公路交通信息收集監(jiān)測系統(tǒng)的應用研究

王宇龍

摘要 國道G236城區(qū)公路改造項目在加強公路交通信息收集監(jiān)測能力的設計中，從強化事件感知監(jiān)控能力入手，加強交通信息收集監(jiān)測能力建設。文章梳理并介紹該工程加強交通信息收集監(jiān)測能力的一系列設計和技術(shù)應用，以為同類公路交通信息收集監(jiān)測系統(tǒng)建設應用，提供設計和技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 公路交通；信息收集；監(jiān)測系統(tǒng)；設計應用

中圖分類號 TP18文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0004-03

0 引言

G236國道城區(qū)公路改造項目在加強公路交通信息收集監(jiān)測能力的設計中，從強化事件感知監(jiān)控能力入手，加強交通信息收集監(jiān)測能力建設，使改造后的公路電子化、信息化、智能化程度大幅提升[1]。該研究結(jié)合工程案例，梳理介紹該工程加強交通信息收集監(jiān)測能力的一系列設計和技術(shù)應用，以為同類公路事件監(jiān)測能力設計應用提供技術(shù)和設計參考。

1 案例簡介

G236普通國道城區(qū)過境公路改造項目，主線公路等級為一級，設計時速為80 km/h，雙向四車道。項目全長約24 km，承擔著縣域路網(wǎng)中的大動脈功能。區(qū)段交通事故信息統(tǒng)計顯示，原道路20%～50%的一次性事故由已經(jīng)發(fā)生交通事件的影響造成，50%以上的二次性事故在一次事故發(fā)生后10 min內(nèi)發(fā)生，因此盡早發(fā)現(xiàn)道路上的突發(fā)事件，管理部門及時做出響應，有利于將事故損失、負面影響降到最低。所以，該項目在提質(zhì)升級改造中加強交通信息收集監(jiān)測能力的應用設計，以為改造后公路的電子化、信息化、智能化程度提升，提供良好的技術(shù)和設備基礎。

2 交通信息收集監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 交通事件監(jiān)測系統(tǒng)

工程上應用比較廣泛的監(jiān)測方式主要有兩種，一種是采用視頻的方式，另外一種是采用雷達監(jiān)測的方式，兩者各有優(yōu)缺點[2]。雷達事件監(jiān)測系統(tǒng)是利用毫米波長雷達，自動監(jiān)測單條或多條道路上異常物體的監(jiān)測設備。雷達探頭連續(xù)掃描道路指定區(qū)域，實時向后端用戶監(jiān)控軟件中心傳輸發(fā)現(xiàn)的異物位置數(shù)據(jù)。雷達監(jiān)測的優(yōu)勢在于監(jiān)測范圍較大和受天氣影響程度較低，不足之處在于圖像顯示的現(xiàn)實感較低和建設成本相對較高。視頻事件監(jiān)測系統(tǒng)能夠快速有效地監(jiān)測到事故事件、拋灑物事件、停車事件等更復雜的道路交通突發(fā)情況，在一定程度上滿足了公路運營管理中對監(jiān)測事件、救援指揮、防災調(diào)控、應急處理、分流調(diào)度、信息發(fā)布、視頻監(jiān)控等方面的使用要求。但是視頻事件監(jiān)測系統(tǒng)對道路環(huán)境（特別是能見度）的依賴程度較高，存在一些無法克服的缺陷，而公路運營環(huán)境復雜，大霧、大風、強光、霧霾、沙塵、昆蟲覆蓋、夜間能見度下降的問題都給視頻事件監(jiān)測系統(tǒng)帶來了很大的影響。

綜合技術(shù)性、經(jīng)濟性以及工程改造后的事件監(jiān)測效果要求，案例項目最終決定采取后臺視頻分析的方式，通過在后臺監(jiān)控機房設置視頻事件分析服務器，利用前端建設的高清監(jiān)控攝像機實時回傳的高清圖像進行分析。

2.2 人行橫道交匯預警監(jiān)測系統(tǒng)

為了提升無信控交叉口的通行安全水平，同時又不降低主線道路的通行效率，案例工程決定采用雷視一體機、誘導屏、高閃設施以及地面警示地燈組合應用的人行橫道交匯預警監(jiān)測系統(tǒng)，通過主動監(jiān)測輔支路的來車或非機動車/行人，及時地給主線車輛預警，以提高交叉口的通行安全性。

（1）在主路兩個方向進口距離交叉口30 m位置設置情報板誘導屏+高閃設備，用于向主線車輛警示輔、支路車輛或行人等信息，提示主路車輛減速或剎車，以保證交叉口交通安全。顯示屏和高閃設備的安裝位置視道路實際情況而定，當有綠化帶時，優(yōu)先考慮設置在中分帶，當無中分帶時，考慮建設懸臂性桿件，顯示屏安裝在懸臂橫桿上。顯示屏的長寬分別為3 m×0.5 m。

（2）在主路兩個進口位置地面上設置發(fā)光警示地燈，同時在路側(cè)機箱內(nèi)設置地燈控制器，實現(xiàn)對單個交叉口內(nèi)所有地燈的控制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸饔?，當夜晚或雨霧冰雪等能見度較差的時候，輔、支路監(jiān)測到有車輛或行人時，主路的地面發(fā)光警示地燈配合情報板誘導屏和高閃設備一起向主線車輛發(fā)出警示信息，提升交通安全。

（3）在兩個支路的進口側(cè)5～10 m位置設置雷視一體機，設備正對支路來車方向（設備所在一側(cè)的支路），用于監(jiān)測支路的車輛和行人信息，當監(jiān)測到有車輛或行人駛?cè)霑r，及時將信息推送給交叉口的控制主機。

（4）每個無信控交叉口設置一套交叉口控制主機，并設置于路側(cè)的機箱內(nèi)（與交換機等設備共機箱安裝），用于實現(xiàn)對前端雷視一體機、情報板誘導屏、地燈控制器、高閃設備等的集中管控和數(shù)據(jù)推送。

2.3 車輛測速監(jiān)測及反饋系統(tǒng)

為有效實現(xiàn)對車輛車速的控制，在國道G236補充建設車輛測速設施，并配套建設超速車輛信息反饋顯示系統(tǒng)，以對超速駕駛員起到提示和警示作用。要求測速監(jiān)測系統(tǒng)空間分辨率高，穿透力強，支持全天候環(huán)境下工作，不受雨、霧、大風、灰塵、光照等影響。測速距離最大100 m，測速范圍5～300 km/h，能夠?qū)崿F(xiàn)對2個車道的車輛監(jiān)測，當車輛超速時顯示紅色車速，車輛未超速時顯示綠色車速。

2.4 交通量調(diào)查系統(tǒng)

在K753+100處建設1處1類交通量調(diào)查點，應用交通量調(diào)查系統(tǒng)實現(xiàn)交通量調(diào)查功能。交通量調(diào)查系統(tǒng)包括前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、后端管理子系統(tǒng)。其中，前端子系統(tǒng)包括抓拍單元、激光監(jiān)測單元、激光建模單元、激光數(shù)據(jù)服務器，主要實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)調(diào)查功能；后臺管理子系統(tǒng)主要指交通調(diào)查平臺，主要實現(xiàn)調(diào)查數(shù)據(jù)的匯聚、分析、展現(xiàn)、存儲等功能[3]。傳輸子系統(tǒng)實現(xiàn)前端子系統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)上傳到后端管理子系統(tǒng)，使得交通調(diào)查數(shù)據(jù)實時傳輸，交通調(diào)查視頻畫面實時查看、瀏覽。系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

視頻抓拍單元與激光監(jiān)測單元共同工作，進而對車輛識別、監(jiān)測。激光數(shù)據(jù)服務器對調(diào)查數(shù)據(jù)匯聚、統(tǒng)計、處理，得到符合調(diào)查標準的數(shù)據(jù)格式。通過傳輸網(wǎng)絡，上傳到交通調(diào)查平臺。除調(diào)查數(shù)據(jù)外，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)等也同時上傳到平臺。監(jiān)控中心可按需對錄像回放或下載，并實時監(jiān)測設備信息，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。

抓拍單元采用普通卡口方式安裝，架設高度約為6.0 m，可覆蓋3車道。激光監(jiān)測單元采用垂直路面方式安裝，架設高度約為6.0 m，可覆蓋3車道，當架設高度提高到8.5 m時，可覆蓋4車道。視頻抓拍位置距離龍門架垂直面約25 m，抓拍單元先抓拍，激光監(jiān)測單元后監(jiān)測。

當車輛進入抓拍單元監(jiān)測范圍時，抓拍單元識別、跟蹤車輛，在觸發(fā)線位置抓拍車輛外輪廓。之后繼續(xù)跟蹤車輛，直到駛出監(jiān)測區(qū)域。激光數(shù)據(jù)服務器接收到抓拍圖片及車輛信息后，基于“深度學習”識別出車輛品牌、子品牌、車型等信息。當車輛通過激光監(jiān)測單元監(jiān)測區(qū)域時，對車輛的寬度、高度、長度等外輪廓特征掃描監(jiān)測，激光建模單元根據(jù)掃描數(shù)據(jù)建立車輛模型。

激光監(jiān)測單元構(gòu)造包括激光發(fā)射器、激光接收器、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)三部分。激光掃描器連續(xù)不停地發(fā)射激光脈沖，由旋轉(zhuǎn)光學機構(gòu)將激光脈沖按一定角度間隔（角度分辨率）發(fā)射向掃描角度內(nèi)的各個方向而形成一個以徑向坐標為基準的二維掃描面。被測物體位置信息通過掃描器到物體的距離及對應的角度數(shù)據(jù)給出，支持流量調(diào)查功能、地點車速調(diào)查功能、車頭時距調(diào)查功能、車頭間距調(diào)查功能、跟車百分比調(diào)查功能、時間占有率調(diào)查功能、數(shù)據(jù)傳輸功能。

2.5 合流交匯預警系統(tǒng)

合流交匯預警系統(tǒng)主要通過智能道釘閃爍功能，一方面可以強化能見度較差情況下的車道輪廓以及匯流區(qū)域邊緣輪廓保證駕乘人員按照車道行駛，避免駛出車道撞倒路緣石；另外一方面通過提醒合流的車輛，引導駕駛員降低車速、提高注意力，從而提升合流安全性。

通過在右轉(zhuǎn)專用道兩側(cè)以及在與右轉(zhuǎn)專用車道合流車道的路側(cè)每間隔1.5 m設置1套智能道釘，并借助就近桿件設置智能道釘控制器，實現(xiàn)對單個交叉口全部道釘?shù)目刂?，同時結(jié)合道路沿線設置的氣象環(huán)境監(jiān)測設備，通過后臺的融合，實現(xiàn)智能道釘?shù)拈_啟與關(guān)閉。此外，在實體島內(nèi)建設桿件，安裝雷達監(jiān)測器，在夜晚和能見度較低的氣象條件時，分別監(jiān)測主線車輛和右轉(zhuǎn)專用道車輛，當監(jiān)測到有來車可能產(chǎn)生交匯時，地面智能道釘就會加快閃爍頻率，提醒駕乘人員注意匯流安全性。

2.6 氣象環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

項目路段每年存在一定程度的惡劣天氣，嚴重影響行車安全，給行車安全和道路管控帶來了挑戰(zhàn)，但是當前道路沿線并未建設任何的氣象監(jiān)測設施，存在著極大的管理空白。此外，為了實現(xiàn)部相關(guān)文件中要求的加快推進“可視、可測、可控、可服務”的公路運行監(jiān)測體系建設，不斷提升服務能力和監(jiān)管水平的目標，案例項目建設霧氣監(jiān)測系統(tǒng)，通過獲取道路存在的霧氣情況，及時地將信息報送給相關(guān)單位，并及時通過情報板、導航地圖等進行發(fā)布，以提醒駕乘人員提高注意力、減速慢行，保證行車安全。

目前道路霧區(qū)監(jiān)測設施主要有兩種手段，一種是采用路面能見度監(jiān)測儀，主要是基于光散射的工作原理；另外一種是復用前端監(jiān)控視頻設備的方式，主要是通過利用前端布設的視頻攝像機和后端的分析軟件構(gòu)建高速霧氣分析系統(tǒng)，實現(xiàn)霧氣分級實時監(jiān)測和上報預警[4]。路面能見度監(jiān)測儀產(chǎn)品應用比較成熟，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，監(jiān)測精度比較高，能實現(xiàn)前后半徑4 km內(nèi)的團霧監(jiān)測。視頻+分析軟件的方式近些年才逐漸出現(xiàn)，性能無法保證，精度受到較多環(huán)境條件的限制和影響，無法保證。為了保證監(jiān)測有效性，該次考慮采用路面能見度監(jiān)測儀的方式。

考慮到路面能見度監(jiān)測儀監(jiān)測半徑4 km的實際性能，以及案例項目24.077 km的長度，實際情況下在該長度范圍內(nèi)的氣象條件變化較小，因此該次計劃選取云峰大橋建設路面能見度監(jiān)測儀。

路面能見度監(jiān)測儀通過前端的傳感器獲取路面的能見度信息，然后傳輸至后端的監(jiān)控平臺進行數(shù)據(jù)的融合應用。該次建設的全部路面能見度監(jiān)測儀均與案例項目建設的監(jiān)控攝像機共桿進行安裝。考慮到其功率較低，因此與采用監(jiān)控攝像機的供電設施進行同步供電。通信系統(tǒng)與監(jiān)控攝像機圖像進行匯聚后統(tǒng)一租用運營商的網(wǎng)絡進行上傳。

2.7 無人機巡航監(jiān)測系統(tǒng)

隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，已經(jīng)越來越廣泛地應用于道路的日常運營管理中來，通過無人機遠程巡飛，可以將道路的路面狀態(tài)、橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、路側(cè)的高邊坡狀態(tài)等現(xiàn)場畫面實時傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺。系統(tǒng)平臺結(jié)合最新的視頻識別和視頻分析技術(shù)，對拍攝到的道路路面狀態(tài)，以及橋梁結(jié)構(gòu)、橋墩裂紋及高邊坡開裂、坍塌等狀態(tài)進行自動化判別，提高了判斷的科學性和準確性，大幅度地提升道路養(yǎng)護和安全巡檢的效率和管控能力。

案例工程配置1套無人機系統(tǒng)，可以實現(xiàn)7 km范圍內(nèi)輻射巡航，通過在系統(tǒng)里面設定航線，達到巡航目的，錄制的照片和視頻回傳至系統(tǒng)內(nèi)進行下載，滿足公路巡查的實際需要。此外，當?shù)缆烦霈F(xiàn)了交通事故、道路嚴重擁堵等狀態(tài)時，可以放飛無人機去現(xiàn)場查看具體情況，也可以在無人機上掛載喇叭，對事故現(xiàn)場進行喊話，引導救援。

3 交通信息顯示服務系統(tǒng)

3.1 交通信息發(fā)布系統(tǒng)

交通信息發(fā)布系統(tǒng)是向道路交通參與者發(fā)布及時的交通狀況信息和交通誘導信息，是有效地預防、緩解和盡快消除道路交通擁擠和交通事故的最有效的手段之一?？梢酝ㄟ^交通誘導屏設備及時向出行者或者車輛駕駛員發(fā)布各種交通狀態(tài)、來車信息、意外事件、交通通告和相關(guān)信息，提高其駕乘車輛注意力，選擇最佳出行路徑、出行時間或行車速度等，從而有效地對交通流和車輛進行誘導，合理控制和均衡交通流分布，提高道路的暢通度以及道路行車的安全性，為駕駛?cè)藛T安全快速行車提供良好的服務。

目前幾條與G236相交的重要道路在與G236相交的路段前方均無信息發(fā)布設備，關(guān)于項目路段內(nèi)的交通擁堵、交通事故、道路施工等信息無法及時向相交道路的車輛發(fā)布，信息發(fā)布能力較弱，道路管控效率較低。為了提升路段及路網(wǎng)范圍內(nèi)的信息服務能力，提升道路管控的效率，該次考慮在部分與項目路段相交的重要路段交叉口前方建設交通誘導信息發(fā)布屏。

3.2 自發(fā)光安全誘導系統(tǒng)

區(qū)別以往利用“反光膜”被動發(fā)光的形式，采用接入“常電”模式，提高夜間識別度，而且在大霧、降水、霧霾等惡劣天氣情況下，也能夠使駕駛?cè)丝辞逑嚓P(guān)指路信息，對于提高通行效率、預防交通事故均起到關(guān)鍵作用。案例項目擬在全線設置約20個主動發(fā)光標志，主要設置在村口、路側(cè)重要開口、彎道密集處等位置?？紤]到持續(xù)惡劣氣象條件下發(fā)光標志牌的可持續(xù)使用需求，案例項目的發(fā)光標志牌的供電均采用就近接入市電供電的方案。

4 結(jié)語

該文介紹了國道G236公路改造項目為加強公路交通信息收集監(jiān)測能力所應用的一系列技術(shù)設計。該項目的交通信息收集監(jiān)測系統(tǒng)由交通事件監(jiān)測系統(tǒng)、人行橫道交匯預警監(jiān)測系統(tǒng)、車輛快速監(jiān)測及反饋系統(tǒng)、交通量調(diào)查系統(tǒng)、合流交匯預警系統(tǒng)、氣象環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、無人機巡航監(jiān)測系統(tǒng)等7方面的技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成。該項目的交通信息顯示服務系統(tǒng)由交通信息發(fā)布系統(tǒng)和自發(fā)光安全誘導系統(tǒng)構(gòu)成。高效率的交通信息收集監(jiān)測系統(tǒng)能夠助力公路管理部門迅速搜集和反饋各種交通信息，幫助公路管理部門在最短時間內(nèi)提供事件響應，及時處理交通事件，從而提高公路交通的通行效率、安全性及服務質(zhì)量。

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