智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用

王和林 許力 曾會(huì)翔 蔣成龍

摘要：智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)是一種智能集成警示設(shè)備，其特點(diǎn)是通過(guò)主動(dòng)發(fā)光單元實(shí)現(xiàn)道路輪廓辨識(shí)及防撞警示，并系統(tǒng)集成聲光信息警示、聯(lián)動(dòng)警告、抓拍機(jī)制等，以提高駕駛安全系數(shù)。文章將智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)在柳南高速實(shí)施3km試點(diǎn)，通過(guò)跟蹤觀測(cè)，該系統(tǒng)能夠有效地對(duì)柳南高速（洛維大橋附近）的“團(tuán)霧”及大霧作出安全預(yù)警，能夠?qū)?chē)輛進(jìn)行有效地誘導(dǎo)，提升行車(chē)安全和通行率，具有較強(qiáng)的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高速公路霧區(qū);智能誘導(dǎo);控制策略;集成應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U492.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.038

文章編號(hào)：1673-4874（2019）08-0138-04

0引言

由于自然條件及地理因素影響，山區(qū)高速公路交通安全問(wèn)題一直以來(lái)備受矚目。其中，霧是導(dǎo)致高速公路交通事故、影響通行效率的重要因素之一。廣西地處西南，山區(qū)覆蓋面積大，且秋冬季節(jié)大霧、團(tuán)霧發(fā)生頻率高，對(duì)道路通行與行車(chē)安全直接帶來(lái)了隱患?！兜缆方煌ò踩珜?shí)施條例》明確提出，機(jī)動(dòng)車(chē)輛在高速公路上行駛的車(chē)速需與能見(jiàn)度保持一定的關(guān)系才能保證行車(chē)安全。目前，針對(duì)道路霧區(qū)誘導(dǎo)設(shè)施相對(duì)單一，基本采用單一的主動(dòng)發(fā)光單元引導(dǎo)車(chē)輛行駛，在技術(shù)層面和解決方案上均相對(duì)傳統(tǒng)。為了提升霧區(qū)誘導(dǎo)的可靠性和智能化，在柳南（柳州一南寧）高速公路洛維大橋附近（樁號(hào)K1267～K1269附近）引入智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)試點(diǎn)，該系統(tǒng)具有智能誘導(dǎo)、聲光報(bào)警、聯(lián)動(dòng)警告等功能，在霧區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)道路輪廓識(shí)別、防撞警示等智能誘導(dǎo)功能，從而有效提升霧區(qū)道路的通行安全。

1智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)的原理

智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)是利用智能警示設(shè)備為駕駛員提供清晰的道路輪廓、預(yù)警信息等，可根據(jù)實(shí)際需求顯示特定狀態(tài)的功能性誘導(dǎo)系統(tǒng)。系統(tǒng)誘導(dǎo)單元主要由黃、紅雙色誘導(dǎo)燈組成的模塊化警示裝置構(gòu)成，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置采集的實(shí)時(shí)能見(jiàn)度、氣象信息及車(chē)流量信息等情況，經(jīng)內(nèi)部算法處理、分析，制定出實(shí)時(shí)行車(chē)控制策略。然后根據(jù)策略控制主動(dòng)發(fā)光誘導(dǎo)設(shè)施采取不同的發(fā)光亮度、顏色、閃頻等，形成雙色誘導(dǎo)警示帶，有針對(duì)性地為駕駛?cè)藛T提供道路輪廓強(qiáng)化、行車(chē)主動(dòng)誘導(dǎo)及防止追尾警示等功能。

利用安裝在公路兩側(cè)的雙色誘導(dǎo)燈為行駛車(chē)輛提供安全誘導(dǎo)，當(dāng)突遇團(tuán)霧、大霧等能見(jiàn)度較低的天氣，該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)聲光智能警示行駛車(chē)輛，同時(shí)可聯(lián)機(jī)信息發(fā)布，監(jiān)控中心同步監(jiān)控與應(yīng)急疏導(dǎo)，防范可能發(fā)生的交通事故。整體系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)的控制策略

智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)采用雙色誘導(dǎo)燈安裝于道路兩側(cè)，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)節(jié)雙色誘導(dǎo)燈的發(fā)光顏色、閃爍頻率，可以有效地實(shí)現(xiàn)道路輪廓辨識(shí)及防撞警示，提高行車(chē)安全。霧的能見(jiàn)度對(duì)車(chē)輛行駛過(guò)程中的跟車(chē)距離、車(chē)速、停車(chē)視距等有較大影響。根據(jù)相關(guān)學(xué)者對(duì)能見(jiàn)度與速度關(guān)系的研究，提出了能見(jiàn)度一速度關(guān)系模型：

停車(chē)視距模型分別采用美國(guó)國(guó)家公路與運(yùn)輸工作者協(xié)會(huì)（AASHTO）和美國(guó)國(guó)家合作公路研究計(jì)劃?rùn)C(jī)構(gòu)（NCHRP）的停車(chē)視距模型，兩種停車(chē)視距模型的駕駛員反應(yīng)時(shí)間取2.5s。

根據(jù)上述相關(guān)的研究基礎(chǔ)，智能霧區(qū)誘導(dǎo)響應(yīng)控制策略共分為三級(jí)，包括道路輪廓識(shí)別、主動(dòng)誘導(dǎo)、防撞警示。具體控制策略為：

（1）道路輪廓辨識(shí)

環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)周?chē)芤?jiàn)度低于設(shè)計(jì)閥值（400m<能見(jiàn)度<500m）時(shí)，兩側(cè)的雙色誘導(dǎo)燈自動(dòng)開(kāi)啟黃色，紅色警示燈一直關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入道路輪廓識(shí)別模式。在該模式下可以標(biāo)示道路線形，引導(dǎo)車(chē)輛前行。道路輪廓辨識(shí)模式示意圖如圖2所示。

（2）主動(dòng)誘導(dǎo)

周?chē)芤?jiàn)度低于設(shè)計(jì)閥值（200m<能見(jiàn)度<400m）時(shí)，兩側(cè)的雙色誘導(dǎo)燈自動(dòng)開(kāi)啟黃色且同步閃爍，紅色警示燈一直關(guān)閉，系統(tǒng)進(jìn)入主動(dòng)誘導(dǎo)模式。在該模式下利用閃爍的動(dòng)態(tài)燈光提醒駕駛員注意行車(chē)路況信息，如圖3所示。

（3）防撞警不

周?chē)芤?jiàn)度低于設(shè)計(jì)閥值（能見(jiàn)度<200m）時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入車(chē)距控制模式。無(wú)車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，黃色誘導(dǎo)燈同步閃爍;當(dāng)有車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，行經(jīng)車(chē)輛后方一段距離（根據(jù)行車(chē)速度確定）的黃色誘導(dǎo)燈轉(zhuǎn)換成紅色警示燈，形成紅色防撞警示區(qū)域，且紅色警示區(qū)域隨行車(chē)方向向前移動(dòng)，從而形成一定距離的紅色尾跡燈，警示后車(chē)避免駛?cè)胛槽E區(qū)域，以防止發(fā)生追尾等交通事故，如圖4所示。

而當(dāng)后方有車(chē)輛駛?cè)肭败?chē)紅色警示區(qū)域時(shí)，紅色警示區(qū)域內(nèi)誘導(dǎo)燈閃爍，提醒后車(chē)保持車(chē)距，迫使其降速，達(dá)到防撞效果，如圖5所示。

3工程應(yīng)用

在沿江、沿湖、大橋等多霧路段，相關(guān)的靜態(tài)誘導(dǎo)設(shè)施在霧中基本失去作用，而智能霧區(qū)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)系統(tǒng)則可以有效加強(qiáng)視覺(jué)誘導(dǎo)效果。尤其在應(yīng)用于小半徑彎道時(shí)，由于彎道半徑曲線小，影響停車(chē)視距，布設(shè)智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)可提升道路的識(shí)別能力，從而給駕駛員提供更好的視覺(jué)誘導(dǎo)效果。

以在泉南高速柳南段試點(diǎn)為例，泉南高速是國(guó)家“7918”高速公路網(wǎng)中的第15橫。柳州（鹿寨）至南寧段部分路段，尤其是在泉南高速柳南段柳州往南寧方向1265km+500m處（洛維大橋附近），該路段由于處于沿江區(qū)域，環(huán)境濕度高，是大霧、團(tuán)霧的多發(fā)地帶，因團(tuán)霧引發(fā)了多起交通事故，帶來(lái)了極大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。為了解決這一問(wèn)題，結(jié)合運(yùn)營(yíng)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查及研究，最終擬在洛維大橋及橋頭兩段，總長(zhǎng)約3.1km（全斷面4幅）實(shí)施布置智能霧區(qū)誘導(dǎo)裝置。雙向采用智能霧區(qū)控制系統(tǒng)，同時(shí)將已有的電子顯示屏進(jìn)行接入，實(shí)現(xiàn)低能見(jiàn)度條件下主動(dòng)誘導(dǎo)、主動(dòng)報(bào)警及與中心控制相結(jié)合的智能平臺(tái)。

霧燈誘導(dǎo)單元安裝區(qū)域?yàn)槁寰S大橋及橋頭兩段，智能霧區(qū)系統(tǒng)主要硬件設(shè)備為誘導(dǎo)燈光能主體箱，其提供系統(tǒng)自主供電，可解決道路交通外場(chǎng)設(shè)備的供電難題;其安裝位置為道路兩側(cè)的橋梁護(hù)欄，安裝間距為20～25m，是霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)的核心部件。整個(gè)試點(diǎn)區(qū)域安裝數(shù)量約為400套，安裝示意圖見(jiàn)圖6。配套的能見(jiàn)度測(cè)試儀安裝于霧區(qū)路段主控機(jī)桿上方，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境，QK型能見(jiàn)度檢測(cè)儀測(cè)量范圍為5～3km，安裝數(shù)量為1套。

相比于傳統(tǒng)的誘導(dǎo)裝置，該智能霧區(qū)控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）布設(shè)的傳感器可實(shí)時(shí)采集周?chē)h(huán)境（能見(jiàn)度、車(chē)流量、行車(chē)速度等）數(shù)據(jù)，在智能誘導(dǎo)單元中進(jìn)行計(jì)算分析后，制定不同的行車(chē)策略，按策略控制主動(dòng)發(fā)光誘導(dǎo)設(shè)施采用不同的發(fā)光亮度、顏色及閃頻等，有針對(duì)性地為駕駛?cè)颂峁┑缆份喞獜?qiáng)化、行車(chē)主動(dòng)誘導(dǎo)、防止追尾警示等功能;（2）系統(tǒng)集成聲光、信息警示功能，能見(jiàn)度儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣象環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集超出閾值時(shí)，前端聲光報(bào)警器觸發(fā)高音警報(bào)和語(yǔ)音提醒，同時(shí)聯(lián)動(dòng)情報(bào)部發(fā)出警示信息;（3）具有聯(lián)動(dòng)警告、抓拍機(jī)制，可以有效判斷超速車(chē)輛并給予警告，保證行車(chē)安全。

系統(tǒng)已在柳南高速公路試運(yùn)行，對(duì)霧區(qū)智能誘導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明在大霧天氣下系統(tǒng)運(yùn)行效果較好，車(chē)輛駛?cè)胝T導(dǎo)區(qū)域后的跟車(chē)視距有所增加，行駛車(chē)輛之間的距離基本保持在誘導(dǎo)燈控制的范圍內(nèi)，說(shuō)明駕駛員在誘導(dǎo)燈的視覺(jué)誘導(dǎo)下對(duì)車(chē)速進(jìn)行了控制;車(chē)輛通過(guò)洛維大橋段的平均時(shí)間有了一定的縮短，說(shuō)明由于系統(tǒng)發(fā)揮了誘導(dǎo)功能，在霧天行車(chē)過(guò)程中更加易于辨別道路方向和前方車(chē)輛，因此有了一定量的提速。測(cè)試表明，在實(shí)際應(yīng)用中智能霧區(qū)控制系統(tǒng)發(fā)揮了其應(yīng)有的功能。

4結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)智能霧區(qū)誘導(dǎo)系統(tǒng)在泉南高速柳南段洛維大橋附近的試點(diǎn)工程進(jìn)行跟蹤觀測(cè)后的情況進(jìn)行了匯總和說(shuō)明，證明了本系統(tǒng)在“團(tuán)霧”和大霧天氣下能夠及時(shí)報(bào)警并對(duì)車(chē)輛進(jìn)行智能誘導(dǎo)，可極大提升行車(chē)安全和通行率，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。