周曉旭

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我國高速公路事業(yè)的快速發(fā)展，給社會帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。近幾年，極端惡劣天氣和低能見度氣象時常發(fā)生，給高速公路運營安全帶來極大隱患[1-2]，據(jù)交通管理部門統(tǒng)計，我國道路交通事故中因低能見度氣象導(dǎo)致的交通事故每年都接近10%[3]，低能見度氣象是影響交通安全最嚴(yán)重的氣象之一[4]。事故造成的重大傷亡和車輛損毀，給國家財產(chǎn)和人民群眾的生命造成嚴(yán)重?fù)p失，同時也產(chǎn)生了不良的社會影響，因此，研究高速公路低能見度氣象下的交通安全控制具有十分重要的現(xiàn)實意義。

低能見度氣象可分為霧、暴雪、暴雨、沙塵暴、霧霾、夜間等[5-6]。低能見度對行車產(chǎn)生的影響主要包括3個方面：一是能見度的降低導(dǎo)致駕駛員對前方和周圍的情況看不清晰，行車視線距離縮短，極易引發(fā)連鎖追尾事故；二是低能見度氣象可使車輛與路面的摩擦系數(shù)減小，尤其是雨、雪、霧的氣象危害更大，致使車輛制動距離延長、行車穩(wěn)定性下降；三是造成駕駛員心理緊張，由于視線受阻，心理壓力增大，極易因操作不當(dāng)而引發(fā)交通事故。

本文提出一種低能見度氣象下的主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案可結(jié)合高速公路的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、交通流的特點，根據(jù)不同能見度氣象有針對性地實施主動誘導(dǎo)策略，向沿途車輛提供道路輪廓強化、行車主動誘導(dǎo)、防追尾警示、安全信息提示等管控措施和服務(wù)，從而實現(xiàn)低能見度氣象下安全引導(dǎo)，有效降低和避免事故發(fā)生，保障高速公路運行安全。

1 系統(tǒng)組成與布設(shè)

1.1 系統(tǒng)組成

低能見度主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)由信息采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)、誘導(dǎo)執(zhí)行子系統(tǒng)、預(yù)警發(fā)布子系統(tǒng)、應(yīng)急聯(lián)動子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖1 低能見度主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)組成

1.2 系統(tǒng)布設(shè)

低能見度主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)安裝于高速公路低能見氣象多發(fā)路段，如圖2所示，系統(tǒng)設(shè)備布設(shè)分為兩段，即入口預(yù)警段和誘導(dǎo)段。入口預(yù)警段由可變情報板、語音廣播、黃色頻閃燈、可變限速標(biāo)志組成，布置于低能見度路段前200～500 m沿線，以聲光警示的方式提醒即將進(jìn)入低能見度路段駕駛員謹(jǐn)慎駕駛；誘導(dǎo)段由能見度儀、微波車檢器、區(qū)域控制器、氣象站、輪廓指示標(biāo)群組組成，該段由能見度、交通信息、氣象信息綜合形成的綜合數(shù)據(jù)信息源，可根據(jù)設(shè)定的控制策略，來控制輪廓指示標(biāo)群組閃爍頻率和顏色的組合來完成行駛車輛的安全誘導(dǎo)。

圖2 系統(tǒng)實施設(shè)備布設(shè)示意圖

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)組成和硬件布設(shè)情況，分別對各子系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計說明。

2.1 信息采集子系統(tǒng)

信息采集子系統(tǒng)主要用于對道路能見度、氣象（雨、雪等）、亮度、車輛信息、交通流等信息的采集，為整個系統(tǒng)提供控制依據(jù)。

2.1.1 交通狀況監(jiān)測

交通狀況監(jiān)測主要用于交通流量、車速、停車信息的采集等。輪廓指示標(biāo)內(nèi)置紅外車檢器并沿道路成對布設(shè)，實現(xiàn)車輛運動軌跡的動態(tài)跟蹤；微波車檢器對交通狀況信息實時采集，為主動誘導(dǎo)提供運行參數(shù)。

2.1.2 氣象傳感監(jiān)測

氣象傳感監(jiān)測的內(nèi)容包括能見度、溫度、濕度、雨、雪等。其中能見度值是系統(tǒng)的關(guān)鍵信息，通過實時獲取道路能見度值，并基于該值進(jìn)一步形成控制策略實現(xiàn)可變情報板、電子限速顯示牌、輪廓指示燈、頻閃燈等誘導(dǎo)控制。

2.2 數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理與控制子系統(tǒng)根據(jù)采集的能見度值、氣象信息、交通狀態(tài)等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析綜合形成控制策略，并根據(jù)控制策略對誘導(dǎo)執(zhí)行子系統(tǒng)、預(yù)警發(fā)布子系統(tǒng)、應(yīng)急聯(lián)動子系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。圖3所示為系統(tǒng)的控制流程圖。

2.3 誘導(dǎo)執(zhí)行子系統(tǒng)

誘導(dǎo)執(zhí)行子系統(tǒng)根據(jù)不同能見度和交通信息下的誘導(dǎo)策略，通過控制道路兩邊安裝的誘導(dǎo)輪廓指示標(biāo)的閃爍頻率、亮度、顏色對進(jìn)入低能見區(qū)域的車輛進(jìn)行主動發(fā)光誘導(dǎo)。

2.4 預(yù)警發(fā)布子系統(tǒng)

圖3 數(shù)據(jù)處理與控制示意圖

預(yù)警信息發(fā)布子系統(tǒng)由設(shè)置低能見度區(qū)域前方的可變情報板、可變限速標(biāo)志、聲光報警裝置等設(shè)備組成，用于實現(xiàn)入口段提前預(yù)警，即對駛?cè)朐搮^(qū)域的車輛提示前方有低能見度氣象，限速慢行，讓駕駛員做好在低能見度區(qū)域中行車的心理準(zhǔn)備。

2.4.1 可變情報板

可變情報板用文字的形式告知駕駛員前方低能見度狀況，提醒駕駛員謹(jǐn)慎駕駛。如“減速慢行”，“進(jìn)入霧區(qū)”，“能見度100米”等信息。

2.4.2 可變限速標(biāo)志

可變限速標(biāo)志由區(qū)域控制器控制，系統(tǒng)自動根據(jù)能見度設(shè)置限速值，向駕駛員告知車速限制，可根據(jù)控制意圖變換限速指示。

2.4.3 聲光報警裝置

為了加強對駕駛員的視覺和聽覺刺激，誘導(dǎo)段前方200～500 m范圍，布設(shè)可變情報板和可變限速標(biāo)志。

2.5 應(yīng)急聯(lián)動子系統(tǒng)

應(yīng)急聯(lián)動子系統(tǒng)主要用于應(yīng)對低能見氣象以及產(chǎn)生的突發(fā)事件，提高應(yīng)急救援能力，系統(tǒng)根據(jù)采集到的交通信息、氣象信息、事故報警信息等，及時發(fā)布給交警、路政、醫(yī)院等相關(guān)單位，以便各單位做好應(yīng)急準(zhǔn)備和救援工作。

3 關(guān)鍵控制策略

控制策略是整個低能見度高速公路主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)控制核心，依托整個系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)來實現(xiàn)控制流程，以下提供4種典型策略。

3.1 道路輪廓強化

道路輪廓強化主要根據(jù)管理中心指令直接控制輪廓指示標(biāo)組群以黃色或紅色低頻預(yù)警閃爍，提示道路的線形和輪廓。同時，并對即將進(jìn)入低能見度路段的駕駛員進(jìn)行可變情報板、可變限速標(biāo)志、廣播系統(tǒng)提醒，謹(jǐn)慎駕駛，減速慢行。

3.2 防撞預(yù)警

防撞預(yù)警主要是用于解決跟車過程車距控制問題。通過部分輪廓指示標(biāo)顏色變化來提示前方剛剛有車通過，提醒跟車駕駛員保持車距，且安全距離可根據(jù)輪廓指示標(biāo)間距和數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，圖4為系統(tǒng)防撞預(yù)警示意圖。

圖4 防撞預(yù)警示意圖

表1 主動誘導(dǎo)控制模式

3.3 主動誘導(dǎo)

主動誘導(dǎo)是系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定交通狀態(tài)、能見度值等閾值自動誘導(dǎo)車輛。具體誘導(dǎo)策略事例如表1所示。其中氣象傳感器檢測的雨、雪等氣象信息可根據(jù)經(jīng)驗或?qū)嶋H測試折算為能見度值，實現(xiàn)主動誘導(dǎo)控制信息源歸一性，簡化控制算法，保障系統(tǒng)響應(yīng)。

3.4 應(yīng)急聯(lián)動

應(yīng)急聯(lián)動主要是根據(jù)低能見度氣象等級提前預(yù)警短信形式發(fā)送至各相關(guān)部門負(fù)責(zé)人，做好應(yīng)急準(zhǔn)備；一旦發(fā)生突發(fā)事件時，通知應(yīng)急聯(lián)動單位（如路政、消防、收費站、醫(yī)院、交警等）進(jìn)行聯(lián)動，實施聯(lián)動方案，保障救援及時性。

4 結(jié)論

本文從低能見度主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、系統(tǒng)方案設(shè)計、控制流程、關(guān)鍵控制策略等方面進(jìn)行了闡述，特別是對系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計和關(guān)鍵的控制策略進(jìn)行深入分析，為低能見度主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)實際應(yīng)用效果的改善提供了重要參考。此外，低能見度主動發(fā)光誘導(dǎo)系統(tǒng)的實際應(yīng)用從國內(nèi)外來看還處于起步階段，從部分工程的應(yīng)用效果來看，能夠有效提高低能見度氣象行車的安全性，最大限度地發(fā)揮高速公路運營能力，確保高速公路的道路通暢和行車安全，具有廣泛的應(yīng)用前景。