張春聲

(廣東省公路建設有限公司， 廣州 510623)

0 引言

高速公路遇多霧異常特殊天氣時，極易發(fā)生交通事故，尤其局部路段出現濃霧的危險性更是許多重大安全事故的誘因。從正常路段高速駛入濃霧區(qū)，由于能見度的突變，視野變得迷糊，交通警示標志和防護欄難以辯識，駕駛者很容易發(fā)生判斷和操作失誤，引起追尾、碰撞護欄等交通事故。根據運營高速公路事故統計，霧區(qū)高速往往成為事故多發(fā)或頻發(fā)路段，因多霧影響導致多車連續(xù)追尾的重大交通事故時有發(fā)生。目前，大多數霧區(qū)路段僅采取在路側增加“雨霧天氣、謹慎駕駛”等警示標志，無法對霧區(qū)路段進行主動管控。

基于主動行車安全的智能誘導系統通過路側氣象站獲取天氣狀況，結合車輛檢測器獲取的霧區(qū)路段車流量數據進行分析，在出現能見度低于閾值、事故、擁堵等狀況時在監(jiān)控中心平臺自動發(fā)起告警，并聯動視頻投屏。監(jiān)控人員確認后，可選擇預案啟動設備聯動，通過霧燈誘導系統強化道路輪廓、誘導車輛安全行駛，并通過情報板、廣播系統向過往司乘人員進行交通信息提示和交通管控,可有效降低通行霧區(qū)高速公路的風險。

1 系統設計

智能誘導系統前端設備(主要是氣象檢測器、能見度檢測器、透霧攝像槍、雷達事件檢測、車檢器等)通過對高速公路雨、雪、霧、冰等惡劣天氣全方位、立體式的檢測，檢測數據經通信網絡傳輸至路段監(jiān)控平臺，進行數據分析和處理。結合霧區(qū)路段交通運行狀況，系統平臺自動調用策略對前端設備進行控制，當發(fā)生緊急情況時，采取全面的應對措施，如交通誘導、信號控制、廣播警示、行車高速警告等外場設施綜合聯動，達到霧區(qū)通行安全主動預防的效果(圖1)。

圖1 霧區(qū)路段智能誘導系統工作流程

1.1 系統構成

智能誘導系統由前端數據采集設備(主要是氣象檢測器、能見度檢測器、透霧攝像槍、雷達事件檢測、車檢器等)、信息發(fā)布設備(智能誘導霧燈、語音廣播系統、情報板等)、數據分析處理系統(霧區(qū)監(jiān)控子系統)、通信傳輸系統等構成(圖2)。

圖2 霧區(qū)路段智能誘導系統構成

1.2 系統關鍵設備與選型

1.2.1 外場攝像機

建議采用數字、光學雙重透霧功能，攝像機自動探測能見度，低于一定閾值時先啟動數字透霧(圖像彩色)，數字透霧時會根據圖像霧感適當增強或減弱除霧強度，當達到數字透霧能力極限，圖像霧感仍較重時，自動切換為光學透霧(圖像黑白)，霧區(qū)路段盡量按照1km設置1處進行全覆蓋。

1.2.2 氣象檢測器

氣象檢測器主要包括氣象狀況檢測探頭、數據處理單元、通信控制單元、供電單元?？蓪崟r監(jiān)測能見度、風速風向、雨量、大氣壓等天氣狀況。

1.2.3 車輛檢測器

采用雷達車輛檢測器或微波車輛檢測器，可獲取車流量、車速、停車、逆行、行人等交通流信息和異常事件。也可以利用主線ETC門架對斷面車流、車速等運行狀況進行采集。

1.2.4 情報板

按照500m設1處門架式情報板或懸臂式情報板，用于顯示前方交通狀況和預警信息。

1.2.5 廣播系統

結合高速公路已有的語音廣播系統平臺，在霧區(qū)路段適當增加有線廣播終端，可用于交通狀況的語音提示和預警。

1.2.6 智能誘導霧燈

智能誘導霧燈按照間距30m設1處，安裝在路側護欄或單獨設置立柱。如有道路照明，盡量與路燈同桿布設。根據公路物理邊界條件(行車道寬度、路肩、護欄和標線等)、車輛通行狀況(車速、跟車有效間距)、天氣狀況(能見度、風速、降雨量、溫度等)，通過智能誘導霧燈，根據不同工況發(fā)出的紅、黃信號及不同閃爍頻率，幫助提醒司機安全行駛，降低特殊路況和天氣下交通事故的發(fā)生。應具備以下主要功能：

(1)行車安全誘導功能：霧區(qū)安全行車主動誘導、全程同步閃爍、同步閃爍頻率可變、動態(tài)尾跡顯示、尾跡可控、尾跡透霧顯示、事故碰撞、施工/事故警示。

(2)無線通信功能：設備間無線通訊、抗損毀。

(3)遠程控制功能：上位控制系統與外場設備間的無線通訊、外場流動人員與設備的交互?？筛鶕崟r道路天氣環(huán)境，本地自動聯動控制，也具有遠程和現場手動控制(手動遙控器)的功能。

1.3 系統主要功能需求

1.3.1 霧燈誘導模式[1]

根據《霧天公路行車安全誘導裝置》(JT/T 1032-2016)標準要求，誘導裝置組成的誘導系統應具有道路輪廓強化模式、行車主動誘導模式、防止追尾警示模式等工作模式。誘導裝置供電要求具備供電容錯，當任一誘導裝置出現損毀、丟失、自身故障等情形時，不應影響其他誘導裝置的正常運行。當電網掉電或者斷電時，誘導裝置正常工作時間不低于 72h。

1.3.2 碰撞檢測

當車輛撞擊到護欄時，護欄會產生振動，撞擊點附近的智能誘導裝置檢測到振動事件并上傳至預處理器，由預處理器研判碰撞事故的發(fā)生，同時上報事件到監(jiān)控中心告警，此地疑似有事故發(fā)生。

1.3.3 視頻自動檢測

具備交通事件檢測和交通參數檢測功能。利用以深度學習為核心的視頻處理技術及核心算法，對前端設備采集的視頻圖像進行實時分析，實現對車輛停駛、擁堵、逆行、行人穿越及拋灑物等交通事件的自動檢測、報警、傳輸、記錄等功能。可對氣象和地質災害等道路環(huán)境變化進行實時檢測和報警，并將數據通過網絡上傳至數據庫服務器、綜合管理平臺以及其它上端系統，為道路交通管理者提供數據依據。

1.4 霧燈誘導系統運行模式

圖3為智能誘導霧燈運行流程。

圖3 智能誘導霧燈運行流程

根據能見度檢測數據，精確判斷濃霧程度是否影響行車視距，在交通流正常狀況，結合能見度設定的閾值[2]，分別啟用行車主動誘導、防止追尾警示、道路輪廓強化等模式。擁堵或發(fā)生交通事故時，同步啟用限速、信息發(fā)布等聯動措施。

1.4.1 道路輪廓強化模式

用于能見度大于500m輕霧或雨霧工況，誘導燈啟用黃燈常亮，提醒駕駛員注意路側邊緣，避免車輛駛出路側引起事故(圖4)。

圖4 道路輪廓強化模式

1.4.2 行車主動誘導模式

能見度低于設定的閾值可能會影響行車安全時，誘導燈啟用黃燈并同步閃爍，提醒駕駛員注意路側邊緣并適當控制好車速，避免車輛駛出路側引起事故(圖5)。

圖5 行車主動誘導模式

1.4.3 防止追尾警示模式

能見度低于設定的閾值會嚴重影響行車時，通過觸發(fā)和點亮上游誘導裝置的紅色警示燈，形成紅色尾跡(一般在120m范圍內)來警示當前車輛的前方有車輛，從而提醒司機保持安全的行車距離(圖6)。

圖6 防止追尾警示模式

2 應用案例分析

云茂高速公路位于廣東省羅定市、信宜市及高州市，路線起點位于羅定市圍底鎮(zhèn)，設置尋龍樞紐立交與羅陽高速公路相接，終于高州市荷花鎮(zhèn)，與廣西浦北至北流(清灣)公路工程對接，主線全長129.816km。項目黃樓隧道至竹瓦林隧道屬于霧區(qū)路段，且處于長下坡和橋隧結合路段。根據竹瓦嶺隧道進口氣象站全年24h的監(jiān)測數據，雨霧天氣發(fā)生較多，約占全年1/3。該項目主體工程建設的同時，選取一處濃霧最嚴重的區(qū)段 K52+650 至 K59+825實施誘導系統，將霧區(qū)預警預報作為監(jiān)控一體化平臺系統的一個子系統納入管理。細化預警預報子系統結構，充分利用現有建設期氣象檢測器設備，實現整體聯動，核減能見度檢測器數量。通過開發(fā)云茂高速公路霧區(qū)監(jiān)控子系統平臺，針對不同等級制定不同的聯動預案，基本實現對霧區(qū)行車主動誘導和輔助營運管理的功能。

2.1 系統總體架構

云茂高速公路霧區(qū)監(jiān)控系統主要由基礎層、數據訪問層、應用支持層、業(yè)務應用層、用戶訪問層等組成。系統總體結構如圖7所示。

圖7 云茂高速公路霧區(qū)監(jiān)控系統結構

2.1.1 基礎設備及數據采集層

通過高速公路沿線布設環(huán)境監(jiān)測設備、監(jiān)控視頻設備、車檢器等設施，用于監(jiān)測和采集路面視頻、車流量及車速、氣象環(huán)境等數據。

2.1.2 網絡層

網絡層一般指高速公路內部業(yè)務專網，一般采用 MSTP 綜合業(yè)務接入網方案和SDH干線傳輸網方案，是高速公路收費數據、視頻傳輸通道。具備統一的協議和標準，實現監(jiān)控一體化平臺軟件的信息匯聚和交換，為數據管理、業(yè)務應用等提供網絡通信保障。

2.1.3 服務應用層

以業(yè)務處理為導向和數據流向為維度，主要包括GIS地理信息系統、交通監(jiān)控、綜合視頻管理、交通事件管理、高可分可視化、設施設備管理、數據分析等子系統，通過數據分析和處理，提供控制策略對外場信息發(fā)布或路側誘導燈等設備進行控制，從而對交通進行有效管控。

2.1.4 界面層

界面層面向營運部門和相關用戶，提供PC端、大屏端的一體化操作平臺。

2.2 主要技術路線

(1)系統具備開放性和拓展性：采用B/S模式，使用JAVA框架完成開發(fā)，方便其他關鍵子系統接入和系統拓展。

(2)信息多源化和可靠性：通過對外接口獲取氣象臺數據、對內實時收集路側氣象檢測儀，多維度分析數據，確保準確對霧區(qū)氣象數據進行檢測和判斷。

(3)人機友好型界的系統集成：操作使用的便捷性。采取GIS地理信息系統方式進行GIS應用開發(fā)，GIS引擎使用開源地圖。以平面和衛(wèi)星GIS地圖展示路段所轄區(qū)域的路網、路況及相關的地理信息，并提供個性化的業(yè)務集成。以事件全方位進程信息展示，以及處理動作、視頻回放、信息發(fā)布及可變信息標識運行狀態(tài)展示、交通流量監(jiān)測及展示、氣象監(jiān)測等。

圖8 霧區(qū)誘導系統3D展示

2.3 云茂高速公路霧區(qū)監(jiān)控子系統平臺

系統平臺以地圖界面為操作主頁，對霧區(qū)路段的氣象站、攝像槍、車檢器、路側誘導燈等設施進行管理，設定并配置預警、預測等參數，管理數據(主要是對氣象、現場視頻的數據采集和處理)，結合監(jiān)控子系統平臺算法進行數據統計和分析，判斷預警級別并啟用相應策略和預案，及時通過監(jiān)控人員確認后進行信息對外發(fā)布或通過路側情報板、廣播顯示相關預警信息。

圖9 云茂高速公路霧區(qū)監(jiān)控子系統平臺操作界面

3 結語

通過建立針對多霧山區(qū)高速公路的智能誘導系統，利用高速公路已有的監(jiān)控攝像槍、車檢器、氣象檢測器等設施和路段監(jiān)控平臺，對路側誘導燈的閃爍頻率和顏色進行控制，通過路側情報板、廣播進行信息發(fā)布，實時對行駛的車輛進行預警和主動誘導，提升極端天氣下高速行車的道路感知能力，實現了路與車信息交互，是智能交通感知網絡在霧區(qū)山區(qū)高速公路應用的探索。實踐表明，降低了霧區(qū)高速公路因能見度不足引起的交通事件發(fā)生概率，取得了霧區(qū)通行安全主動預防的效果。