對(duì)惡劣天氣公路出行安全保障產(chǎn)品發(fā)展的思考

蒙 宇，張 永，高清華

（1.蘭州大學(xué)，甘肅 蘭州 730000；2.成都英威訊電子技術(shù)有限公司，四川 成都 610000）

影響全國范圍內(nèi)高速公路路網(wǎng)正常通行最常見的極端天氣是霧，大霧和雨霧頻發(fā)導(dǎo)致的路面能見度不佳一直困擾著交管部門和駕乘人員。全國各地高速公路因霧致使道路被動(dòng)關(guān)閉已成常態(tài)，因霧引起的高速公路惡性交通事故已越發(fā)頻繁。特別是每年入冬以來，惡劣天氣已影響到各地區(qū)交通主動(dòng)脈的可持續(xù)健康運(yùn)行。而如何確保惡劣天氣下高速公路正常通行的交通安全，提高車輛通行率已成為道路管護(hù)各方亟待解決的痛點(diǎn)之一。

1.發(fā)展背景

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷普及，公眾公路出行和道路運(yùn)輸面臨交通安全性、便捷性、隨機(jī)性和大范圍出行服務(wù)壓力。復(fù)雜氣候和惡劣氣象頻發(fā)是影響出行體驗(yàn)的重要因素之一。未來智慧交通亟需在傳統(tǒng)可視、可測、可控基礎(chǔ)上，構(gòu)建以智慧管理綜合平臺(tái)為核心的智慧交通一體化的運(yùn)行管理與服務(wù)體系，就是在實(shí)現(xiàn)公路全覆蓋的可視、可測、可控基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)“看得清、測得準(zhǔn)、控得住”的目標(biāo)，迫切需要應(yīng)用新的技術(shù)和手段，增強(qiáng)公路運(yùn)營安全服務(wù)水平、提升交通智能化的管控能力和道路通行效率。

高速公路是公路交通體系中承載任務(wù)最重的公路交通載體，惡劣天氣及其對(duì)道路通行安全的附帶影響是高速公路所面臨的最緊迫的挑戰(zhàn)和威脅。主要表現(xiàn)形式如下：

交通流量和重載車量與日俱增，車速控制較難管控。

早晚混合霧、大霧和雨霧情況嚴(yán)重導(dǎo)致能見度全線下降。

夏季短時(shí)陣性暴雨、特大暴雨導(dǎo)致的路面積水。

冬季低溫易造成薄冰路面造成路面行駛打滑。

全線智能化探測預(yù)警設(shè)備缺乏，無法有效提前預(yù)警。

個(gè)別路段遇到極端天氣導(dǎo)致高速公路全線封閉易造成輻射線接駁高速及國道的交通擁堵。

2.發(fā)展歷程

惡劣天氣下公路出行安全保障產(chǎn)品隨著市場的型需求應(yīng)運(yùn)而生，該類產(chǎn)品旨在通過在道路路面的建設(shè)，科學(xué)提升惡劣天氣下高速行車的道路感知和管控能力、降低一次事故及避免二次事故的發(fā)生、提高道路通行效率，全力保障駕乘人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

2.1 理論基礎(chǔ)的成熟過程

以2000 年周偉撰寫的《關(guān)于高速公路建設(shè)發(fā)展管理中的若干問題》和2001 年賈志絢等著的《高速公路安全行車間距的探討》為代表的一系列文獻(xiàn)對(duì)安全行車間距定義的基礎(chǔ)探討，到2012 年鄭學(xué)明的《車輛動(dòng)態(tài)尾跡跟蹤顯示技術(shù)在霧天中的應(yīng)用研究》表明業(yè)界對(duì)惡劣氣象條件下高速公路行車安全保障產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)由初級(jí)理論探討逐步再向應(yīng)用型的理論轉(zhuǎn)變。2013年李長城等發(fā)表的《霧區(qū)行車安全智能引導(dǎo)系統(tǒng)的控制策略》呼吁規(guī)范在一定能見度范圍內(nèi)對(duì)車輛在高速行駛的限速、限距值，是將應(yīng)用型理論進(jìn)一步升華的一次嘗試。2016 年張祝安等發(fā)表的《滅亮機(jī)制下霧區(qū)智能誘導(dǎo)系統(tǒng)控制策略及仿真研究》已經(jīng)從理論上和仿真試驗(yàn)中得出契合國內(nèi)高速公路通行能力及交通流特性的研究成果，為該類產(chǎn)品的控制策略如何實(shí)現(xiàn)安全效益與通行效益最大化夯實(shí)了理論基礎(chǔ)。

2.2 產(chǎn)品應(yīng)用的發(fā)展過程

從產(chǎn)品發(fā)展角度來看，僅靠單一的被動(dòng)式誘導(dǎo)燈、反光誘導(dǎo)標(biāo)等初級(jí)產(chǎn)品形態(tài)階段的該類產(chǎn)品已不能滿足日益增長的惡劣氣象路面安全通行的需求。隨著理論基礎(chǔ)的逐步完善和智能交通機(jī)電領(lǐng)域的快速發(fā)展，信息化、智能化的新型路面誘導(dǎo)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。

自2015 年以來，國內(nèi)許多相關(guān)高校、科研單位、廠家和集成商都參與了該類產(chǎn)品的研究和開發(fā)，但大多都停留在理論驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)原型階段，部分單位利用自身優(yōu)勢將較為成熟的產(chǎn)品推向市場，其特征大都處于由基礎(chǔ)傳感器技術(shù)與被動(dòng)式誘導(dǎo)燈相結(jié)合的中級(jí)產(chǎn)品形態(tài)階段。為了規(guī)范該類產(chǎn)品發(fā)展應(yīng)用方向，2016年由全國交通工程設(shè)施（公路）標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)起草，交通運(yùn)輸部發(fā)布的《霧天公路行車安全誘導(dǎo)裝置》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT/T1032-2016）出臺(tái)，肯定了已有產(chǎn)品在道路安全保障上的作用，同時(shí)也進(jìn)一步規(guī)范了市場的良性競爭。

3.對(duì)已有產(chǎn)品特點(diǎn)的分析

該類產(chǎn)品經(jīng)過六年的市場歷練后，各主流廠家已熟知產(chǎn)品的應(yīng)用方向和對(duì)功能有較為成熟開發(fā)，除了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)提及的基礎(chǔ)功能外，隨著這類產(chǎn)品需求逐漸被進(jìn)行大規(guī)模刺激，使用單位和設(shè)計(jì)單位的認(rèn)識(shí)加強(qiáng)，集成商對(duì)大規(guī)模工程應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累。已有產(chǎn)品可初步實(shí)現(xiàn)如下效果：

通過不同的亮度、顏色、閃爍頻率等組合進(jìn)行針對(duì)性行車引導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)在大部分惡劣氣象條件下，高速公路自適應(yīng)安全誘導(dǎo)。增強(qiáng)復(fù)雜交通環(huán)境下駕駛員行車視線的引導(dǎo)，有效降低由于視線不良而引起的交通事故，提高高速公路運(yùn)營安全服務(wù)水平和道路通行效率，減少封路時(shí)間及次數(shù)，最大限度地提高高速公路運(yùn)輸能力。

各主流廠家也隨著對(duì)市場的逐步研究并基于自身的技術(shù)實(shí)力對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了深入開發(fā)，形成各具特色的產(chǎn)品。對(duì)短期內(nèi)產(chǎn)品開發(fā)方向有了較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，但這類產(chǎn)品衍生方向受限于目前市場需求的多樣化、工程實(shí)施的差異化和技術(shù)發(fā)展的一元化等因素，都存在與未來產(chǎn)品可能發(fā)展的方向有部分矛盾。下述從其中三個(gè)方面來實(shí)際闡述：

3.1 外設(shè)聯(lián)動(dòng)

基于該類部分產(chǎn)品的功能可點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)的主流外部設(shè)備為有可變情報(bào)板、監(jiān)控?cái)z像機(jī)等，而路側(cè)廣播和汽車收音機(jī)還處于概念階段。前者集成難度較后兩者來說相對(duì)較低，但經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，這樣的聯(lián)動(dòng)已不適應(yīng)當(dāng)前路網(wǎng)平臺(tái)化管理的需求。

首先在有聯(lián)動(dòng)外設(shè)的地方不一定是大霧多發(fā)地區(qū)，而在高速公路上為該類產(chǎn)品新建外設(shè)無疑造成較大資源浪費(fèi)。其次，路網(wǎng)中已有外設(shè)所提供的接口及編程邏輯各有千秋，盲目接入將會(huì)面臨眾多兼容性問題和后續(xù)維護(hù)問題。最后，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G 技術(shù)的飛速發(fā)展，與車主及時(shí)交互信息的手段多樣化便捷呈現(xiàn)。上述路側(cè)廣播和收音機(jī)主動(dòng)干預(yù)本意上還是解決前方路況與車主信息交互及時(shí)性問題，同時(shí)收音機(jī)主動(dòng)干預(yù)還存與國家無線電管理部門的相關(guān)要求相悖的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 通信方式

誘導(dǎo)裝置之間之所以有無線通信功能的開發(fā)，主要為了匹配該類初期產(chǎn)品光伏供電的訴求，無線通訊可減少線纜布設(shè)，體現(xiàn)產(chǎn)品安裝的便捷性和獨(dú)立性，從工程成本角度來說也可節(jié)約布設(shè)信號(hào)線的敷設(shè)成本，降低由線纜故障導(dǎo)致的產(chǎn)品故障率。

實(shí)現(xiàn)該功能一般由兩種方式來實(shí)現(xiàn)，一種是電磁波散射，即一個(gè)散射點(diǎn)將電磁波散射到覆蓋范圍內(nèi)，一般根據(jù)功率和波長的不同覆蓋范圍可由一百米延伸至幾百米范圍不等。但高速公路路面狀況并不穩(wěn)定，有彎道、坡道和沉降、山谷、隧道等，因此要完成幾公里的連續(xù)覆蓋必須通過在上一覆蓋區(qū)域信號(hào)臨界點(diǎn)加同樣的散射點(diǎn)中繼器來進(jìn)行區(qū)域信號(hào)傳遞，該方式在大規(guī)模工程應(yīng)用中的穩(wěn)定性有待商榷。

另一種方式是通過植入每臺(tái)設(shè)備內(nèi)的短距離無線通信模塊來達(dá)到信號(hào)傳遞目的。此方法目前看來較為可靠，但工程施工及后期維護(hù)難度較高。在產(chǎn)品布設(shè)之初，地址碼是需要通過編碼器在工廠或項(xiàng)目現(xiàn)場經(jīng)由人工進(jìn)行連續(xù)編碼，如果編碼過程中有疏漏，那么會(huì)直接影響到產(chǎn)品信號(hào)的接力，也不便于后期機(jī)電維護(hù)工作。

3.3 供電模式

該功能較為普及，但在產(chǎn)品覆蓋的區(qū)域性也有較明顯區(qū)分，以黃淮以北和東部沿海的廠家極力倚重產(chǎn)品供電光伏化，且該類產(chǎn)品在河南、山東等地路網(wǎng)使用已較為普遍。而在川渝黔地區(qū)的廠家還是著力開發(fā)穩(wěn)定實(shí)用的市電供電產(chǎn)品。這種區(qū)別主要是應(yīng)用路網(wǎng)所處地理位置特征所決定。

眾所周知，首先，光伏供電產(chǎn)品對(duì)使用路網(wǎng)環(huán)境確實(shí)提出了嚴(yán)格的要求，拿四川為例，四川盆地是全國日照最少的區(qū)域之一。而四川盆地不同地區(qū)路網(wǎng)的日照條件也極不均勻，如川西大部分地區(qū)和川滇交界地區(qū)高速公路的日照條件普遍好于四川其它地區(qū)，四川地區(qū)的全年平均日照水平均低于黃淮以北及沿海省份。其次是綠化遮擋問題，我國黃河以南的大部分路網(wǎng)中央綠化帶和路側(cè)植物較為茂密，特別是道路兩側(cè)以大型灌木類樹木為主，對(duì)陽光遮擋較為明顯，入冬以來受光照條件影響，導(dǎo)致遮擋區(qū)域的設(shè)備可能無法持續(xù)充電。最后，對(duì)這類產(chǎn)而言，光伏供電產(chǎn)品的成本和壽命極度依賴于光伏行業(yè)的發(fā)展，目前反復(fù)充電后鋰電池報(bào)廢率較高且環(huán)保回收成問題，直接影響設(shè)備壽命。

4.對(duì)未來產(chǎn)品的發(fā)展思考

隨著我國筑路里程的持續(xù)增長加之交通強(qiáng)國理念的推行，如何依托高度發(fā)展的傳感器技術(shù)，快速成熟的低功耗大范圍通訊技術(shù)，穩(wěn)健突破的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等高科技手段確保高速公路安全通行，讓高速駕駛變得更舒適成為提升高速公路路網(wǎng)質(zhì)量的另一個(gè)方向。基于這樣的需求，未來該類產(chǎn)品的發(fā)展需基于如下幾點(diǎn)宏觀脈絡(luò)思考：

4.1 認(rèn)識(shí)產(chǎn)品觸角化定位

近年來不少廠家的產(chǎn)品從前端硬件向后端平臺(tái)化軟件衍生，擬打造一個(gè)高附加值的產(chǎn)品系統(tǒng)，擬建立惡劣天氣狀況下安全行車的管理平臺(tái)，為道路管控提供有益補(bǔ)充，擬通過管理平臺(tái)提高其監(jiān)控調(diào)度指揮的整體水平和科學(xué)技術(shù)服務(wù)水平。

但隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)公司在交通行業(yè)的大力介入，智慧交通平臺(tái)的復(fù)雜程度和所搭載的產(chǎn)品門類并不局限于該類產(chǎn)品，也從本質(zhì)上顛覆了上述廠家對(duì)平臺(tái)研發(fā)的成果方向。因此，必須清醒認(rèn)識(shí)到在未來該類產(chǎn)品從制造成本和市場的考慮不易向“大而全”的功能類智能化程度較高的產(chǎn)品發(fā)展。而產(chǎn)品廠家更無須往平臺(tái)化進(jìn)行延伸投入，未來的交通行業(yè)是互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)化平臺(tái)通過各種傳感信息的搜集分析對(duì)路網(wǎng)各類設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一集中管理，前端硬件一定是直接作為平臺(tái)的觸角，無需過多思考需服從智慧平臺(tái)的調(diào)度指揮。

4.2 挖掘產(chǎn)品應(yīng)用型特性

產(chǎn)品的應(yīng)用型特征主要體現(xiàn)切合市場不同需求。如通過對(duì)全國公路路網(wǎng)的分類，產(chǎn)品不但要適應(yīng)在高速公路的應(yīng)用，還要適應(yīng)于國省干道及城市快速路中的應(yīng)用。通過對(duì)全國路網(wǎng)惡劣氣象條件的特點(diǎn)分類，產(chǎn)品不僅要適應(yīng)華中、華南和西南的公路環(huán)境，還要有針對(duì)性對(duì)西北和東北特有的極端惡劣環(huán)境進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)。

目前各廠家對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用型特征挖掘動(dòng)因還是依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)從高低溫、濕度、IP 等級(jí)等電子產(chǎn)品基礎(chǔ)環(huán)境適應(yīng)性的角度出發(fā)。而從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品特征的挖掘還有待提升。隨著國家路網(wǎng)從南到北，從平原到高原，從內(nèi)地到邊區(qū)的持續(xù)戰(zhàn)略覆蓋，道路所面臨的氣象環(huán)境會(huì)愈顯惡劣，也對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。如何針對(duì)這些地區(qū)而研發(fā)出不同版本的產(chǎn)品，是目前對(duì)產(chǎn)品價(jià)值挖掘的洼地。

4.3 發(fā)揮產(chǎn)品可靠性優(yōu)勢

該類產(chǎn)品目前在工程應(yīng)用中，常規(guī)部署已邁入超十公里級(jí)別，硬件產(chǎn)品的穩(wěn)定性是戶外工業(yè)產(chǎn)品大規(guī)模部署的首要考慮。這種可靠性優(yōu)化的思路主要從產(chǎn)品技術(shù)水平、工程應(yīng)用方式和產(chǎn)品配套服務(wù)三方面入手。

就產(chǎn)品技術(shù)水平而言，不僅要從信號(hào)傳輸方式和供電方式進(jìn)行突破，還必須對(duì)新技術(shù)有的放矢，不斷提高已有技術(shù)的穩(wěn)定性，逐步減少故障率。從工程應(yīng)用方面，主要是對(duì)產(chǎn)品安裝的配套附屬安裝結(jié)構(gòu)件進(jìn)行全面思考，適用于各種邊坡、護(hù)欄、橋梁的安裝，還要考慮針對(duì)不同道路護(hù)欄的配色和風(fēng)格進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。達(dá)到既考慮美觀又不顯突兀還不破壞原有攀附體的工程結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品配套服務(wù)的優(yōu)化要點(diǎn)要從運(yùn)輸、安裝和售后的多元角度綜合考慮。

5.啟示

2019 年9 月19 日中共中央國務(wù)院印發(fā)的《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》：“構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化綜合交通體系”。從政策支撐文件解讀發(fā)現(xiàn)，國家戰(zhàn)略對(duì)惡劣氣象條件下道路行車安全保障產(chǎn)品的發(fā)展賦予了新的定義和要求，以長江經(jīng)濟(jì)帶、川渝經(jīng)濟(jì)圈為代表的公路路網(wǎng)進(jìn)一步探索引入大型互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)公司，加持5G、BIM、高精定位、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，開始著力打造全場景車路協(xié)同高速公路。

種種跡象表明，該類產(chǎn)品在未來將不再孤立地以一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用類產(chǎn)品存在，而是同公路常見機(jī)電產(chǎn)品一樣融入以云、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)構(gòu)筑“云邊端”一體化的為路網(wǎng)運(yùn)行管理和車輛行駛安全服務(wù)的智慧管理平臺(tái)中。這種平臺(tái)化屬性決定其定位是以微服務(wù)架構(gòu)搭建的智慧高速準(zhǔn)全天候通行輔助支撐系統(tǒng)。作為智慧管理平臺(tái)的業(yè)務(wù)板塊之一，通過與其他各類傳感器的調(diào)度配合，實(shí)現(xiàn)高速公路氣象及路面狀況公里級(jí)感知、小時(shí)級(jí)預(yù)警、分鐘級(jí)響應(yīng)、協(xié)同式誘導(dǎo)、智能化決策。最終將天氣及路面狀況感知、預(yù)警細(xì)分網(wǎng)格化呈現(xiàn)在公路路網(wǎng)中，為智能交通、高分氣象、鄉(xiāng)村振興和精準(zhǔn)扶貧等深度依賴公路交通利國利民的國家戰(zhàn)略打通廣域“最后一公里”的環(huán)節(jié)。其產(chǎn)品價(jià)值不僅能夠保障人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全，更是對(duì)路網(wǎng)過境的區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化協(xié)調(diào)政策制定起到科學(xué)合理的數(shù)據(jù)支撐，為全面發(fā)展小康社會(huì)基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家目標(biāo)起到實(shí)質(zhì)性保障作用。