高速公路安全預警系統及處置措施

彭 飛

(安徽三聯學院,安徽 合肥 232001)

隨著經濟的發展，我國的高速公路建設速度也得到了很大的提升，而今，我國的高速公路總里程位居全世界第一，且未來發展趨勢依然良好。高速公路的發展給我們帶來了很多便利，但交通是把雙刃劍，如此同時，交通事故也不容忽視，安全問題已經成為民生關注的熱點問題。

1 高速公路事故成因分析

引發高速公路事故的誘因很多，但任何事故的發生，都是多種因素綜合作用的結果，根據國內外的相關研究結果顯示，絕大部分交通事故都是1.6～1.7個因素共同作用的結果，在查閱了很多教參和文獻后，發現交通事故的原因包括人、車、路、環境，人是交通事故發生的主動因素和主要因素，在人的因素中，包括駕駛員、乘客和行人。

1.1 主動因素-人

1.1.1 駕駛員

駕駛員引發事故的原因很多，包括對地形不熟悉，如異地駕駛員，在2015年5月15日下午，駕駛員由于彎道駕駛失誤，加上對地形不熟，緊急情況不知如何處理，將載有47人的旅游大巴車駕駛至陜西省淳化縣境內時發生側翻，墜落到30多米的深溝，事故造損失巨大；還有一些駕駛員疲勞駕駛，如2017年 2月13日臺灣旅游車交通事故34人死亡，現場慘不忍睹，類似的情況很多，諸如超速、酒駕、違章超車、無證駕駛等極易引發交通事故的發生。

1.1.2 乘客

乘客所引起的交通事故較少，但也時有發生，如在車輛行駛過程中向外闖仍廢棄物，在車廂大聲爭吵，影響駕駛員行車，為上下車方便不在規定的站點要求停車從而與駕駛員引發沖突，不按要求系好安全帶，在車內隨意走動等嚴重影響了駕駛員的行車，從而引發悲劇。

1.1.3 行人

高速公路全線封閉，不允許非機動和行人進入，這對周邊居民的日常生活產生了一些影響，在一些偏遠地區，居民法制意識淡薄，為貪圖省事，翻閱護欄、橫穿高速公路的現象時有發生，從而導致事故的發生。

1.2 客觀因素-車輛

高速公路行車速度較快，車輛狀況不好極易發生危險，在高速行駛時對車輛的各方面性能要求極高。

1.3 客觀因素-道路因素

道路的任何一個部分都影響交通運輸的正常運行，道路線形是否連續性、路面狀況是否平整都會對安全產影響，也會對駕駛員產生間接影響，所以對道路加強研究，可適當降低交通事故的發生概率。

1.4 環境因素

和安全相關的環境因素有交通、自然和社會三種。

1.4.1 交通環境 、交通量

圖1 交通事故率與交通飽和度的關系

由圖1可見，發生的次數，當交通量達到飽和流時，交通事故相對數量最大。

1.4.2 交通組成

在高速公路上，存在不同類型的車輛，但不同大小和載重的車輛行駛速度不同，極大的影響了行車安全，在上坡路段，載重貨車跟不上小汽車，而載重貨車的大體型又嚴重影響了后方小汽車的視野，造成極大的安全隱患；在下坡路段，載重汽車、小型車在速度和加速度上也存在明顯的差異，車速的離散型越大，發生交通事故的概率越大。

1.4.3 道路安全設施

護欄、交通標志等構成了安全設施，要能夠充分發揮交通標志的用途，前提是駕駛員能夠在一定范圍內保障駕駛的識認性，并能夠便于理解，從而起到交通誘導的作用，防范于未然。

1.4.4 外界環境

不良天氣狀況會影響能見度、路面的摩擦系數等，從而影響交通安全，所以良好的自然環境對于交通有及其重要的意義。

2 高速公路預警系統研究

2.1 預警管理

預警管理是希望在最短時間內能夠進行救援，主要從預警管理的組織、運行方式等幾個方面進行闡述。

2.2 高速公路交通安全預警的原理

高速公路運行系統主要是針對交通系統處于"非優"狀態時積極采取措施進行調控，如駕駛員狀態不佳、道路狀況惡劣、車況較差、路況不良等情況時，經過監測將其向"優"的態勢轉變，或是通過監測，提前預知，從而見少損失。

2.3 預警系統內容

2.3.1 預警分析

通過對可能引發事故的影響因素進行識別后，判斷其狀態，并在不良狀態時發生警報，在警報發出后積極采取措施進行控制，避免交通事故的發生。包括監測、識別分析、診斷、評估四個階段。

2.3.1.1 監測階段

監測包括對各種影響因素進行分析，尤其是重點的事故黑點路段，以及事故頻發性傾向的駕駛員，可進行過程監測和數據信息監控，過程監控即對行車的整個過程進行監控，監視其影響因素，數據監控即通過對交通事故構建數據庫，并通過共享為后續工作提供相應的數據支撐。

2.3.1.2 識別階段

通過監測獲取的信息，輸到預警模型，以此判斷未來的發生情況，所以在此階段，選取恰當的識別方法，判斷哪條路、哪個位置將要發生哪種情景的交通事故。

2.3.1.3 診斷階段

對之前發生的交通事故進行分析，從而尋找交通事故的主要影響因素，通過還原的方式分析交通事故發生的過程和未來的趨勢。

2.3.1.4 評估階段

對已經發生了的事故進行損失評價，明確風險等級。包括對所造成的人員和財產傷亡進行評價，事故發生后對環境和社會及民眾造成的影響進行評價，根據評價結論確定的風險等級選擇控制措施。

2.4 四者之間的關系

四者之間相互聯系相互依存，監測是其他三個部分的前提，是整個部分的關鍵所在，保證了數據和信息的完整性和精確性；識別明確了主要的影響因素，確定了后續工作的工作重點，診斷和評價明了事故的等級，為預控提供基礎，為類似的事故的發生提供依據。

2.5 預控對策

高速公路安全預警是希望通過監控、識別等能夠在事故發生前進行早期監測與預防，降低事故發生的概率，在事故發生后進行精準的事故救援，從而減低事故造成的各種損失。

2.5.1 組織準備

為預警工作的順利進行而進行的相關工作，通過了解預警系統的結構和運營方式，為突發事件做好準備。

2.5.2 日?？刂?/p>

是預警系統中的監測和控制活動，通過及時的跟蹤，知道影響道路交通事故的決定性因素。通過日常控制采取針對性的措施對決定性因為進行糾正，制度相應的對策，從而減少事故發生的概率，事故措施實在日常對策不能對事故先兆做出有效的控制時采取的緊急控制，從而減少事故的損失。

2.5.3 應急管理

應急管理是對日常控制的補充環節，主要是考慮到重特大事故發生時，造成的后果是巨大的，社會損失是無法預估的，針對這種情況建立應急救援管理從而彌補了日常控制的不足，降低事故可能帶來的損失。

2.5.4 相互關系

互為補充，組織準備得存在使得高速公路預警系統更加規范，應急管理是補充和完善，是在失控的情況下使用從而達到降低人員傷亡和財產損失的作用。

3 基于車聯網的安全預警系統構建

3.1 采集動態交通信息

動態交通信息通過車載單元和路側的靜態單元獲取，高速公路交通預警系統功能復雜，需要數據庫信息完備才能準確預警，通過獲取動態數據，用于預估道路實時情況，并以此界定道路嚴重程度，為管制和救援提供支持；根據車輛自身數據，為車輛狀況不良的車主提供安全預警；交通預警系統的重點是通過對實時的動態信息進行深度挖掘處理，分析處理數據從而為預警打下基礎。

為了能夠更好的使用數據，系統需要對大量數據進行提取，分析從而提高整體的精度，同時還應滿足互聯互通的功能，通過對數據進行可視化處理，從而更好的預警系統提供相應的支持。

3.2 傳輸信息

隨著公路網的形成，為了最大可能的提高公路網的整體效果，數據必須能夠進行聯網傳輸，如某地發生交通事故，通過聯網可獲得堵塞信息，從而更好的為管理部門和個人道路使用者服務。

3.3 發布信息

事故發生后，信息需要發布到用戶才能實現其自身的價值，現階段信息發布多以可變信息板、交通廣播等為主，預警不夠及時，車聯網保證了信息的實時性和可達性，更好的規避了交通隱患。

4 車聯網的交通安全預警系統

根據高速公路特點和車聯網的功能，構建了高速公路預警系統，包括5個層次，即數據感知層、網絡傳輸層、數據支撐層、應用服務層、指揮決策層。

圖3 車聯網安全預警系統設計

5 安全間距模型

根據圖4，駕駛員在出現危險時的制動過程可分為：意識到危險存在的階段、做出緊急制動措施、開始操作、制動開始，制動力達到峰值并持續作用直至車輛停止。

圖4 制動過程示意圖

5.1 反應階段

駕駛員意識到危險存在，并做出緊急決定，右腳開始操作，這個過程只有反應和措施，還沒有實際進行相關制動，而且時間只有幾秒，可認為車輛是勻速Va行駛，此階段La=Vat1

(1)

5.2 準備制動

當駕駛員右腳開始踩向制動踏板，車輛制動系統不能在瞬間完成制動，因此在此階段仍然維持之前的速度運行，此階段Vb=Va，Lb=Vbt2=Vat1

(2)

5.3 制動階段

(3)

(4)

5.4 制動力持續作用階段

駕駛員操作后，此階段車輛維持最大減速度am直到車輛能夠完全停止。

5.5 預警安全距離

前面提到的四個階段是在無預警時，那么在預警狀態時，設定安全的最小距離為d0(車速的不同距離有所差別)，而車輛通過預警啟動制動的實際操作過程中的制動距離dw≥d0，其中：

va——啟動制動過程時，前車速度；

vb——啟動制動過程時，后車速度；

D——啟動制動過程時車間距；

L1——前車制動開始到停止的距離；

L2——后車從制動開始到停止的距離；

d0——車輛完全停止之后應有的最小安全距離。

其中dw+L1=L2+d0

(5)

即dw=L2+d0- L1

(6)

后車的制動距離

(7)

圖5 預警安全距離示意圖

此種模式即后車駕駛員感覺到了有危險，前車已經開始動作，如果兩車制動過程完全一致，那么制動時前車無需考慮反應和啟動的時間，并作出如下假設，即前車最大減速度am,作用時間t3,此時前車的制動距離為L1,從而算出dw。利用車速代入進行計算，可得預警安全具體計算表1。

表1 安全預警距離分析表

從表1可以看出，預警系統的存在可大大減少預警距離，從而對減少交通事故有明顯成效。

6 結語

通過分析交通事故產生的原因，通過采集高速公路交通數據信息，更好的為交通預警提供服務，通過構建基于車聯網的安全預警系統，從而減少交通事故的發生，并降低交通事故的損失。