低能見度高速公路主動發光誘導系統設計

周曉旭

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我國高速公路事業的快速發展，給社會帶來顯著的經濟效益。近幾年，極端惡劣天氣和低能見度氣象時常發生，給高速公路運營安全帶來極大隱患[1-2]，據交通管理部門統計，我國道路交通事故中因低能見度氣象導致的交通事故每年都接近10%[3]，低能見度氣象是影響交通安全最嚴重的氣象之一[4]。事故造成的重大傷亡和車輛損毀，給國家財產和人民群眾的生命造成嚴重損失，同時也產生了不良的社會影響，因此，研究高速公路低能見度氣象下的交通安全控制具有十分重要的現實意義。

低能見度氣象可分為霧、暴雪、暴雨、沙塵暴、霧霾、夜間等[5-6]。低能見度對行車產生的影響主要包括3個方面：一是能見度的降低導致駕駛員對前方和周圍的情況看不清晰，行車視線距離縮短，極易引發連鎖追尾事故；二是低能見度氣象可使車輛與路面的摩擦系數減小，尤其是雨、雪、霧的氣象危害更大，致使車輛制動距離延長、行車穩定性下降；三是造成駕駛員心理緊張，由于視線受阻，心理壓力增大，極易因操作不當而引發交通事故。

本文提出一種低能見度氣象下的主動發光誘導系統設計方案，該方案可結合高速公路的路網結構、交通流的特點，根據不同能見度氣象有針對性地實施主動誘導策略，向沿途車輛提供道路輪廓強化、行車主動誘導、防追尾警示、安全信息提示等管控措施和服務，從而實現低能見度氣象下安全引導，有效降低和避免事故發生，保障高速公路運行安全。

1 系統組成與布設

1.1 系統組成

低能見度主動發光誘導系統由信息采集子系統、數據處理與控制子系統、誘導執行子系統、預警發布子系統、應急聯動子系統組成。系統組成示意圖如圖1所示。

圖1 低能見度主動發光誘導系統組成

1.2 系統布設

低能見度主動發光誘導系統安裝于高速公路低能見氣象多發路段，如圖2所示，系統設備布設分為兩段，即入口預警段和誘導段。入口預警段由可變情報板、語音廣播、黃色頻閃燈、可變限速標志組成，布置于低能見度路段前200～500 m沿線，以聲光警示的方式提醒即將進入低能見度路段駕駛員謹慎駕駛；誘導段由能見度儀、微波車檢器、區域控制器、氣象站、輪廓指示標群組組成，該段由能見度、交通信息、氣象信息綜合形成的綜合數據信息源，可根據設定的控制策略，來控制輪廓指示標群組閃爍頻率和顏色的組合來完成行駛車輛的安全誘導。

圖2 系統實施設備布設示意圖

2 系統總體設計

根據系統組成和硬件布設情況，分別對各子系統功能進行設計說明。

2.1 信息采集子系統

信息采集子系統主要用于對道路能見度、氣象（雨、雪等）、亮度、車輛信息、交通流等信息的采集，為整個系統提供控制依據。

2.1.1 交通狀況監測

交通狀況監測主要用于交通流量、車速、停車信息的采集等。輪廓指示標內置紅外車檢器并沿道路成對布設，實現車輛運動軌跡的動態跟蹤；微波車檢器對交通狀況信息實時采集，為主動誘導提供運行參數。

2.1.2 氣象傳感監測

氣象傳感監測的內容包括能見度、溫度、濕度、雨、雪等。其中能見度值是系統的關鍵信息，通過實時獲取道路能見度值，并基于該值進一步形成控制策略實現可變情報板、電子限速顯示牌、輪廓指示燈、頻閃燈等誘導控制。

2.2 數據處理與控制子系統

數據處理與控制子系統根據采集的能見度值、氣象信息、交通狀態等信息進行數據分析綜合形成控制策略，并根據控制策略對誘導執行子系統、預警發布子系統、應急聯動子系統進行集中控制。圖3所示為系統的控制流程圖。

2.3 誘導執行子系統

誘導執行子系統根據不同能見度和交通信息下的誘導策略，通過控制道路兩邊安裝的誘導輪廓指示標的閃爍頻率、亮度、顏色對進入低能見區域的車輛進行主動發光誘導。

2.4 預警發布子系統

圖3 數據處理與控制示意圖

預警信息發布子系統由設置低能見度區域前方的可變情報板、可變限速標志、聲光報警裝置等設備組成，用于實現入口段提前預警，即對駛入該區域的車輛提示前方有低能見度氣象，限速慢行，讓駕駛員做好在低能見度區域中行車的心理準備。

2.4.1 可變情報板

可變情報板用文字的形式告知駕駛員前方低能見度狀況，提醒駕駛員謹慎駕駛。如“減速慢行”，“進入霧區”，“能見度100米”等信息。

2.4.2 可變限速標志

可變限速標志由區域控制器控制，系統自動根據能見度設置限速值，向駕駛員告知車速限制，可根據控制意圖變換限速指示。

2.4.3 聲光報警裝置

為了加強對駕駛員的視覺和聽覺刺激，誘導段前方200～500 m范圍，布設可變情報板和可變限速標志。

2.5 應急聯動子系統

應急聯動子系統主要用于應對低能見氣象以及產生的突發事件，提高應急救援能力，系統根據采集到的交通信息、氣象信息、事故報警信息等，及時發布給交警、路政、醫院等相關單位，以便各單位做好應急準備和救援工作。

3 關鍵控制策略

控制策略是整個低能見度高速公路主動發光誘導系統控制核心，依托整個系統的硬件基礎來實現控制流程，以下提供4種典型策略。

3.1 道路輪廓強化

道路輪廓強化主要根據管理中心指令直接控制輪廓指示標組群以黃色或紅色低頻預警閃爍，提示道路的線形和輪廓。同時，并對即將進入低能見度路段的駕駛員進行可變情報板、可變限速標志、廣播系統提醒，謹慎駕駛，減速慢行。

3.2 防撞預警

防撞預警主要是用于解決跟車過程車距控制問題。通過部分輪廓指示標顏色變化來提示前方剛剛有車通過，提醒跟車駕駛員保持車距，且安全距離可根據輪廓指示標間距和數量進行調節，圖4為系統防撞預警示意圖。

圖4 防撞預警示意圖

表1 主動誘導控制模式

3.3 主動誘導

主動誘導是系統根據預先設定交通狀態、能見度值等閾值自動誘導車輛。具體誘導策略事例如表1所示。其中氣象傳感器檢測的雨、雪等氣象信息可根據經驗或實際測試折算為能見度值，實現主動誘導控制信息源歸一性，簡化控制算法，保障系統響應。

3.4 應急聯動

應急聯動主要是根據低能見度氣象等級提前預警短信形式發送至各相關部門負責人，做好應急準備；一旦發生突發事件時，通知應急聯動單位（如路政、消防、收費站、醫院、交警等）進行聯動，實施聯動方案，保障救援及時性。

4 結論

本文從低能見度主動發光誘導系統的系統組成、系統方案設計、控制流程、關鍵控制策略等方面進行了闡述，特別是對系統架構、功能設計和關鍵的控制策略進行深入分析，為低能見度主動發光誘導系統實際應用效果的改善提供了重要參考。此外，低能見度主動發光誘導系統的實際應用從國內外來看還處于起步階段，從部分工程的應用效果來看，能夠有效提高低能見度氣象行車的安全性，最大限度地發揮高速公路運營能力，確保高速公路的道路通暢和行車安全，具有廣泛的應用前景。