應急管理的高速公路信息探測技術設計與實現(xiàn)

牟壯壯 王穎 孫明寬 孫同偉 馬旭陽 況琪

摘要：隨著人們生活水平的逐漸提高，越來越多的家庭擁有了小轎車。而私家車也成了受歡迎的出行方式之一。伴隨著車輛的增加，出行效率成為社會議題。而高速公路作為最重要的現(xiàn)代化公共基礎交通設施，其發(fā)展水平是一個國家經(jīng)濟實力和經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志之一。隨著交通需求的不斷增加，我國的高速公路建設得到了突飛猛進的發(fā)展。然而，在發(fā)揮著巨大的社會和經(jīng)濟效益的同時高速公路的應急管理已經(jīng)慢慢被越來越多的人所關心。高速公路的應急管理是指在陰天、雨、雪天、大霧及沙塵暴等相對于晴天而言的惡劣天氣下，或者在發(fā)生了交通事故等一切不可抗拒的外來因素時，所采取的一系列交通管理措施。目前我國在管理高速公路上主要靠監(jiān)控探頭等基礎設施，而我國高速公路交通管理部門在遇到事故時的應急管理，一般只是采取封路禁行的消極方法，致使高速公路運輸中斷、大量車輛滯留，然而長時間的交通管制和封路不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，同時也是不符合交通規(guī)律的。本課題針對高速公路事故逐年遞增的現(xiàn)狀，從交通流的特性參數(shù)出發(fā)，通過對應急管理下的高速公路進行數(shù)據(jù)分析和控制，同時提高應急管理下的高速公路通行能力，保證高速公路在應急管理下的不間斷運營以達到最大經(jīng)濟效益。

關鍵詞：高速公路；交通安全；信息技術

1現(xiàn)代交通管理現(xiàn)狀

以現(xiàn)在高速公路的管理現(xiàn)狀來看，有許多客觀條件的限制。以惡劣天氣下的霧天為例。一是信息不暢，惡劣天氣信息收集不全，一定區(qū)域下的霧情信息共享不及時、不準確，特別是針對局部地區(qū)、局部路段的信息掌握不足，無法精準的對所有路段進行有的放矢的進行精確管理。二是安全設施不完善。發(fā)生霧情后，沒有完善的交通安全設施對高速公路主線上的車輛進行安全誘導。三是科技智能手段落后。（1）沒有科技掌握霧情的裝備，對發(fā)現(xiàn)高速公路是否有霧，只能通過人工巡邏的方式。而高速公路跨度大，時常出現(xiàn)某一路段有濃霧，而其他路段能見度卻很好，再加上巡邏的間斷性，不能及時全面的掌握全路段的霧情。（2）對司乘人員的提醒方式比較單一，不能使更多的司乘人員得到路況信息。針對以上諸多弊端，我們將從高速公路科學管理的角度出發(fā)，對人們出行的效率、出行的安全性、高速公路管理人員管理的智能性和精準性做出研究。

2研究目的以及意義

基于在惡劣天氣下提高高速公路出行效率這一問題，使用層次分析法建立一個應急管理下高速公路的安全控制模型。該模型通過對各個監(jiān)測設備收集到的參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理，輸出各方面數(shù)據(jù)對交通安全的影響，由此可以盡快預防或者處理高速公路上的突發(fā)事件。提高出行效率。安全控制模型可以實時地對高速公路交通流狀態(tài)和交通環(huán)境情況進行監(jiān)測，并根據(jù)即時情況對交通流進行誘導和控制，保證車輛暢通運行、降低交通事故發(fā)生率、使事故的危害性達到最低。

在現(xiàn)代的高速公路管理當中，遇到惡劣天氣如陰天、雪、雨天、大霧等情況時一般都是人為來判斷高速公路的限流情況、是否封路等。這樣就造成了判斷精度不高，人們出行效率低的問題。通過對高速公路應急管理下安全控制模型的建立，能夠極大的提高人們的出行效率以及安全保障。控制模型通過拾取氣候、溫度、濕度等系數(shù)，一是能夠反饋給高速公路管理人員在惡劣天氣下是否封路的精準信息，二是能夠通過大屏幕告知車輛司機此時的建議車速、行車距離、是否開燈、前方路口是否封路等一系列信息。通過模型的智能分析，能夠極大程度的提高人們出行的安全系數(shù)與效率。

由于高速公路在我國起步較晚，人們對此缺乏規(guī)律性的認識。因而深入分析當前我國高速公路安全管理當中存在的各種問題，探討其內(nèi)在的規(guī)律性，對高速公路的有效管理、交通事故的及時預防、提高高速行車安全，具有重大的現(xiàn)實意義。

3研究內(nèi)容與方法

3.1 研究內(nèi)容

我們研究的主要內(nèi)容是在事故多發(fā)地和部分重點路段及沿線環(huán)境設置相應的監(jiān)測設備，例如能見度傳感器，溫度傳感器，濕度傳感器等，然后將各監(jiān)測設備收集到的數(shù)據(jù)信息輸入到建立好的安全控制模型里面，經(jīng)過模型對數(shù)據(jù)的處理運算，再考慮不同情況下的影響系數(shù)，輸出不同情況下高速公路各方面數(shù)據(jù)對交通安全的影響，將數(shù)據(jù)發(fā)送給高速公路管理員，同時通過信息發(fā)布平臺將數(shù)據(jù)傳遞給使用者，保障應急管理下高速公路的不間斷通行能力和交通安全。具體的應急管理安全控制模型如下：

3.2 實現(xiàn)方法

在高速公路管理系統(tǒng)中，各因素之間的關系是及其錯綜復雜的，該系統(tǒng)是一個多指標、多屬性的問題。為了得到量化的結果采用工程數(shù)學的層次分析法，層次分析法（簡稱AHP）是美國運籌學家20世紀70年代提出的，適用于結構較復雜，決策準則多且不易量化的問題。它將決策問題有關元素分解成目標、準則、方案等層次，把人的思維過程層次化、數(shù)量化，應用數(shù)學原理為分析決策、預報或控制提供定量的依據(jù)。層次結構模型如圖1所示。用專家經(jīng)驗法來確定a1、a2、b1、c1的值，分別為1.1、1.25、0.55、0.82。

在高速公路每隔100米安裝一組檢測裝置。檢測裝置由能見度傳感器、雨水檢測器、溫度傳感器、濕度傳感器組成。檢測裝置通過實時監(jiān)測，將幾個系數(shù)不斷地的通過無線傳輸輸送給分析模型。系數(shù)分別為能見度a1，可視距離a2，濕度b1，溫度c1。能見度，即反映大氣透明度的一個指標，單位為m，一般定義為具有正常視力的人在當時的天氣條件下還能夠看清楚目標輪廓的最大距離。能見度和天氣情況密切相關，當出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時，大氣透明度較低，能見度較差。因此能見度是惡劣天氣下高速公路管理系統(tǒng)的一個關鍵性指標。系統(tǒng)輸出分別為f（1t）車速范圍、f（2t）行車距離、f（3t）是否開燈、f（4t）是否關閉路口。隨著能見度的增大，f（1t）車速范圍將增大。能見度大可視距離也大，行車距離也隨之增大。濕度即每單位容積的氣體所含水分的重量，以g/m3為單位，是檢測雨天、大霧的主要指標。濕度大，f（1t）和f（2t）都將減小。溫度（單位為℃）主要是和濕度綜合在一起，來作為雪天的檢測指標。

3.3：綜合案例分析

以濟青高速為例，測得某一時間段的輸入?yún)?shù)為能見度300m，可視距離為130m，溫度和空氣濕度分別為5℃和%80。系統(tǒng)在拾取到以上參數(shù)后，經(jīng)過分析其f（1t）～f（4t）的值分別為429、162、330、495。而此時輸出的路況信息為建議車速范圍在70-95km/小時之間，跟車距離70-100m，不開霧燈且前方路口不封路。分析系統(tǒng)便把以上路況信息一是通過無線傳輸輸送給高速公路管理人員。二是通過LED顯示屏顯示，讓司乘人員實時了解路況信息，確保人們的出行效率與安全。

在上述這些不利情況下，駕駛員的情緒、視線都會受到很大的影響，車流速度明顯下降，路面附著系數(shù)降低，附著力明顯減小，機動車的操縱穩(wěn)定性變差，制動距離變長，避免事故發(fā)生的難度增加，會對行車安全產(chǎn)生不良影響。不利天氣條件下的路面附著系數(shù)如表3-1所示。

分析上表，可得出：晴天交通事故次數(shù)占全年總交通事故次數(shù)的比例最大，為73.18%；其次是雨天，為10.78%。但考慮不同天氣持續(xù)時間占全年比例后計算，雨天、雪天事故率高于晴天，即雨、雪天事故率高。雨、雪天事故率高的原因是因為雨雪天路面積水、積雪附著系數(shù)低于晴天路面干燥狀態(tài)，同時部分路面泛油、排水不暢，導致高速行駛時車輛難以控制而發(fā)生交通事故。

3.4結論

通過定性分析，對系數(shù)f（1t）～f（4t）建立其所對應的區(qū)間，以最直觀的方式在道路LED顯示屏上告知司乘人員此時的路況信息。模型輸出f（1t）～f（4t）所對應的區(qū)間如 表3-3所示：

結語：

通過對高速公路惡劣天氣下應急管理系統(tǒng)的研究，在為高速公路管理人員帶來便利的同時，也在一定程度上提高了人們出行的效率和安全率。運用層次分析法，對影響高速公路狀態(tài)的能見度可視距離等因素進行了逐層分析，使復雜的管理系統(tǒng)做到了條理化和層次化。對高速公路管理實行了科學化、智能化，為以后的進一步研究奠定了基礎。

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（作者單位：山東英才學院）