基于光纜通信技術(shù)的道路護(hù)欄安全系統(tǒng)的探討

鄧小健

【摘 要】文章探討開發(fā)基于光纜通信技術(shù)的道路護(hù)欄安全技術(shù)系統(tǒng)，具有預(yù)防、預(yù)警控制、救援功能；該系統(tǒng)全天候?qū)嵤┙K端監(jiān)控，利用終端測試距離準(zhǔn)確定位，再利用視頻系統(tǒng)初步了解現(xiàn)場情況，然后通知路政、交警和醫(yī)院實(shí)施應(yīng)急救援，提高了救援的及時性和準(zhǔn)確性，消除附帶的安全隱患。由于固定的反光膜光纖在公路、鐵路兩側(cè)具有良好的反光性，可起到路標(biāo)警示作用，從而有效地預(yù)防交通事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】光纜通信；道路護(hù)欄；安全系統(tǒng)

【中圖分類號】TN929.11；U491.5【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-0688（2016）01-0019-03

1 探討道路安全護(hù)欄技術(shù)的重要性

我國高速公路發(fā)展迅猛，預(yù)計到2020年，公路里程將達(dá)到7萬km以上。但我國的道路交通事故造成的損失遠(yuǎn)大于世界發(fā)達(dá)國家，道路交通事故致死率也遠(yuǎn)大于發(fā)達(dá)國家[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、車輛的日益增多，道路交通安全事故也呈逐年遞增趨勢，特別是高速公路里程的增加，使其交通安全事故所造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般公路，其事故的死亡率是一般公路的2倍以上。中國每年死于交通事故的人數(shù)達(dá)7萬人以上，造成交通事故的主要因素是人、車、路和環(huán)境。造成道路交通安全隱患的因素是多方面的，比如道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度低于交通通行需求的發(fā)展速度，道路設(shè)計要求與實(shí)際運(yùn)行狀況不協(xié)調(diào)，道路標(biāo)志或標(biāo)線設(shè)置得不科學(xué)，道路配套設(shè)施建設(shè)不完善等。因此，道路安全設(shè)施技術(shù)的研究開發(fā)成為熱點(diǎn)。

作為重要的道路安全設(shè)施之一的隔離護(hù)欄，是沿著道路路基邊緣或中央隔離帶設(shè)置以減少失控車輛駛出路外或駛?cè)雽ο蜍嚨赖牡缆钒踩O(shè)施。中國每年約1/3的道路交通事故是由于車輛越出路外造成的，隨著護(hù)欄安裝里程數(shù)的增加，交通事故造成的死亡人數(shù)及受傷人數(shù)逐年減少[2]。有研究表明，重型客貨車和小客車所占的事故比重及事故嚴(yán)重程度呈逐年上升的趨勢。究其原因，中國高等級道路主要采用波形梁護(hù)欄，它對現(xiàn)階段的主體車型小客車及大型、重型客貨車的防護(hù)能力明顯不足。當(dāng)前，中國主體車型已由20世紀(jì)末的中型貨車轉(zhuǎn)為客車，特別是小客車。同時，貨車呈現(xiàn)朝大型、重型化方向發(fā)展的趨勢。研制符合中國當(dāng)下道路交通形勢的新型護(hù)欄已成為當(dāng)務(wù)之急。

為此，本文探討通過技術(shù)集成進(jìn)行“基于光纜通信技術(shù)的道路護(hù)欄安全系統(tǒng)”的構(gòu)建。該系統(tǒng)是道路防備意外事故的安全保護(hù)裝置，適用于高速公路、鐵路防備意外事故的光纖通信系統(tǒng)保護(hù)。

2 國內(nèi)外同類道路安全技術(shù)產(chǎn)品

2.1 道路護(hù)欄技術(shù)產(chǎn)品

道路護(hù)欄產(chǎn)品門類眾多，非金屬類有PVC等塑料護(hù)欄、混凝土護(hù)欄，金屬類有鋼質(zhì)護(hù)欄、鋁合金護(hù)欄。國外塑料護(hù)欄發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛，風(fēng)靡歐、美、日等國。例如，在2000—2005年，美國塑料及復(fù)合材料護(hù)欄消費(fèi)量幾乎翻番，由1 066.8萬m增至2 072.6萬m[3]。在中國，上海市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化辦公室推出了《PP-N塑料隔離護(hù)欄應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DBJ/CT 024—2004）；中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會制定了《聚丙烯復(fù)合塑料隔離護(hù)欄應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（CECS 176：2005）；2006年度國家“火炬計劃”研究了《PP-N塑料隔離護(hù)欄應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》；魏榮等人以191不飽和聚酯樹脂作黏結(jié)劑、表面氈玻璃纖維原絲和玻璃纖維布作增強(qiáng)材料、空心玻璃微珠作填料、楠竹片作芯材，制成了玻璃鋼護(hù)欄。

我國的專利產(chǎn)品燈光式安全護(hù)欄具有多個立柱，以及連接各立柱之間的橫管，立柱和橫管設(shè)有發(fā)光元件，立柱的上部設(shè)有橢圓管的扶手管。該產(chǎn)品克服了公知技術(shù)的缺陷，倒梯形護(hù)欄既美觀又有利于燈具的安裝和使用；扶手與立柱設(shè)置為扶手偏向一側(cè)形成彎弧狀，可阻止翻越；立柱外側(cè)嵌入LED景觀燈、護(hù)欄上橫管內(nèi)嵌入照明燈，可方便人們步行，各部件之間能夠方便地拆卸和組裝，易于制造、運(yùn)輸，并可根據(jù)需要調(diào)整護(hù)欄的長度。

2.2 高速公路安全監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要由信息采集、信息處理、交通控制、信息發(fā)布等系統(tǒng)構(gòu)成。信息采集系統(tǒng)通過各種傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、提供原始數(shù)據(jù)，信息處理是通過事件檢測（對原始數(shù)據(jù)用算法判斷自動提醒可能事件并通過視頻監(jiān)視確認(rèn)）、專家系統(tǒng)（對確認(rèn)事件自動提供一套處理方案）等部分進(jìn)行，交通控制系統(tǒng)則根據(jù)處理方案通過信息提供系統(tǒng)達(dá)到緩解交通堵塞的目的。

具有發(fā)明專利的光纜通信線路安防監(jiān)控系統(tǒng)有多個模塊：光源模塊和干涉模塊、監(jiān)控線路（包括單一光纖）用于傳輸干涉載波；末端模塊用于接收干涉載波并平衡系統(tǒng)頻譜范圍、調(diào)整光路偏振態(tài)、高強(qiáng)度反射入射光信號，從而得到有用的干涉信號；檢測和放大模塊對干涉模塊輸出的光信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并進(jìn)行低噪聲放大以適合運(yùn)算處理器采集和運(yùn)算；數(shù)據(jù)采集和信號分析模塊對來自檢測和放大模塊的信號進(jìn)行高速數(shù)字化數(shù)據(jù)采集，對擾動引起的光程差引起的相位變化進(jìn)行解調(diào)還原，經(jīng)頻譜變換得出線路全程的信號全譜頻域數(shù)據(jù)，找出各階頻率缺損點(diǎn)，確定擾動發(fā)生的位置；信息通過信息存儲模塊保存到數(shù)據(jù)庫中，并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時發(fā)送到管理監(jiān)控終端。

3 基于光纜通信技術(shù)的道路護(hù)欄系統(tǒng)功能的思考

3.1 光纜通信技術(shù)對道路安全護(hù)欄系統(tǒng)功能的保障

光纜通信具有很多優(yōu)點(diǎn)：{1}通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)；一根光纖的潛在帶寬可達(dá)20 THz，一秒鐘左右即可將包含人類古今中外的文字資料全部傳送完畢；光纖的損耗極低，無中繼傳輸距離可達(dá)幾十甚至上百公里。{2}信號串?dāng)_小、保密性能好。{3}抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。{4}光纖尺寸小、重量輕，便于敷設(shè)和運(yùn)輸。{5}材料來源豐富，有利于保護(hù)環(huán)境，有利于節(jié)約有色金屬銅。{6}傳輸?shù)男盘柌荒芘艹龉饫w以外，無輻射，難于竊聽。{7}光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長。

道路安全涉及駕駛?cè)藛T、環(huán)境、道路、車輛等諸多復(fù)雜因素。如，道路越來越多、路況越來越復(fù)雜、行車數(shù)量越來越多、行車規(guī)模（重量噸級）越來越大、流通速度越來越快、安全要求越來越高、護(hù)衛(wèi)難度越來越大，因此需要低成本、適應(yīng)性好、可靠性好的技術(shù)支撐其安全預(yù)防、控制和救護(hù)工作，而光纜通信技術(shù)可以有效地滿足道路安全的特點(diǎn)及要求。

3.2 道路安全護(hù)欄系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

通過利用反光膜、光纜通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)道路管理智能化以提高其安全性和應(yīng)急救援反應(yīng)速度，利用終端測試距離準(zhǔn)確定位，再利用視頻系統(tǒng)初步了解現(xiàn)場情況，然后通知路政、交警和醫(yī)院實(shí)施應(yīng)急救援，提高了救援的及時性和準(zhǔn)確性。固定的反光膜光纖在公路、鐵路兩側(cè)具有良好的反光性，可起到路標(biāo)警示作用。

本文將反光膜技術(shù)、光纜通信技術(shù)、音頻技術(shù)、視頻技術(shù)集成應(yīng)用于道路安全護(hù)欄技術(shù)系統(tǒng)；本系統(tǒng)不但具有道路安全預(yù)防、預(yù)警控制、救援支撐（包括救援預(yù)案）等功能，還有道路安全的音頻、視頻信息采集、儲存和輸送功能，為道路安全管理提供信息依據(jù)。

4 護(hù)欄技術(shù)系統(tǒng)的集成

4.1 護(hù)欄技術(shù)系統(tǒng)集成的要點(diǎn)

（1）道路安全預(yù)防、控制、救護(hù)技術(shù)系統(tǒng)功能及框架的構(gòu)成。利用強(qiáng)力反光膜通信光纜粘貼固定在高速公路、鐵路護(hù)欄上，使護(hù)欄形象植入神經(jīng)，然后在護(hù)欄隔離帶下淺埋一條鎧裝視頻、音頻傳輸光纜，再通過終端處理達(dá)到使公路、鐵路智能化，同時提高其安全性和應(yīng)急救援速度的作用。它的原理是用強(qiáng)力反光膜光纜固定在經(jīng)過清潔處理的高速公路、鐵路鍍鋅護(hù)欄板上，全天候地實(shí)施終端監(jiān)控，只要有信號中斷就意味著有車輛或其他外力碰到了護(hù)欄，利用終端測試距離準(zhǔn)確定位，再利用視頻系統(tǒng)初步了解現(xiàn)場情況，然后通知路政、交警和醫(yī)院實(shí)施應(yīng)急救援，提高了救援的及時性和準(zhǔn)確性。使事故現(xiàn)場得到及時清理，能盡快恢復(fù)道路暢通，同時使傷者得到及時的救護(hù)，有效地避免了二次事故的發(fā)生。

（2）技術(shù)硬件的篩選與集成。根據(jù)道路安全預(yù)防、預(yù)警控制、救援的要求進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)硬件的篩選、集成，包括強(qiáng)力反光膜、通信光纜，視頻、音頻硬件及其傳輸光纜等的篩選、配置。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可行性、經(jīng)濟(jì)性。

（3）系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的設(shè)定。包括光纜、視頻、音頻等技術(shù)參數(shù)如何根據(jù)行車的人機(jī)控制原理及道路參數(shù)、環(huán)境參數(shù)進(jìn)行設(shè)計確定，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、及時性、可靠性。

4.2 系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)

（1）利用強(qiáng)力反光膜的道路（高速公路、鐵路）防護(hù)欄安全預(yù)防技術(shù)。

（2）利用光纜通信技術(shù)的道路安全護(hù)欄預(yù)警控制技術(shù)。

（3）利用光纜通信技術(shù)對道路安全事故現(xiàn)場準(zhǔn)確定位、利用視頻評價現(xiàn)場狀況和應(yīng)急預(yù)案相結(jié)合的救援技術(shù)。

5 總結(jié)

（1）探討開發(fā)基于光纜通信技術(shù)的道路護(hù)欄安全技術(shù)系統(tǒng)，具有預(yù)防、預(yù)警控制、救援功能，經(jīng)演示理論上利用反光膜良好的反光預(yù)警，使事故率降低30%～40%；利用光纜通信易持續(xù)24 h實(shí)時監(jiān)控，終端平臺1 s內(nèi)就能掌握現(xiàn)場情況、5 min啟動應(yīng)急救援；正確率達(dá)95%以上，使出警救援效率提高50%以上。

（2）該系統(tǒng)的技術(shù)具有獨(dú)特的創(chuàng)造性、新穎性、實(shí)用性，經(jīng)提煉申報“利用反光膜通信光纜使高速公路鐵路智能化同時提高安全性和應(yīng)急救援反應(yīng)速度的方法”的國家發(fā)明專利獲受理。該系統(tǒng)全天候?qū)嵤┙K端監(jiān)控，利用終端測試距離準(zhǔn)確定位，再利用視頻系統(tǒng)初步了解現(xiàn)場情況，然后通知路政、交警和醫(yī)院實(shí)施應(yīng)急救援，提高了救援的及時性和準(zhǔn)確性，消除附帶的安全隱患。由于固定的反光膜光纖在公路、鐵路兩側(cè)具有良好的反光性，可起到路標(biāo)警示作用，從而有效地預(yù)防交通事故的發(fā)生。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]許洪國，周立，魯光泉.中國道路交通安全現(xiàn)狀、成因及其對策[J].吉林大學(xué)交通學(xué)院，2009，14（8）.

[2]胡曉娟，胡毅夫.國內(nèi)道路交通安全現(xiàn)狀、原因及防治對策[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2009（10）.

[3]康麗霞.道路交通現(xiàn)代化發(fā)展趨勢研究[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2009（4）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]