應(yīng)急管理的高速公路信息探測技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

牟壯壯 王穎 孫明寬 孫同偉 馬旭陽 況琪

摘要：隨著人們生活水平的逐漸提高，越來越多的家庭擁有了小轎車。而私家車也成了受歡迎的出行方式之一。伴隨著車輛的增加，出行效率成為社會(huì)議題。而高速公路作為最重要的現(xiàn)代化公共基礎(chǔ)交通設(shè)施，其發(fā)展水平是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。隨著交通需求的不斷增加，我國的高速公路建設(shè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。然而，在發(fā)揮著巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)高速公路的應(yīng)急管理已經(jīng)慢慢被越來越多的人所關(guān)心。高速公路的應(yīng)急管理是指在陰天、雨、雪天、大霧及沙塵暴等相對于晴天而言的惡劣天氣下，或者在發(fā)生了交通事故等一切不可抗拒的外來因素時(shí)，所采取的一系列交通管理措施。目前我國在管理高速公路上主要靠監(jiān)控探頭等基礎(chǔ)設(shè)施，而我國高速公路交通管理部門在遇到事故時(shí)的應(yīng)急管理，一般只是采取封路禁行的消極方法，致使高速公路運(yùn)輸中斷、大量車輛滯留，然而長時(shí)間的交通管制和封路不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也是不符合交通規(guī)律的。本課題針對高速公路事故逐年遞增的現(xiàn)狀，從交通流的特性參數(shù)出發(fā)，通過對應(yīng)急管理下的高速公路進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和控制，同時(shí)提高應(yīng)急管理下的高速公路通行能力，保證高速公路在應(yīng)急管理下的不間斷運(yùn)營以達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高速公路；交通安全；信息技術(shù)

1現(xiàn)代交通管理現(xiàn)狀

以現(xiàn)在高速公路的管理現(xiàn)狀來看，有許多客觀條件的限制。以惡劣天氣下的霧天為例。一是信息不暢，惡劣天氣信息收集不全，一定區(qū)域下的霧情信息共享不及時(shí)、不準(zhǔn)確，特別是針對局部地區(qū)、局部路段的信息掌握不足，無法精準(zhǔn)的對所有路段進(jìn)行有的放矢的進(jìn)行精確管理。二是安全設(shè)施不完善。發(fā)生霧情后，沒有完善的交通安全設(shè)施對高速公路主線上的車輛進(jìn)行安全誘導(dǎo)。三是科技智能手段落后。（1）沒有科技掌握霧情的裝備，對發(fā)現(xiàn)高速公路是否有霧，只能通過人工巡邏的方式。而高速公路跨度大，時(shí)常出現(xiàn)某一路段有濃霧，而其他路段能見度卻很好，再加上巡邏的間斷性，不能及時(shí)全面的掌握全路段的霧情。（2）對司乘人員的提醒方式比較單一，不能使更多的司乘人員得到路況信息。針對以上諸多弊端，我們將從高速公路科學(xué)管理的角度出發(fā)，對人們出行的效率、出行的安全性、高速公路管理人員管理的智能性和精準(zhǔn)性做出研究。

2研究目的以及意義

基于在惡劣天氣下提高高速公路出行效率這一問題，使用層次分析法建立一個(gè)應(yīng)急管理下高速公路的安全控制模型。該模型通過對各個(gè)監(jiān)測設(shè)備收集到的參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出各方面數(shù)據(jù)對交通安全的影響，由此可以盡快預(yù)防或者處理高速公路上的突發(fā)事件。提高出行效率。安全控制模型可以實(shí)時(shí)地對高速公路交通流狀態(tài)和交通環(huán)境情況進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)即時(shí)情況對交通流進(jìn)行誘導(dǎo)和控制，保證車輛暢通運(yùn)行、降低交通事故發(fā)生率、使事故的危害性達(dá)到最低。

在現(xiàn)代的高速公路管理當(dāng)中，遇到惡劣天氣如陰天、雪、雨天、大霧等情況時(shí)一般都是人為來判斷高速公路的限流情況、是否封路等。這樣就造成了判斷精度不高，人們出行效率低的問題。通過對高速公路應(yīng)急管理下安全控制模型的建立，能夠極大的提高人們的出行效率以及安全保障?？刂颇Ｐ屯ㄟ^拾取氣候、溫度、濕度等系數(shù)，一是能夠反饋給高速公路管理人員在惡劣天氣下是否封路的精準(zhǔn)信息，二是能夠通過大屏幕告知車輛司機(jī)此時(shí)的建議車速、行車距離、是否開燈、前方路口是否封路等一系列信息。通過模型的智能分析，能夠極大程度的提高人們出行的安全系數(shù)與效率。

由于高速公路在我國起步較晚，人們對此缺乏規(guī)律性的認(rèn)識。因而深入分析當(dāng)前我國高速公路安全管理當(dāng)中存在的各種問題，探討其內(nèi)在的規(guī)律性，對高速公路的有效管理、交通事故的及時(shí)預(yù)防、提高高速行車安全，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

3研究內(nèi)容與方法

3.1 研究內(nèi)容

我們研究的主要內(nèi)容是在事故多發(fā)地和部分重點(diǎn)路段及沿線環(huán)境設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備，例如能見度傳感器，溫度傳感器，濕度傳感器等，然后將各監(jiān)測設(shè)備收集到的數(shù)據(jù)信息輸入到建立好的安全控制模型里面，經(jīng)過模型對數(shù)據(jù)的處理運(yùn)算，再考慮不同情況下的影響系數(shù)，輸出不同情況下高速公路各方面數(shù)據(jù)對交通安全的影響，將數(shù)據(jù)發(fā)送給高速公路管理員，同時(shí)通過信息發(fā)布平臺(tái)將數(shù)據(jù)傳遞給使用者，保障應(yīng)急管理下高速公路的不間斷通行能力和交通安全。具體的應(yīng)急管理安全控制模型如下：

3.2 實(shí)現(xiàn)方法

在高速公路管理系統(tǒng)中，各因素之間的關(guān)系是及其錯(cuò)綜復(fù)雜的，該系統(tǒng)是一個(gè)多指標(biāo)、多屬性的問題。為了得到量化的結(jié)果采用工程數(shù)學(xué)的層次分析法，層次分析法（簡稱AHP）是美國運(yùn)籌學(xué)家20世紀(jì)70年代提出的，適用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，決策準(zhǔn)則多且不易量化的問題。它將決策問題有關(guān)元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，把人的思維過程層次化、數(shù)量化，應(yīng)用數(shù)學(xué)原理為分析決策、預(yù)報(bào)或控制提供定量的依據(jù)。層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。用專家經(jīng)驗(yàn)法來確定a1、a2、b1、c1的值，分別為1.1、1.25、0.55、0.82。

在高速公路每隔100米安裝一組檢測裝置。檢測裝置由能見度傳感器、雨水檢測器、溫度傳感器、濕度傳感器組成。檢測裝置通過實(shí)時(shí)監(jiān)測，將幾個(gè)系數(shù)不斷地的通過無線傳輸輸送給分析模型。系數(shù)分別為能見度a1，可視距離a2，濕度b1，溫度c1。能見度，即反映大氣透明度的一個(gè)指標(biāo)，單位為m，一般定義為具有正常視力的人在當(dāng)時(shí)的天氣條件下還能夠看清楚目標(biāo)輪廓的最大距離。能見度和天氣情況密切相關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時(shí)，大氣透明度較低，能見度較差。因此能見度是惡劣天氣下高速公路管理系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。系統(tǒng)輸出分別為f（1t）車速范圍、f（2t）行車距離、f（3t）是否開燈、f（4t）是否關(guān)閉路口。隨著能見度的增大，f（1t）車速范圍將增大。能見度大可視距離也大，行車距離也隨之增大。濕度即每單位容積的氣體所含水分的重量，以g/m3為單位，是檢測雨天、大霧的主要指標(biāo)。濕度大，f（1t）和f（2t）都將減小。溫度（單位為℃）主要是和濕度綜合在一起，來作為雪天的檢測指標(biāo)。

3.3：綜合案例分析

以濟(jì)青高速為例，測得某一時(shí)間段的輸入?yún)?shù)為能見度300m，可視距離為130m，溫度和空氣濕度分別為5℃和%80。系統(tǒng)在拾取到以上參數(shù)后，經(jīng)過分析其f（1t）～f（4t）的值分別為429、162、330、495。而此時(shí)輸出的路況信息為建議車速范圍在70-95km/小時(shí)之間，跟車距離70-100m，不開霧燈且前方路口不封路。分析系統(tǒng)便把以上路況信息一是通過無線傳輸輸送給高速公路管理人員。二是通過LED顯示屏顯示，讓司乘人員實(shí)時(shí)了解路況信息，確保人們的出行效率與安全。

在上述這些不利情況下，駕駛員的情緒、視線都會(huì)受到很大的影響，車流速度明顯下降，路面附著系數(shù)降低，附著力明顯減小，機(jī)動(dòng)車的操縱穩(wěn)定性變差，制動(dòng)距離變長，避免事故發(fā)生的難度增加，會(huì)對行車安全產(chǎn)生不良影響。不利天氣條件下的路面附著系數(shù)如表3-1所示。

分析上表，可得出：晴天交通事故次數(shù)占全年總交通事故次數(shù)的比例最大，為73.18%；其次是雨天，為10.78%。但考慮不同天氣持續(xù)時(shí)間占全年比例后計(jì)算，雨天、雪天事故率高于晴天，即雨、雪天事故率高。雨、雪天事故率高的原因是因?yàn)橛暄┨炻访娣e水、積雪附著系數(shù)低于晴天路面干燥狀態(tài)，同時(shí)部分路面泛油、排水不暢，導(dǎo)致高速行駛時(shí)車輛難以控制而發(fā)生交通事故。

3.4結(jié)論

通過定性分析，對系數(shù)f（1t）～f（4t）建立其所對應(yīng)的區(qū)間，以最直觀的方式在道路LED顯示屏上告知司乘人員此時(shí)的路況信息。模型輸出f（1t）～f（4t）所對應(yīng)的區(qū)間如 表3-3所示：

結(jié)語：

通過對高速公路惡劣天氣下應(yīng)急管理系統(tǒng)的研究，在為高速公路管理人員帶來便利的同時(shí)，也在一定程度上提高了人們出行的效率和安全率。運(yùn)用層次分析法，對影響高速公路狀態(tài)的能見度可視距離等因素進(jìn)行了逐層分析，使復(fù)雜的管理系統(tǒng)做到了條理化和層次化。對高速公路管理實(shí)行了科學(xué)化、智能化，為以后的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

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（作者單位：山東英才學(xué)院）