徐陽(yáng)

摘 要：高速公路在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損，通常高速公路養(yǎng)護(hù)過(guò)程不在中斷交通前提下進(jìn)行，這樣會(huì)導(dǎo)致高速公路行駛路面變窄，在車輛高速通過(guò)時(shí)容易造成養(yǎng)護(hù)人員人身傷亡事故。文章基于公路養(yǎng)護(hù)人員的人身安全需求，設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的預(yù)警保護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)過(guò)往車輛的檢測(cè)和分析，為養(yǎng)護(hù)人員提供安全預(yù)警，有效保護(hù)公路養(yǎng)護(hù)人員的人身財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：高速公路;養(yǎng)護(hù)人員;物聯(lián)網(wǎng);預(yù)警系統(tǒng)

0 引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高速公路成為城市發(fā)展的主動(dòng)脈，承擔(dān)著城市發(fā)展的重要責(zé)任。隨著高速公路通行車輛的不斷增加，路面破損等公路損耗也在不斷增加，這種情況的發(fā)生影響了高速公路使用的安全性和穩(wěn)定性，因此需要及時(shí)進(jìn)行路面維修?，F(xiàn)階段的高速公路養(yǎng)護(hù)維修都是在不中斷交通的情況下進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)維修工作會(huì)占用路面空間，使得路面變窄。在車輛高速行駛的高速公路上，狹窄的施工路段存在很多的交通安全隱患，容易造成養(yǎng)護(hù)工作人員的人身財(cái)產(chǎn)傷亡。

現(xiàn)階段路面養(yǎng)護(hù)維修工作采取的防護(hù)手段比較單一且落后，僅僅是采用了圍欄、安全提示標(biāo)志、警示燈、路面錐桶，并輔以人工警示等。該種手段主要是針對(duì)汽車駕駛?cè)藛T的警示，使其盡可能注意養(yǎng)護(hù)施工區(qū)域。但這種手段無(wú)法體現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)工作人員的主動(dòng)防護(hù)，一旦出現(xiàn)可視條件差、車輛失控、駕駛?cè)藛T走神等狀況，這些被動(dòng)手段很難起到對(duì)工作人員的保護(hù)作用，因此迫切需要一種對(duì)公路養(yǎng)護(hù)人員的主動(dòng)預(yù)警防護(hù)手段[1-4]。

基于上述原因，本文設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速公路養(yǎng)護(hù)人員預(yù)警保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置可以移動(dòng)預(yù)警檢測(cè)裝置，建立多級(jí)檢測(cè)機(jī)制。在車輛通過(guò)預(yù)警檢測(cè)裝置時(shí)分析車輛運(yùn)行速度，根據(jù)車輛經(jīng)過(guò)多級(jí)裝置時(shí)的速度狀態(tài)來(lái)判斷駕駛員是否處于正常駕駛或者危險(xiǎn)駕駛狀態(tài)。一旦判斷車輛處于危險(xiǎn)駕駛狀態(tài)，則會(huì)經(jīng)由最后一級(jí)預(yù)警裝置向養(yǎng)護(hù)人員佩戴的預(yù)警肩燈發(fā)送預(yù)警信號(hào)，從而讓養(yǎng)護(hù)人員在危險(xiǎn)車輛到來(lái)之前盡快撤離工作現(xiàn)場(chǎng)，避免可能發(fā)生的危險(xiǎn)事故。通過(guò)上述主動(dòng)預(yù)警提示操作，實(shí)現(xiàn)交通安全主動(dòng)防護(hù)，保障公路養(yǎng)護(hù)人員的路面工作安全、警示過(guò)往車輛、減少交通事故的目的。

2 設(shè)計(jì)思路與原理

2.1 設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)主要由可移動(dòng)式預(yù)警檢測(cè)裝置、引導(dǎo)指示牌和警示肩燈共同組成，工作時(shí)系統(tǒng)使用多級(jí)可移動(dòng)式預(yù)警檢測(cè)裝置構(gòu)建前后多級(jí)檢測(cè)結(jié)構(gòu)，前后級(jí)之間使用無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，中間使用引導(dǎo)指示牌起到預(yù)警引導(dǎo)作用，后級(jí)檢測(cè)裝置將最終分析結(jié)果發(fā)送給養(yǎng)護(hù)人員佩戴的警示肩燈，實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)人員的預(yù)警提示。系統(tǒng)組成如圖1所示。

該系統(tǒng)中，可移動(dòng)式預(yù)警檢測(cè)裝置屬于核心部分，其內(nèi)部組成包括雷達(dá)測(cè)速單元、攝像單元、LED顯示單元、核心控制單元、物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸單元和供電單元燈，引導(dǎo)指示牌作為輔助預(yù)警裝置起到信息提示作用，預(yù)警肩燈作為系統(tǒng)警示末端，起到最終的提示作用。移動(dòng)式預(yù)警監(jiān)測(cè)裝置如圖2所示。

（1）雷達(dá)測(cè)速單元，采用高精度窄帶波雷達(dá)，在工作時(shí)雷達(dá)會(huì)發(fā)射固定頻率的脈沖波，如遇到活動(dòng)目標(biāo)時(shí)，回波的頻率與發(fā)射頻率出現(xiàn)頻率差即多普勒頻率。根據(jù)多普勒頻率的大小，可以測(cè)出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

（2）視頻抓拍單元，采用CCD圖像采集器，具有超高的圖像分辨率。當(dāng)測(cè)速雷達(dá)檢測(cè)到有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，攝像頭會(huì)拍攝1～3張高清照片并在本地存儲(chǔ)，同時(shí)攝像單元采用的新型技術(shù)可以使得在同一張照片內(nèi)清晰顯示駕駛者容貌和車輛拍照等信息。

（3）LED顯示單元，用于顯示施工狀態(tài)提示、經(jīng)過(guò)車輛車速等，通過(guò)預(yù)警檢測(cè)裝置上的LED顯示屏，可以顯示施工提示信息、車輛限速信息等。同時(shí)，對(duì)檢測(cè)車輛的即時(shí)速度進(jìn)行顯示，提醒車輛駕駛員對(duì)車速在合理范圍內(nèi)進(jìn)行控制。

（4）核心處理單元，主要為高速處理器，其主要功能為對(duì)即時(shí)獲取的速度信息進(jìn)行處理和分析，判斷過(guò)往車輛在當(dāng)前行駛狀態(tài)下是否會(huì)威脅路面養(yǎng)護(hù)人員生命安全，控制物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸單元發(fā)送預(yù)警等級(jí)信息。

（5）物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳輸單元，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)警裝置和肩燈數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)無(wú)線傳輸單元能夠?qū)⒔?jīng)處理器處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低電能消耗、大傳播距離的優(yōu)勢(shì)，而且無(wú)須單獨(dú)設(shè)置基站，減少了使用成本，提高了使用價(jià)值。

（6）引導(dǎo)指示牌，為太陽(yáng)能雙色頻閃燈，主要起到隔離警戒作用。頻閃燈可以安裝到多種載體上，在高速公路系統(tǒng)中可以安裝到警示錐筒上，在提高錐桶警示效果的同時(shí)，還能改善能見度低、夜間等視野不良視野條件下的預(yù)警效果。

（7）預(yù)警肩燈，為雙色肩燈，設(shè)置常規(guī)交替閃爍、高速閃爍、爆閃等多種閃爍功能，內(nèi)部集成震動(dòng)馬達(dá)，可以在肩燈閃爍的同時(shí)提供震動(dòng)功能。通過(guò)內(nèi)置物聯(lián)網(wǎng)通信模塊，可以接受預(yù)警裝置發(fā)送的預(yù)警信息，并將其轉(zhuǎn)化為肩燈的不同閃爍和震動(dòng)類型，對(duì)佩戴者進(jìn)行預(yù)警提示。

2.2 工作原理

本文以二級(jí)預(yù)警系統(tǒng)為例作工作原理分析。預(yù)警系統(tǒng)經(jīng)過(guò)兩級(jí)車速分析判斷車輛運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)分析結(jié)果決定發(fā)送不同等級(jí)的預(yù)警狀態(tài)。系統(tǒng)工作時(shí)，首先需要在公路施工側(cè)來(lái)車方向擺放兩級(jí)移動(dòng)式預(yù)警檢測(cè)裝置，二級(jí)預(yù)警裝置之間保持足夠的距離，以保證足夠的緩沖距離和反應(yīng)時(shí)間。

運(yùn)行過(guò)程中，前級(jí)預(yù)警裝置首先會(huì)對(duì)來(lái)向車輛進(jìn)行車速檢測(cè)，同時(shí)抓拍車輛運(yùn)行照片，并通過(guò)LED顯示屏對(duì)車輛駕駛員進(jìn)行施工警示和車速提示，內(nèi)置的高速處理器根據(jù)雷達(dá)檢測(cè)到的車輛速度信息對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，并將車輛車牌、車速等信息存儲(chǔ)后通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線技術(shù)傳輸給后級(jí)預(yù)警裝置。后級(jí)預(yù)警裝置在獲取到前級(jí)預(yù)警裝置發(fā)送過(guò)來(lái)的信息后，會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)其檢測(cè)區(qū)域的車輛進(jìn)行車速檢測(cè)、拍照，并使用前級(jí)系統(tǒng)發(fā)送過(guò)來(lái)的檢測(cè)信息進(jìn)行信息比照分析，判斷被測(cè)車輛通過(guò)兩級(jí)預(yù)警裝置時(shí)所處的運(yùn)行狀態(tài)，從而判斷車輛所處的運(yùn)行狀態(tài)是否危險(xiǎn)，是否會(huì)影響公路養(yǎng)護(hù)人員生命安全。本系統(tǒng)在實(shí)際工作中采用圖3的使用模式。

2.3 預(yù)警提示模式

預(yù)警肩燈作為整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的末端起到最終的警示作用，其通過(guò)獲取后級(jí)預(yù)警裝置傳輸?shù)念A(yù)警信息，以肩燈的閃爍和震動(dòng)狀態(tài)作為警示效果，為使用者提供不同的危險(xiǎn)等級(jí)提示。

（1）預(yù)警一級(jí)：車輛超速通過(guò)兩級(jí)預(yù)警裝置，危險(xiǎn)度極高，肩燈爆閃，高速震動(dòng);

（2）預(yù)警二級(jí)：車輛超速通過(guò)前級(jí)預(yù)警裝置，未超速通過(guò)后級(jí)預(yù)警裝置，危險(xiǎn)度中，肩燈高速閃爍，輕度震動(dòng);

（3）預(yù)警三級(jí)：車輛未超速通過(guò)兩級(jí)預(yù)警裝置，危險(xiǎn)度低，肩燈緩速閃爍，無(wú)震動(dòng)。

根據(jù)預(yù)警肩燈的不同提示狀態(tài)，公路養(yǎng)護(hù)人員可以預(yù)先對(duì)來(lái)向車輛的車速狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估，通過(guò)瞭望、躲避、撤離等手段來(lái)應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的交通危險(xiǎn)，從而盡可能避免人身財(cái)產(chǎn)受到損害。

2.4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的最終目的是希望能夠在養(yǎng)護(hù)人員在施工地點(diǎn)工作時(shí)，對(duì)過(guò)往車輛信息的行駛狀態(tài)及時(shí)了解，從而提高主動(dòng)防護(hù)能力。同時(shí)希望能夠通過(guò)預(yù)警裝置LED顯示屏上現(xiàn)實(shí)的車牌、速度等信息，對(duì)駕駛員進(jìn)行信息警示。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)需求，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：（1）對(duì)車輛的感應(yīng)和速度檢測(cè)功能;（2）對(duì)于數(shù)據(jù)的高速處理功能;（3）LED屏幕能夠明顯顯示出施工狀況和車輛運(yùn)行速度;? ? （4）無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)通信良好，在實(shí)現(xiàn)多級(jí)信息互傳基礎(chǔ)上更能夠?qū)崿F(xiàn)信息上傳;（5）良好的信息反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全預(yù)警。

基于上述設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)人員人身安全的主動(dòng)防護(hù)功能，大大提升了公路養(yǎng)護(hù)人員的作業(yè)安全性。

3 社會(huì)效益分析

本方案的實(shí)施，可以給高速公路施工維護(hù)的工人提供有效的安全預(yù)警信息，提高工人主動(dòng)安全防護(hù)的能力，減少施工工人安全事故，提高施工安全性。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）提高主動(dòng)安全防護(hù)性。通過(guò)主動(dòng)的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大大增加了公路養(yǎng)護(hù)人員的主動(dòng)防護(hù)手段，減少了對(duì)汽車駕駛員的依賴，可在雙重防護(hù)機(jī)制下，將安全防護(hù)主動(dòng)權(quán)緊緊握在公路養(yǎng)護(hù)人員自己手里。

（2）降低事故發(fā)生率。通過(guò)本系統(tǒng)的雙向提示機(jī)制，既能夠讓車輛駕駛員及時(shí)了解道路養(yǎng)護(hù)狀況，又能對(duì)公路養(yǎng)護(hù)人員進(jìn)行直觀、有效的預(yù)警提示，從駕駛員和養(yǎng)護(hù)人員雙重角度增加了安全保障的“保護(hù)鎖”。

（3）推動(dòng)公路安全人性化發(fā)展。本交通預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，能改變傳統(tǒng)公路養(yǎng)護(hù)人員被動(dòng)的安全防護(hù)模式，大幅提升相關(guān)人員的主動(dòng)安全防護(hù)效果，給予公路養(yǎng)護(hù)人員更好的人身安全保障。

（4）提供事故依據(jù)。本系統(tǒng)在進(jìn)行預(yù)警的同時(shí)，還可以提供相關(guān)數(shù)據(jù)信息。一旦預(yù)警機(jī)制沒(méi)有最終起到作用，造成人員傷亡的慘劇，本系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)的車輛速度信息和抓拍功能可以為后期事故追責(zé)的證據(jù)，為交警部門、保險(xiǎn)部門等提供責(zé)任認(rèn)定、經(jīng)濟(jì)理賠等的判斷依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的高速公路總里程已經(jīng)超過(guò)15萬(wàn)km，已經(jīng)成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展主動(dòng)脈，高速公路成為名副其實(shí)的“黃金路”。正是在這種情況下，高速公路的維護(hù)更顯重要，維護(hù)好高速公路，才能讓經(jīng)濟(jì)動(dòng)脈不栓塞。有效保護(hù)公路養(yǎng)護(hù)人員，是讓高速公路更好地為社會(huì)服務(wù)、為經(jīng)濟(jì)服務(wù)的前提。本設(shè)計(jì)通過(guò)增加主動(dòng)檢測(cè)預(yù)警機(jī)制，盡可能地提升公路養(yǎng)護(hù)維護(hù)人員的人身安全性，并且結(jié)合LED、頻閃燈等裝置，能在能見度低和夜間條件下保障施工人員的人身安全。結(jié)合“智慧交通”建設(shè)項(xiàng)目的蓬勃發(fā)展，人身安全的主動(dòng)預(yù)警技術(shù)研究還會(huì)不斷深入，本設(shè)計(jì)可以為相關(guān)研究提供一定的參考。

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（編輯 傅金睿）