高速公路拋灑物研究綜述

朱香敏, 婁二龍, 吳曉佩, 李海艦

(1.山東高速股份有限公司, 濟南 250101; 2.北京工業(yè)大學 北京市交通工程重點實驗室, 北京 100124)

0 引言

高速公路拋灑物是誘發(fā)交通事故和擁堵的重要原因之一,由于司乘人員拋灑、車輛掉落運載物品等行為而導(dǎo)致的交通事故屢見不鮮,拋灑物事件已經(jīng)對道路交通安全產(chǎn)生了嚴重威脅. 如何有效地防控拋灑物事件已經(jīng)成為高速公路管理者亟待解決的問題. 高速公路拋灑物主要是由拋灑物、遺撒物、其他障礙物組成[1]. 拋灑物側(cè)重于駕駛?cè)嘶虺丝偷闹鲃有袨楫a(chǎn)生;遺撒物側(cè)重于車輛運載物品的被動掉落;其他障礙物側(cè)重于外力干擾產(chǎn)生. 本文使用拋灑物作為拋灑物、遺撒物和其他障礙物的綜合名稱. 當駕駛?cè)擞龅酱竺娣e、大體積的拋灑物時一般會選擇繞道,此時車速減緩,換道和急剎車易引起車車碰撞或車輛側(cè)翻事故;而小面積、小體積的拋灑物不易被駕駛員發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致車輛無法及時避讓,從而引發(fā)車物碰撞事故. 總結(jié)以往的研究可發(fā)現(xiàn),高速公路拋灑物事故的類型主要有3種[2]：

1)追尾事故:當駕駛?cè)送蝗话l(fā)現(xiàn)前方拋灑物無法及時換道時,只能通過減速來避免撞上拋灑物. 如果這種減速行為屬于大幅減速,就可能會引起后車追尾.

2)碰撞拋灑物事故:由于駕駛?cè)艘暰嘤邢藁蛟谝雇頍o法識別某類拋灑物時,駕駛?cè)嗣鎸ν蝗怀霈F(xiàn)的拋灑物,如果來不及換道或減速,就會直接撞上拋灑物.

3)車輛部件或運載物品掉落運動砸落在其他車輛上的事故:這類事故屬于突發(fā)的意外事故,例如前方大貨車掉落有彈性的物品(輪胎),這類物品會相對長久的處于運動狀態(tài),直接砸落在后方車輛上.

目前對于拋灑物事故致因研究較少,大部分涉及拋灑物檢測算法方面,例如常用的背景差法[3]、幀差法[8]、深度學習法[13]等. 此外,高速公路管理人員根據(jù)日常管理經(jīng)驗提出了拋灑物的管控對策,蔣來[17]從多部門協(xié)同共治、執(zhí)法全面、廂式化運輸、培訓(xùn)管理人員、制定獎罰制度5個方面提出了治理拋灑物事件的建議對策. 現(xiàn)有研究對高速公路拋灑物的檢測算法及防控措施進行了廣泛討論,拋灑物的產(chǎn)生勢必會影響到交通流的正常運行,但是對其從產(chǎn)生到被清理的過程是如何影響交通流狀態(tài)[2]的研究卻十分有限. 為了有效地防控拋灑物事件,本文對拋灑物的分類、法規(guī)、檢測算法系統(tǒng)和管控對策4個方面內(nèi)容進行總結(jié),為管理人員提供防控建議,并為拋灑物理論研究方向奠定研究基礎(chǔ).

1 拋灑物分類

高速公路上的拋灑物主要包括人為拋灑物、車輛遺撒物和其他事件產(chǎn)生的障礙物等. 本文對高速公路拋灑物給出以下定義:人為拋灑物是指行駛在高速公路上的車輛中的駕駛?cè)嘶虺丝拖蜍嚧巴鈦G棄的各種廢棄物,多見于小汽車,例如:飲料瓶、水果皮、打火機、塑料袋及廢紙屑等;車輛遺撒物是指行駛在高速公路上的車輛由于外界干擾(不良天氣、車輛事故)或自身故障而掉落的車載物品或車輛部件,多見于大貨車,例如:蔬菜、木材、紙箱、鐵皮、篷布、家具等;其他障礙物主要有養(yǎng)護或綠化等工作遺留的工具(例如:交通錐)和瀝青混凝土等材料殘渣,駕駛?cè)嗽趹?yīng)急車道更換并遺留的輪胎,高速公路附屬設(shè)施損壞產(chǎn)生物體,不良天氣環(huán)境下吹落的綠化枝條,車輛碾壓動物產(chǎn)生的動物尸體等. 高速公路拋灑物的分類如圖1所示.

2 拋灑物管控相關(guān)法規(guī)

目前在《中華人民共和國道路交通安全法》《中華人民共和國道路運輸條例》《中華人民共和國道路交通安全法實施條例》《公路安全保護條例》及《道路貨物運輸及站場管理規(guī)定》5個文件中規(guī)定了駕駛?cè)嗽诔鲂羞^程中避免產(chǎn)生拋灑物事件的管理要求和產(chǎn)生拋灑物事件后的處置辦法及處罰措施,另外對于公安機關(guān)和道路管理機構(gòu)也給出了相關(guān)建議,具體內(nèi)容如圖2所示.

圖2 公路拋灑物事件相關(guān)法律規(guī)定

管理要求中首先對駕駛?cè)顺鲂星疤岢隽艘恍┘s束條件,例如:嚴禁超載,不得遺撒運載物品,不得向道路上拋灑物品;車輛運載物品易掉落、飄散的,應(yīng)當采取封閉式運輸(例如:廂式密閉)等有效防護措施方可在公路上行駛. 其次規(guī)定了駕駛?cè)顺鲂兄腥绾翁幚碜陨碥囕v遺撒的物品:若發(fā)現(xiàn)自身車輛發(fā)生物品遺撒時,駕駛?cè)藨?yīng)當及時采取措施處理;無法處理的,應(yīng)當在拋灑物來車方向適當距離外設(shè)置警示標志,并迅速報告公路管理機構(gòu)或者公安機關(guān)交通管理部門. 最后規(guī)定了駕駛?cè)税l(fā)現(xiàn)拋灑物時(非自身車輛掉落),也應(yīng)當及時報告公路管理機構(gòu)或者公安機關(guān)交通管理部門.

《公路安全保護條例》中對公安機關(guān)和道路管理機構(gòu)在治理拋灑物事件時的責任進行了劃分:公安機關(guān)交通管理部門應(yīng)當責令改正車輛運載物品掉落、遺撒、飄散等違法行為;公路管理機構(gòu)、公路經(jīng)營企業(yè)應(yīng)當及時清除掉落、遺撒、飄散在公路上的拋灑物.

處罰措施主要是針對對交通流運行造成重大影響或引起交通事故造成人身財產(chǎn)安全的拋灑物事件規(guī)定駕駛?cè)讼嚓P(guān)責任及處罰標準,《公路安全保護條例》中規(guī)定駕駛?cè)笋{駛的車輛發(fā)生拋灑行為后,未采取措施處理造成他人人身財產(chǎn)損害的應(yīng)當依法予以賠償. 具體處罰措施包括:

1)道路貨物運輸經(jīng)營者沒有采取必要措施防止貨物脫落,處1 000元以上3 000元以下的罰款,情節(jié)嚴重的,由原許可機關(guān)吊銷道路運輸經(jīng)營許可證或者吊銷其相應(yīng)的經(jīng)營范圍;2)車輛運載物品觸地拖行、掉落、遺撒或者飄散,造成公路路面損壞、污染的,由公路管理機構(gòu)責令改正,處5 000元以下的罰款.

目前的法規(guī)中并未對駕駛?cè)说膾仦⑿袨檫M行扣分處罰,后續(xù)完善此類法規(guī)時應(yīng)當考慮此內(nèi)容,對駕駛?cè)诵谐捎辛Φ姆杉s束. 此外各地方高速公路管理部門應(yīng)當通過各種渠道加大對拋灑物相關(guān)法規(guī)內(nèi)容的宣傳力度,使司乘人員了解拋灑行為的危害及處罰要求.

3 拋灑物檢測算法及系統(tǒng)

高速公路拋灑物的檢測方法主要分為2類:人工巡查和自動檢測[19]. 人工巡查有2種方式:①清障人員定期到高速公路上現(xiàn)場巡查,靠肉眼發(fā)現(xiàn)拋灑物;②在高速公路管控中心查看實時監(jiān)控視頻發(fā)現(xiàn)拋灑物. 人工巡查的效率較低,并且第1種人工巡查方式具有一定的危險性;另外隨著高速公路不斷擴建,道路上的監(jiān)控攝像頭越來越多,第2種人工巡查方式的難度也在不斷加大. 人工巡查的方式已經(jīng)不能滿足拋灑物檢測的需求,所以自動檢測方法應(yīng)運而生.

自動檢測方法包含2種[20]：直接檢測和間接檢測. 間接檢測方法主要是判斷檢測器獲取的交通流參數(shù)是否異常. 例如車輛在高速公路上遇到拋灑物時,大多數(shù)駕駛員都會選擇避讓,這就導(dǎo)致在此拋灑物附近的交通流參數(shù)(例如:車速、密度)發(fā)生變化,當發(fā)現(xiàn)此類事件時,高速公路監(jiān)控系統(tǒng)就會發(fā)出提醒[22]. 間接檢測算法包括模式識別(California算法[23])、統(tǒng)計分析(Bayesian算法[24])、交通流模型[25](Mu1t1ple Model和Catastrophe Theory算法)、人工智能算法(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[26])等. 間接檢測的分析結(jié)果主要是異常交通事件(事故、擁堵等),其工作效率低,并且不利于視頻監(jiān)控,對拋灑物的檢測存在漏報、錯報的現(xiàn)象. 在當前拋灑物的檢測研究方面,間接檢測算法已經(jīng)逐漸弱化,實際工程應(yīng)用及理論研究中更傾向于利用視頻設(shè)備對直接檢測算法展開研究.

直接檢測方法是通過高速公路上的攝像頭直接對拋灑物進行檢測,這個過程就是檢測設(shè)備“看到”了道路上的拋灑物,然后反饋給檢測系統(tǒng). 檢測過程中需要用到圖像識別、處理、反饋等技術(shù),并且要在高速公路上布設(shè)更多的攝像機設(shè)備. 下面主要對直接檢測方法中的主要算法包含的不同檢測原理、優(yōu)缺點進行對比分析,具體內(nèi)容如表1所示.

表1 拋灑物直接檢測算法

部分學者在背景差法和幀差法的基礎(chǔ)上,改進了適用于檢測拋灑物的算法[27]. 汪貴平等[30]設(shè)定五幀差分原則并與能設(shè)定自由閾值的背景差法相結(jié)合,改進了圖像中陰影和光線的影響問題,實現(xiàn)了對高速公路拋灑物的檢測. 李清瑤等[31]提出了1種適用于檢測車輛拋灑物的算法,利用累計差的方法設(shè)定圖像幀間連續(xù)進行差分,提高了對拋灑物的檢測效率,最后與均值背景法相結(jié)合消除了拋灑物圖像缺失的問題. 直接檢測算法在近年來得到了快速發(fā)展,其具有檢測速度快,檢測精度、效率高等優(yōu)點. 但是需要在高速公路上設(shè)置更多的視頻檢測設(shè)備,這樣才能保證全方位地檢測拋灑物. 此外,視頻檢測器容易受到不良天氣的影響,后續(xù)的研究應(yīng)提高檢測算法的精確度和適應(yīng)性.

在實際工程應(yīng)用中,拋灑物的檢測往往包含在交通事件檢測系統(tǒng)當中. 國外的檢測系統(tǒng)發(fā)展較早,并且檢測效果較好,例如美國Sensing Systems, Inc公司研發(fā)的Aotuscope RackVision系統(tǒng)[32]、比利時的VIP視頻檢測系統(tǒng)[33]等. 我國的交通事件檢測技術(shù)發(fā)展起步較晚,但是發(fā)展速度較快,北京宇航時代科技發(fā)展有限公司在2006年研制的“時代一號”檢測系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對拋灑物的有效檢測[34]. 近年來,各地方的高速公路相關(guān)公司在開發(fā)的交通事件檢測系統(tǒng)中也陸續(xù)添加了檢測拋灑物的模塊,具體內(nèi)容如表2所示.

表2 不同高速公路拋灑物檢測系統(tǒng)

4 拋灑物管控對策

對高速公路管理者而言,有效地管控拋灑物事件是一項非常艱巨的工作,同時這項工作對提升高速公路交通安全至關(guān)重要. 部分一線工作人員結(jié)合日常高速公路管理運營經(jīng)驗,對拋灑物事件的管控問題提出了相關(guān)對策. 吳興波等[39]針對如何應(yīng)對特大型橋梁上的拋灑物提出了建立完善信息傳遞機制、事件處置機制及考核機制的對策,本著“早發(fā)現(xiàn)、早處置”的原則,確保檢測、反饋拋灑物的渠道多樣且通暢;強化各部門之間的聯(lián)動,做好指揮調(diào)度及清理救援工作;最后要在管理部門內(nèi)部制定考核制度,調(diào)動工作人員積極能動性. 丁建立等[40]提出建立由交警、路政、業(yè)主等單位協(xié)調(diào)互助的治理小組,建立黑名單庫自動攔截曾發(fā)生過嚴重拋灑物事件或高危的車輛;同時制定拋灑物上報反饋獎勵方案,激發(fā)管理人員和群眾的積極性,并做好拋灑物的相關(guān)宣傳工作.

根據(jù)山東高速拋灑物管理經(jīng)驗,作者從宣傳、聯(lián)動、提升、制度及處罰5個方面總結(jié)提出管控拋灑物的方案:

1)為了從源頭防止拋灑物產(chǎn)生,在收費站入口前需要工作人員檢查貨車捆扎貨物是否牢固,存在捆扎風險的車輛禁止駛?cè)敫咚俟?收費站入口及高速公路上添加“貨物捆扎要記牢、拋灑行為不可要”“嚴禁拋灑、人人有責”類標志標語,對司乘人員起到宣傳和警示的作用.

2)高速公路的管理運營需要多家單位聯(lián)合互動,業(yè)主可規(guī)定相關(guān)工作人員進行日常巡查,及時清理小型拋灑物,對于大型拋灑物或由拋灑物引起的交通事故事件可由交警到現(xiàn)場協(xié)助清理和執(zhí)法處罰.

3)高速公路上車流量較多且車速較快,清障人員在現(xiàn)場清理各車道上的拋灑物時存在較大安全風險,其被來往車輛撞擊的事件也時有發(fā)生,所以業(yè)主方可采購智能巡檢清理設(shè)備,并且定期對清障人員進行安全工作技能培訓(xùn),提高清障救援隊伍工作水平,同時保障清障人員人身安全.

4)業(yè)主可制定內(nèi)部管理制度,定期獎勵清理拋灑物數(shù)量較多的員工,調(diào)動工作人員積極性,此外還可發(fā)布群眾上報拋灑物的獎勵措施,拓展拋灑物信息收集渠道.

5)交通管理部門結(jié)合相關(guān)法規(guī),制定不同等級拋灑物事件的處罰措施,包括扣分、罰款等內(nèi)容. 各部門管理人員應(yīng)充分履行好相關(guān)責任,積極主動地投入到拋灑物事件治理工作當中,從多方面、多角度地實現(xiàn)對高速公路拋灑物事件宣傳到位、預(yù)警有效、清理及時、上報積極、處罰合理及記錄完備的目的.

基于以上研究現(xiàn)狀,本文結(jié)合拋灑物類別、屬性、特性及對車輛的影響模式等內(nèi)容總結(jié)出高速公路典型拋灑物的分類信息表(見表3).

表3 高速公路典型拋灑物分類信息

5 總結(jié)與展望

有效完善拋灑物防控工作對于提升高速公路交通安全至關(guān)重要,對拋灑物有效認知是開展拋灑物防控工作必不可少的前提. 本文主要對拋灑物進行分類,梳理了相關(guān)法規(guī)中對司乘人員及管理人員的相關(guān)要求,總結(jié)對比了目前檢測拋灑物常用的算法原理、工程應(yīng)用中的檢測系統(tǒng),最后結(jié)合當前管理人員治理拋灑物對策并根據(jù)日常管理經(jīng)驗提出了拋灑物管控建議.

在未來拋灑物事件的管理層面,高速公路管理部門應(yīng)當建立高速公路拋灑物數(shù)據(jù)庫,可主要記錄拋灑物類型、事故原因、事故程度、清理時間等內(nèi)容,為后續(xù)拋灑物事件的理論研究提供數(shù)據(jù)支撐;此外還需及時制定相關(guān)法規(guī)及清理救援方案. 在理論研究層面,由于現(xiàn)實高速場景中提取車輛躲避或撞擊拋灑物時的數(shù)據(jù)比較困難,所以可利用駕駛模擬實驗獲取相關(guān)細粒度數(shù)據(jù),研究拋灑物對駕駛員的干擾原理及駕駛員躲避或撞擊拋灑物時的駕駛行為、生心理變化等;另外可構(gòu)建基于車路協(xié)同技術(shù)的拋灑物預(yù)警管理策略,研究不同預(yù)警方式的差異性和有效性.