高速公路霧天保障系統的研究和應用

余 浩 戴江麗

摘要:文章利用現代科學技術,研究了高速公路濃霧多發路段的霧天保障系統,以加強對大霧天氣的高速公路交通管理和控制,減少封道的時間和次數,降低事故的發生概率,提高高速公路在霧天的通行能力和運營的安全性。實踐證明該系統具有很高的實用性與推廣應用前景,它將有助于我國交通現代化管理的實現。

關鍵詞:高速公路;交通安全;霧天保障系統

一、研究背景

我國高速公路大多分布在東南沿海發達地區,受到整體地西東低的影響,霧害相對嚴重。隨著高速公路里程數的增加,因濃霧等惡劣天氣而造成的交通事故也日益增多,已占到事故總數的25%以上,給國家和人民生命財產造成了重大的損失,也引起了高速公路建設管理部門和社會的普遍關注。

高速公路霧區交通安全已成為一個世界性的課題,我國近年來也逐步開展了霧的結構與預測預報方法、霧的觀測方法、霧區交通安全與監控系統、霧天道路交通管理等方面的研究,但尚未形成完整、系統的理論和方法。交警部門對霧天高速公路的交通管制措施仍然比較單一,基本上都采取封閉主線通行的對策。雖然防止了交通事故的發生,卻是以犧牲高速公路的通行能力為代價,同時給高速公路業主造成了巨大的經濟損失。

目前我國有些高速公路路段,已經建成了高速公路濃霧監測預警系統的實驗路段,系統通過多種通訊傳輸和顯示手段,將自動監測站的監測實況和預報中心制作的濃霧預警、預報結論傳送至高速公路運營指揮中心,供決策和采取措施時用,但是在獲得準確的信息之后,應該如何采取有效的應對措施?本系統正是針對以上出現的情況,通過對國內外現有霧區交通安全及監控措施的研究,提出的一種解決方案,即在霧天等惡劣天氣情況下,通過在道路兩側安裝引導霧燈和無線遠程控制系統,使得高速公路指揮中心可以遠程掌握道路的能見度情況,并根據實際需要來控制誘導燈光系統,提示道路的寬度和方向,警示最大的限速值,自動引導車輛通行,減少高速公路的封道時間,保障高速公路的車輛通行的安全、通暢和有序。

二、系統構成

高速公路霧天保障系統由霧況監控、交通誘導、數據傳輸和控制中心4個模塊和相關輔助設施組成,系統框如圖1所示。

(一)霧況監控模塊

霧況監控模塊分為霧況預報和能見度檢測兩部分。通過與杭州市氣象局的合作,CAWS600-B型自動氣象站將實時收集到的氣溫、氣壓、相對濕度、風向、風速、降水、能見度等數據,利用移動GPRS無線網絡傳輸到氣象局信息中心。由氣象局組織專家對安裝路段的氣候、地理、生態等進行觀測分析,運用模式預報辦法建立了一套適用于安裝路段的24小時定時、定點、定量短期霧況預報系統,運用神經網絡技術建立了安裝路段3小時臨近短時霧況預報專家系統。能見度檢測部分采用兩臺VISIC610高速公路能見度檢測儀(測量范圍:10m-2000m),及時獲取安裝路段的實時能見度數據。該款設備能夠區分雨霧造成的能見度值下降,具有自檢和污染自動校準功能,可以實現免維護連續運行。

(二)交通誘導模塊

交通誘導模塊包括誘導燈、可變限速標志牌和高速公路原有可變情報板。每組誘導燈包含1盞強光燈和3盞普光燈,均采用國際最新技術的四元素LED發光二極管,具有很強的抗衰減性和可靠性:強光燈安裝在固定的燈柱上,高度為1.7m,間隔為48m;普光燈安裝在高速公路護欄板波形槽中,高度為0.6m,間隔為16m。考慮到高速公路的跨度大、霧區路段分散,單獨為誘導燈鋪設供電線路不僅成本大,而且施工復雜。所以每組誘導燈都裝有獨立的太陽能光伏組件提供電源(見圖2)。

(三)數據傳輸模塊

數據傳輸模塊分為二層網絡結構。第一層采用MESH技術組網,實現試驗路段內的數據通訊,包括控制誘導燈的閃爍,接收能見度檢測儀的數據和誘導燈的反饋信號。第二層采用900MHZ移動公網組網,在分控基站和控制中心分別安裝GSM傳輸設備,實現試驗路段與控制中心的數據通訊。

(四)控制中心模塊

控制中心模塊由控制計算機、氣象服務軟件和交通誘導管理軟件等組成。氣象服務軟件將氣象局信息中心對氣象觀測數據的分析結果動態顯示在計算機上,自動報警提醒工作人員24小時內的霧況預報,支持歷史記錄的查詢、打印。交通誘導管理軟件集誘導燈、可變限速標志牌的管理于一體,能夠實時顯示各組誘導燈的工作狀態和當前的能見度狀況,逐段地控制誘導燈的閃爍和可變限速標志牌、可變情報板的發布內容。誘導燈管理軟件帶有獨立的數據庫,具備完善的設備管理功能,支持設備添加、刪除、信息修改等操作。

三、交通誘導方案

高速公路霧天保障系統在實際使用中與高速公路原有監控系統和路面巡邏力量相結合,由霧天保障控制中心統一協調、控制。當發生起霧征兆時,氣象局信息中心、能見度測試儀把起霧地點、霧區范圍、能見度狀況等信息上傳到霧天保障控制中心。中心管理人員獲知后利用監控攝像機或巡邏車輛核實情況,進而采取相應的交通誘導方案,控制霧區路段誘導燈閃爍,并在可變限速標志牌和可變情報板上發布警示內容。交通誘導方案如下:

第一,霧區能見度>500m:不采取交通誘導措施。

第二,330m<霧區能見度<500m:開啟普光燈,可變限速標志顯示限速80Km/小時,可變情報板顯示“前方有霧,謹慎駕駛”,司機對誘導光帶的可視距離在550m-800m。

第三,150m<霧區能見度<330m:開啟強光燈和普光燈,可變限速標志顯示限速60Km/小時,可變情報板顯示“前方大霧,謹慎駕駛”,司機對誘導光帶的可視距離在300m-550m。

第四,50m<霧區能見度<150m:開啟強光燈和普光燈,可變限速標志顯示限速40Km/小時,可變情報板顯示“前方濃霧,保持車距”,司機對誘導光帶的可視距離在200m-300m。

第五,霧區能見度<50m:封閉高速公路,禁止通行。

四、結論

高速公路霧天保障系統項目安裝路段位于杭金衢高速公路新嶺隧道至次塢互通之間,全長4.5公里。該路段在2007年1-7月發生霧況16起,導致諸暨收費所至次塢收費所的18公里路段杭向封道14次,累計封道103小時。按照杭金衢高速公路2007年日均通行費收入526萬元計算,1-7月因霧封道造成通行費損失為70.3萬元。高速公路霧天保障系統項目投資總額118.577萬元,如果能夠保障霧天道路的基本通行,以每年10%的維護費用計算,一年即可收回投資。

此外,諸暨收費所至次塢收費所為杭金衢高速公路車流量最大的路段之一。高速公路因霧封閉,直接導致收費所外廣場大量車輛滯留和地方道路的擁堵。不僅無法發揮高速公路快捷、高效的優勢,而且對廣大司乘人員的工作和生活造成不便,并影響到杭金衢高速公路的對外形象。因此,高速公路霧天保障系統還具有突出的社會效益。

高速公路霧天保障系統能夠顯著增加霧天道路輪廓的能見距離,提高霧區路段的通行能力,有助于減少霧天交通事故發生率,同樣適用于雨雪、風沙等惡劣天氣。同時,高速公路霧天保障系統也為交通輔助管理提供了一個可靠的平臺,能夠在交通事故黑點、黑段和臨水、臨崖路段的交通誘導方面發揮相應的作用。

參考文獻:

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(作者單位:浙江工業大學經貿管理學院。其中,余浩為副教授、碩士生導師、管理科學博士)