高速公路智能霧燈誘導(dǎo)系統(tǒng)研究

李銘順

（中鐵建昆侖路橋建設(shè)有限公司，四川 成都 610200）

高速公路行車安全關(guān)系到每一位行車司機(jī)的人身安全，公路引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)置極大程度上保證了行車安全。在我國高速公路上采用的交通誘導(dǎo)設(shè)施主要為標(biāo)志、標(biāo)線、警示燈等傳統(tǒng)非智能設(shè)施。諸如交通標(biāo)志等非智能交通誘導(dǎo)設(shè)施需要在天氣狀況良好、車輛燈光照明設(shè)備良好等條件下方能發(fā)揮較好的誘導(dǎo)效果，但仍然不能滿足在發(fā)生大霧、團(tuán)霧路段的交通誘導(dǎo)要求。

文章著眼于解決高速公路雨雪大霧環(huán)境下的行車誘導(dǎo)問題，探討一種保證霧區(qū)環(huán)境下的安全行車誘導(dǎo)設(shè)施，直接通過控制安裝在道路兩側(cè)的誘導(dǎo)霧燈了解前方道路輪廓和車輛間距、改善霧區(qū)路段的行車環(huán)境、輔助引導(dǎo)車輛通行以及提升霧天高速公路通行能力，避免由于大霧導(dǎo)致車輛碰撞、追尾、封路等事件發(fā)生，提高了高速公路的通行效率。

1 能見度與行車速度的關(guān)系

低能見度下，高速公路上的行車安全將得不到保證，且往往容易誘發(fā)安全事故。公安部針對(duì)風(fēng)、雨、霧、冰、雪等不利條件下高速公路行車速度有過專門規(guī)定，其中《高速公路交通管理辦法》中對(duì)大霧環(huán)境基于能見度的管控措施規(guī)定如表1所示。

表1 霧天高速公路安全控制措施

張巍漢等[1]對(duì)近100km高速公路霧區(qū)道路進(jìn)行觀測(cè)，針對(duì)不同車型提出了能見度-速度關(guān)系模型：

小車型：

大車型：

式中：v為車速，km/h；S為大氣能見度（S≤200m），m。

前后車之間的速度差與能見度、制動(dòng)加速度和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系表示如下：

式中：Δv為安全允許速度差，km/h；v1為前導(dǎo)車速度，km/h；v2為后隨車速度，km/h；C為駕駛員反應(yīng)時(shí)間與車輛制動(dòng)生效時(shí)間之和，s；a為后隨車加速度，m/s2；S為大氣能見度，m；M為前后車速度一致時(shí)車輛間的安全距離，m。

表2 霧天能見度對(duì)應(yīng)車型速度表

通過以上研究成果，可以更加直觀地表明在高速公路上行駛能見度對(duì)車輛速度的影響，若沒有有效的誘導(dǎo)設(shè)施將極有可能造成交通事故。

2 高速公路霧區(qū)智能誘導(dǎo)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

高速公路霧區(qū)智能誘導(dǎo)系統(tǒng)通過能見度檢測(cè)儀采集高速公路范圍能見度，然后將采集數(shù)據(jù)傳輸送至中心系統(tǒng)設(shè)備，再根據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)置的能見度指數(shù)的范圍值，分析并發(fā)出相應(yīng)的指令?？赏ㄟ^光纜傳輸至現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)無線發(fā)射器發(fā)出指令，每盞霧燈通過接受無線信號(hào)指令的控制器從而控制霧燈的工作狀態(tài)，使智能霧燈誘導(dǎo)系統(tǒng)產(chǎn)生公路行車的引導(dǎo)作用[2]。霧區(qū)智能誘導(dǎo)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

3 智能霧燈系統(tǒng)的特點(diǎn)、控制方式及結(jié)構(gòu)組成

3.1 智能霧燈系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）智能霧燈系統(tǒng)設(shè)備采用220V供電，以確保設(shè)備供電穩(wěn)定。（2）霧燈誘導(dǎo)系統(tǒng)采用無線控制方式，可使霧燈同時(shí)工作或同時(shí)熄滅，且控制方法簡(jiǎn)單可靠，能實(shí)現(xiàn)高精度的同步閃爍或熄滅。（3）在霧區(qū)道路交通應(yīng)用中采用自動(dòng)環(huán)境亮度差控制技術(shù)，通過自動(dòng)識(shí)別環(huán)境亮度控制發(fā)光器件的亮度，可始終使霧燈的發(fā)光器件亮度與環(huán)境亮度保持基本恒定，并以最大限度提高霧燈誘導(dǎo)中發(fā)光體的可視性與可識(shí)別性。另外，它還能確保霧區(qū)在低能見度環(huán)境下，仍然保持較高的行車安全性。（4）在高速公路外場(chǎng)設(shè)備中，采用結(jié)構(gòu)分級(jí)，分段控制的方式，采用這種方式，外場(chǎng)設(shè)備全部相同，現(xiàn)場(chǎng)安

圖1 霧區(qū)智能誘導(dǎo)系統(tǒng)示意圖

裝和調(diào)試簡(jiǎn)單方便，不需要專業(yè)的人員，只需要將設(shè)備固定在現(xiàn)場(chǎng)即可，這有利于增減誘導(dǎo)霧燈的數(shù)量。

3.2 智能霧燈系統(tǒng)的控制方式

（1）霧燈誘導(dǎo)是一種集散分布式設(shè)施，既有集中控制系統(tǒng)的特征，又有分布式控制系統(tǒng)的特征，方便維護(hù)和控制。

（2）集中控制模式：霧燈誘導(dǎo)系統(tǒng)的末端設(shè)備全部通過分段控制中心，經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)相連接，可以在監(jiān)控中心集中控制霧燈工作。

（3）分布式控制模式：霧燈誘導(dǎo)通過多個(gè)分段控制中心來控制全系統(tǒng)的所有裝置，各個(gè)分段中心均可獨(dú)立工作，不需要依賴總中心即可實(shí)現(xiàn)某一段公路的霧燈誘導(dǎo)功能，在物理上是分布式系統(tǒng)。

（4）控制方式?？刂品绞?：由上位機(jī)發(fā)送的控制指令控制常亮、常滅、閃爍等?？刂品绞?：能見度高于300m或沒有給出能見度控制閾值時(shí)在星歷時(shí)間日落點(diǎn)亮，日出關(guān)閉；或者在能見度低于1km且環(huán)境照度低于3500lux，自動(dòng)點(diǎn)亮，該自動(dòng)點(diǎn)亮是指分段控中心發(fā)出點(diǎn)亮指令。

（5）紅燈防追尾模式調(diào)節(jié)：尾跡長(zhǎng)度檔位值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求自行調(diào)節(jié)變化，長(zhǎng)度分別對(duì)應(yīng)3組、4組、5組、6組等。例如：當(dāng)選擇尾跡長(zhǎng)度檔位4組時(shí)，屏幕顯示尾跡長(zhǎng)度檔位值為“4”，此時(shí)車輛后方霧燈紅燈尾跡長(zhǎng)度由默認(rèn)的3組轉(zhuǎn)變?yōu)?組長(zhǎng)度（即車輛后方固定有4組亮紅燈狀態(tài)的霧燈）。

3.3 高速公路智能霧燈誘導(dǎo)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

智能物等系統(tǒng)包含系統(tǒng)控制平臺(tái)、能見度檢測(cè)儀、現(xiàn)場(chǎng)控制主機(jī)、霧燈設(shè)施。誘導(dǎo)霧燈是一種路側(cè)設(shè)備，安裝在護(hù)欄立柱、橋梁護(hù)欄或獨(dú)立設(shè)置的立柱上，內(nèi)置發(fā)光體模塊、電源變換模塊、車輛檢測(cè)模塊、無線接收模塊、控制模塊。發(fā)光體模塊是由高亮度低功耗發(fā)光二極管組成，安裝在霧燈的前面。電源變換模塊是將220V交流電，轉(zhuǎn)換成12V穩(wěn)定可靠低壓直流電，該模塊安裝在霧燈箱體內(nèi)。車輛檢測(cè)模塊是當(dāng)有車通過時(shí)檢測(cè)車輛輸出一個(gè)控制信號(hào)的模塊，控制信號(hào)是用來開啟紅燈閃爍或常亮的，屬于紅外車檢模塊。無線接收模塊是用來接收霧燈主機(jī)發(fā)來的控制霧燈的開啟、關(guān)閉和黃燈或紅燈閃爍信號(hào)的模塊?？刂颇K是執(zhí)行控制霧燈的開啟、關(guān)閉和黃燈或紅燈閃爍的模塊。

4 數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)方式

智能霧燈誘導(dǎo)分段控制主機(jī)通過以太網(wǎng)連接監(jiān)控中心，使監(jiān)控中心可以通過該端口與分段控制中心通信，從而實(shí)現(xiàn)控制誘導(dǎo)霧燈的工作。霧燈誘導(dǎo)分段控制中心也可以通過一個(gè)已經(jīng)預(yù)留的串口端口接入光纖傳輸系統(tǒng)當(dāng)中和監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信?？上蛏衔豢刂萍上到y(tǒng)提供功能性的軟件控制接口通信協(xié)議，由集成系統(tǒng)在上位控制軟件上實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面及控制條件設(shè)置。

上位控制模式：通過霧燈控制軟件平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防霧，包含半自動(dòng)控制方式和手動(dòng)控制方式，控制界面、操作界面均在上位控制端，此時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)處理器可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)控制霧燈。

人工手動(dòng)控制模式：在現(xiàn)場(chǎng)使用人工手動(dòng)控制主機(jī)的方式起動(dòng)或者關(guān)閉外場(chǎng)設(shè)備，用于現(xiàn)場(chǎng)控制的無線手動(dòng)控制器安裝在主機(jī)內(nèi)，并在智能主動(dòng)引導(dǎo)燈覆蓋區(qū)內(nèi)使用，該控制器具有最高權(quán)限，允許用戶在現(xiàn)場(chǎng)管理防霧系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)。

在資源上預(yù)留系統(tǒng)今后進(jìn)一步開發(fā)的軟件接口及現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上的內(nèi)部資源訪問接口。在需要增加功能時(shí)可以實(shí)現(xiàn)直接升級(jí)。霧區(qū)智能誘導(dǎo)軟件控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 霧區(qū)智能誘導(dǎo)軟件控制系統(tǒng)

5 結(jié)束語

高速公路智能霧燈誘導(dǎo)系統(tǒng)為通過多組誘導(dǎo)裝置和一個(gè)控制集中器組成的一個(gè)系統(tǒng)，配合氣象檢測(cè)儀及時(shí)獲得動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換工作模式，能做好相應(yīng)的交通出行誘導(dǎo)工作，讓駕駛員在低能見度天氣提前發(fā)現(xiàn)前方車輛，防止發(fā)生追尾事故。通過對(duì)智能霧燈系統(tǒng)的分析，利用該系統(tǒng)能有效解決高速公路行車在塵埃彌漫霧、大霧、大雨、大雪的環(huán)境條件下的安全問題。該系統(tǒng)使用現(xiàn)有技術(shù)條件，無需改裝車輛，既節(jié)約了使用成本，又方便了人民群眾出行，也增加了高速公路的社會(huì)效益，因而該系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。