郭 健，胡金瑞

(浙江工業(yè)大學(xué)橋梁工程研究所，浙江 杭州 310023)

我國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品(簡(jiǎn)稱(chēng)?；?運(yùn)輸安全形勢(shì)依然嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，77%的?；肥鹿拾l(fā)生在道路運(yùn)輸過(guò)程中，碰撞、側(cè)翻是其最主要的事故形態(tài)。我國(guó)華東地區(qū)石化基地分布廣泛，?；饭愤\(yùn)輸量大，事故風(fēng)險(xiǎn)高。過(guò)去三年僅在浙江地區(qū)就發(fā)生了20多起危化品道路運(yùn)輸事故，特別是2020年6月13日在浙江溫嶺發(fā)生的?；饭捃?chē)側(cè)翻，導(dǎo)致了嚴(yán)重的爆炸事故，造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。?；肥鹿室讓?dǎo)致危化品泄漏進(jìn)而引發(fā)燃燒、爆炸等嚴(yán)重后果，造成財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染、生態(tài)破壞、人員傷亡等惡劣影響，因此提高?；饭愤\(yùn)輸安全保障性就顯得尤為迫切。目前可從完善風(fēng)險(xiǎn)防范體系、減少監(jiān)控盲區(qū)、提升事故主動(dòng)防控能力和協(xié)同監(jiān)管能力等幾方面的工作來(lái)提升?；愤\(yùn)輸安全，從而提升道路運(yùn)輸重特大事故防控能力。

本文依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目，從事故防控和運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行介紹。其中，事故防控包含側(cè)翻事故主動(dòng)防控技術(shù)和泄漏事故主動(dòng)防控技術(shù)，主要介紹車(chē)輛發(fā)生側(cè)翻前的主動(dòng)防控和側(cè)翻后的應(yīng)急救援；運(yùn)輸過(guò)程監(jiān)控包含重點(diǎn)區(qū)域車(chē)路協(xié)同監(jiān)控技術(shù)和車(chē)輛識(shí)別跟蹤及安全預(yù)警技術(shù)，主要介紹車(chē)輛運(yùn)輸過(guò)程中車(chē)體—路側(cè)的信息交互和運(yùn)輸車(chē)輛信息、異常駕駛行為的識(shí)別。作為危化品運(yùn)輸?shù)陌踩Ｕ?，智能交通領(lǐng)域的車(chē)路協(xié)同、智能識(shí)別、安全預(yù)警、災(zāi)情防控等關(guān)鍵技術(shù)是未來(lái)保障車(chē)輛運(yùn)輸安全的發(fā)展方向，也將為我國(guó)?；钒踩\(yùn)輸提供有力的技術(shù)保障。

為了將多學(xué)科技術(shù)進(jìn)行集中示范，本文選取寧波鎮(zhèn)海石化基地至杭州灣跨海大橋的高速運(yùn)輸線為工程背景，設(shè)計(jì)研發(fā)了一套區(qū)域動(dòng)態(tài)場(chǎng)景沙盤(pán)，其可實(shí)現(xiàn)物理沙盤(pán)中動(dòng)態(tài)罐車(chē)在控制系統(tǒng)作用下的全過(guò)程運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景演示，同時(shí)根據(jù)罐車(chē)事故風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)作及場(chǎng)景變化，制作動(dòng)態(tài)視頻來(lái)演示重點(diǎn)區(qū)域車(chē)路協(xié)同監(jiān)控技術(shù)、車(chē)輛識(shí)別跟蹤及安全預(yù)警技術(shù)、側(cè)翻事故主動(dòng)防控技術(shù)和泄漏事故主動(dòng)防控技術(shù)等一系列?；饭愤\(yùn)輸過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和安全保障技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 ?；愤\(yùn)輸安全智能化管控的關(guān)鍵技術(shù)

危化品公路運(yùn)輸安全保障技術(shù)是多學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域的技術(shù)集成，涉及交通工程、信息工程、應(yīng)急防災(zāi)、車(chē)輛工程等領(lǐng)域的一系列關(guān)鍵技術(shù)。這些關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容多、核心知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜，貫穿于整個(gè)?；饭愤\(yùn)輸?shù)娜^(guò)程。

1. 1 重點(diǎn)區(qū)域車(chē)路協(xié)同監(jiān)控技術(shù)

車(chē)路協(xié)同監(jiān)控技術(shù)可對(duì)路網(wǎng)內(nèi)車(chē)輛進(jìn)行全局性統(tǒng)籌，是未來(lái)智能交通的主要發(fā)展方向。該技術(shù)主要布設(shè)有路側(cè)單元(RSU)和車(chē)載單元(OBU)，如圖1所示。其中，OBU主要以收集車(chē)輛信息和語(yǔ)音報(bào)警為主，通過(guò)安裝在車(chē)上的傳感器收集車(chē)輛行駛過(guò)程中的側(cè)向加速度、側(cè)傾角等信號(hào)；RSU主要收集車(chē)輛以外的信息，如道路位置、前方道路施工、匝道車(chē)輛匯入等一系列信息，RSU收到信息后對(duì)其進(jìn)行編碼，再以無(wú)線的方式向OBU發(fā)送識(shí)別碼，OBU通過(guò)解碼獲取的信息來(lái)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警，提醒駕駛員采取措施。同時(shí)，OBU和RSU的信息實(shí)時(shí)傳送至遠(yuǎn)程控制中心，監(jiān)管人員能實(shí)時(shí)了解車(chē)輛運(yùn)行情況，如利用三點(diǎn)定位算法，準(zhǔn)確計(jì)算出車(chē)輛在弱信號(hào)區(qū)域的實(shí)時(shí)位置(見(jiàn)圖2)。若車(chē)輛行駛在如隧道、山區(qū)、跨海大橋等弱信號(hào)區(qū)域，則需增設(shè)擴(kuò)頻設(shè)備(見(jiàn)圖3)，將OBU和RSU的信息傳送至遠(yuǎn)程控制中心。

圖1 車(chē)路協(xié)同監(jiān)控技術(shù)布設(shè)Fig.1 Arrangement of vehicle and road collaborative monitoring technology

圖2 三點(diǎn)定位算法Fig.2 Three point positioning algorithm

圖3 擴(kuò)頻設(shè)備Fig.3 Spread spectrum equipment

1. 2 車(chē)輛識(shí)別跟蹤及安全預(yù)警技術(shù)

危化品運(yùn)輸不同于普通貨物運(yùn)輸，根據(jù)交管部門(mén)的規(guī)定須對(duì)車(chē)輛進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控。交管部門(mén)通過(guò)引入基于超高頻射頻技術(shù)的汽車(chē)電子標(biāo)識(shí)，可了解行駛車(chē)輛的具體信息，該電子標(biāo)識(shí)如同人的身份證，里面包含車(chē)輛的各類(lèi)信息，如車(chē)牌號(hào)、年檢信息、駕駛員的駕齡、報(bào)廢年限等；當(dāng)車(chē)輛行駛至重要節(jié)點(diǎn)如收費(fèi)站時(shí)，接收設(shè)備便收到電子標(biāo)識(shí)發(fā)出的高頻信號(hào)，交管部門(mén)就可及時(shí)了解車(chē)輛信息，并判斷是否準(zhǔn)許其過(guò)卡上路，見(jiàn)圖4。危化品車(chē)輛在行駛過(guò)程中，駕駛員是一類(lèi)較大的主觀影響因素，基于多源數(shù)據(jù)的異常事件與行為辨識(shí)方法，可對(duì)駕駛員的打電話、疲勞駕駛、抽煙、分神駕駛等多種典型異常駕駛行為進(jìn)行辨別，見(jiàn)圖5。大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)作為車(chē)輛行駛信息的匯總平臺(tái)，如上述的電子標(biāo)識(shí)信息、異常駕駛行為信息以及車(chē)速、車(chē)輛位置等信息都在此平臺(tái)匯總，并運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)車(chē)輛行駛安全性進(jìn)行綜合研判，見(jiàn)圖6。

圖4 電子標(biāo)識(shí)識(shí)別圖Fig.4 Electronic identification diagram

圖5 駕駛員異常行為識(shí)別Fig.5 Driver abnormal behavior recognition

圖6 大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)Fig.6 Big data monitoring platform

1. 3 側(cè)翻事故主動(dòng)防控技術(shù)

?；愤\(yùn)輸罐車(chē)具有慣性大、質(zhì)心高、液體擾動(dòng)等特殊性和復(fù)雜性，在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻事故的概率較高。針對(duì)這類(lèi)事故，側(cè)翻事故主動(dòng)防控技術(shù)分事前預(yù)警和事中綜合控制兩階段防控，見(jiàn)圖7。其中，事前預(yù)警主要基于車(chē)路協(xié)同的多源信息融合感知，通過(guò)RSU與OBU進(jìn)行信息交換(見(jiàn)圖8)，當(dāng)車(chē)輛有側(cè)翻趨勢(shì)時(shí)，進(jìn)行警示，使駕駛員進(jìn)行有效操作；當(dāng)車(chē)輛側(cè)翻趨勢(shì)進(jìn)一步擴(kuò)大，接近側(cè)翻安全閾值時(shí)，車(chē)輛液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)介入，通過(guò)分析車(chē)體的側(cè)傾程度，計(jì)算油罐兩側(cè)所需的調(diào)節(jié)角度，發(fā)出相應(yīng)指令給四個(gè)油缸，智能調(diào)節(jié)車(chē)輛懸架，使車(chē)輛達(dá)到平衡狀態(tài)(見(jiàn)圖9)；當(dāng)車(chē)輛行駛至穩(wěn)定路況時(shí)，兩側(cè)液壓裝置自動(dòng)恢復(fù)。

圖7 側(cè)翻事故主動(dòng)防控圖Fig.7 Active prevention and control diagram of rollover accidents

圖8 車(chē)載單元(OBU)與路側(cè)單元(RSU)信息交互Fig.8 Information interaction between vehicle unit (OBU) and roadside unit(RSU)

圖9 車(chē)輛液壓互聯(lián)懸架系統(tǒng)Fig.9 Hydraulic interconnected suspension system of vehicles

1. 4 泄漏事故主動(dòng)防控技術(shù)

?；愤\(yùn)輸罐車(chē)一旦發(fā)生泄漏事故，不僅會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重的污染，更為嚴(yán)重的是外漏的?；穼⒁l(fā)火災(zāi)、爆炸等二次事故，對(duì)人員生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。泄漏事故主動(dòng)防控技術(shù)可有效地保障消防人員對(duì)泄漏事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行及時(shí)、有效的處置。首先，消防人員利用事故現(xiàn)場(chǎng)偵檢裝備(見(jiàn)圖10和圖11)來(lái)判斷現(xiàn)場(chǎng)情況；隨后，消防人員利用外封式堵漏裝置(最大堵漏壓力大于0.15 MPa,最大堵漏本體尺寸為2 500 mm，見(jiàn)圖12)來(lái)進(jìn)行堵漏；最后，消防人員利用多功能收納車(chē)(收納容積大于10 000 L,收集顆粒度大于80 mm，無(wú)線遙控距離為50 m，見(jiàn)圖13)，及時(shí)將已泄漏至地面的液體收納干凈。

圖10 線式檢測(cè)法Fig.10 Linear detection method

圖11 面式檢測(cè)法Fig.11 Plane inspection method

圖12 外封式堵漏裝置Fig.12 External sealing plugging device

圖13 多功能收納車(chē)Fig.13 Multi functional storage vehicle

2 ?；愤\(yùn)輸安全保障關(guān)鍵技術(shù)集成應(yīng)用示范

2. 1 工程背景

我國(guó)在東部沿海區(qū)域分布有七大石化基地，其中環(huán)杭州大灣區(qū)有2個(gè)，分別為寧波鎮(zhèn)海石化基地和上海漕涇石化基地。隨著投資2 000多億的舟山魚(yú)山綠色石化基地的建成，?；愤\(yùn)輸在該地區(qū)的運(yùn)輸量將會(huì)極大地增加，事故風(fēng)險(xiǎn)也將會(huì)增大。因此，選取該地區(qū)的實(shí)際?；愤\(yùn)輸路線作為沙盤(pán)研發(fā)背景具有典型的代表性和實(shí)際意義。本文選取了寧波鎮(zhèn)海石化基地至杭州灣大橋的高速公路線路作為沙盤(pán)演示線路，見(jiàn)圖14。該線路具有橋隧比高、車(chē)流量大、路況較復(fù)雜、道路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)。

圖14 ?；愤\(yùn)輸安全保障關(guān)鍵技術(shù)的沙盤(pán)演示線路Fig.14 Sand table demonstration route of key technology of transportation safety of hazardous chemicals

2. 2 演示方案

根據(jù)實(shí)際路線設(shè)計(jì)出如圖15所示的危化品運(yùn)輸安全保障關(guān)鍵技術(shù)動(dòng)態(tài)演示流程。該動(dòng)態(tài)演示流程主要以實(shí)體罐車(chē)模型在導(dǎo)軌系統(tǒng)作用下的場(chǎng)景沙盤(pán)上進(jìn)行分階段行進(jìn)，并利用多媒體控制技術(shù)對(duì)?；愤\(yùn)輸安全保障關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示。主要采用實(shí)體罐車(chē)模型加聲光電多媒體展示的方式，使觀者能清晰、直觀地了解?；分悄苓\(yùn)輸所涉及的各類(lèi)主要知識(shí)環(huán)節(jié)，見(jiàn)表1。

圖15 危化品運(yùn)輸安全保障關(guān)鍵技術(shù)動(dòng)態(tài)演示流程Fig.15 Dynamic demonstration process of key technology of transportation safety of hazardous chemicals

2. 3 演示關(guān)鍵技術(shù)

動(dòng)態(tài)場(chǎng)景沙盤(pán)模型中包含了實(shí)際運(yùn)輸路線中的山體、水域、公路、橋梁、隧道、高速路口收費(fèi)站、石化基地等場(chǎng)景要素，用到的關(guān)鍵技術(shù)有RFID技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、磁傳感器技術(shù)和視頻圖像處理技術(shù)等。

表1 危化品運(yùn)輸安全保障關(guān)鍵技術(shù)動(dòng)態(tài)演示的主要知識(shí)環(huán)節(jié)

場(chǎng)景沙盤(pán)動(dòng)態(tài)演示以罐車(chē)跑動(dòng)與各場(chǎng)景事件為流程進(jìn)行，這就要求車(chē)輛行駛與技術(shù)視頻演示做到無(wú)縫銜接，故采用“點(diǎn)位法”對(duì)車(chē)輛行駛與視頻播放做到精準(zhǔn)的定位定時(shí)。如軌道施工時(shí)在各技術(shù)演示點(diǎn)嵌入車(chē)輛傳感器，再將車(chē)輛傳感器接入控制單元(見(jiàn)圖16)，完成車(chē)輛與視頻的無(wú)縫對(duì)接。

圖16 位點(diǎn)控制流程圖Fig.16 Flow chart of locus control

罐車(chē)在場(chǎng)景沙盤(pán)上行駛的過(guò)程中，屏幕實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛的位置，以體現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤定位。為了實(shí)現(xiàn)這一演示效果，采用三幀間差分技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。相比于兩幀差分目標(biāo)重疊部分難以檢測(cè)、易出現(xiàn)空洞現(xiàn)象的局限性，三幀差分將相鄰三幀圖像作為一組進(jìn)行再差分，能夠較好地檢測(cè)出實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的輪廓。

3 結(jié) 論

為了全面提升道路運(yùn)輸重特大事故的防控能力，保障?；饭愤\(yùn)輸安全，本文從事故防控和過(guò)程監(jiān)控兩方面對(duì)?；饭愤\(yùn)輸過(guò)程中安全保障所涉及的四大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，同時(shí)借助動(dòng)態(tài)場(chǎng)景沙盤(pán)對(duì)涉及多學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了集成應(yīng)用示范，使人們對(duì)危化品公路運(yùn)輸過(guò)程中的安全保障技術(shù)有了全方位了解。研究表明：數(shù)據(jù)傳輸及處理、信息融合及決策、大數(shù)據(jù)分析等新興信息技術(shù)與傳統(tǒng)橋梁隧道技術(shù)交叉融合是未來(lái)智能交通發(fā)展和人才培養(yǎng)的大方向。