■張智超

（福建省高速公路監(jiān)控中心浦城分中心，浦城353400）

互聯(lián)網(wǎng)+智能化惡劣天氣行車安全預(yù)警系統(tǒng)研究

■張智超

（福建省高速公路監(jiān)控中心浦城分中心，浦城353400）

惡劣天氣是高速公路行車安全的巨大隱患，為有效減少惡劣天氣對高速公路行車安全和運(yùn)營管理的危害，浦城監(jiān)控分中心開發(fā)了互聯(lián)網(wǎng)+智能化惡劣天氣行車安全預(yù)警系統(tǒng)軟件。本文介紹該系統(tǒng)軟件的各個(gè)功能模塊，分析了該系統(tǒng)如何及時(shí)向車戶發(fā)布信息預(yù)警提示和誘導(dǎo)提示。該系統(tǒng)軟件對減少惡劣天氣下事故的發(fā)生，保障車戶的行車安全有重要意義。

惡劣天氣智能化互聯(lián)網(wǎng)行車安全預(yù)警系統(tǒng)

1 引言

惡劣天氣是高速公路發(fā)生交通事故的重要誘因[1]。如何有效減少惡劣天氣下交通事故的發(fā)生，保障廣大司乘人員的行車安全，確保高速公路在惡劣天氣下的良好運(yùn)營，是對高速公路運(yùn)營管理公司的嚴(yán)峻考驗(yàn)[2]。目前國內(nèi)為保證惡劣天氣下行車安全所采取的預(yù)警措施大多依賴人工自主識(shí)別當(dāng)時(shí)的路況信息或利用氣象監(jiān)測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，再通過人工發(fā)布信息告知車戶，這些方法由于受到各種客觀條件限制，具有滯后性。

據(jù)研究，由于惡劣天氣路面狀況變差，同樣行駛工況下駕駛?cè)瞬僮飨嗤?，但由于路面附著系?shù)下降和視線的限制，車輛容易超出車道，甚至失去控制，發(fā)生事故，而降低車速有助于提高車輛的行駛穩(wěn)定性[3]。通過研制安全氣象預(yù)警系統(tǒng)和鄰近預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)，提前告知車戶，讓車戶具有心理準(zhǔn)備，在行車時(shí)控制車速，能最大限度的減少惡性交通事故[4]。

浦城地處閩北山區(qū)，閩、浙、贛三省交界處。轄區(qū)內(nèi)不少路段地處崇山峻嶺，路況復(fù)雜且氣候惡劣，京臺(tái)閩浙省際站惡劣天氣尤為明顯，全年霜凍期逾60天，雨霧天氣達(dá)150多天。司乘人員在惡劣天氣狀況下行車具有極大的安全隱患[5]。為了應(yīng)對這一狀況，浦城分中心在畢嶺關(guān)隧道、浮蓋山隧道洞口安裝環(huán)形霧燈，在惡劣天氣時(shí)開啟霧燈能引導(dǎo)車輛安全行駛。霧燈的開啟主要依賴監(jiān)控員半小時(shí)一次巡檢外場云臺(tái)來判斷外界路況的能見度，當(dāng)圖像界面顯示能見度較低時(shí)，監(jiān)控員通過統(tǒng)一監(jiān)控軟件開啟環(huán)形霧燈，引導(dǎo)車輛安全駛?cè)胨淼馈Ｈ魣D像顯示能見度正常時(shí)，則不予操作。另外分中心在畢嶺關(guān)隧道北側(cè)安裝氣象監(jiān)測站，該設(shè)備可采集現(xiàn)場的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、路面狀態(tài)、能見度七個(gè)重要參數(shù)，可供監(jiān)控員在需要時(shí)查看。惡劣天氣條件下，監(jiān)控員每半小時(shí)查看氣象站數(shù)據(jù)，把查看的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)告知相關(guān)部門并發(fā)布情報(bào)板信息告知車戶。從上述的工作流程中可以看出，霧燈是否開啟的主要判定方式依賴于監(jiān)控員的判斷，具有不確定性，并且半小時(shí)巡檢一次，使得霧燈的開啟具有滯后性；氣象站的數(shù)據(jù)采集到監(jiān)控員發(fā)現(xiàn)問題，再到信息發(fā)布告知車戶這中間的過程也具有一定的滯后性。

2 預(yù)警系統(tǒng)軟件的開發(fā)

霧燈的開啟與情報(bào)板的信息發(fā)布的及時(shí)，對提醒廣大車戶減速慢行，從而保證行車安全具有重要意義[6]。為此浦城監(jiān)控分中心開發(fā)了一套互聯(lián)網(wǎng)+智能化惡劣天氣行車安全預(yù)警系統(tǒng)軟件（以下簡稱預(yù)警軟件），將現(xiàn)有的情報(bào)板、霧燈與氣象站聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)布信息預(yù)警提示和誘導(dǎo)提示；同時(shí)借助互聯(lián)網(wǎng)微信平臺(tái)及時(shí)向廣大車戶發(fā)送惡劣天氣鄰近預(yù)警服務(wù)信息。該預(yù)警軟件基于物聯(lián)網(wǎng)概念，依托氣象站采集的實(shí)時(shí)能見度、溫度、路面狀況等重要參數(shù)。該軟件的開發(fā)和使用減少了人為服務(wù)的滯后弊端，使車戶盡早了解惡劣天氣下的路況信息，以此保障廣大車戶在惡劣天氣下的行車安全，對高速公路惡劣天氣下的事故預(yù)防具有重要意義。

預(yù)警軟件使用C#WinForm.net語言編程，C#綜合了VB簡單的可視化操作和C++的高運(yùn)行效率。該軟件的開發(fā)工具是Visual Studio 2013，開發(fā)組件是.NET Framework 4.0。Visual Studio 2013是基于.NET Framework 4.0的目前最流行的Windows平臺(tái)應(yīng)用程序的集成開發(fā)工具，它可以幫助開發(fā)人員迅速創(chuàng)建跨平臺(tái)、跨操作系統(tǒng)、跨語言的軟件和應(yīng)用程序。中間層軟件采用KEPServer OPC軟件，OPC軟件主要是作為計(jì)算機(jī)與PLC進(jìn)行通信的接口軟件。計(jì)算機(jī)通過TCP通信采集氣象站數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。采集的間隔時(shí)間為1分鐘，間隔時(shí)間可通過配置文件進(jìn)行設(shè)置。通過對預(yù)警參數(shù)的閥值設(shè)置，來確定是否報(bào)警，通過TCP通信協(xié)議聯(lián)動(dòng)情報(bào)板，通過歐姆龍PLC聯(lián)動(dòng)霧燈，同時(shí)語音報(bào)警提示監(jiān)控員進(jìn)行確認(rèn)。簡潔明了的軟件界面，便捷的操作方式讓監(jiān)控員的工作更加順暢。同時(shí)利用軟件微信報(bào)文訂閱功能可以直接生成信息報(bào)文，并打開微信平臺(tái)，監(jiān)控員只需復(fù)制粘貼就可以把實(shí)時(shí)報(bào)文推送給廣大車戶。預(yù)警軟件是整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的核心。

圖1 預(yù)警軟件操作界面

2.1 預(yù)警軟件的功能模塊

預(yù)警軟件的主要功能有:氣象站重要參數(shù)獲取服務(wù)、智能化霧燈預(yù)警聯(lián)動(dòng)服務(wù)、智能化情報(bào)板預(yù)警聯(lián)動(dòng)服務(wù)、微信平臺(tái)鄰近預(yù)警服務(wù)、用戶管理服務(wù)。

2.1.1 氣象站重要參數(shù)獲取服務(wù)模塊

通過氣象站設(shè)備設(shè)置功能模塊來設(shè)置所需氣象站的IP、端口號(hào)、設(shè)備名等參數(shù)。氣象站重要參數(shù)采集子系統(tǒng)是預(yù)警系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。氣象站由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、供電系統(tǒng)和通訊模塊4部分組成，對能見度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、濕度、雨量、路面狀況（表面溫度、干濕狀況、結(jié)冰）等7個(gè)要素進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測和采集。數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)光端機(jī)，每分鐘一個(gè)包傳輸?shù)椒种行谋O(jiān)控大廳氣象工作站的預(yù)警系統(tǒng)軟件中，軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。氣象站如下圖2。

圖2 氣象站

2.1.2 智能化霧燈預(yù)警聯(lián)動(dòng)服務(wù)模塊

聯(lián)動(dòng)服務(wù)軟件通過配置的OPC軟件與PLC進(jìn)行通信，通過歐姆龍CJ1 PLC對霧燈進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。通過霧燈參數(shù)設(shè)置模塊來設(shè)置霧燈所屬的PLC、OPC服務(wù)器IP、OPC服務(wù)名稱等參數(shù)，添加刪除霧燈設(shè)備，選擇聯(lián)動(dòng)的霧燈和設(shè)置霧燈聯(lián)動(dòng)的能見度預(yù)警閥值。通過從氣象站獲取的能見度數(shù)據(jù)，判斷能見度報(bào)警。如果獲取的能見度小于設(shè)置的報(bào)警值，將寫值到對應(yīng)霧燈OPC變量進(jìn)行開關(guān)操作。當(dāng)能見度低于于設(shè)置閥值時(shí)，發(fā)出語音提示告知監(jiān)控員，并智能開啟環(huán)形霧燈，進(jìn)行行車安全誘導(dǎo)提示。當(dāng)能見度高于設(shè)置閥值時(shí)，軟件自動(dòng)關(guān)閉霧燈并發(fā)出語音提示告知監(jiān)控員。當(dāng)有特殊情況時(shí)，還可以進(jìn)行人工調(diào)節(jié)霧燈的開關(guān)，使霧燈的開啟方式更加靈活。詳見圖3。

圖3 濃霧天氣霧燈自動(dòng)開啟

2.1.3智能化情報(bào)板預(yù)警聯(lián)動(dòng)服務(wù)模塊

智能化情報(bào)板預(yù)警聯(lián)運(yùn)服務(wù)模塊由情報(bào)板參數(shù)設(shè)置和內(nèi)容訂閱兩個(gè)模塊構(gòu)成，氣象站采集的數(shù)據(jù)通過預(yù)警系統(tǒng)軟件實(shí)時(shí)發(fā)送至道路沿線的信息發(fā)布屏。

情報(bào)板參數(shù)設(shè)置模塊：設(shè)置情報(bào)板IP、端口、是否啟用聯(lián)動(dòng)的參數(shù)，也可以添加刪除情報(bào)板設(shè)備。通過該模塊，監(jiān)控員可根據(jù)惡劣天氣的影響程度來選擇在所需情報(bào)板上發(fā)布預(yù)警提示。

內(nèi)容訂閱模塊：可設(shè)置情報(bào)板聯(lián)動(dòng)時(shí)需要顯示的內(nèi)容，訂閱內(nèi)容設(shè)置為勾選按鈕，需要顯示的內(nèi)容打勾并保存即可?？深A(yù)覽訂閱的內(nèi)容，根據(jù)情報(bào)板的類型分類預(yù)覽。主要分為96×48、352×32、160×96三類尺寸情報(bào)板。可以設(shè)置顯示時(shí)的效果，可設(shè)置字體、字體顏色、背景顏色、顯示方式等效果。監(jiān)控員可根據(jù)不同的特殊天氣來選擇發(fā)布的信息要素，突出天氣的特點(diǎn)，讓車戶更加容易解讀信息。遇突發(fā)事件，如事故信息、封道信息時(shí)，可在監(jiān)控大廳直接遠(yuǎn)程手動(dòng)控制情報(bào)板，發(fā)布所需的特殊信息，使車戶第一時(shí)間了解路段最新的路況信息，行車安全的同時(shí)得到全新的服務(wù)體驗(yàn)。冰雪天氣下情報(bào)板發(fā)布冰雪信息如下圖4。

圖4 冰雪天氣情報(bào)板發(fā)布預(yù)警提示

2.1.4 微信平臺(tái)鄰近預(yù)警服務(wù)模塊

充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源，借助微信平臺(tái)，建立名為“浦城分中心惡劣天氣預(yù)警”微信公眾號(hào)，通過公司宣傳讓廣大車戶通過手機(jī)微信APP關(guān)注。一方面可以根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的氣象數(shù)據(jù)，待監(jiān)控員確認(rèn)后，利用軟件的微信訂閱報(bào)文模塊生成報(bào)文，通過新媒體微信平臺(tái)向廣大車戶發(fā)布相應(yīng)的氣象預(yù)警信息提醒及安全行車提示，保證高速安全暢通；另一方面，積極關(guān)注當(dāng)?shù)貧庀蟛块T發(fā)布的關(guān)于惡劣天氣信息，利用互聯(lián)網(wǎng)微信平臺(tái)提前告知廣大車戶進(jìn)行鄰近預(yù)報(bào)服務(wù)，比如在冰雪天氣時(shí)通過微信平臺(tái)發(fā)布信息，告知車戶，就可以讓車戶調(diào)整出行路線或時(shí)間，可以緩解惡劣天氣下的交通壓力，保障車戶安全。此外微信平臺(tái)還可宣傳高速公路的相關(guān)政策和法規(guī)、行車安全小知識(shí)等，提升運(yùn)營管理公司社會(huì)服務(wù)水平。微信平臺(tái)鄰近預(yù)警服務(wù)如圖5。

圖5 微信平臺(tái)鄰近預(yù)警服務(wù)

2.1.5 用戶管理服務(wù)模塊

用戶賬號(hào)類型分為三種：管理員、技術(shù)員、監(jiān)控員。只有管理員用戶菜可以管理用戶并擁有對軟件所有功能模塊參數(shù)設(shè)置功能。技術(shù)員用戶可以對軟件除用戶管理服務(wù)外的其他所有模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控員用戶可對內(nèi)容訂閱模塊、微信報(bào)文訂閱模塊所有功能進(jìn)行操作。也可在情報(bào)板、霧燈參數(shù)設(shè)置模塊中選擇聯(lián)動(dòng)的相關(guān)設(shè)備和是否聯(lián)動(dòng)，但是沒有增減設(shè)備及更改設(shè)備IP的權(quán)限。

2.2 預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)備拓?fù)鋱D及工作流程圖

圖6是預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備拓?fù)鋱D，氣象站通過數(shù)據(jù)采集模塊采集存儲(chǔ)，傳輸?shù)剿淼揽跈C(jī)房數(shù)據(jù)交換機(jī)，再通過光傳輸?shù)椒种行臋C(jī)房數(shù)據(jù)交換機(jī)存儲(chǔ)至服務(wù)器，大廳監(jiān)控工作站通過軟件從服務(wù)器中調(diào)取所需的數(shù)據(jù)，經(jīng)過軟件分析對環(huán)形霧燈、情報(bào)板進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)生成微信報(bào)文供微信平臺(tái)發(fā)布信息使用。情報(bào)板、微信平臺(tái)向車戶發(fā)布預(yù)警信息，霧燈對車戶提供誘導(dǎo)提示。

圖6 預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備拓?fù)鋱D

預(yù)警系統(tǒng)的工作流程（見圖7）：首先預(yù)警軟件從氣象站中獲取相關(guān)參數(shù)，每分鐘提取一次，判斷天氣狀況。若無惡劣天氣，則預(yù)警軟件無預(yù)警。若天氣惡劣則預(yù)警開啟：能見度低至小于霧燈參數(shù)設(shè)置的能見度值時(shí)，軟件自動(dòng)遠(yuǎn)程控制PLC設(shè)備開啟環(huán)形霧燈，誘導(dǎo)車戶安全駛?cè)胨淼?；情?bào)板根據(jù)預(yù)警軟件的設(shè)置自動(dòng)聯(lián)動(dòng)情報(bào)板，發(fā)布選定的天氣要素預(yù)警信息，提示車戶減速行駛，保障行車安全；通過軟件微信報(bào)文訂閱或外部氣象局等應(yīng)急預(yù)報(bào)信息，經(jīng)監(jiān)控員編輯，推送給廣大車戶，讓車戶提前了解路況，重新規(guī)劃出行計(jì)劃或謹(jǐn)慎駕駛，確保行車安全。霧燈與情報(bào)板發(fā)生相關(guān)預(yù)警聯(lián)動(dòng)時(shí)，都會(huì)發(fā)出語音提示，讓監(jiān)控員從圖像或者其他方式獲得信息進(jìn)行審核。

圖7 預(yù)警系統(tǒng)工作流程圖

3 效益

從社會(huì)效益上看，縮減了監(jiān)控人員從巡檢到發(fā)布信息預(yù)警和開啟誘導(dǎo)提示的中間過程，最大限度地降低人為服務(wù)的滯后弊端。設(shè)備聯(lián)動(dòng)時(shí)，預(yù)警軟件語音提示監(jiān)控人員進(jìn)行審核，人機(jī)雙審核保證系統(tǒng)正確工作。從信源上來說，系統(tǒng)發(fā)布信息直接來自氣象站的采集，保證了發(fā)布的信息不被監(jiān)控人員的主觀判斷影響和視頻設(shè)備等客觀設(shè)備所干擾，加強(qiáng)了信息的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。通過預(yù)警軟件準(zhǔn)確、及時(shí)向車戶發(fā)布信息預(yù)警提示和誘導(dǎo)提示，保障了廣大車戶在惡劣天氣下的行車安全。

從經(jīng)濟(jì)效益上看，（1）節(jié)省運(yùn)營單位在惡劣天氣下巡檢天氣狀況的人工、油耗、車輛成本：巡檢節(jié)約總成本（p）=人工成本（p1）+油耗成本（p2）+車輛成本（p3）。霜凍期60天計(jì)算，雨霧天氣按150天計(jì)算，車輛每公里油耗為1元，畢嶺關(guān)隧道巡檢區(qū)間往返為70公里。霜凍期夜間交警、路政各增加巡檢2次，監(jiān)控、養(yǎng)護(hù)各增加巡檢一次，白天監(jiān)控、養(yǎng)護(hù)、交警、路政等部門各增加巡檢一次，增加次數(shù)為10次；雨霧天氣按交警、路政各增加一次巡檢，其余部門未增加巡檢次數(shù),則增加次數(shù)為2次。人工成本按每人每次60元計(jì)算，每次巡檢2人，則單次巡檢人力成本為120元，p1=每天巡檢次數(shù)×單次巡檢人力成本×巡檢天數(shù)=10×120×60+2×120×150=180000元。油耗節(jié)約成本=每天巡檢次數(shù)×每公里數(shù)油耗×巡檢公里數(shù)×巡檢天數(shù)按，霜凍期油耗成本=10×1×70×60=42000元。同理雨霧天氣油耗成本=150×1×2×70=21000元，即p2=霜凍期油耗成本+雨霧天油耗成本=42000+21000=63000元。車輛成本按平均每一萬公里500元計(jì)算，則p3=（車輛行駛公里數(shù)/ 10000）×500=（4.2+2.1）×500=3150元。則每年巡檢節(jié)約總成本p=p1+p2+p3=246150元。

（2）另外養(yǎng)護(hù)和路政部門可以在路面結(jié)冰初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，同樣可以減少除冰成本，并緩解路面結(jié)冰造成的通行壓力。

（3）減少了車戶在惡劣天氣下由于發(fā)生事故或因事故發(fā)生導(dǎo)致的車輛滯留所帶來的損失。

4 結(jié)論

預(yù)警軟件是針對惡劣天氣行車安全事故發(fā)生前的預(yù)防所采取的措施，首先通過微信平臺(tái)提前告知車戶近期的惡劣天氣信息，提供鄰近預(yù)警服務(wù)，讓車戶可提前規(guī)劃出行方案；其次在惡劣天氣時(shí)，通過霧燈和情報(bào)板與氣象站的聯(lián)動(dòng)，保證信息預(yù)警提示和誘導(dǎo)提示在惡劣天氣下及時(shí)開啟，保障廣大車戶的行車安全。福建省轄區(qū)內(nèi)高速公路大部分路段地處山區(qū)，氣候環(huán)境復(fù)雜，高速公路橋隧比大，預(yù)警軟件對減少惡劣天氣下我省高速公路行車事故的發(fā)生具有重要意義。該預(yù)警軟件的開發(fā)使用是高速公路運(yùn)營管理公司在惡劣天氣下行車安全的風(fēng)險(xiǎn)防控上邁出的堅(jiān)實(shí)一步。

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