隧道路況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

鄧周全 蔡直言 張文靜 陶雨

（鄭州大學(xué)，河南鄭州 450000）

隧道路況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

鄧周全 蔡直言 張文靜 陶雨

（鄭州大學(xué)，河南鄭州 450000）

高速公路隧道交通事故發(fā)生的概率主要受人為因素、隧道環(huán)境因素和管理因素綜合影響。通過對(duì)隧道交通事故致因的分析，建立車輛線性跟馳模型并進(jìn)行推演分析，試通過縮短駕駛員的反應(yīng)時(shí)間或者降低敏感度的方式，降低隧道追尾事故發(fā)生概率。同時(shí)，試建立一種面向車輛駕駛員和隧道管理單位的交通流信息管理與提示系統(tǒng)，提醒駕駛員及時(shí)規(guī)避，以縮短駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，降低交通事故發(fā)生概率。

高速公路隧道；交通事故；成因；線性跟馳模型；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

目前，我國(guó)是世界上公路隧道最多，發(fā)展最快的國(guó)家。隧道在縮短距離，節(jié)省時(shí)間，保護(hù)環(huán)境和提高車速方面發(fā)揮了積極作用，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，但長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中也暴露出隧道事故率高發(fā)的缺點(diǎn)。因此，如何減低隧道路段車禍?zhǔn)鹿拾l(fā)生率就顯得尤為重要。

1 高速公路隧道交通事故類型及事故原因

1.1 人為因素

國(guó)內(nèi)外的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在高速公路交通安全影響因素中，人為因素占80%。究其原因，一是當(dāng)駕駛員在特長(zhǎng)隧道里行駛時(shí)，人造光源、單一背景容易造成駕駛員視覺疲勞，使駕駛員對(duì)車速失去控制，進(jìn)而造成隧道追尾事故。二是駕駛員白天駕車進(jìn)入隧道，由于光線強(qiáng)度突變?cè)斐裳劬Χ虝r(shí)間難以適應(yīng)，產(chǎn)生短時(shí)間的視覺“黑洞”［1］。

1.2 隧道因素

隧道線性、路面特性、橫縱坡面、警示標(biāo)識(shí)和照明通風(fēng)系統(tǒng)等將直接影響駕駛員作出合理判斷，對(duì)交通事故的發(fā)生有顯著影響。隧道作為封閉空間，導(dǎo)致隧道行車環(huán)境與露天有所不同，隧道內(nèi)大量塵埃不能及時(shí)排除，車輛排出的廢氣凝聚在路面上，降低路面的摩擦系數(shù)，造成車輛高速行駛時(shí)側(cè)滑撞擊隧道壁或制動(dòng)距離延長(zhǎng)。

1.3 管理因素

管理因素主要是指隧道路面管理系和車速警示牌，目前主要的隧道路面管理系統(tǒng)功能包括隧道通風(fēng)和照明系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、隧道消防滅火系統(tǒng)和閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)等，其功能主要體現(xiàn)在隧道發(fā)生交通事故后及時(shí)處理并減少事故影響，并不能滿足預(yù)防車禍發(fā)生的要求。

2 車輛線性跟馳模型

跟馳模型是一種刺激-反應(yīng)的表達(dá)式。假定駕駛?cè)吮３炙{駛車輛與前導(dǎo)車的距離為S（t），以便在前導(dǎo)車制動(dòng)時(shí)能使車停下而不至于和前導(dǎo)車尾相撞。設(shè)駕駛?cè)说姆磻?yīng)時(shí)間為T，在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)車速不變，這2輛車載t時(shí)刻的相對(duì)位置用圖1表示，圖1中n為前導(dǎo)車，n+1為后隨車。兩車在制動(dòng)操作后的相對(duì)位置如圖1所示。

圖1 線性跟馳模型示意圖

圖1中，xi（t）為第i輛車在時(shí)刻t的位置；S（t）為兩輛車在時(shí)刻t的間距；d1為后隨車在反應(yīng)時(shí)間T內(nèi)行駛的距離為后隨車在減速期間行駛的距離；d3為前導(dǎo)車在減速期間行駛的距離；L為停車后的車頭間距；x˙i（t）為第i輛車在時(shí)刻t的速度。

假定d2=d3，，要使在時(shí)刻t兩車的間距能保證在突然制動(dòng)事件中不發(fā)生碰撞，則應(yīng)有：對(duì)t微分，得：

這樣，就可以理解為：反應(yīng)=靈敏度×刺激。

通過上述數(shù)學(xué)模型可以看出，當(dāng)前后兩車的剎車性能接近時(shí)，決定兩車是否相撞的因素為后車駕駛員的反應(yīng)時(shí)間或敏感度。隧道因其特殊的駕駛環(huán)境導(dǎo)致駕駛員的反應(yīng)時(shí)間增加，即剎車距離延長(zhǎng)，發(fā)生連環(huán)追尾的概率增加。

3 解決方案

為了解決因隧道昏暗導(dǎo)致駕駛員降低警惕性和缺乏準(zhǔn)備時(shí)間的問題，考慮設(shè)計(jì)出一種能監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)交通流特性，并通過誘導(dǎo)顯示屏實(shí)時(shí)告知隧道內(nèi)外的駕駛員的系統(tǒng)。

4 隧道路況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

4.1 隧道管理站

隧道管理站的數(shù)據(jù)光端機(jī)，負(fù)責(zé)將經(jīng)微處理器預(yù)處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾碚颈O(jiān)控計(jì)算機(jī)，然后監(jiān)控計(jì)算機(jī)將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理分析，其功能應(yīng)滿足以下2點(diǎn)：①若數(shù)據(jù)在合理范圍內(nèi)波動(dòng)，則將隧道內(nèi)交通信息通過誘導(dǎo)顯示屏即時(shí)反饋給隧道內(nèi)外的駕駛員；②若數(shù)據(jù)顯示隧道路況異常，則由隧道管理人員查證，經(jīng)確認(rèn)無誤再通過誘導(dǎo)顯示屏駕駛員即時(shí)提醒隧道內(nèi)外的駕駛員避讓減速。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸部分

準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集是隧道路況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后續(xù)分析的首要條件，然而原始數(shù)據(jù)中往往包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，甚至因隧道噪音和車輛碾壓導(dǎo)致檢測(cè)器失效進(jìn)而造成數(shù)據(jù)丟失、錯(cuò)誤，故有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和修正。因此，微處理器的作用在于預(yù)處理和判斷大量由檢測(cè)器采集的數(shù)據(jù)，通過前期的篩選工作來增加系統(tǒng)的容錯(cuò)性和準(zhǔn)確性。

4.3 環(huán)形線圈監(jiān)測(cè)單元

檢測(cè)器安裝在車道的特定位置，以統(tǒng)計(jì)通過該位置的交通流量?，F(xiàn)實(shí)中的檢測(cè)器具有感應(yīng)并記錄通過車輛信息以及將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)洁徑鎯?chǔ)單元的功能。因此，按照實(shí)際檢測(cè)器所具有的功能，其功能應(yīng)滿足以下3個(gè)方面：記錄指定時(shí)間內(nèi)的車輛通過量；獲得通過車輛的行駛速度；將檢測(cè)信息保存到交通流數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)，以便路口控制器與通信類的讀取。

4.4 誘導(dǎo)信息顯示屏

誘導(dǎo)信息顯示屏負(fù)責(zé)群體誘導(dǎo)信息的發(fā)布，顯示屏中顯示的信息一般為前方隧道內(nèi)的擁堵等級(jí)或者經(jīng)過處理的隧道內(nèi)交通流信息，該信息只對(duì)可能經(jīng)過該隧道的接收者產(chǎn)生影響。

5 結(jié)論

通過車輛與隧道管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋控制，試建立一個(gè)面向車輛駕駛員和隧道管理單位的隧道管理和信息提示系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運(yùn)行原理為通過監(jiān)測(cè)單元收集數(shù)據(jù)，位于隧道管理站的監(jiān)控計(jì)算機(jī)將采集的數(shù)據(jù)加以處理分析，而后系統(tǒng)將隧道前方的路況數(shù)據(jù)發(fā)布在隧道附近的誘導(dǎo)信息顯示屏上，告知即將進(jìn)入隧道和隧道里的駕駛員合理控制速度、間距，保證車輛安全順暢地通過隧道區(qū)域。未來工作重點(diǎn)在于驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用價(jià)值，研究系統(tǒng)在山嶺重丘區(qū)隧道群的作用和系統(tǒng)的編程組網(wǎng)，以期本文能為之后的研究提供新的研究思路。

［1］張玉春，何川，方勇，等.高速公路隧道群交通事故風(fēng)險(xiǎn)致因分析［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009（9）：120-124.

Real Time Monitoring System of Tunnel Traffic

Deng Zhouquan Cai Zhiyan Zhang Wenjing Tao Yu
（Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450000）

The probability of traffic accidents on highway tunnel is mainly affected by human factors,environmental factors and management factors.Through the analysis of the cause of the tunnel traffic accident,the vehicle following model was established and analyzed,to reduce the accident probability of tunnel through reducing the driver reaction time or the sensitivity of the way.At the same time,this paper tried to establish a traffic flow information management and prompting system for vehicle drivers and tunnel management units,to remind the driver to avoid in time,so as to shorten the reaction time of the driver and reduce the probability of traffic accidents.

highway tunnel；traffic accident；causes；linear following model；real-time monitoring system

U453.8；TP277

：A

：1003-5168（2017）01-0121-02

2016-12-25

鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（201510422001）。

鄧周全（1994-），男，本科在讀；研究方向：公路隧道；蔡直言（1993-），男，本科在讀；研究方向：公路隧道；張文靜（1994-），女，本科在讀；研究方向：公路隧道；陶雨（1995-），男，本科在讀；研究方向：公路隧道。