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高速公路雾区检测诱导系统
作 者:石磊
来 源:曲港高速筹建处
添加时间:2016-05-18

1、前言

高速公路是国家发展的命脉。近年来,雾霾天气频发,导致公路交通受阻;行车事故剧增、人员伤亡;多条高速全线封闭;极大的影响到国民经济的持续健康发展。确保道路畅通及交通安全,已迫在眉睫,亟待解决。

目前国内对经常容易发生浓雾地段采取的防范措施,主要在公路两侧安装黄色诱导标志和广播,诱导进入雾区的车辆缓慢前行,但无法提示前方车辆的距离,主要依靠驾驶员观察前方车辆尾部防雾灯来估计,极易造成车辆追尾事故发生,因此在能见度低于50m的高速公路只能封路,车辆的改道增加了国省道路的压力,也造成了国省道的交通事故频繁发生。

雾区检测诱导系统理念,能够根据道路不同能见度有针对性的实施主动防雾的智能装置,在能见度平缓变化的环境下实时向在途车辆提供道路线形显示、主动引导等功能,使在途车辆的安全预视距离大幅提高,车辆可以在不封路的情况下安全行驶;当遇到团雾等能见度突变且产生视线断层时,智能引导系统,为在途车辆动态实时提供本车与前方车辆之间的车距提示及防撞提示等预警信息,以防范可能发生的一次及二次事故。

2、雾区检测诱导系统构成:

雾区检测诱导系统由信息采集子系统、信息传输子系统、处理控制子系统、诱导子系统、雾天信息联动发布子系统、监控中心综合管理子系统等组成。系统通过主动采集能见度、温度、适度、交通量、视频监控图像等信息,经双向数据交互链路传输,处理控制子系统,可根据采集数据及气象灾害类型和程度,及时生成不同级别的交通管理控制指令,通过可变情报板、电子限速显示牌、发布行车警示信息,当满足能见度及通行车辆两个触发条件,启动诱导子系统工作,并形成闭塞安全警示区,动态实时提供本车与前方车辆之间的车距及防撞等警示信息,为在途车辆保驾护航。系统构成见图 1。

系统构成.png

图1系统构成框图

2.1信息采集子系统

信息采集子系统,执行能见度、交通量、视频监控等相关信息采集功能,是实施智能交通诱导的充分必要条件和依据。

2.1.1采集内容

(1)气象信息采集气象信息采集的内容包括:能见度、视频监控等。其中能见度检测是该子系统的关键信息,通过实施视频能见度检测技术,实时获取道路能见度值。采集的能见度值每隔1分钟上传,由处理控制子系统,根据不同的能见度值,对可变情报板、电子限速显示牌、诱导系统,发出相对应的控制指令。

本系统的气象采集是基于路况摄像机的视频能见度仪实现的,其工作原理是使用高速公路外场路侧摄像机进行多个角度和位置的视频采集,后端的视频能见度仪根据采集图像建立图像坐标至路面坐标的映射关系,将图像距离信息转换成路面距离信息,然后进行符合人眼的能见度分析和检测,得出能见度值。并通过 RS232传输至处理控制子系统。

(2)交通状况信息采集交通状况信息采集的内容包括:交通流量的采集、车速的采集、停车信息的采集等。其实现手段是通过高密度布设的红外车检器对车辆运动轨迹进行动态跟踪,结合数学算法,对雾区交通状况信息实时采集,为主动诱导提供运行参数。

2.2信息传输子系统

信息传输子系统,主要由通信控制平台、高速公路光纤通讯接口、GPRS通讯模块及数据通讯服务器构成,构建了对综合信息处理控制子系统和其他子系统的双向数据交互链路。

信息传输子系统分为二层网络结构。第一层,路段内的通信,分为有线模式和无线模式,有线模式采用CAN组网总线通信,无线模式采用MESH技技术组网,提供双向传输通道,传输能见度检测仪的检测数据、开启诱导单元的控制指令、反馈诱导单元工作信号等信息。第二层和监控中心通信,采用GPRS组网或光纤组网,实现试验路段与高速公路监控中心的数据通讯。

2.2.1路段内通信设备组成

路段内的通信主要是处理控制系统和诱导单元的通信,诱导单元和诱导单元直接的通信,系统设计了两种应用模式,即有线模式,CAN总线组网,无线模式是国家免费433MHz频段。路段内的每个通信模块均集成在诱导单元(雾灯)内。

2.2.2路段和监控中心的通信组成

路段和监控中心通信分为两种模式,无线移动 GPRS组网和光纤组网 ;

有线通信现场布局示意图.png

图2有线通信现场布局示意图

无线通信方式系统构成示意图.png

图3无线通信方式系统构成示意图 

2.3处理控制子系统

处理控制子系统,由基于ARM嵌入式平台、雾天行车安全服务软件组成,负责对雾况信息的分析、处理和交通诱导子系统的控制管理。

该子系统,对当前上传的雾况、能见度等数据,进行分析处理,可根据雾天行车安全服务软件中的预警决策模块气象灾害类型和程度,自动生成不同级别的交通管理控制预案,逐段地控制诱导单元的工作状态和可变限速标志牌、可变情报板的发布内容,掌控整个智能交通诱导系统的正常运行。

处理控制子系统视频能见度仪布设在一起,一般一至两公里。

2.4诱导子系统

2.4.1诱导子系统的功能

诱导子系统主要由智诱导单元、红外车辆检测器及可变情板、可变电子限速显示牌等组成。

诱导单元按均匀间距阵列,安装在雾霾易发、多发地段,同时以观测到的能见度值作为系统工作的触发条件。能见度值的高低,决定了系统启动的功能模式、主动发光诱导设施的显示状态、可变情报板的发布内容等。同时根据红外多倾角交通流车辆检测,对雾区车辆进行自动识别,控制双色诱导单元转换数量、闪烁频率,对车辆行进实行智能诱导,加强了突发浓雾时交通流量的管理和车距控制。

2.5雾天行车安全信息发布及广播子系统

2.5.1系统概述

信息发布及广播子系统由安装在高速公路上的可变限速标志牌、可变情报板以及安装在路侧通讯基站上的高音喇叭及小功率FM发射台构成,用于来对车辆进行提示。对于可变情报板,在雾天时,由综合信息处理系统对其进行控制,来进行大雾、路况和速度限制等相关提示;对于可变限速标志牌,由综合信息处理系统控制发布限速信息;对于音喇叭及小功率FM发射台,由综合信息处理系统控制播放语音和无线的限速信息和雾天诱导区域行车规则进行宣传。

能够对雾区路段的雾情做到及时判别、预警;通过系统警告,使驾驶员及时了解前方道路的雾况信息;并通过诱导和限制车速等控制手段保障雾天行车安全。

2.5.2系统构成

(1)可变限速标志牌

限速标志.jpg

可变限速标志牌是重要的交通工程设施,广泛应用于高速公路和城市交通监控系统,是现代化交通系统中重要的信息发布设备。它由监控系统中心计算机进行远程控制,显示各种图文信息,疏导交通,促进行车安全。

(2)可变情报板

当前高速公路信息发布手段基本都是靠可变情报板综合各路段的管理需要,依靠现有设备和技术手段,进行可变情报板信息的联动发布。

例如雾区两端的门架情报板显示“前方大雾减速慢行”、“开启雾灯保持车距”、“限速**公里”、以及雾天诱导行车规则等信息,提醒驾驶员注意,控制车速。

(3)语音警示高音喇叭

2.6监控中心综合管理子系统

该子系统由控制计算机、气象服务软件和交通诱导管理软件等组成。气象服务软件将气象信息动态显示在计算机上,自动报警提醒工作人员24小时内的雾况预报。交通诱导管理软件集诱导灯、可变限速标志牌的管理于一体,能够实时显示各组诱导灯的工作状态和当前的能见度状况,逐段地控制诱导灯的闪烁和可变限速标志牌、可变情报板的发布内容。

3.系统的诱导策略

3.1依据能见度诱导流程

能见度诱导流程.png

3.2诱导策略

图片1.png

3.3诱导方案(上述数据及供参考)

行驶中的车辆距前方行驶车辆2000m处首先得到电子限速显示牌的限速警示,进入诱导路段后,以检测到该行驶车辆的诱导灯为坐标原点,在该车辆行驶方向反向的安全行驶距离之内的N个诱导灯保持禁令状态(红色),N即车尾保持禁令状态(红色)的诱导灯的数量,N值根据预警等级和灯的纵向安装间距确定。

诱导灯与交通流检测器同址布设。当有车辆通过时,车尾两侧护栏上的诱导灯闪烁颜色由黄色变成红色,以形成安全预警距离,安全预警距离根据预警等级确定。根据不同能见度值、雾灯纵向距离(25米)等,实施交通诱导方案如下:

雾区能见度(以下简称Vi)>500米,不采取交通诱导措施。

200m<L≦500m:可变情报显示“前方能见度低于500米,请谨慎驾驶”、限速显示屏上显示限速“100”公里/时的信息,安全控制距离为150米,即车尾后部诱导灯保持红色禁令的数量为6,司机对诱导灯带的可视距离在400m~800米;

100m<L≦200m:可变情报显示“前方大雾,请跟随黄色诱导灯行驶”、限速显示屏上显示限速“80”公里/时的信息,安全控制距离为100米,即车尾后部诱导灯保持红色禁令的数量为4,司机对诱导灯带的可视距离在300m~500米;

50m<L≦100m:可变情报显示“前方浓雾,限速40,谨防追尾”、限速显示屏上显示限速“50”公里/时的信息,安全控制距离为50米,即车尾后部诱导灯保持红色禁令的数量为2,司机对诱导灯带的可视距离在200m~300米;

50m>L:封闭高速公路,禁止通行。

3.4实现的功能及效果

(1)实现了对雾区道路、尤其是高速公路车辆行驶的安全引导、有效降低能见低时的车辆行驶安全隐患,通过在车辆后形成的动态跟随高预警红色警示尾带,迫使后车驾驶员自行调整与前车的车距,使车辆在黄灯安全带内行驶,与前车保持在黄灯所确定的动态安全行驶距离范围;

(2)系统硬性限速方式使驾驶员主观控制车速,而且能够实时提示驾驶员始终保持车与车之间的安全行驶距离,从而有效的降低了驾驶员雾天道路行驶的心理压力及其产生的疲劳程度,更有效的防范可能发生的一次及二次事故。

(3)方案避开了车辆加装改造的实现手段,仅在道路、尤其是高速公路上安装设置,以车辆动态运动轨迹和能见度实测值来进行预警状态或警示状态的分析、判断和程序化控制,具有计算量小、硬件组成简单、易于实现、可移植性强的优点;

(4)实践表明:方案对于减少大雾天气引发的高速公路交通事故极为有效,在能见度不小于 50米的大雾天气下,仍能使道路、尤其是高速公路保持正常运行,最大限度的充分发挥高速公路运营能力,实现了高速公路雾区运行车辆由自主安全控制向安全协调控制的转变,促进了道路、尤其是高速公路交通系统安全、高效化发展,且无需人员值守。

4.结论

雾区检测诱导系统,在低能见度和大雾的情况下,较好的解决在低能见度条件下,高速公路不封路或者少封路,有效的提高了高速公路在雾区的通行能力,保障了车辆安全行驶,该系统对高速公路智能交通研究起到了重要补充,有助于提高高速公路现代化管理水平。

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