車橋協同智能聯動監測警示控制方案研究

摘要：文章在分析超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛對橋梁造成的損壞和車輛、橋梁智能聯動監測警示需求的基礎上，提出了車橋協同聯動、監測警示智能化控制方案，并對響應方式、監測車輛分類和實現方式提出建議，在超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛通過橋梁時，第一時間進行響應和聯動控制，避免車輛、橋梁事故及傷亡損失，全面提升智能交通應用水平及車橋協同聯動警示能力。

關鍵詞：車橋協同;智能聯動;智能監測;控制方案

文獻標識碼：U491.1+16-A-43-151-3

0 引言

交通運輸部發布的《2019年交通運輸行業發展統計公報》顯示，截至2019年年末，全國公路橋梁共有87.83萬座，總里程達6 063.46萬 m，比2018年增加2.68萬座、494.86萬 m。其中特大橋梁5 716座、1 033.23萬 m，大橋108 344座、2 923.75萬 m;擁有載貨汽車1 087.82萬輛，其中普通貨車489.77萬輛，專用貨車50.53萬輛，牽引車267.89萬輛，掛車279.63萬輛[1]。

自2000年以來，國內媒體公開報道的我國非地震原因引起的橋梁倒塌事故超過80起。公開的事故調查分析表明，造成橋梁倒塌的原因有橋梁設計施工不合理、撞橋、超載、自然災害、加固拆除不合理、橋梁病害、人為活動等6類[2]。

非自然災害引起的橋梁倒塌事故所導致的生命財產損失和社會影響遠遠高于普通道路交通事故，究其原因，除人員傷亡較多、財產損失巨大、交通中斷、自媒體傳播和社會輿論生態[3]外，對超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛缺乏系統的監測警示控制也是一個重要的原因。研究顯示，近年來我國人、車、路和環境矛盾較為突出，交通安全管理不足、應急監測警示系統不健全是亟待解決的重大問題[4]。

高效并充分利用現代智能感知和視頻監控手段、現有橋梁基礎設施和智能設備、高速公路貨車稱重檢測系統等，同步反饋、統一調度協調公路交通管理部門和養護管理單位、城市交通管理部門和市政設施養護管理單位、高速公路運營管理企業、公安和交警等部門，建立車橋協同、智能聯動控制、及時監測、同步反饋、快速響應、高效運行的車橋協同智能聯動監測警示控制系統，可有效避免和降低因車輛原因引起的橋梁倒塌、橋梁損害事故以及人身傷亡和財產損失。

1 車橋協同智能聯動監測需求

目前，道路交通智能聯動體系尚不夠統一和完善，如高速公路入口不停車貨車稱重檢測系統 、道路交通事故救援體系、車輛導航等系統未能有效結合，對超限超載貨車的檢測、跟蹤、響應、聯動方式較單一。

自2020年1月起，我國已統一實施新的《收費公路車輛通行費車型分類》標準，貨車通行高速公路的計費方式已由計重收費轉為按車（軸）型收費，實現ETC電子不停車收費。同時，為防止和拒絕違法超限超載的貨車駛入高速公路，自2019-12-16起，全國已統一實施封閉高速公路收費站入口不停車稱重檢測[5]。在高速公路收費站入口車道上安裝貨車稱重檢測系統，貨車只要通過入口處埋在地下的傳感器，其車牌、車輛總重、軸數等數據信息就會實時上傳至收費口旁的顯示屏上。如果存在超限超載，顯示屏會在提示紅叉的同時亮起警報燈。但貨車稱重檢測系統只在高速公路系統內運作，若超限超載貨車未進入高速公路或駛離高速公路后則缺乏跟蹤和聯動方案響應。

超限超載貨車對橋梁造成的損害非常嚴重。在2019-10-10發生的無錫市312國道錫港路上跨橋橋面側翻事故中，兩輛超限超載掛車駛入錫港路上跨橋，其中一輛掛車實際載質量為160.545 t，比核定載質量超出128.545 t，超載401.7%;另一輛掛車實際載質量為160.855 t，比核定載質量超出131.855 t，超載455%。橋面側翻的直接原因為兩輛重型平板半掛車嚴重超載、間距較近（荷載分布相對集中），偏心荷載引起的失穩效應遠超橋梁上部結構穩定效應，造成橋梁支座系統失效[6]。

超高貨車對橋梁、車輛和駕乘人員所造成的損害也很大，全國每年均發生多起超高貨車撞擊橋梁限高架的事故，造成限高架和車輛損壞、交通中斷。2013-07-16，國道324線貴港市根竹鄉鐵路橋路段發生一起交通事故，一輛滿載袋裝米糠的大貨車撞向了鐵路橋前的限高架，導致整個限高架被連根拔起，往來車輛無法通行[7]。

隨著智能化監控設施在道路交通中的應用，可充分整合和綜合利用各類監控設施和資源，一旦某處監控設施發現超限超載、超高超寬貨車時，交通綜合監控中心可及時響應，立即進行現場確認，同時將信息同步反饋至交警、路政管理養護單位甚至消防和醫療部門，各方及時展開應急處置，由此達到提高超限超載、超高超寬貨車監控跟蹤能力和應急響應能力的目的。

2 車橋協同智能聯動監測響應方式

2.1 智能聯動監測響應方式

按照監測響應的智能化程度，車橋協同智能聯動監測響應方式可分為全自動響應、半自動響應、人工響應。

2.1.1 車橋協同智能聯動監測全自動響應

智能聯動監測系統在某處監控設施發現超限超載、超高超寬貨車時，系統可根據方案設置自動判斷，自動發布指令到地面執勤人員和交通控制設備對車輛進行攔截，并同步反饋信息至各相關部門，同步發布信息，無須人工干預，對控制方案自動響應。

2.1.2 車橋協同智能聯動監測半自動響應

智能聯動監測系統在某處監控設施發現超限超載、超高超寬貨車時，系統可根據方案設置自動判斷，然后以消息閃爍方式在監控窗口提醒監控人員，或以短消息方式發送至監控人員通信設備，如需人工核實，可經監控人員查看實時圖像或數據并確認后，系統再自動發布指令和信息。

2.1.3 車橋協同智能聯動監測人工響應

在特殊橋梁或道路地段，或在橋梁發現異常、橋梁進行檢修、橋梁關閉、車道封閉等情況下，在某處監控設施發現超限超載、超高超寬貨車時，系統可根據方案設置，由監控操作人員人工響應并發布指令和信息。

2.2 智能聯動監測多級響應

智能聯動監測警示控制屬于聯網交通監控，執行“本地控制為主、上級進行監管”的原則，市級和省級監測警示系統相互協調、統一指揮調度和管理[8]。

市級監測警示系統具體對出現在轄區內的超限超載、超高超寬貨車進行日常跟蹤及監測警示管理和響應，省級監測警示系統不進行具體響應和實際控制，但應對市級監測警示系統進行監管，同時省級監測警示系統享有優先控制權。在特殊橋梁或道路地段，或某段橋梁或道路有異常情況時，省級監測警示系統可根據方案設置優先進行處置，發布指令和信息，市級監測警示系統應對省級監測警示系統的指令進行響應。各市級監測警示系統的結合部也應對省級監測警示系統的指令進行響應。

3 車橋協同智能聯動監測系統方案

3.1 監測車輛分類及實現方式

3.1.1 超限超載車輛監測

對于超限超載車輛的監測，可以整合高速公路入口不停車收費稱重檢測系統、道路超限超載檢測系統、橋梁超重車輛檢測管理系統[9]、橋梁撓度檢測系統[10]、超限超載非現場執法系統[11]、地面巡視和社會監控舉報系統，任意一個系統監測或接收到警示信息時，系統方案即進行信息整合、數據分析，啟動聯動響應。

3.1.2 超高車輛監測

對于超高車輛的監測，可以整合橋梁限高架主動提醒超高車輛的警示系統[12]、道路視頻監控系統、地面巡視和社會監控舉報系統，任意一個系統監測或接收到警示信息時，系統方案即進行信息整合、數據分析，啟動聯動響應。

3.1.3 超寬車輛監測

對于超寬車輛的監測，可以整合高寬數據信息自動采集系統[13]、道路視頻監控系統、地面巡視和社會監控舉報系統，任意一個系統監測或接收到警示信息時，系統方案即進行信息整合、數據分析，啟動聯動響應。

3.1.4 偏載行駛車輛監測

對于偏載行駛的車輛，可以采用北斗系統監測技術、道路視頻監控系統、地面巡視和社會監控舉報系統進行監測，任意一個系統監測或接收到警示信息時，系統方案即進行信息整合、數據分析，啟動聯動響應。車輛的偏載行駛屬于非常態，重在預防，特別是嚴重超限超載車輛的偏載行駛，對橋梁極易造成損害和釀成事故，故監測發現偏載車輛時，系統方案應在第一時間執行各項響應。

3.2 聯動響應操作

聯動響應操作可包括：系統自動向車主或駕駛員發送信息、撥打電話，通知其停車接受檢查，告知其違法的嚴重后果;系統自動將違規車輛的位置、超限超載和超高超寬情況、車主或駕駛員電話等信息通知交警部門，由交警部門跟進處理;系統自動將違規車輛的位置、超限超載和超高超寬情況、周邊橋梁的限載能力、監測到的橋梁撓度等信息通知路政部門，由路政部門派員對違規車輛已通行的路橋基礎設施進行檢測處理;系統自動向轄區內的收費站發布指令，對監測到的違規車輛關閉車道;系統自動向交通廣播、導航系統軟件、道路信息顯示面板等處發布違規車輛信息，提醒周邊車輛注意;系統自動向上一級聯動警示系統上報信息。

3.3 聯動警示控制流程

聯動監測警示實現智能化，主要是通過各類自動監測系統、橋梁和道路監控及地面巡視、社會監控舉報、人工收集的信息，在系統進行信息整合、數據分析后，自行啟動內置的多套應對預案。系統可按監測到的具體信息、橋梁或道路限載能力，通過預先準備好的指令啟動自動或半自動響應，在系統無預案或特殊情況下，啟動人工響應。聯動警示控制流程如圖1所示。

一般情況下，系統將根據車輛的超限超載、超高超寬程度分為多個等級，如嚴重超限超載、重大超載、一般超載、輕微超載等。如為自動響應模式，系統可根據等級進行信息分析、自動顯示處理方案、發布指令;如為半自動響應模式，系統可根據等級和性質的不同進行信息分析，自動給出處理方案的建議并在人工確認后自動發布指令。

4 結語

本方案在分析超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛對橋梁造成損壞的嚴重后果和車輛、橋梁智能聯動監測警示需求的基礎上，對車橋智能聯動警示方案進行了相關研究，對響應方式、監測車輛分類和實現方式提出建議，擬定了車橋協同智能聯動警示控制流程，旨在當超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛通過橋梁或有跡象顯示即將通過橋梁時，能在最快的時間段內發布指令，避免車輛、橋梁事故及傷亡損失。不足之處是，本方案在如何保證不同系統監測信息傳輸的及時性以及如何采取措施提高社會監控舉報等方面未進行研究，尚需進一步探討，以全面提升智能交通應用水平及車橋協同聯動警示能力。

參考文獻

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收稿日期：2021-03-20

作者簡介：何江斌（1972—），副教授，工程師，研究方向：橋梁工程及城市軌道交通工程。