河南省高速公路外場監控設施布設研究

陳征　雷雨　陳劉偉

摘要：文章所述研究基于交通運輸部高速公路監控技術要求和河南省有關高速公路外場監控設備布設要求，借鑒國內外高速公路外場監控設施的布設理念，提出適合于我國國情（河南省省情）的高速公路外場監控設施布設方法，以期為我國（河南省）高速公路外場監控設施的布設提供科學化、合理化、規范化的依據，從而提高高速公路的聯網監控水平。

關鍵詞：高速公路；監控設施；布設技術；聯網監控水平；車輛檢測器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN929 文章編號：1009-2374（2016）34-0123-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.060

1 車輛檢測器布設方法

1.1 基于交通事件的檢測器布設方法研究

當路段發生交通事件時，會導致該處交通運行速度下降，交通流阻塞（形成交通瓶頸）。根據交通流理論，會產生壓縮波，并沿交通流方向向后傳播。

壓縮波波速可按式（1）計算：

（1）

式中：

、——斷面A、B的車流密度（輛/km）

、——斷面A、B的交通流量（輛/h）

按照上述原理，檢測器A、B的距離為：

（2）

式中：

（3）

（4）

式中：

、——交通參數變化傳播到上、下游的時間

——路段自由流速度

比較先進的交通事件檢測算法是采用的雙環形線圈數據，只要上游或者下游檢測點檢測到交通流參數變化，都將對交通事件做出反應，最不利的情況是發生的交通事件位于兩個相鄰檢測點的中間位置，可要求檢測器布設間距為：

（5）

研究發現，壓縮波的出現會造成車速急劇下降、車流密度和占有率急劇上升。當密度（或占有率）的增量大于30%以上，則可判定發生交通事件，因此可設定發生交通事件時，斷面A的密度與斷面B的密度滿足：

（6）

1.1.1 小密度下的檢測器布設間距理論值。當交通量不大時，路段交通流密度為低密度狀態。根據交通流理論，交通流運行速度和密度滿足以下關系：

1.1.2 高密度下的檢測器布設間距理論值。在交通密度較大情況下，一旦發生事故則會出現車道堵塞，車流立即呈現飽和狀態，則：

（9）

應用公式可計算得到高密度情況下車輛檢測器布設距離理論值如表2：

從表1和表2給出的計算結果可以發現，檢測器布設間距不僅與事件響應時間有關還與交通流運行狀態有關。假定交通事件響應時間要求不大于1min。則當交通為低密度時（對應交通量不大），車輛檢測器布設間距可選擇1.0～2.0km；當交通為高密度時（對應交通量不大），車輛檢測器布設間距可選擇0.5～1.0km。

1.2 基于交通狀態發布的車輛檢測器布設方法研究

該類信息主要是為了滿足交通管理的需要，一般要求采集周期最長為15min，最短為1min，因此檢測器布設間距可以考慮最短采集和最長采集周期要求布設。

1.2.1 最短布設間距。最短布設間距要求滿足車輛以自由流狀態行駛時，在一個（最小）采集周期內不能穿越兩個路段單元（以檢測器布設點劃分），因此按照最短采集周期為一分鐘，可以計算最短布設間距：

（10）

我國高速公路路段限速主要有三種情況：80km/h、100km/h和120km/h。因此，對應的最短布設距離為1.3km、1.6km、2km。平均距離為1.6km。

1.2.2 最長布設間距。交通狀態中最不利的情況是出現交通堵塞情況。在交通堵塞狀態下，交通波向堵塞點上游傳播，而通過堵塞點的車輛則以自由流速度行駛，因此最長布設間距可以根據交通波傳播理論計算。根據運營管理需要，信息采集應滿足周期15min采集精度。檢測器布設間距為：

（11）

因此，對應著路段限速三種情況：80km/h、100km/h和120km/h，可計算得到最長布設距離6km、7.5km、9km。平均距離為7.8km。

2 可變情報板布設方法

2.1 可變情報板前置距離理論模型

駕駛人對交通標志信息的認知和處理過程是一個極其復雜的過程（如圖1）。駕駛中的駕駛人在識認點A處已經發現標志S，但是由于距離原因還不能認讀標志上的具體信息，在這一階段，駕駛人主要進行標志形狀、顏色等的分辨，直到B點開始讀取標志信息，到C點可以把標志信息完全讀完，B到C這段距離稱為認讀可變情報板標志的距離；讀完標志后，駕駛人應做出采取行動的判斷，這段距離稱為判斷距離。

讀完可變情報板標志后，駕駛人在C點開始做出相應的反應，并在D點開始看不到可變情報板，行駛至E點反應完畢，這段距離稱為反應距離J，從這一刻開始采取行動，從行動點E到行動完成點G的距離稱為行動距離L，駕駛人在這段時間內必須安全順暢地完成必要的動作，如變換車道、改變方向、減速或停車等。一般來說，從B點到標志的距離，稱為視認距離，從C點到標志的距離稱為視認完成距離。

前置距離也是可變情報板在設置時必須保證的距離（例如對高速公路分流誘導情報板而言），從標志版面的距離到下游分流點的距離應該大于前置距離。

2.2 可變情報板布設位置建議

可變情報板的設置位置和密度對于信息的可視性及提供的實時性有很大的影響，所以可變情報板設置時要綜合考慮設置間距、路段、路口的行車條件等因素。通常高速公路可變情報板需求位置分為以下四類：（1）重大分流點的上游；（2）有分流條件的常發性擁堵點上游；（3）有分流條件的事故多發點上游；（4）自救匝道等特殊需求路段的上游。

3 攝像機布設方法

3.1 攝像機監控范圍

《視頻交通事件檢測器》（GB/T 28789-2012）給出了攝像機作為視頻監測設備時其安裝條件和有效檢測范圍。因此，當攝像機采用固定式安裝時，其有效檢測范圍可按表3確定。當攝像機為遙控方式時，其有效檢測范圍為表3的2倍確定。

3.2 攝像機布設位置

根據高速公路外場監控要求和攝像機功能，確定攝像機布設主要位置如下：（1）滿足特殊構造物的監控要求，監控攝像機應布設于樞紐互通、隧道、特大橋、道路主線、服務區、停車區、收費站、大型結構物、收費車道等路段處；（2）滿足交通擁堵和交通誘導信息發布的監控要求，應布設于交通量大、易發生交通阻塞路段，條件許可應滿足無盲區監控；（3）滿足交通事件監控要求，應布設于事故多發、氣候條件復雜、急彎陡坡度路段、不良線形等特殊路段；（4）滿足重點監控需要，應對特大橋和隧道實施加密布設。長度1000m以上特大橋的路段應設置遙控攝像機，并保證無監控盲區；對隧道應布設攝像機，并保證無監控盲區。

4 結語

高速公路外場監控設施布設研究對于規范和指導高速公路外場設施建設規劃、設計與管理具有重要的意義，在節省建設資金、提供高速公路通行效率、減少事故發生以及填補河南省在外場監控設施研究地方標準制定方面的空白等方面起到了積極推動作用。高速公路外場監控設施布設是個動態過程，它隨著交通建設、科技進步和交通管理需求的發展而發展。因此對高速公路外場設施布設研究是一項長期的、動態的工作，該領域的研究也需要繼續不斷地進行探索，以滿足道路交通發展的新需求。

參考文獻

[1] 朱玉周，程家合，魯坦.河南省交通氣象服務系統設計探討[J].氣象與環境科學，2012，（35）.

[2] 方青.高速公路固定檢測器布設方案分析[J].交通科技與經濟，2010，（12）.

（責任編輯：王 波）