呂梁中陽人，在讀本科生，研究方向：交通工程。