高速公路智能霧區(qū)誘導(dǎo)與可變限速設(shè)計探析

廖宏斌+王天成

【摘要】 本文就高速公路管理部門在面對雨、雪、路面冰覆蓋等環(huán)境，尤其在行車的能見度、光照度或積水、冰雪覆蓋等嚴重影響高速公路安全的情勢下，建立起高速公路不封道安全行駛管控系統(tǒng)。在霧霾嚴重路段，通過霧區(qū)誘導(dǎo)建立起通行保障的智能信息管理平臺，對霧區(qū)的環(huán)境、車流量進行檢測、霧區(qū)的信息發(fā)布，進入霧區(qū)的車輛進行智能誘導(dǎo)。也就是說，在高速公路上根據(jù)道路和天氣狀況，通過監(jiān)控指揮中心系統(tǒng)，利用分段設(shè)置的電子顯示屏，隨時改變高速公路每一路段最高限速值，配合超速、違停抓拍系統(tǒng)，及時控制車輛速度，從而有效預(yù)防車輛追尾和多車相撞事故。

【關(guān)鍵詞】 智能 霧區(qū)誘導(dǎo) 可變限速 系統(tǒng)供電

一、國內(nèi)外同類設(shè)計分析概述

針對霧條件下道路交通安全保障全球范圍內(nèi)研發(fā)方向分為車載型和道路基礎(chǔ)設(shè)施型二類，據(jù)交通部公路科學(xué)研究院提供的信息顯示，截止到2014年12月，針對霧條件下道路交通安全保障，美國正在發(fā)展的是局域性二次事故防范技術(shù)及車聯(lián)網(wǎng)事故防范技術(shù)，該技術(shù)突破方向是在車輛上安裝特殊設(shè)備，其實現(xiàn)必須基于全部車輛安裝車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備；歐洲的發(fā)展方向是基于道路基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)霧區(qū)主動誘導(dǎo)，2012年意大利、荷蘭進行了路面主動引導(dǎo)試驗，目前試驗仍然在進行中；韓國在2012年由國家交通院牽頭完成了有線控制霧區(qū)主動引導(dǎo)樣機生產(chǎn)，目前僅有二個應(yīng)用實例；日本沒有這方面的研究報道；我國發(fā)展方向是基于道路基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)惡劣天氣下道路交通安全保障，并且在2009年就已經(jīng)開始建設(shè)第一個霧條件下道路交通安全保障的國家級科技示范工程，該示范工程采用了目前為止業(yè)界最先進的一次事故防范技術(shù)及二次事故預(yù)警技術(shù)，我國在上述技術(shù)領(lǐng)域擁有全部自主的知識產(chǎn)權(quán)及全部核心技術(shù)。

二、系統(tǒng)設(shè)計概述

智能霧區(qū)誘導(dǎo)和可變限速系統(tǒng)是一種基于高速公路行車安全管理要求，在不同能見度狀況下進行動態(tài)限速要求，同時啟動霧區(qū)安全行車主動誘導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由“智能邊緣標”、“數(shù)據(jù)預(yù)處理器”、“能見度探測儀”、“違法取證系統(tǒng)”、“上位控制平臺”五個主要部件組成，其中重點創(chuàng)新技術(shù)及模塊分別如圖1。

可變限速超速取證技術(shù)：具有透霧技術(shù)的攝像機可對超速車輛、違停車輛、逆行、違法變道等違章行為進行非現(xiàn)場執(zhí)法取證，該系統(tǒng)內(nèi)置智能分析算法，整合系統(tǒng)可變限速速度值實現(xiàn)動態(tài)的超速違法取證；根據(jù)能見度探測儀提供的檢測數(shù)據(jù)，同時依據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法》、《中華人民共和國道路交通安全法實施條例 》、《道路交通安全違法行為處理程序規(guī)定》及其他有關(guān)法規(guī)，系統(tǒng)性調(diào)整限速值和處罰取證閾值。

光能供電技術(shù)：光能供電技術(shù)是一種太陽能供電技術(shù)的升級技術(shù)，采用它配置負載設(shè)備后，該設(shè)備只需要安裝在“頂天”（頂天是指設(shè)備安裝點頂部沒有被遮擋）的環(huán)境中光能供電模塊即可對設(shè)備保持長期正常供電；在可靠性試驗中采用光能供電的設(shè)備已經(jīng)連續(xù)正常運行5年；該技術(shù)是業(yè)界最先進的創(chuàng)新型實用專利技術(shù)，它解決了外場設(shè)備的供電難題。

尾跡生成技術(shù)：霧天發(fā)生交通事故的最大原因是看不到前方車輛，尾跡生成技術(shù)是在前車經(jīng)過時通過電子技術(shù)及信號技術(shù)在前車后部點亮一定長度的紅燈，這些紅燈會隨車輛同步移動，形成動態(tài)“尾跡”，由于尾跡是通過信號技術(shù)手段生產(chǎn)的，長度可設(shè)置（默認60米），后車在行進時如果前方有車則會首先發(fā)現(xiàn)前車尾跡，即使在濃霧環(huán)境下也可發(fā)現(xiàn)前方車輛，這就可以避免重特大事故的發(fā)生；它對前方車輛存在及位置采用電信號傳遞及定位顯示方式，尾跡長度及顯示方式是人為設(shè)定的，所以該技術(shù)能夠在霧天超視距發(fā)現(xiàn)前方車輛，是一種業(yè)界領(lǐng)先的創(chuàng)新型實用專利技術(shù)。

同步引導(dǎo)技術(shù)：低能見度環(huán)境下高速公路周圍是一個渾沌的環(huán)境，道路遠視可見性降低或消失，通過同步主動發(fā)光所形成的誘導(dǎo)線形與道路平行，可有效顯示道路走向；系統(tǒng)能夠自動控制主動誘導(dǎo)線形且提供不低于2倍當前能見度的遠視可見性，該功能不僅僅在霧天有用，在黑夜、雨天等環(huán)境下同樣有效；它使得霧條件下在途車輛能夠獲得更有效的安全預(yù)視距離；本系統(tǒng)的屬性是霧天“指路”，其遠視可見性絕對值大于2.5～5倍當前能見度，默認值2.5倍當前能見度，由內(nèi)置控制策略自動調(diào)整。

抗損毀通訊技術(shù)：高速公路環(huán)境下交通事故無法避免，采用有線通訊或供電則會產(chǎn)生很多后期運維難題，例如有線通訊線路故障或中斷則系統(tǒng)就癱瘓了。因此系統(tǒng)設(shè)計采用無線組態(tài)方式，外場通訊采用抗損毀無線通訊技術(shù)，該技術(shù)是以一種“鏈”狀組態(tài)的，每一節(jié)“鏈”覆蓋區(qū)內(nèi)具有不低于NX個雙向冗余節(jié)點，只有在這個節(jié)點群同時損毀的情況下該鏈接點才中斷，但斷點的上游及下游通訊仍然能正常運行，具有繞行通訊能力，即使外場通訊中斷的情況下系統(tǒng)仍可基于迂回路由實現(xiàn)有效通訊。

在該技術(shù)支撐下，個別或部分智能邊緣標故障或事故所致?lián)p毀時，不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，該技術(shù)有效解決了外場設(shè)備的通訊難題。

離散控制技術(shù)：高速公路的特征是長距離，如果采用星形控制方式則控制成本會非常高，且可靠性及事件針對性大為降低；該系統(tǒng)采用創(chuàng)新的無線組態(tài)離散控制技術(shù)，智能邊緣標相互之間及與上位控制系統(tǒng)之間沒有物理上的連接，系統(tǒng)能夠根據(jù)外場實時能見度數(shù)值有針對性調(diào)用對應(yīng)的控制策略，該技術(shù)重點針對團霧設(shè)計，當配置路段出現(xiàn)團霧時則團霧區(qū)域的控制策略有別于非團霧區(qū)域，該技術(shù)能夠在道路環(huán)境出現(xiàn)團霧時自動快速響應(yīng)并且實時對團 霧區(qū)域內(nèi)的車輛提供有效誘導(dǎo)及防止追尾事故的發(fā)生。

專用能見度檢測技術(shù)：自動實現(xiàn)霧區(qū)主動引導(dǎo)及防撞預(yù)警的關(guān)鍵是能夠有效檢測到當前的能見度數(shù)值，可以選配不同類型的能見度檢測設(shè)備：A、鏈式能見度檢測系統(tǒng)，它是一種專門針對團霧檢測而設(shè)計的高密度配置能見度檢測設(shè)備，它安裝在智能邊緣標內(nèi)，共享智能邊緣標的供電及通訊資源，具有目前為止業(yè)界最高能見度地域分辨率，在設(shè)置區(qū)域內(nèi)，地域能見度分辨率是20米，能見度數(shù)值分辨率是20～1000米，該技術(shù)是未來道路交通能見度檢測技術(shù)的發(fā)生趨勢；B、專用配套散射型能見度檢測設(shè)備，它是一種適應(yīng)AGS系統(tǒng)的氣象級能見度檢測設(shè)備。