永泰跨線橋主動預警限高架的應用研究

伍 鵬

（廣州市公路實業發展有限公司,廣東 廣州 510630）

0 引言

限高架主要設置在樞紐、互通及涵洞的出入口處，用于限制過高的車輛不能通過，以保證通行橋梁的安全[1]。目前，傳統限高在交安工程中主要采用物理限制，并在距出入口一定距離設立標志牌提醒來往車輛，無法主動精準地探測出行駛車輛的高度并進行精準警示，同時有效疏導指示的設立不夠或不夠醒目。限高架通過剛性手段攔截超高車輛，讓橋梁不被破壞，但對司乘的生命安全關注度不夠。通過增設主動預警體系與限高架本體剛柔相濟，可以減少超高車輛撞架事故及損失程度。當前，對主動預警限高架傳輸系統的設計研究較多，而應用研究幾乎沒有。

1 撞架事故原因分析

隨著社會經濟的發展，道路里程和橋梁數量快速增長，附著的限高架也越來越多。同時，機動車的數量也逐年增長，超高車輛與限高架碰撞事故屢有發生，嚴重影響司乘人員的生命財產安全：

2015年2月14日，廣東一大巴撞上限高架，車頭部分被削去三分之一，造成2死9傷；2015年9月1日，青海海東一輛混凝土攪拌運輸車撞上限高門架，造成2人死亡；2018年12月，湖北一輛雙層公交車撞上了3 m高的限高架，事故造成2死6傷；2020年6月11日，安徽海南一輛農用拖拉機撞上限高門架，事故造成1人死亡；2021年4月17日，桂林載客56人的客運大巴與限高架發生碰撞，造成1死8輕；2022年11月18日，浙江溫州一輛貨運汽車發生撞架事故，造成1人死亡……

2017年11月，交通運輸部正式發布《公路交通安全設施設計細則》（JTGD81—2017），進一步規范了道路限高門架的設置，但不可改變的是限高門架的材料屬性。當前，限高門架以Q235、Q345鋼結構為主，發生碰撞時，難以做到柔性緩沖。

因限高架的特殊性，撞架事故的后果極其嚴重[2]，所以有必要對限高架事故發生的原因進行分析，根據結果采取相應的技術和手段進行優化，從而降低事故發生的概率[3]。

對近10年來公開報道的113起撞架事故就責任界定進行了統計，分別從限高架產權單位、設計單位、施工單位進行責任歸口，形成匯總表如表1所示：

表1 近10年撞架事故責任方統計表

通過最高人民法院的中國裁判文書網，對已公開的限高架類交通安全事故判決文書進行梳理，共有文書960份，其中可供查閱并認定責任的文書198份，對該198份文書認定的責任方進行統計，以限高架產權單位、設計單位、施工單位及其他責任方進行責任歸口，如表2所示：

表2 裁判文書網門架事故責任方統計表

不難發現，司機作為超高車輛的掌控人，在車撞架事故樣本中的責任比例高達90%。通過分析，司機肇事的主要原因如下：①并沒有察覺到車身高度超過了前方限高架；②存有僥幸心理，認為限高架標明的高度仍有富余，超高車輛可以通過；③雨霧天氣，視線受到影響，未發現限高架或無法獲取限高數據；④前方無預警牌或預警效果不明顯，車速過快來不及制動；⑤注意力轉移、分心。

由此可見，如果能優化預警體系，讓預警更為提前、更具有針對性和警示性，可一定程度上集中司機的注意力，提醒司乘人員車輛無法通過或采取繞行措施，能有效地減少碰撞事故的發生，或降低傷亡和財產損失。現以廣州市白云區永泰跨線橋為例，對主動預警限高架的應用進行研究。

2 永泰跨線橋主動預警限高架應用

2.1 永泰跨線橋現狀

廣州市白云區永泰立交，北至白云大道白云堡掉頭匝道橋，南至白云大道安華匯掉頭位，東至同泰路叢云路口，西至尖彭路廣佛肇高速入口。其中永泰跨線橋全長1 600 m，是南北走向的主動脈，橋中間雙向均接華南快速（廣佛肇高速）出口車輛。

因道路情況復雜，來往客貨運大車通行數量較多，各出入口橋梁通行高度不一，超高車輛與限高門架的碰撞偶有發生。經調查，永泰跨線各方向通行高度如表3所示：

表3 永泰跨線橋橋下通行高度匯總表

從表3中數據可以看出，跨線橋南側南向北前行方向上有4.5 m、3.8 m和3.5 m限高各一處，并且為單行道。該路段進入后無法掉頭，因此需要在入口處設置提醒，避免超高車輛進入后無法掉頭，造成事故及擁堵。跨線橋北側北向南前行方向上有4.2 m限高兩處和3.5 m限高一處，并且為單行道。另有一處3.5 m限高無限高門架。該路段進入后無法掉頭，因此需要在入口處設置提醒，避免超高車輛進入后無法掉頭，造成事故及擁堵。

2.2 永泰跨線橋主動預警限高架應用方案

在充分調查研究的基礎上，廣州市公路實業發展有限公司針對永泰跨線橋限高難題，組建了應用研究和實施團隊，集成激光雷達、中央處理單元、攝像頭、LED警示大屏、輔助燈帶和主動發光標志等設施，形成了一套行之有效的主動預警限高架應用方案，讓限高架成套體系具備主動捕捉車輛高度和車牌號的能力，發現超高車輛時，將有關信息自動傳輸至后臺系統，經過算法處理，聯動LED警示大屏和輔助燈帶等預警裝置，提醒超高車輛司機無法通行，并指明繞行方向。應用方案詳見圖1。

圖1 永泰跨線橋主動預警限高架應用總體方案圖

（1）在白云堡立交出口匝道設懸臂式激光雷達檢測L桿。為保證檢測效果，懸臂長度10 m、桿件高度6.5 m。掛載于懸臂桿件上的激光雷達檢測單元位于道路正中間位置，垂直向下掃描，保證掃描區域均勻覆蓋兩側車道，以對過往車輛進行高度檢測。

激光雷達具有車輛尺寸測量系統，可以自動測量車輛的長、寬、高尺寸，發送給工控機內的算法進行分析處理，并與后臺錄入的超高標準數據進行對比。

應用的激光雷達具備以下特點：①擁有三維點云圖像識別技術，能準確檢測車輛的高度參數；②擁有三維成像檢測，不受光照條件和目標顏色/灰度影響；③自適應匹配濾波算法技術，提升氣象條件適應性。

（2）在懸臂式激光雷達檢測L桿后30 m位置處，建設懸臂式抓拍L桿。為保證圖像獲取效果，懸臂長度10 m、桿件高度6.5 m。抓拍系統包括一臺高清抓拍單元與三支補光燈，與檢測單元在識別車輛上保持同步。

抓拍系統使用的攝像機必須具備以下功能：①優先選用安防級別車輛識別網絡攝像機，分辨率達2 560×1 440；②支持高性能AI處理核心；③擁有車牌方向識別功能，可以過濾各方向無效來車；④自帶加熱功能，可以靈活應對霜雪雨露等惡劣天氣；⑤支持App遠控。

（3）建立基于智慧交通管理平臺的數據系統，作為管控各硬件模塊的支撐，不僅能讓各模塊聯動響應[4]，同時也為未來系統功能擴展及優化提供了充分的預留條件。

數據系統模塊的核心是利用物聯網技術采集限高架智能感知設備數據，并針對現場設備的不同功能提供遠程控制能[5]。

智慧交通管理平臺是智能城市組成的重要部分，可以在平臺上輕松監控集群管理下的產品運行狀態，同時系統自帶數據采集功能，實時抓取、過濾、匯總、分析和匯總生成當天專業的數據報告，支持歷史數據以表格形式導出，對于大數據的應用具有重要意義。

（4）分流處設128 cm×192 cm LED預警屏2塊，分別位于北往北掉頭及北往東左轉門架附近。激光雷達獲取車輛的點云數據后發送給數據處理后臺，通過工控機內算法進行分析處理，獲得車輛的高度和關聯定位該車輛，觸發攝像頭抓拍該車輛的車牌，并在電子警示屏上顯示車牌號及警示文字（如“粵A12345涉嫌超高，禁止通行”）。

（5）環限高架設置豎向及橫向黃閃燈帶。在北往北掉頭、北往南直行、北往東左轉限高架的橫梁及立柱上，安裝XHD-5412H-L1黃閃燈帶。限高架加裝輔助發光燈帶，與檢測設備聯動，正常情況下黃色慢閃，當檢測到超高車輛時，轉為高頻閃，對司機起到強烈的預警。燈帶1 m/條，考慮到門架寬度為11.5 m，高度約3.6 m，橫向設燈帶10條，側向設燈帶2條，雙側布置，詳見圖2。

圖2 永泰跨線橋黃閃燈帶布置圖

（6）在各限高架上安裝主動發光標志，增強預警效果。主動發光標志，光線穿透力強，可視距離遠，可滿足各種惡劣氣候條件，有效降低交通事故發生[6]。

當車輛通過附著有激光雷達檢測單元的懸臂桿時，雷達會迅速捕捉到車輛的高度信息和輪廓模型，將信息數據傳輸給后臺的數據處理系統，通過視頻抓拍系統獲取超高車輛的車牌號，然后聯動LED預警屏和黃閃燈帶，在預警屏上顯示出超高車輛的車牌號和預警文字信息，加快限高門架上燈帶的黃閃頻率，以吸引司機的注意力，使其獲取無法通行的信息。

優化主動性能后的限高門架，預警效果明顯增強：

（1）優化前限高門架標識和警示單一、效果一般，優化后可以通過主動發光標志、黃閃燈帶和LED顯示屏多渠道顯示預警。

（2）電子警示屏上顯示出車牌號及提醒文字，預警的針對性和有效性更加明顯。

（3）黃閃燈帶聯動高頻預警，超高車輛駕駛員注意力將更加集中。

2.3 永泰跨線橋主動預警限高架應用效果及優化方向

永泰跨線橋主動預警門架耗時20 d建成，目前設施處于調試狀態。通過項目建立的網絡控制系統調取主動預警限高架建成后2個月的數據發現：共檢測通過車輛1 608 714車次，其中3.5 m以上超高車輛14 214車次，4.2 m以上超高車輛1 628車次。

在投入使用至今的2個月內，未發生車撞架事故。與未建設主動預警限高架前相比，社會效益顯著，詳見表4：

表4 投入使用前后事故對比表

每兩個月，在門架維修和肇事車輛維修2處可節約費用74 754元，若以年為單位，既可減少損失897 048元，也能最大程度地避免交通擁堵。

盡管在永泰跨線橋下建設主動預警限高架后，暫無碰撞事故發生。但相比傳統單一的限高門架，主動預警系統是基于互聯網和電力為基礎運行，整個系統不可避免地會因客觀條件不穩定。優化算法、布設備用電源或采用太陽能供電作為補充，是后續應用研究中的方向。

3 結語

在永泰跨線橋下，通過集成激光雷達，利用雷達的主動捕捉技術，將超高車輛的信息上傳至后臺控制系統，聯動視頻控制系統、輔助燈帶等主動預警系統對超高車輛進行定向提醒，可以有效減少車撞架事故的發生率。優化算法保持系統的穩定性，采用太陽能板供電作為補充以應對突發狀況，可以作為后續應用研究的方向。