隧道路況實時監測系統

鄧周全 蔡直言 張文靜 陶雨

（鄭州大學，河南鄭州 450000）

隧道路況實時監測系統

鄧周全 蔡直言 張文靜 陶雨

（鄭州大學，河南鄭州 450000）

高速公路隧道交通事故發生的概率主要受人為因素、隧道環境因素和管理因素綜合影響。通過對隧道交通事故致因的分析，建立車輛線性跟馳模型并進行推演分析，試通過縮短駕駛員的反應時間或者降低敏感度的方式，降低隧道追尾事故發生概率。同時，試建立一種面向車輛駕駛員和隧道管理單位的交通流信息管理與提示系統，提醒駕駛員及時規避，以縮短駕駛員的反應時間，降低交通事故發生概率。

高速公路隧道；交通事故；成因；線性跟馳模型；實時監測系統

目前，我國是世界上公路隧道最多，發展最快的國家。隧道在縮短距離，節省時間，保護環境和提高車速方面發揮了積極作用，取得了良好的社會、經濟效益，但長期運營過程中也暴露出隧道事故率高發的缺點。因此，如何減低隧道路段車禍事故發生率就顯得尤為重要。

1 高速公路隧道交通事故類型及事故原因

1.1 人為因素

國內外的數據統計表明，在高速公路交通安全影響因素中，人為因素占80%。究其原因，一是當駕駛員在特長隧道里行駛時，人造光源、單一背景容易造成駕駛員視覺疲勞，使駕駛員對車速失去控制，進而造成隧道追尾事故。二是駕駛員白天駕車進入隧道，由于光線強度突變造成眼睛短時間難以適應，產生短時間的視覺“黑洞”［1］。

1.2 隧道因素

隧道線性、路面特性、橫縱坡面、警示標識和照明通風系統等將直接影響駕駛員作出合理判斷，對交通事故的發生有顯著影響。隧道作為封閉空間，導致隧道行車環境與露天有所不同，隧道內大量塵埃不能及時排除，車輛排出的廢氣凝聚在路面上，降低路面的摩擦系數，造成車輛高速行駛時側滑撞擊隧道壁或制動距離延長。

1.3 管理因素

管理因素主要是指隧道路面管理系和車速警示牌，目前主要的隧道路面管理系統功能包括隧道通風和照明系統、火災自動檢測系統、隧道消防滅火系統和閉路電視監視系統等，其功能主要體現在隧道發生交通事故后及時處理并減少事故影響，并不能滿足預防車禍發生的要求。

2 車輛線性跟馳模型

跟馳模型是一種刺激-反應的表達式。假定駕駛人保持他所駕駛車輛與前導車的距離為S（t），以便在前導車制動時能使車停下而不至于和前導車尾相撞。設駕駛人的反應時間為T，在反應時間內車速不變，這2輛車載t時刻的相對位置用圖1表示，圖1中n為前導車，n+1為后隨車。兩車在制動操作后的相對位置如圖1所示。

圖1 線性跟馳模型示意圖

圖1中，xi（t）為第i輛車在時刻t的位置；S（t）為兩輛車在時刻t的間距；d1為后隨車在反應時間T內行駛的距離為后隨車在減速期間行駛的距離；d3為前導車在減速期間行駛的距離；L為停車后的車頭間距；x˙i（t）為第i輛車在時刻t的速度。

假定d2=d3，，要使在時刻t兩車的間距能保證在突然制動事件中不發生碰撞，則應有：對t微分，得：

這樣，就可以理解為：反應=靈敏度×刺激。

通過上述數學模型可以看出，當前后兩車的剎車性能接近時，決定兩車是否相撞的因素為后車駕駛員的反應時間或敏感度。隧道因其特殊的駕駛環境導致駕駛員的反應時間增加，即剎車距離延長，發生連環追尾的概率增加。

3 解決方案

為了解決因隧道昏暗導致駕駛員降低警惕性和缺乏準備時間的問題，考慮設計出一種能監測隧道內交通流特性，并通過誘導顯示屏實時告知隧道內外的駕駛員的系統。

4 隧道路況實時監測系統組成

4.1 隧道管理站

隧道管理站的數據光端機，負責將經微處理器預處理的數據傳輸到管理站監控計算機，然后監控計算機將對數據進行綜合處理分析，其功能應滿足以下2點：①若數據在合理范圍內波動，則將隧道內交通信息通過誘導顯示屏即時反饋給隧道內外的駕駛員；②若數據顯示隧道路況異常，則由隧道管理人員查證，經確認無誤再通過誘導顯示屏駕駛員即時提醒隧道內外的駕駛員避讓減速。

4.2 數據傳輸部分

準確的數據采集是隧道路況實時監測系統后續分析的首要條件，然而原始數據中往往包括系統誤差和隨機誤差，甚至因隧道噪音和車輛碾壓導致檢測器失效進而造成數據丟失、錯誤，故有必要對數據進行驗證和修正。因此，微處理器的作用在于預處理和判斷大量由檢測器采集的數據，通過前期的篩選工作來增加系統的容錯性和準確性。

4.3 環形線圈監測單元

檢測器安裝在車道的特定位置，以統計通過該位置的交通流量。現實中的檢測器具有感應并記錄通過車輛信息以及將采集的數據傳輸到鄰近存儲單元的功能。因此，按照實際檢測器所具有的功能，其功能應滿足以下3個方面：記錄指定時間內的車輛通過量；獲得通過車輛的行駛速度；將檢測信息保存到交通流數據緩沖區內，以便路口控制器與通信類的讀取。

4.4 誘導信息顯示屏

誘導信息顯示屏負責群體誘導信息的發布，顯示屏中顯示的信息一般為前方隧道內的擁堵等級或者經過處理的隧道內交通流信息，該信息只對可能經過該隧道的接收者產生影響。

5 結論

通過車輛與隧道管理系統的實時反饋控制，試建立一個面向車輛駕駛員和隧道管理單位的隧道管理和信息提示系統。該系統的運行原理為通過監測單元收集數據，位于隧道管理站的監控計算機將采集的數據加以處理分析，而后系統將隧道前方的路況數據發布在隧道附近的誘導信息顯示屏上，告知即將進入隧道和隧道里的駕駛員合理控制速度、間距，保證車輛安全順暢地通過隧道區域。未來工作重點在于驗證系統的實際運用價值，研究系統在山嶺重丘區隧道群的作用和系統的編程組網，以期本文能為之后的研究提供新的研究思路。

［1］張玉春，何川，方勇，等.高速公路隧道群交通事故風險致因分析［J］.中國安全科學學報，2009（9）：120-124.

Real Time Monitoring System of Tunnel Traffic

Deng Zhouquan Cai Zhiyan Zhang Wenjing Tao Yu
（Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450000）

The probability of traffic accidents on highway tunnel is mainly affected by human factors,environmental factors and management factors.Through the analysis of the cause of the tunnel traffic accident,the vehicle following model was established and analyzed,to reduce the accident probability of tunnel through reducing the driver reaction time or the sensitivity of the way.At the same time,this paper tried to establish a traffic flow information management and prompting system for vehicle drivers and tunnel management units,to remind the driver to avoid in time,so as to shorten the reaction time of the driver and reduce the probability of traffic accidents.

highway tunnel；traffic accident；causes；linear following model；real-time monitoring system

U453.8；TP277

：A

：1003-5168（2017）01-0121-02

2016-12-25

鄭州大學大學生創新創業訓練計劃資助項目（201510422001）。

鄧周全（1994-），男，本科在讀；研究方向：公路隧道；蔡直言（1993-），男，本科在讀；研究方向：公路隧道；張文靜（1994-），女，本科在讀；研究方向：公路隧道；陶雨（1995-），男，本科在讀；研究方向：公路隧道。