高航遠(yuǎn)

（西安公路研究院有限公司，陜西 西安 710065）

公路交通行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，隨著科技的進(jìn)步，其智慧化發(fā)展是大勢(shì)所趨。2017 年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》指出，要促進(jìn)交通產(chǎn)業(yè)智能化變革、推進(jìn)智能化運(yùn)輸服務(wù)升級(jí)、優(yōu)化交通運(yùn)行和管理控制、健全智能決策支持與監(jiān)管以及加強(qiáng)交通發(fā)展智能化建設(shè)[1]。2019 年交通運(yùn)輸部印發(fā)的《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》中指出，要構(gòu)建數(shù)字化的采集體系、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的傳輸體系及構(gòu)建智能化的應(yīng)用體系等要求[2]。同年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》指出，要強(qiáng)化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)、大力發(fā)展智慧交通以及完善科技創(chuàng)新機(jī)制[3]。相信在“十四五”綜合交通運(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃中，將會(huì)對(duì)智慧公路的建設(shè)及運(yùn)行管理提出更高的要求。

1 山區(qū)國(guó)省道智慧公路研究現(xiàn)狀及意義

近年來(lái)，我國(guó)公路里程穩(wěn)步增長(zhǎng)，截至“十三五”末，我國(guó)公路總里程已突破500 萬(wàn)公里。與此同時(shí)，交通事故的發(fā)生也不容忽視，相較發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的交通安全狀況仍不容樂(lè)觀。智慧公路是解決當(dāng)下交通問(wèn)題的重要技術(shù)手段，但當(dāng)前關(guān)于智慧公路的研究主要集中在高速公路方面，且多是停留在理論研究層面，所提出的框架設(shè)想對(duì)指導(dǎo)智慧公路的具體實(shí)現(xiàn)還有一定難度。

我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，山地面積在我國(guó)國(guó)土面積中的占比超過(guò)三分之一，山區(qū)公路在我國(guó)公路總里程中占比很大。國(guó)省干線公路的智慧化研究雖然也在進(jìn)行，但研究成果十分有限，特別是專門針對(duì)山區(qū)公路的智慧化研究和具體的設(shè)計(jì)建設(shè)，則更是鳳毛麟角。

因此公路特別是山區(qū)國(guó)省道公路的信息化、智慧化研究和設(shè)計(jì)建設(shè)都對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

本研究選取依托項(xiàng)目，本著因地制宜、可落地、有實(shí)效的理念，結(jié)合依托項(xiàng)目所在地的自然條件、路線特點(diǎn)、管理模式以及業(yè)務(wù)需求等情況，進(jìn)行智慧公路數(shù)字化研究和設(shè)計(jì)。

2 依托項(xiàng)目概述及現(xiàn)存問(wèn)題

依托項(xiàng)目地處秦嶺北坡，屬山嶺重丘二級(jí)盤山公路，雙向2 車道，共計(jì)25km，全線路基路面寬度為9-12.5m，存在多處連續(xù)急彎、長(zhǎng)下坡等特殊線形路段。沿線貨車交通量較大，且作為危化品車輛運(yùn)輸通道，?；奋囕v占比大。

目前，依托項(xiàng)目的運(yùn)行和管理存在諸多問(wèn)題。

首先，安全隱患較多且事故多發(fā)。依托項(xiàng)目翻越山嶺路段存在多處連續(xù)急彎、長(zhǎng)下坡等特殊線形路段，海拔較高路段由于氣溫低而時(shí)常會(huì)出現(xiàn)雨雪大霧等惡劣天氣，作為危化品車輛運(yùn)輸通道，依托項(xiàng)目運(yùn)行中會(huì)不定期發(fā)生路障、施工、拋撒物及擁堵等事件，這都成為了交通事故多發(fā)的誘因。

其次，路況和事故獲取及響應(yīng)不及時(shí)，運(yùn)行管理方存在提高管理效率的需求。雨雪天氣出現(xiàn)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)道路結(jié)冰的情況從而嚴(yán)重影響車輛通行，但運(yùn)行管理方第一時(shí)間無(wú)法獲取天氣信息，除冰除雪工作存在一定延時(shí)。同時(shí)，傳統(tǒng)的管理模式不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種車輛尤其是?；奋囕v行駛過(guò)程中產(chǎn)生的各種事故，從而造成響應(yīng)滯后。因此，必須借助更多的路側(cè)感知設(shè)備獲取更多的數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯聚、篩選和分析，形成有用的智慧公路數(shù)據(jù)資源，從而為管理部門的決策提供支撐，以提高其管理效率。

最后，公眾出行服務(wù)信息提供不足。依托項(xiàng)目由于事故易發(fā)及管理方響應(yīng)不及時(shí)等原因，造成相關(guān)信息無(wú)法第一時(shí)間向公眾發(fā)布，由之而起的盲目通行會(huì)導(dǎo)致?lián)矶禄蚴鹿始觿?，因此道路使用體驗(yàn)水平不高，必須進(jìn)行智慧化設(shè)計(jì)以滿足公眾日益增長(zhǎng)的出行服務(wù)需求。

3 基于依托項(xiàng)目的智慧公路研究與設(shè)計(jì)

針對(duì)依托項(xiàng)目目前存在的安全隱患多、事故多發(fā)、路況和事故獲取及響應(yīng)不及時(shí)、運(yùn)行管理效率有待提高，公眾出行服務(wù)信息提供不足等問(wèn)題，開展智慧化公路研究與應(yīng)用。

通過(guò)在彎道路段設(shè)置公路讓行安全警示設(shè)施、在惡劣天氣易發(fā)事故路段及視距不良路段設(shè)置智能引導(dǎo)設(shè)施及在易結(jié)冰路段設(shè)置防結(jié)冰及凝冰處置設(shè)施等方式，提升公路運(yùn)行的安全性。通過(guò)在公路沿線設(shè)置公路交通信息感知設(shè)備及在管理中心設(shè)置可視化平臺(tái)等措施，提升公路運(yùn)行管理的效率。通過(guò)在公路沿線重要節(jié)點(diǎn)設(shè)置信息發(fā)布設(shè)施、通過(guò)車載導(dǎo)航軟件提供路況信息及通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商提供信息發(fā)布業(yè)務(wù)等措施，提升公路出行服務(wù)的水平。

基于上述研究思路，依托項(xiàng)目設(shè)計(jì)智慧公路五大系統(tǒng)，以達(dá)到提高公路通行安全性、提高公路運(yùn)行管理效率以及提升公路出行服務(wù)水平等目的。

3.1 公路安全警示系統(tǒng)

依托項(xiàng)目線型復(fù)雜、彎道多，車流量大、危化品車輛多，安全隱患較大。通過(guò)設(shè)置公路安全警示系統(tǒng)，以降低彎道等路段的安全隱患，從而減少事故的發(fā)生。

該系統(tǒng)在急轉(zhuǎn)彎路段的兩端設(shè)置具備直聯(lián)功能的兩臺(tái)預(yù)警設(shè)備，該套設(shè)備為基于“雷達(dá)+視頻”感知技術(shù)具有聲光多重強(qiáng)預(yù)警功能的智能設(shè)備，可通過(guò)毫米波探測(cè)雷達(dá)對(duì)在道路上行駛的車輛進(jìn)行安全檢測(cè)，將彎道其中一側(cè)的車輛通行狀態(tài)實(shí)時(shí)傳輸至彎道另一端的設(shè)備。該系統(tǒng)通過(guò)聲光及文字等信號(hào)，將檢測(cè)到的來(lái)車信息通過(guò)語(yǔ)音廣播、紅藍(lán)警示燈及顯示屏等方式，為對(duì)向駛來(lái)的機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車及行人進(jìn)行有效的預(yù)先安全警示提醒，以降低彎道會(huì)車的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低彎道的安全隱患并減少事故的發(fā)生。

3.2 雨霧天氣及夜間智能引導(dǎo)系統(tǒng)

依托項(xiàng)目翻越山嶺路段惡劣天氣現(xiàn)象較多，團(tuán)霧發(fā)生期間能見度很低，且夜間行車視線不好，路側(cè)輪廓不明顯，更由于存在長(zhǎng)陡下坡線形而交通事故易發(fā)，因此設(shè)置雨霧天氣及夜間智能引導(dǎo)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)設(shè)備主要設(shè)置于團(tuán)霧易生路段、易結(jié)冰路段、視距不良路段、連續(xù)回形彎道路段及易擁堵等路段。該系統(tǒng)由智能引導(dǎo)燈、氣象檢測(cè)儀、能見度檢測(cè)儀、控制主機(jī)、系統(tǒng)控制平臺(tái)及外場(chǎng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備等組成，可提供道路輪廓強(qiáng)化、行車主動(dòng)誘導(dǎo)及道路通行情況預(yù)警等功能。其系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 雨霧天氣及夜間智能引導(dǎo)系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.3 全自動(dòng)主動(dòng)式路面凝冰監(jiān)測(cè)預(yù)警及處置系統(tǒng)

依托項(xiàng)目由于地處山區(qū)，冬季降水時(shí)道路結(jié)冰現(xiàn)象嚴(yán)重，這給道路交通安全和養(yǎng)護(hù)保通帶來(lái)了很大風(fēng)險(xiǎn)。與大范圍路面結(jié)冰和積雪相比，局部路段（高海拔背陰、橋梁、匝道及隧道進(jìn)出口等）出現(xiàn)積雪或凝冰對(duì)于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T更具突然性和難以預(yù)見性；另外，局部陡坡路段出現(xiàn)的積雪或凝冰可能導(dǎo)致大型車輛難以通過(guò)從而造成交通阻塞，因此應(yīng)在相關(guān)段落設(shè)置全自動(dòng)主動(dòng)式路面凝冰監(jiān)測(cè)預(yù)警及處置系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

圖2 全自動(dòng)主動(dòng)式路面凝冰監(jiān)測(cè)預(yù)警及處置系統(tǒng)架構(gòu)圖

該系統(tǒng)主要由道路氣象監(jiān)測(cè)設(shè)施、管理控制設(shè)施及融雪劑溶液噴灑設(shè)施等部分組成，主要實(shí)現(xiàn)路面情況及凝冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警、防結(jié)冰融雪劑自動(dòng)噴灑及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。路面情況及凝冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警子系統(tǒng)，采用埋入式路面?zhèn)鞲衅鞑杉访鏈囟?、路面覆蓋物、冰點(diǎn)溫度、鹽溶液濃度及濕滑度等多種參數(shù)，同時(shí)設(shè)置交通氣象監(jiān)測(cè)站，采集路面環(huán)境參數(shù)與大氣環(huán)境要素信息，結(jié)合預(yù)警算法，實(shí)現(xiàn)路面結(jié)冰早期預(yù)警。防結(jié)冰融雪劑自動(dòng)噴灑子系統(tǒng)，主要設(shè)置泵站、噴灑終端及相關(guān)管線。該子系統(tǒng)利用外場(chǎng)站傳感器監(jiān)測(cè)所得的路面冰雪狀況、路面溫度及真實(shí)的結(jié)冰溫度點(diǎn)等數(shù)據(jù)，來(lái)控制在路上噴灑融雪劑的數(shù)量，使其噴灑量始終保持適量，這樣既能使路面始終保持不結(jié)冰狀態(tài)，同時(shí)還減少了過(guò)量使用融雪劑所造成的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)可接收路面情況及凝冰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警子系統(tǒng)的各種傳感器傳輸?shù)膶?shí)時(shí)信號(hào)，并根據(jù)算法分析啟動(dòng)防結(jié)冰融雪劑自動(dòng)噴灑子系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備，并可利用網(wǎng)絡(luò)上傳至系統(tǒng)平臺(tái)，以便管理人員通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)了解系統(tǒng)運(yùn)行的全方位信息。

3.4 公路運(yùn)行管理系統(tǒng)

依托項(xiàng)目作為?；愤\(yùn)輸通道，?；奋囕v在該路段的行駛數(shù)據(jù)對(duì)公路運(yùn)行管理有著非常重要的作用，因此，設(shè)置該系統(tǒng)對(duì)重點(diǎn)路段內(nèi)運(yùn)行的車輛進(jìn)行交通量統(tǒng)計(jì)，并將數(shù)據(jù)上傳至管理中心的可視化平臺(tái)，以提高路段管理運(yùn)行效率。

該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置卡口監(jiān)測(cè)將全路段分為多個(gè)監(jiān)測(cè)路段，獲取路段內(nèi)交通實(shí)時(shí)狀況，并結(jié)合路側(cè)事件感知設(shè)備進(jìn)行分析，可實(shí)時(shí)識(shí)別停車事件、擁堵事件及拋灑物等情況，并可定位相關(guān)位置，同時(shí)可將分析結(jié)果實(shí)時(shí)在平臺(tái)端進(jìn)行報(bào)警。該系統(tǒng)通過(guò)在重點(diǎn)關(guān)心路段設(shè)置路側(cè)槍球一體化攝像機(jī)，加密視頻監(jiān)控分布，以便于運(yùn)行管理人員實(shí)時(shí)了解路段情況并采取相關(guān)對(duì)策。

3.5 智慧發(fā)布系統(tǒng)

為提高公路運(yùn)行服務(wù)水平，滿足公眾出行服務(wù)信息提供需求，設(shè)置智慧發(fā)布系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)在依托項(xiàng)目路段起訖點(diǎn)等關(guān)鍵位置設(shè)置門架式可變情報(bào)板，為道路使用者提供信息發(fā)布服務(wù)。通過(guò)將前端感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)信息提供給第三方地圖導(dǎo)航信息服務(wù)商，依靠其車載導(dǎo)航軟件為道路使用者提供精確的實(shí)時(shí)路況信息。通過(guò)將公路基礎(chǔ)信息提供給電信運(yùn)營(yíng)商，由電信運(yùn)行商向公路使用者提供路況信息及歡迎提示短信等服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文指出了山區(qū)國(guó)省道的智慧公路研究與設(shè)計(jì)的重要意義，并根據(jù)依托項(xiàng)目的具體特點(diǎn)進(jìn)行了智慧公路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)研究和設(shè)計(jì)不僅可以解決具體項(xiàng)目公路運(yùn)行管理中的現(xiàn)存問(wèn)題，還可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，并為相關(guān)研究和設(shè)計(jì)提供一些參考。