車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測警示控制方案研究

摘要：文章在分析超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛對橋梁造成的損壞和車輛、橋梁智能聯(lián)動監(jiān)測警示需求的基礎(chǔ)上，提出了車橋協(xié)同聯(lián)動、監(jiān)測警示智能化控制方案，并對響應(yīng)方式、監(jiān)測車輛分類和實現(xiàn)方式提出建議，在超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛通過橋梁時，第一時間進(jìn)行響應(yīng)和聯(lián)動控制，避免車輛、橋梁事故及傷亡損失，全面提升智能交通應(yīng)用水平及車橋協(xié)同聯(lián)動警示能力。

關(guān)鍵詞：車橋協(xié)同;智能聯(lián)動;智能監(jiān)測;控制方案

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：U491.1+16-A-43-151-3

0 引言

交通運(yùn)輸部發(fā)布的《2019年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截至2019年年末，全國公路橋梁共有87.83萬座，總里程達(dá)6 063.46萬 m，比2018年增加2.68萬座、494.86萬 m。其中特大橋梁5 716座、1 033.23萬 m，大橋108 344座、2 923.75萬 m;擁有載貨汽車1 087.82萬輛，其中普通貨車489.77萬輛，專用貨車50.53萬輛，牽引車267.89萬輛，掛車279.63萬輛[1]。

自2000年以來，國內(nèi)媒體公開報道的我國非地震原因引起的橋梁倒塌事故超過80起。公開的事故調(diào)查分析表明，造成橋梁倒塌的原因有橋梁設(shè)計施工不合理、撞橋、超載、自然災(zāi)害、加固拆除不合理、橋梁病害、人為活動等6類[2]。

非自然災(zāi)害引起的橋梁倒塌事故所導(dǎo)致的生命財產(chǎn)損失和社會影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通道路交通事故，究其原因，除人員傷亡較多、財產(chǎn)損失巨大、交通中斷、自媒體傳播和社會輿論生態(tài)[3]外，對超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛缺乏系統(tǒng)的監(jiān)測警示控制也是一個重要的原因。研究顯示，近年來我國人、車、路和環(huán)境矛盾較為突出，交通安全管理不足、應(yīng)急監(jiān)測警示系統(tǒng)不健全是亟待解決的重大問題[4]。

高效并充分利用現(xiàn)代智能感知和視頻監(jiān)控手段、現(xiàn)有橋梁基礎(chǔ)設(shè)施和智能設(shè)備、高速公路貨車稱重檢測系統(tǒng)等，同步反饋、統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)公路交通管理部門和養(yǎng)護(hù)管理單位、城市交通管理部門和市政設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理單位、高速公路運(yùn)營管理企業(yè)、公安和交警等部門，建立車橋協(xié)同、智能聯(lián)動控制、及時監(jiān)測、同步反饋、快速響應(yīng)、高效運(yùn)行的車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測警示控制系統(tǒng)，可有效避免和降低因車輛原因引起的橋梁倒塌、橋梁損害事故以及人身傷亡和財產(chǎn)損失。

1 車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測需求

目前，道路交通智能聯(lián)動體系尚不夠統(tǒng)一和完善，如高速公路入口不停車貨車稱重檢測系統(tǒng) 、道路交通事故救援體系、車輛導(dǎo)航等系統(tǒng)未能有效結(jié)合，對超限超載貨車的檢測、跟蹤、響應(yīng)、聯(lián)動方式較單一。

自2020年1月起，我國已統(tǒng)一實施新的《收費公路車輛通行費車型分類》標(biāo)準(zhǔn)，貨車通行高速公路的計費方式已由計重收費轉(zhuǎn)為按車（軸）型收費，實現(xiàn)ETC電子不停車收費。同時，為防止和拒絕違法超限超載的貨車駛?cè)敫咚俟?，?019-12-16起，全國已統(tǒng)一實施封閉高速公路收費站入口不停車稱重檢測[5]。在高速公路收費站入口車道上安裝貨車稱重檢測系統(tǒng)，貨車只要通過入口處埋在地下的傳感器，其車牌、車輛總重、軸數(shù)等數(shù)據(jù)信息就會實時上傳至收費口旁的顯示屏上。如果存在超限超載，顯示屏?xí)谔崾炯t叉的同時亮起警報燈。但貨車稱重檢測系統(tǒng)只在高速公路系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)作，若超限超載貨車未進(jìn)入高速公路或駛離高速公路后則缺乏跟蹤和聯(lián)動方案響應(yīng)。

超限超載貨車對橋梁造成的損害非常嚴(yán)重。在2019-10-10發(fā)生的無錫市312國道錫港路上跨橋橋面?zhèn)确鹿手?，兩輛超限超載掛車駛?cè)脲a港路上跨橋，其中一輛掛車實際載質(zhì)量為160.545 t，比核定載質(zhì)量超出128.545 t，超載401.7%;另一輛掛車實際載質(zhì)量為160.855 t，比核定載質(zhì)量超出131.855 t，超載455%。橋面?zhèn)确闹苯釉驗閮奢v重型平板半掛車嚴(yán)重超載、間距較近（荷載分布相對集中），偏心荷載引起的失穩(wěn)效應(yīng)遠(yuǎn)超橋梁上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定效應(yīng)，造成橋梁支座系統(tǒng)失效[6]。

超高貨車對橋梁、車輛和駕乘人員所造成的損害也很大，全國每年均發(fā)生多起超高貨車撞擊橋梁限高架的事故，造成限高架和車輛損壞、交通中斷。2013-07-16，國道324線貴港市根竹鄉(xiāng)鐵路橋路段發(fā)生一起交通事故，一輛滿載袋裝米糠的大貨車撞向了鐵路橋前的限高架，導(dǎo)致整個限高架被連根拔起，往來車輛無法通行[7]。

隨著智能化監(jiān)控設(shè)施在道路交通中的應(yīng)用，可充分整合和綜合利用各類監(jiān)控設(shè)施和資源，一旦某處監(jiān)控設(shè)施發(fā)現(xiàn)超限超載、超高超寬貨車時，交通綜合監(jiān)控中心可及時響應(yīng)，立即進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，同時將信息同步反饋至交警、路政管理養(yǎng)護(hù)單位甚至消防和醫(yī)療部門，各方及時展開應(yīng)急處置，由此達(dá)到提高超限超載、超高超寬貨車監(jiān)控跟蹤能力和應(yīng)急響應(yīng)能力的目的。

2 車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測響應(yīng)方式

2.1 智能聯(lián)動監(jiān)測響應(yīng)方式

按照監(jiān)測響應(yīng)的智能化程度，車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測響應(yīng)方式可分為全自動響應(yīng)、半自動響應(yīng)、人工響應(yīng)。

2.1.1 車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測全自動響應(yīng)

智能聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)在某處監(jiān)控設(shè)施發(fā)現(xiàn)超限超載、超高超寬貨車時，系統(tǒng)可根據(jù)方案設(shè)置自動判斷，自動發(fā)布指令到地面執(zhí)勤人員和交通控制設(shè)備對車輛進(jìn)行攔截，并同步反饋信息至各相關(guān)部門，同步發(fā)布信息，無須人工干預(yù)，對控制方案自動響應(yīng)。

2.1.2 車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測半自動響應(yīng)

智能聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)在某處監(jiān)控設(shè)施發(fā)現(xiàn)超限超載、超高超寬貨車時，系統(tǒng)可根據(jù)方案設(shè)置自動判斷，然后以消息閃爍方式在監(jiān)控窗口提醒監(jiān)控人員，或以短消息方式發(fā)送至監(jiān)控人員通信設(shè)備，如需人工核實，可經(jīng)監(jiān)控人員查看實時圖像或數(shù)據(jù)并確認(rèn)后，系統(tǒng)再自動發(fā)布指令和信息。

2.1.3 車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測人工響應(yīng)

在特殊橋梁或道路地段，或在橋梁發(fā)現(xiàn)異常、橋梁進(jìn)行檢修、橋梁關(guān)閉、車道封閉等情況下，在某處監(jiān)控設(shè)施發(fā)現(xiàn)超限超載、超高超寬貨車時，系統(tǒng)可根據(jù)方案設(shè)置，由監(jiān)控操作人員人工響應(yīng)并發(fā)布指令和信息。

2.2 智能聯(lián)動監(jiān)測多級響應(yīng)

智能聯(lián)動監(jiān)測警示控制屬于聯(lián)網(wǎng)交通監(jiān)控，執(zhí)行“本地控制為主、上級進(jìn)行監(jiān)管”的原則，市級和省級監(jiān)測警示系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)、統(tǒng)一指揮調(diào)度和管理[8]。

市級監(jiān)測警示系統(tǒng)具體對出現(xiàn)在轄區(qū)內(nèi)的超限超載、超高超寬貨車進(jìn)行日常跟蹤及監(jiān)測警示管理和響應(yīng)，省級監(jiān)測警示系統(tǒng)不進(jìn)行具體響應(yīng)和實際控制，但應(yīng)對市級監(jiān)測警示系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管，同時省級監(jiān)測警示系統(tǒng)享有優(yōu)先控制權(quán)。在特殊橋梁或道路地段，或某段橋梁或道路有異常情況時，省級監(jiān)測警示系統(tǒng)可根據(jù)方案設(shè)置優(yōu)先進(jìn)行處置，發(fā)布指令和信息，市級監(jiān)測警示系統(tǒng)應(yīng)對省級監(jiān)測警示系統(tǒng)的指令進(jìn)行響應(yīng)。各市級監(jiān)測警示系統(tǒng)的結(jié)合部也應(yīng)對省級監(jiān)測警示系統(tǒng)的指令進(jìn)行響應(yīng)。

3 車橋協(xié)同智能聯(lián)動監(jiān)測系統(tǒng)方案

3.1 監(jiān)測車輛分類及實現(xiàn)方式

3.1.1 超限超載車輛監(jiān)測

對于超限超載車輛的監(jiān)測，可以整合高速公路入口不停車收費稱重檢測系統(tǒng)、道路超限超載檢測系統(tǒng)、橋梁超重車輛檢測管理系統(tǒng)[9]、橋梁撓度檢測系統(tǒng)[10]、超限超載非現(xiàn)場執(zhí)法系統(tǒng)[11]、地面巡視和社會監(jiān)控舉報系統(tǒng)，任意一個系統(tǒng)監(jiān)測或接收到警示信息時，系統(tǒng)方案即進(jìn)行信息整合、數(shù)據(jù)分析，啟動聯(lián)動響應(yīng)。

3.1.2 超高車輛監(jiān)測

對于超高車輛的監(jiān)測，可以整合橋梁限高架主動提醒超高車輛的警示系統(tǒng)[12]、道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地面巡視和社會監(jiān)控舉報系統(tǒng)，任意一個系統(tǒng)監(jiān)測或接收到警示信息時，系統(tǒng)方案即進(jìn)行信息整合、數(shù)據(jù)分析，啟動聯(lián)動響應(yīng)。

3.1.3 超寬車輛監(jiān)測

對于超寬車輛的監(jiān)測，可以整合高寬數(shù)據(jù)信息自動采集系統(tǒng)[13]、道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地面巡視和社會監(jiān)控舉報系統(tǒng)，任意一個系統(tǒng)監(jiān)測或接收到警示信息時，系統(tǒng)方案即進(jìn)行信息整合、數(shù)據(jù)分析，啟動聯(lián)動響應(yīng)。

3.1.4 偏載行駛車輛監(jiān)測

對于偏載行駛的車輛，可以采用北斗系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)、道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地面巡視和社會監(jiān)控舉報系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，任意一個系統(tǒng)監(jiān)測或接收到警示信息時，系統(tǒng)方案即進(jìn)行信息整合、數(shù)據(jù)分析，啟動聯(lián)動響應(yīng)。車輛的偏載行駛屬于非常態(tài)，重在預(yù)防，特別是嚴(yán)重超限超載車輛的偏載行駛，對橋梁極易造成損害和釀成事故，故監(jiān)測發(fā)現(xiàn)偏載車輛時，系統(tǒng)方案應(yīng)在第一時間執(zhí)行各項響應(yīng)。

3.2 聯(lián)動響應(yīng)操作

聯(lián)動響應(yīng)操作可包括：系統(tǒng)自動向車主或駕駛員發(fā)送信息、撥打電話，通知其停車接受檢查，告知其違法的嚴(yán)重后果;系統(tǒng)自動將違規(guī)車輛的位置、超限超載和超高超寬情況、車主或駕駛員電話等信息通知交警部門，由交警部門跟進(jìn)處理;系統(tǒng)自動將違規(guī)車輛的位置、超限超載和超高超寬情況、周邊橋梁的限載能力、監(jiān)測到的橋梁撓度等信息通知路政部門，由路政部門派員對違規(guī)車輛已通行的路橋基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行檢測處理;系統(tǒng)自動向轄區(qū)內(nèi)的收費站發(fā)布指令，對監(jiān)測到的違規(guī)車輛關(guān)閉車道;系統(tǒng)自動向交通廣播、導(dǎo)航系統(tǒng)軟件、道路信息顯示面板等處發(fā)布違規(guī)車輛信息，提醒周邊車輛注意;系統(tǒng)自動向上一級聯(lián)動警示系統(tǒng)上報信息。

3.3 聯(lián)動警示控制流程

聯(lián)動監(jiān)測警示實現(xiàn)智能化，主要是通過各類自動監(jiān)測系統(tǒng)、橋梁和道路監(jiān)控及地面巡視、社會監(jiān)控舉報、人工收集的信息，在系統(tǒng)進(jìn)行信息整合、數(shù)據(jù)分析后，自行啟動內(nèi)置的多套應(yīng)對預(yù)案。系統(tǒng)可按監(jiān)測到的具體信息、橋梁或道路限載能力，通過預(yù)先準(zhǔn)備好的指令啟動自動或半自動響應(yīng)，在系統(tǒng)無預(yù)案或特殊情況下，啟動人工響應(yīng)。聯(lián)動警示控制流程如圖1所示。

一般情況下，系統(tǒng)將根據(jù)車輛的超限超載、超高超寬程度分為多個等級，如嚴(yán)重超限超載、重大超載、一般超載、輕微超載等。如為自動響應(yīng)模式，系統(tǒng)可根據(jù)等級進(jìn)行信息分析、自動顯示處理方案、發(fā)布指令;如為半自動響應(yīng)模式，系統(tǒng)可根據(jù)等級和性質(zhì)的不同進(jìn)行信息分析，自動給出處理方案的建議并在人工確認(rèn)后自動發(fā)布指令。

4 結(jié)語

本方案在分析超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛對橋梁造成損壞的嚴(yán)重后果和車輛、橋梁智能聯(lián)動監(jiān)測警示需求的基礎(chǔ)上，對車橋智能聯(lián)動警示方案進(jìn)行了相關(guān)研究，對響應(yīng)方式、監(jiān)測車輛分類和實現(xiàn)方式提出建議，擬定了車橋協(xié)同智能聯(lián)動警示控制流程，旨在當(dāng)超限超載、超高超寬、偏載行駛的車輛通過橋梁或有跡象顯示即將通過橋梁時，能在最快的時間段內(nèi)發(fā)布指令，避免車輛、橋梁事故及傷亡損失。不足之處是，本方案在如何保證不同系統(tǒng)監(jiān)測信息傳輸?shù)募皶r性以及如何采取措施提高社會監(jiān)控舉報等方面未進(jìn)行研究，尚需進(jìn)一步探討，以全面提升智能交通應(yīng)用水平及車橋協(xié)同聯(lián)動警示能力。

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收稿日期：2021-03-20

作者簡介：何江斌（1972—），副教授，工程師，研究方向：橋梁工程及城市軌道交通工程。