永泰跨線橋主動(dòng)預(yù)警限高架的應(yīng)用研究

伍 鵬

（廣州市公路實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,廣東 廣州 510630）

0 引言

限高架主要設(shè)置在樞紐、互通及涵洞的出入口處，用于限制過(guò)高的車(chē)輛不能通過(guò)，以保證通行橋梁的安全[1]。目前，傳統(tǒng)限高在交安工程中主要采用物理限制，并在距出入口一定距離設(shè)立標(biāo)志牌提醒來(lái)往車(chē)輛，無(wú)法主動(dòng)精準(zhǔn)地探測(cè)出行駛車(chē)輛的高度并進(jìn)行精準(zhǔn)警示，同時(shí)有效疏導(dǎo)指示的設(shè)立不夠或不夠醒目。限高架通過(guò)剛性手段攔截超高車(chē)輛，讓橋梁不被破壞，但對(duì)司乘的生命安全關(guān)注度不夠。通過(guò)增設(shè)主動(dòng)預(yù)警體系與限高架本體剛?cè)嵯酀?jì)，可以減少超高車(chē)輛撞架事故及損失程度。當(dāng)前，對(duì)主動(dòng)預(yù)警限高架傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究較多，而應(yīng)用研究幾乎沒(méi)有。

1 撞架事故原因分析

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，道路里程和橋梁數(shù)量快速增長(zhǎng)，附著的限高架也越來(lái)越多。同時(shí)，機(jī)動(dòng)車(chē)的數(shù)量也逐年增長(zhǎng)，超高車(chē)輛與限高架碰撞事故屢有發(fā)生，嚴(yán)重影響司乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全：

2015年2月14日，廣東一大巴撞上限高架，車(chē)頭部分被削去三分之一，造成2死9傷；2015年9月1日，青海海東一輛混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)撞上限高門(mén)架，造成2人死亡；2018年12月，湖北一輛雙層公交車(chē)撞上了3 m高的限高架，事故造成2死6傷；2020年6月11日，安徽海南一輛農(nóng)用拖拉機(jī)撞上限高門(mén)架，事故造成1人死亡；2021年4月17日，桂林載客56人的客運(yùn)大巴與限高架發(fā)生碰撞，造成1死8輕；2022年11月18日，浙江溫州一輛貨運(yùn)汽車(chē)發(fā)生撞架事故，造成1人死亡……

2017年11月，交通運(yùn)輸部正式發(fā)布《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGD81—2017），進(jìn)一步規(guī)范了道路限高門(mén)架的設(shè)置，但不可改變的是限高門(mén)架的材料屬性。當(dāng)前，限高門(mén)架以Q235、Q345鋼結(jié)構(gòu)為主，發(fā)生碰撞時(shí)，難以做到柔性緩沖。

因限高架的特殊性，撞架事故的后果極其嚴(yán)重[2]，所以有必要對(duì)限高架事故發(fā)生的原因進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)的技術(shù)和手段進(jìn)行優(yōu)化，從而降低事故發(fā)生的概率[3]。

對(duì)近10年來(lái)公開(kāi)報(bào)道的113起撞架事故就責(zé)任界定進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，分別從限高架產(chǎn)權(quán)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位進(jìn)行責(zé)任歸口，形成匯總表如表1所示：

表1 近10年撞架事故責(zé)任方統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)最高人民法院的中國(guó)裁判文書(shū)網(wǎng)，對(duì)已公開(kāi)的限高架類(lèi)交通安全事故判決文書(shū)進(jìn)行梳理，共有文書(shū)960份，其中可供查閱并認(rèn)定責(zé)任的文書(shū)198份，對(duì)該198份文書(shū)認(rèn)定的責(zé)任方進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以限高架產(chǎn)權(quán)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位及其他責(zé)任方進(jìn)行責(zé)任歸口，如表2所示：

表2 裁判文書(shū)網(wǎng)門(mén)架事故責(zé)任方統(tǒng)計(jì)表

不難發(fā)現(xiàn)，司機(jī)作為超高車(chē)輛的掌控人，在車(chē)撞架事故樣本中的責(zé)任比例高達(dá)90%。通過(guò)分析，司機(jī)肇事的主要原因如下：①并沒(méi)有察覺(jué)到車(chē)身高度超過(guò)了前方限高架；②存有僥幸心理，認(rèn)為限高架標(biāo)明的高度仍有富余，超高車(chē)輛可以通過(guò)；③雨霧天氣，視線受到影響，未發(fā)現(xiàn)限高架或無(wú)法獲取限高數(shù)據(jù)；④前方無(wú)預(yù)警牌或預(yù)警效果不明顯，車(chē)速過(guò)快來(lái)不及制動(dòng)；⑤注意力轉(zhuǎn)移、分心。

由此可見(jiàn)，如果能優(yōu)化預(yù)警體系，讓預(yù)警更為提前、更具有針對(duì)性和警示性，可一定程度上集中司機(jī)的注意力，提醒司乘人員車(chē)輛無(wú)法通過(guò)或采取繞行措施，能有效地減少碰撞事故的發(fā)生，或降低傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?，F(xiàn)以廣州市白云區(qū)永泰跨線橋?yàn)槔?，?duì)主動(dòng)預(yù)警限高架的應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 永泰跨線橋主動(dòng)預(yù)警限高架應(yīng)用

2.1 永泰跨線橋現(xiàn)狀

廣州市白云區(qū)永泰立交，北至白云大道白云堡掉頭匝道橋，南至白云大道安華匯掉頭位，東至同泰路叢云路口，西至尖彭路廣佛肇高速入口。其中永泰跨線橋全長(zhǎng)1 600 m，是南北走向的主動(dòng)脈，橋中間雙向均接華南快速（廣佛肇高速）出口車(chē)輛。

因道路情況復(fù)雜，來(lái)往客貨運(yùn)大車(chē)通行數(shù)量較多，各出入口橋梁通行高度不一，超高車(chē)輛與限高門(mén)架的碰撞偶有發(fā)生。經(jīng)調(diào)查，永泰跨線各方向通行高度如表3所示：

表3 永泰跨線橋橋下通行高度匯總表

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，跨線橋南側(cè)南向北前行方向上有4.5 m、3.8 m和3.5 m限高各一處，并且為單行道。該路段進(jìn)入后無(wú)法掉頭，因此需要在入口處設(shè)置提醒，避免超高車(chē)輛進(jìn)入后無(wú)法掉頭，造成事故及擁堵?？缇€橋北側(cè)北向南前行方向上有4.2 m限高兩處和3.5 m限高一處，并且為單行道。另有一處3.5 m限高無(wú)限高門(mén)架。該路段進(jìn)入后無(wú)法掉頭，因此需要在入口處設(shè)置提醒，避免超高車(chē)輛進(jìn)入后無(wú)法掉頭，造成事故及擁堵。

2.2 永泰跨線橋主動(dòng)預(yù)警限高架應(yīng)用方案

在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，廣州市公路實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司針對(duì)永泰跨線橋限高難題，組建了應(yīng)用研究和實(shí)施團(tuán)隊(duì)，集成激光雷達(dá)、中央處理單元、攝像頭、LED警示大屏、輔助燈帶和主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志等設(shè)施，形成了一套行之有效的主動(dòng)預(yù)警限高架應(yīng)用方案，讓限高架成套體系具備主動(dòng)捕捉車(chē)輛高度和車(chē)牌號(hào)的能力，發(fā)現(xiàn)超高車(chē)輛時(shí)，將有關(guān)信息自動(dòng)傳輸至后臺(tái)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)算法處理，聯(lián)動(dòng)LED警示大屏和輔助燈帶等預(yù)警裝置，提醒超高車(chē)輛司機(jī)無(wú)法通行，并指明繞行方向。應(yīng)用方案詳見(jiàn)圖1。

圖1 永泰跨線橋主動(dòng)預(yù)警限高架應(yīng)用總體方案圖

（1）在白云堡立交出口匝道設(shè)懸臂式激光雷達(dá)檢測(cè)L桿。為保證檢測(cè)效果，懸臂長(zhǎng)度10 m、桿件高度6.5 m。掛載于懸臂桿件上的激光雷達(dá)檢測(cè)單元位于道路正中間位置，垂直向下掃描，保證掃描區(qū)域均勻覆蓋兩側(cè)車(chē)道，以對(duì)過(guò)往車(chē)輛進(jìn)行高度檢測(cè)。

激光雷達(dá)具有車(chē)輛尺寸測(cè)量系統(tǒng)，可以自動(dòng)測(cè)量車(chē)輛的長(zhǎng)、寬、高尺寸，發(fā)送給工控機(jī)內(nèi)的算法進(jìn)行分析處理，并與后臺(tái)錄入的超高標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

應(yīng)用的激光雷達(dá)具備以下特點(diǎn)：①擁有三維點(diǎn)云圖像識(shí)別技術(shù)，能準(zhǔn)確檢測(cè)車(chē)輛的高度參數(shù)；②擁有三維成像檢測(cè)，不受光照條件和目標(biāo)顏色/灰度影響；③自適應(yīng)匹配濾波算法技術(shù)，提升氣象條件適應(yīng)性。

（2）在懸臂式激光雷達(dá)檢測(cè)L桿后30 m位置處，建設(shè)懸臂式抓拍L桿。為保證圖像獲取效果，懸臂長(zhǎng)度10 m、桿件高度6.5 m。抓拍系統(tǒng)包括一臺(tái)高清抓拍單元與三支補(bǔ)光燈，與檢測(cè)單元在識(shí)別車(chē)輛上保持同步。

抓拍系統(tǒng)使用的攝像機(jī)必須具備以下功能：①優(yōu)先選用安防級(jí)別車(chē)輛識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，分辨率達(dá)2 560×1 440；②支持高性能AI處理核心；③擁有車(chē)牌方向識(shí)別功能，可以過(guò)濾各方向無(wú)效來(lái)車(chē)；④自帶加熱功能，可以靈活應(yīng)對(duì)霜雪雨露等惡劣天氣；⑤支持App遠(yuǎn)控。

（3）建立基于智慧交通管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，作為管控各硬件模塊的支撐，不僅能讓各模塊聯(lián)動(dòng)響應(yīng)[4]，同時(shí)也為未來(lái)系統(tǒng)功能擴(kuò)展及優(yōu)化提供了充分的預(yù)留條件。

數(shù)據(jù)系統(tǒng)模塊的核心是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集限高架智能感知設(shè)備數(shù)據(jù)，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的不同功能提供遠(yuǎn)程控制能[5]。

智慧交通管理平臺(tái)是智能城市組成的重要部分，可以在平臺(tái)上輕松監(jiān)控集群管理下的產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)自帶數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)時(shí)抓取、過(guò)濾、匯總、分析和匯總生成當(dāng)天專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)報(bào)告，支持歷史數(shù)據(jù)以表格形式導(dǎo)出，對(duì)于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用具有重要意義。

（4）分流處設(shè)128 cm×192 cm LED預(yù)警屏2塊，分別位于北往北掉頭及北往東左轉(zhuǎn)門(mén)架附近。激光雷達(dá)獲取車(chē)輛的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后發(fā)送給數(shù)據(jù)處理后臺(tái)，通過(guò)工控機(jī)內(nèi)算法進(jìn)行分析處理，獲得車(chē)輛的高度和關(guān)聯(lián)定位該車(chē)輛，觸發(fā)攝像頭抓拍該車(chē)輛的車(chē)牌，并在電子警示屏上顯示車(chē)牌號(hào)及警示文字（如“粵A12345涉嫌超高，禁止通行”）。

（5）環(huán)限高架設(shè)置豎向及橫向黃閃燈帶。在北往北掉頭、北往南直行、北往東左轉(zhuǎn)限高架的橫梁及立柱上，安裝XHD-5412H-L1黃閃燈帶。限高架加裝輔助發(fā)光燈帶，與檢測(cè)設(shè)備聯(lián)動(dòng)，正常情況下黃色慢閃，當(dāng)檢測(cè)到超高車(chē)輛時(shí)，轉(zhuǎn)為高頻閃，對(duì)司機(jī)起到強(qiáng)烈的預(yù)警。燈帶1 m/條，考慮到門(mén)架寬度為11.5 m，高度約3.6 m，橫向設(shè)燈帶10條，側(cè)向設(shè)燈帶2條，雙側(cè)布置，詳見(jiàn)圖2。

圖2 永泰跨線橋黃閃燈帶布置圖

（6）在各限高架上安裝主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志，增強(qiáng)預(yù)警效果。主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志，光線穿透力強(qiáng)，可視距離遠(yuǎn)，可滿足各種惡劣氣候條件，有效降低交通事故發(fā)生[6]。

當(dāng)車(chē)輛通過(guò)附著有激光雷達(dá)檢測(cè)單元的懸臂桿時(shí)，雷達(dá)會(huì)迅速捕捉到車(chē)輛的高度信息和輪廓模型，將信息數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過(guò)視頻抓拍系統(tǒng)獲取超高車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)，然后聯(lián)動(dòng)LED預(yù)警屏和黃閃燈帶，在預(yù)警屏上顯示出超高車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)和預(yù)警文字信息，加快限高門(mén)架上燈帶的黃閃頻率，以吸引司機(jī)的注意力，使其獲取無(wú)法通行的信息。

優(yōu)化主動(dòng)性能后的限高門(mén)架，預(yù)警效果明顯增強(qiáng)：

（1）優(yōu)化前限高門(mén)架標(biāo)識(shí)和警示單一、效果一般，優(yōu)化后可以通過(guò)主動(dòng)發(fā)光標(biāo)志、黃閃燈帶和LED顯示屏多渠道顯示預(yù)警。

（2）電子警示屏上顯示出車(chē)牌號(hào)及提醒文字，預(yù)警的針對(duì)性和有效性更加明顯。

（3）黃閃燈帶聯(lián)動(dòng)高頻預(yù)警，超高車(chē)輛駕駛員注意力將更加集中。

2.3 永泰跨線橋主動(dòng)預(yù)警限高架應(yīng)用效果及優(yōu)化方向

永泰跨線橋主動(dòng)預(yù)警門(mén)架耗時(shí)20 d建成，目前設(shè)施處于調(diào)試狀態(tài)。通過(guò)項(xiàng)目建立的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)調(diào)取主動(dòng)預(yù)警限高架建成后2個(gè)月的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：共檢測(cè)通過(guò)車(chē)輛1 608 714車(chē)次，其中3.5 m以上超高車(chē)輛14 214車(chē)次，4.2 m以上超高車(chē)輛1 628車(chē)次。

在投入使用至今的2個(gè)月內(nèi)，未發(fā)生車(chē)撞架事故。與未建設(shè)主動(dòng)預(yù)警限高架前相比，社會(huì)效益顯著，詳見(jiàn)表4：

表4 投入使用前后事故對(duì)比表

每?jī)蓚€(gè)月，在門(mén)架維修和肇事車(chē)輛維修2處可節(jié)約費(fèi)用74 754元，若以年為單位，既可減少損失897 048元，也能最大程度地避免交通擁堵。

盡管在永泰跨線橋下建設(shè)主動(dòng)預(yù)警限高架后，暫無(wú)碰撞事故發(fā)生。但相比傳統(tǒng)單一的限高門(mén)架，主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)和電力為基礎(chǔ)運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)不可避免地會(huì)因客觀條件不穩(wěn)定。優(yōu)化算法、布設(shè)備用電源或采用太陽(yáng)能供電作為補(bǔ)充，是后續(xù)應(yīng)用研究中的方向。

3 結(jié)語(yǔ)

在永泰跨線橋下，通過(guò)集成激光雷達(dá)，利用雷達(dá)的主動(dòng)捕捉技術(shù)，將超高車(chē)輛的信息上傳至后臺(tái)控制系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)視頻控制系統(tǒng)、輔助燈帶等主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)超高車(chē)輛進(jìn)行定向提醒，可以有效減少車(chē)撞架事故的發(fā)生率。優(yōu)化算法保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用太陽(yáng)能板供電作為補(bǔ)充以應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，可以作為后續(xù)應(yīng)用研究的方向。