基于光纜通信技術的道路護欄安全系統的探討

鄧小健

【摘 要】文章探討開發基于光纜通信技術的道路護欄安全技術系統，具有預防、預警控制、救援功能；該系統全天候實施終端監控，利用終端測試距離準確定位，再利用視頻系統初步了解現場情況，然后通知路政、交警和醫院實施應急救援，提高了救援的及時性和準確性，消除附帶的安全隱患。由于固定的反光膜光纖在公路、鐵路兩側具有良好的反光性，可起到路標警示作用，從而有效地預防交通事故的發生。

【關鍵詞】光纜通信；道路護欄；安全系統

【中圖分類號】TN929.11；U491.5【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2016）01-0019-03

1 探討道路安全護欄技術的重要性

我國高速公路發展迅猛，預計到2020年，公路里程將達到7萬km以上。但我國的道路交通事故造成的損失遠大于世界發達國家，道路交通事故致死率也遠大于發達國家[1]。隨著社會經濟的發展、車輛的日益增多，道路交通安全事故也呈逐年遞增趨勢，特別是高速公路里程的增加，使其交通安全事故所造成的人員傷亡和財產損失遠遠高于一般公路，其事故的死亡率是一般公路的2倍以上。中國每年死于交通事故的人數達7萬人以上，造成交通事故的主要因素是人、車、路和環境。造成道路交通安全隱患的因素是多方面的，比如道路基礎設施建設速度低于交通通行需求的發展速度，道路設計要求與實際運行狀況不協調，道路標志或標線設置得不科學，道路配套設施建設不完善等。因此，道路安全設施技術的研究開發成為熱點。

作為重要的道路安全設施之一的隔離護欄，是沿著道路路基邊緣或中央隔離帶設置以減少失控車輛駛出路外或駛入對向車道的道路安全設施。中國每年約1/3的道路交通事故是由于車輛越出路外造成的，隨著護欄安裝里程數的增加，交通事故造成的死亡人數及受傷人數逐年減少[2]。有研究表明，重型客貨車和小客車所占的事故比重及事故嚴重程度呈逐年上升的趨勢。究其原因，中國高等級道路主要采用波形梁護欄，它對現階段的主體車型小客車及大型、重型客貨車的防護能力明顯不足。當前，中國主體車型已由20世紀末的中型貨車轉為客車，特別是小客車。同時，貨車呈現朝大型、重型化方向發展的趨勢。研制符合中國當下道路交通形勢的新型護欄已成為當務之急。

為此，本文探討通過技術集成進行“基于光纜通信技術的道路護欄安全系統”的構建。該系統是道路防備意外事故的安全保護裝置，適用于高速公路、鐵路防備意外事故的光纖通信系統保護。

2 國內外同類道路安全技術產品

2.1 道路護欄技術產品

道路護欄產品門類眾多，非金屬類有PVC等塑料護欄、混凝土護欄，金屬類有鋼質護欄、鋁合金護欄。國外塑料護欄發展迅速、應用廣泛，風靡歐、美、日等國。例如，在2000—2005年，美國塑料及復合材料護欄消費量幾乎翻番，由1 066.8萬m增至2 072.6萬m[3]。在中國，上海市工程建設標準化辦公室推出了《PP-N塑料隔離護欄應用技術規程》（DBJ/CT 024—2004）；中國工程建設標準化協會制定了《聚丙烯復合塑料隔離護欄應用技術規程》（CECS 176：2005）；2006年度國家“火炬計劃”研究了《PP-N塑料隔離護欄應用技術標準》；魏榮等人以191不飽和聚酯樹脂作黏結劑、表面氈玻璃纖維原絲和玻璃纖維布作增強材料、空心玻璃微珠作填料、楠竹片作芯材，制成了玻璃鋼護欄。

我國的專利產品燈光式安全護欄具有多個立柱，以及連接各立柱之間的橫管，立柱和橫管設有發光元件，立柱的上部設有橢圓管的扶手管。該產品克服了公知技術的缺陷，倒梯形護欄既美觀又有利于燈具的安裝和使用；扶手與立柱設置為扶手偏向一側形成彎弧狀，可阻止翻越；立柱外側嵌入LED景觀燈、護欄上橫管內嵌入照明燈，可方便人們步行，各部件之間能夠方便地拆卸和組裝，易于制造、運輸，并可根據需要調整護欄的長度。

2.2 高速公路安全監控系統

高速公路監控系統主要由信息采集、信息處理、交通控制、信息發布等系統構成。信息采集系統通過各種傳感器負責數據采集、提供原始數據，信息處理是通過事件檢測（對原始數據用算法判斷自動提醒可能事件并通過視頻監視確認）、專家系統（對確認事件自動提供一套處理方案）等部分進行，交通控制系統則根據處理方案通過信息提供系統達到緩解交通堵塞的目的。

具有發明專利的光纜通信線路安防監控系統有多個模塊：光源模塊和干涉模塊、監控線路（包括單一光纖）用于傳輸干涉載波；末端模塊用于接收干涉載波并平衡系統頻譜范圍、調整光路偏振態、高強度反射入射光信號，從而得到有用的干涉信號；檢測和放大模塊對干涉模塊輸出的光信號進行光電轉換并進行低噪聲放大以適合運算處理器采集和運算；數據采集和信號分析模塊對來自檢測和放大模塊的信號進行高速數字化數據采集，對擾動引起的光程差引起的相位變化進行解調還原，經頻譜變換得出線路全程的信號全譜頻域數據，找出各階頻率缺損點，確定擾動發生的位置；信息通過信息存儲模塊保存到數據庫中，并經網絡實時發送到管理監控終端。

3 基于光纜通信技術的道路護欄系統功能的思考

3.1 光纜通信技術對道路安全護欄系統功能的保障

光纜通信具有很多優點：{1}通信容量大、傳輸距離遠；一根光纖的潛在帶寬可達20 THz，一秒鐘左右即可將包含人類古今中外的文字資料全部傳送完畢；光纖的損耗極低，無中繼傳輸距離可達幾十甚至上百公里。{2}信號串擾小、保密性能好。{3}抗電磁干擾、傳輸質量佳，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。{4}光纖尺寸小、重量輕，便于敷設和運輸。{5}材料來源豐富，有利于保護環境，有利于節約有色金屬銅。{6}傳輸的信號不能跑出光纖以外，無輻射，難于竊聽。{7}光纜適應性強，壽命長。

道路安全涉及駕駛人員、環境、道路、車輛等諸多復雜因素。如，道路越來越多、路況越來越復雜、行車數量越來越多、行車規模（重量噸級）越來越大、流通速度越來越快、安全要求越來越高、護衛難度越來越大，因此需要低成本、適應性好、可靠性好的技術支撐其安全預防、控制和救護工作，而光纜通信技術可以有效地滿足道路安全的特點及要求。

3.2 道路安全護欄系統功能的實現

通過利用反光膜、光纜通信技術實現道路管理智能化以提高其安全性和應急救援反應速度，利用終端測試距離準確定位，再利用視頻系統初步了解現場情況，然后通知路政、交警和醫院實施應急救援，提高了救援的及時性和準確性。固定的反光膜光纖在公路、鐵路兩側具有良好的反光性，可起到路標警示作用。

本文將反光膜技術、光纜通信技術、音頻技術、視頻技術集成應用于道路安全護欄技術系統；本系統不但具有道路安全預防、預警控制、救援支撐（包括救援預案）等功能，還有道路安全的音頻、視頻信息采集、儲存和輸送功能，為道路安全管理提供信息依據。

4 護欄技術系統的集成

4.1 護欄技術系統集成的要點

（1）道路安全預防、控制、救護技術系統功能及框架的構成。利用強力反光膜通信光纜粘貼固定在高速公路、鐵路護欄上，使護欄形象植入神經，然后在護欄隔離帶下淺埋一條鎧裝視頻、音頻傳輸光纜，再通過終端處理達到使公路、鐵路智能化，同時提高其安全性和應急救援速度的作用。它的原理是用強力反光膜光纜固定在經過清潔處理的高速公路、鐵路鍍鋅護欄板上，全天候地實施終端監控，只要有信號中斷就意味著有車輛或其他外力碰到了護欄，利用終端測試距離準確定位，再利用視頻系統初步了解現場情況，然后通知路政、交警和醫院實施應急救援，提高了救援的及時性和準確性。使事故現場得到及時清理，能盡快恢復道路暢通，同時使傷者得到及時的救護，有效地避免了二次事故的發生。

（2）技術硬件的篩選與集成。根據道路安全預防、預警控制、救援的要求進行系統技術硬件的篩選、集成，包括強力反光膜、通信光纜，視頻、音頻硬件及其傳輸光纜等的篩選、配置。實現系統的可行性、經濟性。

（3）系統技術參數的設定。包括光纜、視頻、音頻等技術參數如何根據行車的人機控制原理及道路參數、環境參數進行設計確定，實現系統的準確性、及時性、可靠性。

4.2 系統集成的關鍵技術

（1）利用強力反光膜的道路（高速公路、鐵路）防護欄安全預防技術。

（2）利用光纜通信技術的道路安全護欄預警控制技術。

（3）利用光纜通信技術對道路安全事故現場準確定位、利用視頻評價現場狀況和應急預案相結合的救援技術。

5 總結

（1）探討開發基于光纜通信技術的道路護欄安全技術系統，具有預防、預警控制、救援功能，經演示理論上利用反光膜良好的反光預警，使事故率降低30%～40%；利用光纜通信易持續24 h實時監控，終端平臺1 s內就能掌握現場情況、5 min啟動應急救援；正確率達95%以上，使出警救援效率提高50%以上。

（2）該系統的技術具有獨特的創造性、新穎性、實用性，經提煉申報“利用反光膜通信光纜使高速公路鐵路智能化同時提高安全性和應急救援反應速度的方法”的國家發明專利獲受理。該系統全天候實施終端監控，利用終端測試距離準確定位，再利用視頻系統初步了解現場情況，然后通知路政、交警和醫院實施應急救援，提高了救援的及時性和準確性，消除附帶的安全隱患。由于固定的反光膜光纖在公路、鐵路兩側具有良好的反光性，可起到路標警示作用，從而有效地預防交通事故的發生。

參 考 文 獻

[1]許洪國，周立，魯光泉.中國道路交通安全現狀、成因及其對策[J].吉林大學交通學院，2009，14（8）.

[2]胡曉娟，胡毅夫.國內道路交通安全現狀、原因及防治對策[J].工業安全與環保，2009（10）.

[3]康麗霞.道路交通現代化發展趨勢研究[J].內蒙古公路與運輸，2009（4）.

[責任編輯：鐘聲賢]