高速公路二次交通事故的預防系統(tǒng)研究

李曉敏 徐勇 朱其祥 胡超凡 張超

摘? 要：近年來，由于我國交通系統(tǒng)不夠完善等因素，在高速公路上出現(xiàn)的交通事故也愈發(fā)增多，其中以二次交通事故帶來的危害最大。通過問卷調查、資料查詢等途徑，深度分析出導致高速二次交通事故發(fā)生的主要成因，并對此建立一套較為完整的高速公路二次交通事故的智能預防系統(tǒng)，其中終端顯示系統(tǒng)以GIS地圖方式直觀反映到各種顯示端，使高速公路上其他車輛全方位獲得事故信息，制定預防措施，有效地降低高速公路二次交通事故的發(fā)生，具有較大的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：高速二次事故;智能預防系統(tǒng);電子標簽;GIS地圖

中圖分類號：U491.31? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0050-03

Abstract：In recent years，due to the imperfect traffic system and other factors，there are more and more traffic accidents on the expressway，among which the second traffic accident is the most harmful. Through questionnaire survey，data query and other ways，the paper analyzes the main causes of secondary traffic accidents. A set of relatively complete intelligent prevention system for secondary traffic accidents of expressways is established，in which the terminal display system can directly reflect all kinds of display ends in the form of GIS map，so that other vehicles on expressways can obtain all-round accident information，formulate preventive measures，and effectively reduce the occurrence of secondary traffic accidents of expressways，which has great practical significance.

Keywords：secondary accident of expressway;smart prevention system;electronic labels;GIS map

0? 引? 言

為適應城市的發(fā)展，世界各國高速公路迅速發(fā)展。截至2018年12月，我國高速公路總長度已達14萬千米，位列世界第一。但不可否認的是，由于我國高速公路發(fā)展起步較晚，交通系統(tǒng)還不夠完善，且車輛行車速度較高，一旦發(fā)生交通事故，后果將非常嚴重。據(jù)統(tǒng)計，高速公路單位千米約發(fā)生1.89起交通事故，0.26人死亡[1]。而由于自然不可抗力等難以避免的因素造成的二次交通事故相比一次事故，給人身和財產安全帶來的傷害往往更大。此外，二次事故會使救援工作的難度大大提升，對救援者的生命安全也造成不可小覷的威脅。為降低高速二次事故帶來的傷害，本文基于安徽財經大學的相關科研項目，研究出圍繞高速二次交通事故的預防系統(tǒng)，具體研究如下。

1? 國內外研究現(xiàn)狀

美國交通部曾于2016年提出“Communicating Cars”的短距離汽車通訊技術，即在300米內，將前方車輛的速度、位置等數(shù)據(jù)信息以10次/秒的頻率發(fā)送給一定范圍內的車輛，以及時向駕駛員發(fā)出警告，使其提前制定應對措施。據(jù)美國道路安全局預測，這項技術能至少減少80%的二次事故。

余青原通過分析救援人員二次傷害事故的表現(xiàn)形式及成因，結合不同路況繪出對應的警戒線設置示意圖，并提出救援車輛要根據(jù)不同事故路段、路況選擇出動路線和?？课恢肹2];胡源以綏滿高速公路為研究對象，構建了高速公路二次事故預警體系，并分別針對二次事故成因的幾方面制定相應的預防措施[3]。

我國高速公路二次事故處理方案主要通過建立預警體系，救援人員根據(jù)預警等級采取相應的救援措施，但增加了救援人員的工作量和工作難度;國外主要通過電子系統(tǒng)使車輛感知前方路況及其他車輛信息，但部分技術難度較大、成本較高，不適用于所有城市的高速公路。因此，預防高速二次交通事故仍需更進一步的探究。

2? 高速公路中二次交通事故成因分析

2.1? 駕駛員自身原因

疲勞駕駛和超速行駛是駕駛員容易出現(xiàn)的頗為常見的情況。超速行駛會使駕駛人員動視力降低。同時，由于車速過快，導致駕駛人員的反應時間大大減少。當遭遇突發(fā)事件時，駕駛員難以第一時間判斷并采取相應的制動舉措，易于引起事故的再次發(fā)生。疲勞駕駛通常會使駕駛員的反應速度大大減緩，使其判斷能力失常，無法對當前的道路信息做出準確的判斷，造成操作失誤，引發(fā)高速公路二次交通事故。

2.2? 事故現(xiàn)場安全警示不到位

據(jù)悉，發(fā)生交通事故后，事故駕駛員多半未按規(guī)定置放危險性警告標志和開啟機動車危險警告燈。事故現(xiàn)場缺乏應有的警告措施，且人對事故的反應需要一定的時間，再加上高速車流量大，極易導致二次事故的發(fā)生。

2.3? 惡劣天氣影響

惡劣天氣是致使二次事故發(fā)生的一個關鍵誘因。以尤為典型的霧霾天氣為例，懸浮在空氣中的細小顆粒物會使人的視線受阻，引致道路可見度銳減。當駕駛員駛入霧區(qū)道路段時，尤其對于連續(xù)彎道、山區(qū)路段等視線不良的路段[4]，駕駛員難以對前方的車輛和道路信息做出正確判斷，從而引發(fā)一系列連環(huán)交通事故。

3? 高速公路中二次交通事故的預防系統(tǒng)

通過對造成高速二次交通事故主要成因的分析，在部分無可避免的情況下，預防二次事故的發(fā)生成為高速公路事故預防工作的重中之重，故建立以下高速二次交通事故預防系統(tǒng)。

3.1? 系統(tǒng)組成

該預防系統(tǒng)具體包括灰度內方差計算系統(tǒng)、電子標簽傳輸系統(tǒng)以及終端展示系統(tǒng)。其中灰度內方差計算系統(tǒng)涵蓋事故檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及事故判斷系統(tǒng)，該預防系統(tǒng)對從事故發(fā)生到事故信息展示的過程進行一系列跟蹤處理，全方位處理事故信息。

各子系統(tǒng)具體作用如下：

（1）事故檢測系統(tǒng)：采集道路事故源、監(jiān)測點位的實時數(shù)據(jù)，通過設置的報警級別對監(jiān)測數(shù)據(jù)展開分級報警。

（2）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)收集來的各個路段的事實信息收集在數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將信息轉移到事故判斷系統(tǒng)。

（3）事故判斷系統(tǒng)：分析是否構成交通事故，判斷為交通事故的信息將被傳輸?shù)诫娮訕撕瀭鬏斚到y(tǒng)。

（4）電子標簽傳輸系統(tǒng)：該系統(tǒng)通過射頻信號自動識別目標，并獲取具體數(shù)據(jù)傳輸?shù)介喿x器。

（5）終端展示系統(tǒng)：終端對報警信息進行核實和處理，一旦確認為交通事故，無線傳輸系統(tǒng)將通過GPRS網絡傳送到各個顯示端。

其中事故檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及事故判斷系統(tǒng)團隊采用灰度內方差計算系統(tǒng)涵蓋，如圖1所示。

3.2? 子系統(tǒng)設計與原理

3.2.1? 灰度內方差計算系統(tǒng)

該模塊采用了倪燃[5]的基于車輛圖像灰度內方差的道路交通車禍識別系統(tǒng)設計方法。

該系統(tǒng)主要由檢測器、交換機和服務器構成，運用數(shù)字視頻處理方法和模式辨識方法對車輛的行駛狀況進行實時的跟蹤與檢測[5]。路邊的監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號傳輸?shù)斤@示器，系統(tǒng)會得到該道路上行駛車輛的灰度圖像，之后根據(jù)獲得的信息判斷這段道路的灰度圖像級別。通過收集相鄰區(qū)域多幀數(shù)的圖片來計算出各個區(qū)域灰度圖像級別之間的方差，從而得到目標范圍與背景范圍的離散系數(shù)w。再將離散系數(shù)w與車禍事故區(qū)域的判定值η相比較，則當w≤η時，該像素屬于車禍事故區(qū)域;反之，則不屬于車禍事故區(qū)域，由此可判斷出該區(qū)域是否發(fā)生交通事故。

其中，該計算系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)管理模塊包括大數(shù)據(jù)處理中心（實現(xiàn)對安全監(jiān)管部門業(yè)務數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理，同時通過數(shù)據(jù)庫的建設和信息積累，對業(yè)務數(shù)據(jù)進行橫向、縱向統(tǒng)計，為安全監(jiān)管工作提供數(shù)據(jù)支持）、各類基礎數(shù)據(jù)庫（標準規(guī)范庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫、應急資源庫、知識庫、數(shù)據(jù)字典集等）、各類應用支撐組件（工作流引擎、報表工具、消息服務終端、GIS平臺、全文檢索引擎、Web Service接口等）。

該計算系統(tǒng)的事故判斷模塊是基于GIS和云計算建立的，屬于智能平臺軟件。它以監(jiān)測系統(tǒng)采集的信息為基礎，以交通部門的大數(shù)據(jù)為前提，通過灰度內方差計算系統(tǒng)研判，并將應急方案通過傳輸系統(tǒng)及時傳輸?shù)娇煽亟K端。

3.2.2? 電子標簽傳輸系統(tǒng)

一個簡單的電子標簽通常由三部分組成：標簽、閱讀器、天線。電子標簽傳輸系統(tǒng)的核心技術為RFID技術，即射頻識別技術[6]。它通過射頻信號自動識別目標對象，并獲取相關信息，可同時識別多個標簽，有著操作簡單方便、精準度高的特點，非常適合對高速公路上的車輛展開跟蹤與監(jiān)控。

當車輛圖像灰度內方差的道路交通車禍識別系統(tǒng)檢測到發(fā)生事故之后，會將信息實時傳遞給路邊的電子標簽天線。標簽天線從閱讀器天線產生的磁場中獲取能量，再以阻抗的形式反映到閱讀器的線圈天線負載中[6]。同時用標簽芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)控制負載電阻的接入，則標簽上的數(shù)據(jù)就可以傳送到閱讀器中。這樣，位于控制臺的計算機就能獲取事故發(fā)生的地點與事故車輛的相關信息。

3.2.3? 終端展示系統(tǒng)

將電子標簽傳輸系統(tǒng)傳來的交通事故發(fā)生的地點與事故車輛的相關信息通過GSM、CDMA、3G、4G、TD-LTE等移動互聯(lián)網、互聯(lián)網、電子政務外網等將事故信息傳輸?shù)礁鱾€終端，具體包括地理信息系統(tǒng)（GIS）、可變情報板、可變限速牌、高音號角，如圖2所示。

其中以GIS系統(tǒng)功能最為強大。GIS是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機系統(tǒng)軟硬件資源的支持下，對空間相關數(shù)據(jù)進行輸入、管理、查詢和顯示，實時給予空間和動態(tài)信息[7]。該系統(tǒng)將事故判斷系統(tǒng)分析處理后的交通事故數(shù)據(jù)、路面狀況數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)數(shù)據(jù)和預報預警信息等通過GIS地圖系統(tǒng)直觀地顯示出來，支持移動端、PC端及大屏幕端多端同時展示。

多種通報終端針對不同事故狀況，通過事故判斷系統(tǒng)的指令，通過智能情報板發(fā)出相應的事故預警信息，同時變更高速的限速標志和限速抓拍值，實現(xiàn)智能化動態(tài)管理。

4? 結? 論

在高速公路上的二次交通事故研究工作中，預知事故信息是一項十分重要的內容。采用灰度內方差計算、射頻識別等前沿技術，建立全方位的智能預防系統(tǒng)，可實現(xiàn)高速事故后對高速公路的全面監(jiān)測和交通安全的動態(tài)管理，同時節(jié)省大量人力、物力資源，從而有效降低了二次事故的發(fā)生頻率，減少二次事故帶來的危害。

參考文獻：

[1] 王晨.山區(qū)高速公路交通安全分析與設施保障技術研究 [D].西安：長安大學，2013.

[2] 余青原.高速公路交通事故救援中二次追尾事故成因及預防措施研究 [J].消防技術與產品信息，2016（5）：40-43+35.

[3] 胡源.高速公路二次事故成因及其預防對策研究 [D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2017.

[4] 孟燕軍，趙習方，王淑英，等.北京地區(qū)高速公路能見度氣候特征 [J].氣象科技，2001（4）：27-32.

[5] 倪燃.基于圖像的車禍事故人工智能識別系統(tǒng)的設計 [J].科技通報，2013，29（8）：166-168.

[6] 陳軍.基于物聯(lián)網技術的高速公路交通流監(jiān)控研究 [J].科學技術與工程，2012，12（35）：9773-9776+9787.

[7] 李少偉，曹成濤.基于GIS的高速公路交通事故影響預測系統(tǒng)研究 [J].軟件導刊，2016，15（10）：115-117.

作者簡介：李曉敏（1999-），女，漢族，安徽阜陽人，本科在讀，研究方向：計算機科學與技術。