基于山區(qū)國省道的智慧公路研究與設(shè)計

高航遠

（西安公路研究院有限公司，陜西 西安 710065）

公路交通行業(yè)是我國國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，隨著科技的進步，其智慧化發(fā)展是大勢所趨。2017 年國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》指出，要促進交通產(chǎn)業(yè)智能化變革、推進智能化運輸服務(wù)升級、優(yōu)化交通運行和管理控制、健全智能決策支持與監(jiān)管以及加強交通發(fā)展智能化建設(shè)[1]。2019 年交通運輸部印發(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，國務(wù)院印發(fā)的《交通強國建設(shè)綱要》指出，要強化前沿關(guān)鍵科技研發(fā)、大力發(fā)展智慧交通以及完善科技創(chuàng)新機制[3]。相信在“十四五”綜合交通運輸發(fā)展規(guī)劃中，將會對智慧公路的建設(shè)及運行管理提出更高的要求。

1 山區(qū)國省道智慧公路研究現(xiàn)狀及意義

近年來，我國公路里程穩(wěn)步增長，截至“十三五”末，我國公路總里程已突破500 萬公里。與此同時，交通事故的發(fā)生也不容忽視，相較發(fā)達國家，我國的交通安全狀況仍不容樂觀。智慧公路是解決當(dāng)下交通問題的重要技術(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)想對指導(dǎo)智慧公路的具體實現(xiàn)還有一定難度。

我國是一個多山的國家，山地面積在我國國土面積中的占比超過三分之一，山區(qū)公路在我國公路總里程中占比很大。國省干線公路的智慧化研究雖然也在進行，但研究成果十分有限，特別是專門針對山區(qū)公路的智慧化研究和具體的設(shè)計建設(shè)，則更是鳳毛麟角。

因此公路特別是山區(qū)國省道公路的信息化、智慧化研究和設(shè)計建設(shè)都對我國的經(jīng)濟社會發(fā)展以及保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

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

2 依托項目概述及現(xiàn)存問題

依托項目地處秦嶺北坡，屬山嶺重丘二級盤山公路，雙向2 車道，共計25km，全線路基路面寬度為9-12.5m，存在多處連續(xù)急彎、長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輸通道，?；奋囕v占比大。

目前，依托項目的運行和管理存在諸多問題。

首先，安全隱患較多且事故多發(fā)。依托項目翻越山嶺路段存在多處連續(xù)急彎、長下坡等特殊線形路段，海拔較高路段由于氣溫低而時常會出現(xiàn)雨雪大霧等惡劣天氣，作為?；奋囕v運輸通道，依托項目運行中會不定期發(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，運行管理方存在提高管理效率的需求。雨雪天氣出現(xiàn)時，往往會出現(xiàn)道路結(jié)冰的情況從而嚴(yán)重影響車輛通行，但運行管理方第一時間無法獲取天氣信息，除冰除雪工作存在一定延時。同時，傳統(tǒng)的管理模式不能及時發(fā)現(xiàn)各種車輛尤其是?；奋囕v行駛過程中產(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。依托項目由于事故易發(fā)及管理方響應(yīng)不及時等原因，造成相關(guān)信息無法第一時間向公眾發(fā)布，由之而起的盲目通行會導(dǎo)致?lián)矶禄蚴鹿始觿?，因此道路使用體驗水平不高，必須進行智慧化設(shè)計以滿足公眾日益增長的出行服務(wù)需求。

3 基于依托項目的智慧公路研究與設(shè)計

針對依托項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、運行管理效率有待提高，公眾出行服務(wù)信息提供不足等問題，開展智慧化公路研究與應(yīng)用。

通過在彎道路段設(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，提升公路運行的安全性。通過在公路沿線設(shè)置公路交通信息感知設(shè)備及在管理中心設(shè)置可視化平臺等措施，提升公路運行管理的效率。通過在公路沿線重要節(jié)點設(shè)置信息發(fā)布設(shè)施、通過車載導(dǎo)航軟件提供路況信息及通過電信運營商提供信息發(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，依托項目設(shè)計智慧公路五大系統(tǒng)，以達到提高公路通行安全性、提高公路運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)

依托項目線型復(fù)雜、彎道多，車流量大、?；奋囕v多，安全隱患較大。通過設(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)功能的兩臺預(yù)警設(shè)備，該套設(shè)備為基于“雷達+視頻”感知技術(shù)具有聲光多重強預(yù)警功能的智能設(shè)備，可通過毫米波探測雷達對在道路上行駛的車輛進行安全檢測，將彎道其中一側(cè)的車輛通行狀態(tài)實時傳輸至彎道另一端的設(shè)備。該系統(tǒng)通過聲光及文字等信號，將檢測到的來車信息通過語音廣播、紅藍警示燈及顯示屏等方式，為對向駛來的機動車、非機動車及行人進行有效的預(yù)先安全警示提醒，以降低彎道會車的風(fēng)險，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)

依托項目翻越山嶺路段惡劣天氣現(xiàn)象較多，團霧發(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、氣象檢測儀、能見度檢測儀、控制主機、系統(tǒng)控制平臺及外場聯(lián)動設(shè)備等組成，可提供道路輪廓強化、行車主動誘導(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 全自動主動式路面凝冰監(jiān)測預(yù)警及處置系統(tǒng)

依托項目由于地處山區(qū)，冬季降水時道路結(jié)冰現(xiàn)象嚴(yán)重，這給道路交通安全和養(yǎng)護保通帶來了很大風(fēng)險。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、匝道及隧道進出口等）出現(xiàn)積雪或凝冰對于機動車駕駛?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從而造成交通阻塞，因此應(yīng)在相關(guān)段落設(shè)置全自動主動式路面凝冰監(jiān)測預(yù)警及處置系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

圖2 全自動主動式路面凝冰監(jiān)測預(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，主要實現(xiàn)路面情況及凝冰實時監(jiān)測及預(yù)警、防結(jié)冰融雪劑自動噴灑及系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測等功能。路面情況及凝冰實時監(jiān)測及預(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、冰點溫度、鹽溶液濃度及濕滑度等多種參數(shù)，同時設(shè)置交通氣象監(jiān)測站，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，實現(xiàn)路面結(jié)冰早期預(yù)警。防結(jié)冰融雪劑自動噴灑子系統(tǒng)，主要設(shè)置泵站、噴灑終端及相關(guān)管線。該子系統(tǒng)利用外場站傳感器監(jiān)測所得的路面冰雪狀況、路面溫度及真實的結(jié)冰溫度點等數(shù)據(jù)，來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)，同時還減少了過量使用融雪劑所造成的浪費和對環(huán)境的污染。系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)可接收路面情況及凝冰實時監(jiān)測及預(yù)警子系統(tǒng)的各種傳感器傳輸?shù)膶崟r信號，并根據(jù)算法分析啟動防結(jié)冰融雪劑自動噴灑子系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備，并可利用網(wǎng)絡(luò)上傳至系統(tǒng)平臺，以便管理人員通過系統(tǒng)平臺了解系統(tǒng)運行的全方位信息。

3.4 公路運行管理系統(tǒng)

依托項目作為危化品運輸通道，危化品車輛在該路段的行駛數(shù)據(jù)對公路運行管理有著非常重要的作用，因此，設(shè)置該系統(tǒng)對重點路段內(nèi)運行的車輛進行交通量統(tǒng)計，并將數(shù)據(jù)上傳至管理中心的可視化平臺，以提高路段管理運行效率。

該系統(tǒng)通過設(shè)置卡口監(jiān)測將全路段分為多個監(jiān)測路段，獲取路段內(nèi)交通實時狀況，并結(jié)合路側(cè)事件感知設(shè)備進行分析，可實時識別停車事件、擁堵事件及拋灑物等情況，并可定位相關(guān)位置，同時可將分析結(jié)果實時在平臺端進行報警。該系統(tǒng)通過在重點關(guān)心路段設(shè)置路側(cè)槍球一體化攝像機，加密視頻監(jiān)控分布，以便于運行管理人員實時了解路段情況并采取相關(guān)對策。

3.5 智慧發(fā)布系統(tǒng)

為提高公路運行服務(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)通過在依托項目路段起訖點等關(guān)鍵位置設(shè)置門架式可變情報板，為道路使用者提供信息發(fā)布服務(wù)。通過將前端感知設(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時路況信息。通過將公路基礎(chǔ)信息提供給電信運營商，由電信運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

本文指出了山區(qū)國省道的智慧公路研究與設(shè)計的重要意義，并根據(jù)依托項目的具體特點進行了智慧公路系統(tǒng)的設(shè)計。該項研究和設(shè)計不僅可以解決具體項目公路運行管理中的現(xiàn)存問題，還可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益，并為相關(guān)研究和設(shè)計提供一些參考。