互聯網+智能化惡劣天氣行車安全預警系統研究

■張智超

（福建省高速公路監控中心浦城分中心，浦城353400）

互聯網+智能化惡劣天氣行車安全預警系統研究

■張智超

（福建省高速公路監控中心浦城分中心，浦城353400）

惡劣天氣是高速公路行車安全的巨大隱患，為有效減少惡劣天氣對高速公路行車安全和運營管理的危害，浦城監控分中心開發了互聯網+智能化惡劣天氣行車安全預警系統軟件。本文介紹該系統軟件的各個功能模塊，分析了該系統如何及時向車戶發布信息預警提示和誘導提示。該系統軟件對減少惡劣天氣下事故的發生，保障車戶的行車安全有重要意義。

惡劣天氣智能化互聯網行車安全預警系統

1 引言

惡劣天氣是高速公路發生交通事故的重要誘因[1]。如何有效減少惡劣天氣下交通事故的發生，保障廣大司乘人員的行車安全，確保高速公路在惡劣天氣下的良好運營，是對高速公路運營管理公司的嚴峻考驗[2]。目前國內為保證惡劣天氣下行車安全所采取的預警措施大多依賴人工自主識別當時的路況信息或利用氣象監測設備采集的數據，再通過人工發布信息告知車戶，這些方法由于受到各種客觀條件限制，具有滯后性。

據研究，由于惡劣天氣路面狀況變差，同樣行駛工況下駕駛人操作相同，但由于路面附著系數下降和視線的限制，車輛容易超出車道，甚至失去控制，發生事故，而降低車速有助于提高車輛的行駛穩定性[3]。通過研制安全氣象預警系統和鄰近預報服務系統，提前告知車戶，讓車戶具有心理準備，在行車時控制車速，能最大限度的減少惡性交通事故[4]。

浦城地處閩北山區，閩、浙、贛三省交界處。轄區內不少路段地處崇山峻嶺，路況復雜且氣候惡劣，京臺閩浙省際站惡劣天氣尤為明顯，全年霜凍期逾60天，雨霧天氣達150多天。司乘人員在惡劣天氣狀況下行車具有極大的安全隱患[5]。為了應對這一狀況，浦城分中心在畢嶺關隧道、浮蓋山隧道洞口安裝環形霧燈，在惡劣天氣時開啟霧燈能引導車輛安全行駛。霧燈的開啟主要依賴監控員半小時一次巡檢外場云臺來判斷外界路況的能見度，當圖像界面顯示能見度較低時，監控員通過統一監控軟件開啟環形霧燈，引導車輛安全駛入隧道。若圖像顯示能見度正常時，則不予操作。另外分中心在畢嶺關隧道北側安裝氣象監測站，該設備可采集現場的溫度、濕度、風向、風速、降水量、路面狀態、能見度七個重要參數，可供監控員在需要時查看。惡劣天氣條件下，監控員每半小時查看氣象站數據，把查看的實時數據告知相關部門并發布情報板信息告知車戶。從上述的工作流程中可以看出，霧燈是否開啟的主要判定方式依賴于監控員的判斷，具有不確定性，并且半小時巡檢一次，使得霧燈的開啟具有滯后性；氣象站的數據采集到監控員發現問題，再到信息發布告知車戶這中間的過程也具有一定的滯后性。

2 預警系統軟件的開發

霧燈的開啟與情報板的信息發布的及時，對提醒廣大車戶減速慢行，從而保證行車安全具有重要意義[6]。為此浦城監控分中心開發了一套互聯網+智能化惡劣天氣行車安全預警系統軟件（以下簡稱預警軟件），將現有的情報板、霧燈與氣象站聯動，實現智能化發布信息預警提示和誘導提示；同時借助互聯網微信平臺及時向廣大車戶發送惡劣天氣鄰近預警服務信息。該預警軟件基于物聯網概念，依托氣象站采集的實時能見度、溫度、路面狀況等重要參數。該軟件的開發和使用減少了人為服務的滯后弊端，使車戶盡早了解惡劣天氣下的路況信息，以此保障廣大車戶在惡劣天氣下的行車安全，對高速公路惡劣天氣下的事故預防具有重要意義。

預警軟件使用C#WinForm.net語言編程，C#綜合了VB簡單的可視化操作和C++的高運行效率。該軟件的開發工具是Visual Studio 2013，開發組件是.NET Framework 4.0。Visual Studio 2013是基于.NET Framework 4.0的目前最流行的Windows平臺應用程序的集成開發工具，它可以幫助開發人員迅速創建跨平臺、跨操作系統、跨語言的軟件和應用程序。中間層軟件采用KEPServer OPC軟件，OPC軟件主要是作為計算機與PLC進行通信的接口軟件。計算機通過TCP通信采集氣象站數據，并將數據存儲到數據庫中。采集的間隔時間為1分鐘，間隔時間可通過配置文件進行設置。通過對預警參數的閥值設置，來確定是否報警，通過TCP通信協議聯動情報板，通過歐姆龍PLC聯動霧燈，同時語音報警提示監控員進行確認。簡潔明了的軟件界面，便捷的操作方式讓監控員的工作更加順暢。同時利用軟件微信報文訂閱功能可以直接生成信息報文，并打開微信平臺，監控員只需復制粘貼就可以把實時報文推送給廣大車戶。預警軟件是整個預警系統的核心。

圖1 預警軟件操作界面

2.1 預警軟件的功能模塊

預警軟件的主要功能有:氣象站重要參數獲取服務、智能化霧燈預警聯動服務、智能化情報板預警聯動服務、微信平臺鄰近預警服務、用戶管理服務。

2.1.1 氣象站重要參數獲取服務模塊

通過氣象站設備設置功能模塊來設置所需氣象站的IP、端口號、設備名等參數。氣象站重要參數采集子系統是預警系統功能得以實現的基礎。氣象站由傳感器、數據采集器、供電系統和通訊模塊4部分組成，對能見度、風向、風速、氣溫、濕度、雨量、路面狀況（表面溫度、干濕狀況、結冰）等7個要素進行自動監測和采集。數據通過以太網光端機，每分鐘一個包傳輸到分中心監控大廳氣象工作站的預警系統軟件中，軟件對數據進行處理。氣象站如下圖2。

圖2 氣象站

2.1.2 智能化霧燈預警聯動服務模塊

聯動服務軟件通過配置的OPC軟件與PLC進行通信，通過歐姆龍CJ1 PLC對霧燈進行遠程控制。通過霧燈參數設置模塊來設置霧燈所屬的PLC、OPC服務器IP、OPC服務名稱等參數，添加刪除霧燈設備，選擇聯動的霧燈和設置霧燈聯動的能見度預警閥值。通過從氣象站獲取的能見度數據，判斷能見度報警。如果獲取的能見度小于設置的報警值，將寫值到對應霧燈OPC變量進行開關操作。當能見度低于于設置閥值時，發出語音提示告知監控員，并智能開啟環形霧燈，進行行車安全誘導提示。當能見度高于設置閥值時，軟件自動關閉霧燈并發出語音提示告知監控員。當有特殊情況時，還可以進行人工調節霧燈的開關，使霧燈的開啟方式更加靈活。詳見圖3。

圖3 濃霧天氣霧燈自動開啟

2.1.3智能化情報板預警聯動服務模塊

智能化情報板預警聯運服務模塊由情報板參數設置和內容訂閱兩個模塊構成，氣象站采集的數據通過預警系統軟件實時發送至道路沿線的信息發布屏。

情報板參數設置模塊：設置情報板IP、端口、是否啟用聯動的參數，也可以添加刪除情報板設備。通過該模塊，監控員可根據惡劣天氣的影響程度來選擇在所需情報板上發布預警提示。

內容訂閱模塊：可設置情報板聯動時需要顯示的內容，訂閱內容設置為勾選按鈕，需要顯示的內容打勾并保存即可。可預覽訂閱的內容，根據情報板的類型分類預覽。主要分為96×48、352×32、160×96三類尺寸情報板。可以設置顯示時的效果，可設置字體、字體顏色、背景顏色、顯示方式等效果。監控員可根據不同的特殊天氣來選擇發布的信息要素，突出天氣的特點，讓車戶更加容易解讀信息。遇突發事件，如事故信息、封道信息時，可在監控大廳直接遠程手動控制情報板，發布所需的特殊信息，使車戶第一時間了解路段最新的路況信息，行車安全的同時得到全新的服務體驗。冰雪天氣下情報板發布冰雪信息如下圖4。

圖4 冰雪天氣情報板發布預警提示

2.1.4 微信平臺鄰近預警服務模塊

充分利用互聯網資源，借助微信平臺，建立名為“浦城分中心惡劣天氣預警”微信公眾號，通過公司宣傳讓廣大車戶通過手機微信APP關注。一方面可以根據實時接收到的氣象數據，待監控員確認后，利用軟件的微信訂閱報文模塊生成報文，通過新媒體微信平臺向廣大車戶發布相應的氣象預警信息提醒及安全行車提示，保證高速安全暢通；另一方面，積極關注當地氣象部門發布的關于惡劣天氣信息，利用互聯網微信平臺提前告知廣大車戶進行鄰近預報服務，比如在冰雪天氣時通過微信平臺發布信息，告知車戶，就可以讓車戶調整出行路線或時間，可以緩解惡劣天氣下的交通壓力，保障車戶安全。此外微信平臺還可宣傳高速公路的相關政策和法規、行車安全小知識等，提升運營管理公司社會服務水平。微信平臺鄰近預警服務如圖5。

圖5 微信平臺鄰近預警服務

2.1.5 用戶管理服務模塊

用戶賬號類型分為三種：管理員、技術員、監控員。只有管理員用戶菜可以管理用戶并擁有對軟件所有功能模塊參數設置功能。技術員用戶可以對軟件除用戶管理服務外的其他所有模塊進行參數設置。監控員用戶可對內容訂閱模塊、微信報文訂閱模塊所有功能進行操作。也可在情報板、霧燈參數設置模塊中選擇聯動的相關設備和是否聯動，但是沒有增減設備及更改設備IP的權限。

2.2 預警系統的設備拓撲圖及工作流程圖

圖6是預警系統設備拓撲圖，氣象站通過數據采集模塊采集存儲，傳輸到隧道口機房數據交換機，再通過光傳輸到分中心機房數據交換機存儲至服務器，大廳監控工作站通過軟件從服務器中調取所需的數據，經過軟件分析對環形霧燈、情報板進行聯動，自動生成微信報文供微信平臺發布信息使用。情報板、微信平臺向車戶發布預警信息，霧燈對車戶提供誘導提示。

圖6 預警系統設備拓撲圖

預警系統的工作流程（見圖7）：首先預警軟件從氣象站中獲取相關參數，每分鐘提取一次，判斷天氣狀況。若無惡劣天氣，則預警軟件無預警。若天氣惡劣則預警開啟：能見度低至小于霧燈參數設置的能見度值時，軟件自動遠程控制PLC設備開啟環形霧燈，誘導車戶安全駛入隧道；情報板根據預警軟件的設置自動聯動情報板，發布選定的天氣要素預警信息，提示車戶減速行駛，保障行車安全；通過軟件微信報文訂閱或外部氣象局等應急預報信息，經監控員編輯，推送給廣大車戶，讓車戶提前了解路況，重新規劃出行計劃或謹慎駕駛，確保行車安全。霧燈與情報板發生相關預警聯動時，都會發出語音提示，讓監控員從圖像或者其他方式獲得信息進行審核。

圖7 預警系統工作流程圖

3 效益

從社會效益上看，縮減了監控人員從巡檢到發布信息預警和開啟誘導提示的中間過程，最大限度地降低人為服務的滯后弊端。設備聯動時，預警軟件語音提示監控人員進行審核，人機雙審核保證系統正確工作。從信源上來說，系統發布信息直接來自氣象站的采集，保證了發布的信息不被監控人員的主觀判斷影響和視頻設備等客觀設備所干擾，加強了信息的時效性和準確性。通過預警軟件準確、及時向車戶發布信息預警提示和誘導提示，保障了廣大車戶在惡劣天氣下的行車安全。

從經濟效益上看，（1）節省運營單位在惡劣天氣下巡檢天氣狀況的人工、油耗、車輛成本：巡檢節約總成本（p）=人工成本（p1）+油耗成本（p2）+車輛成本（p3）。霜凍期60天計算，雨霧天氣按150天計算，車輛每公里油耗為1元，畢嶺關隧道巡檢區間往返為70公里。霜凍期夜間交警、路政各增加巡檢2次，監控、養護各增加巡檢一次，白天監控、養護、交警、路政等部門各增加巡檢一次，增加次數為10次；雨霧天氣按交警、路政各增加一次巡檢，其余部門未增加巡檢次數,則增加次數為2次。人工成本按每人每次60元計算，每次巡檢2人，則單次巡檢人力成本為120元，p1=每天巡檢次數×單次巡檢人力成本×巡檢天數=10×120×60+2×120×150=180000元。油耗節約成本=每天巡檢次數×每公里數油耗×巡檢公里數×巡檢天數按，霜凍期油耗成本=10×1×70×60=42000元。同理雨霧天氣油耗成本=150×1×2×70=21000元，即p2=霜凍期油耗成本+雨霧天油耗成本=42000+21000=63000元。車輛成本按平均每一萬公里500元計算，則p3=（車輛行駛公里數/ 10000）×500=（4.2+2.1）×500=3150元。則每年巡檢節約總成本p=p1+p2+p3=246150元。

（2）另外養護和路政部門可以在路面結冰初期及時發現并處理，同樣可以減少除冰成本，并緩解路面結冰造成的通行壓力。

（3）減少了車戶在惡劣天氣下由于發生事故或因事故發生導致的車輛滯留所帶來的損失。

4 結論

預警軟件是針對惡劣天氣行車安全事故發生前的預防所采取的措施，首先通過微信平臺提前告知車戶近期的惡劣天氣信息，提供鄰近預警服務，讓車戶可提前規劃出行方案；其次在惡劣天氣時，通過霧燈和情報板與氣象站的聯動，保證信息預警提示和誘導提示在惡劣天氣下及時開啟，保障廣大車戶的行車安全。福建省轄區內高速公路大部分路段地處山區，氣候環境復雜，高速公路橋隧比大，預警軟件對減少惡劣天氣下我省高速公路行車事故的發生具有重要意義。該預警軟件的開發使用是高速公路運營管理公司在惡劣天氣下行車安全的風險防控上邁出的堅實一步。

[1]白永清,何明瓊,劉靜,祁海霞.高速公路交通事故與氣象條件的關系研究[J].氣象與環境科學,2015,38:66-71.

[2]吳傳宏.高速公路惡劣天氣預警系統探析[J].中國交通信息化,2016（2）:94-95.

[3]何杰,劉霞,陳一鍇,趙池航.惡劣天氣路面條件對行車安全的影響[J].交通運輸工程學報,2011,11（1）:58-63.

[4]賈曉剛,焦圣明.滬寧高速公路低能見度監測預警系統的研究[J].中國交通信息產業,2006（6）:69-71.

[5]賈軼亮.惡劣天氣下高速公路交通安全管理方法分析[J].科技創新與應用,2015,（35）:281.

[6]周呈強.高速公路隧道安全管理和二次事故預防探討[J].大眾科技, 2006（1）:100-101.