外場監控技術在公路交通安全方面的應用分析

成志鵬

摘 要：在我國經濟快速發展，人民生活水平顯著提高的今天，機動車數量不斷攀升。據公安部統計，截至2022年，全國機動車保有量達4.17億輛，其中汽車3.19億輛；機動車駕駛人5.02億人，其中汽車駕駛人4.64億人[1]。隨著機動車保有量持續增加，道路交通安全任務日益繁重，交通安全形勢也愈加嚴峻，外場監控技術日益成為緩解交通安全管理部門壓力、保證道路交通安全暢通的重要組成部分。同時，隨著信息技術、大數據、車聯網的不斷發展成熟，交通安全領域的外場監控技術也不斷推陳創新。本文將對交通安全領域應用的外場監控技術進行梳理和分析，通過分析結論探討了當前外場監控技術在公路交通安全方面的應用策略。

關鍵詞：公路；機動車；交通安全；監控；應用策略

1視頻采集設施

視頻監控是人們碰到外場監控技術時最常被提及的手段。該技術經過國內外公路運營效果和經驗總結，能夠實時和直觀的把公路現場的情況再現；讓沒有親臨現場的監控運管人員在遠端的監控室或監控大廳內快速獲取現場交通運行情況、天氣狀況、交通事故以及車輛違規行駛的視頻圖像，從而快速制定相關的信息提示、交通疏導和應急救援等方案。正因為視頻監控監視效果較好，視頻采集設施（攝像機）在公路現場的設置往往是公路運管單位的關注點。

目前在公路交通行業內，通常采用以下幾種監控攝像機進行視頻圖像采集：

高清球型遙控攝像機：該攝像機在球型防護罩內將高清攝像頭、云臺裝置、解碼器等設備集成化處理。市面上高清球型遙控攝像機一般可達到星光級的效果，即在攝像機沒有外接任何輔助光源時仍能獲取較為清晰的現場視頻。該類型攝像機應用較廣，適合于多種環境下的視頻采集。

槍型遙控攝像機：槍型遙控攝像機防護罩較小，雖然沒有將云臺等設備集成于防護罩內，但其設備纜線不裸露。其采集的視頻圖像抖動量較少，云臺靈敏度高，具備安裝便捷等優點，同樣在公路行業應用較多。

固定式槍型攝像機：固定式槍型攝像機與槍型遙控攝像機的區別在于有無云臺。其鏡頭焦距選擇范圍廣，可配置 10～300mm 鏡頭，無云臺，不可控制轉動，但受風等影響圖像抖動較小。

全景攝像機：傳統攝像機因其鏡頭視角受限，如需對場景進行全景觀察，只能通過多個攝像機組合觀察或者利用云臺控制攝像頭遍歷觀察，這兩種方案在經濟性和實用性上均不理想。全景攝像機針對于場景全景觀察應用而出現，其具備視角廣，監控無死角等特點，廣泛應用于場區監控（如公路的服務區、停車區和收費廣場等）以及互通區監控。

2交通量調查設施

在公路上部署交通量調查設施，實時的采集公路的車流量、車輛行駛速度、車輛分布密度和車輛軸載情況等信息，在公路規劃、建設、運營、養護和民眾出行等方面具有重要的意義。

交通量調查設施按照其檢測數據種類和精度劃分為一類交通量調查站和二類交通量調查站。一類交通量調查站檢測數據包括車流量數據、車輛行駛速度數據、車型數據（九類）和車輛占有率數據等，需滿足交通部相關標準和要求。一類交通量調查站在道路規劃、建設和控制等方面為運管部門提供了豐富和可靠的數據信息；二類交通量調查站則主要采集車流量數據、車輛平均行駛速度數據、車型數據（僅對大車小車進行判別）和車輛占有率數據等，可根據道路的交通管控需求配備。

交通量調查站采用的技術形式包括線圈型、視頻型、微波型、超聲波型、激光型以及組合型。

3氣象監測設施

公路的氣象條件是行駛條件的重要組成部分，實時的獲取氣象信息并針對性的進行交通疏導是公路運營的重要工作之一。在氣象條件復雜的路段重點設置氣象監測設施，能夠實時的采集氣象情況和預警災害天氣，降低由于惡劣天氣產生的交通事故風險。

氣象監測設施主要分為兩類：局地站和普通站。

局地站代表的是較短路段、特殊地形地物處或橋梁結構物的特定交通天氣狀況，如低能見度大霧頻發路段、易結冰橋梁、易發生水淹水毀路段等。普通站代表的是較大范圍或較長路段的一般天氣狀況。

局地站與普通站在選址與傳感器配置方面存在較大的差異。局地站配置的氣象要素觀測項目主要針對局地惡劣天氣頻發且嚴重影響交通的氣象條件。普通站盡可能選取在相對開闊無遮擋的地方，配置的氣象要素觀測項目相對較全。針對上述特點，公路系統一般情采用局地站進行氣象監測。

此外，運管人員也可以通過設置在道路沿線的視頻采集設施對氣象信息進行直觀的觀測，比如道路沿線的霧、雨、雪、冰、風沙等情況。

同時，運營人員還應緊密保持與道路當地有關氣象部門的之間聯系，同地方氣象臺搭建氣象信息共享的平臺，時刻關注項目所在地的天氣預報，對各方面的現有資源充分利用。

4自動事件檢測

公路交通發生異常事件后，往往會造成偶發性交通擁堵，從而導致公路通行能力下降。當工作人員沒有迅速發現和有效處理異常事件時，公路通行能力可能進一步下降，嚴重時會大面積的引起附近道路擁堵，從而產生交通癱瘓。因此，如何及時發現公路交通的異常事件，是緩解交通擁堵的重點。

平時公路運營時，僅通過人工熱線、視頻采集等非自動的方法來發現異常事件將引起不少的資源浪費，同時不全面也不及時，造成一定的安全隱患。

自動事件檢測基于AID算法對傳感器（視頻、紅外線、雷達等）實時采集的各種現場數據進行分析，自動發現交通異常事件，向工作人員及時的發出警報信息。

交通自動事件檢測可根據運營需求配置相關事件檢測功能，一般可以實現以下功能：

1.交通參數估計功能：自動對交通流量、車輛平均行駛速度、車道占有率和車輛排隊長度等數據進行估算。

2.擁堵檢測功能：自動對監控路段不同程度的擁堵現象進行檢測，并實時記錄、預警。

3.突然停車檢測功能：自動檢測監控路段車輛突然停車的行為，并實時記錄、預警。

4.逆行檢測功能：自動對事件檢測路段的機動車逆行的行為進行檢測，并實時記錄、預警。

5.物體遺灑檢測功能：自動對事件檢測路段出現的可疑遺灑物體，并實時記錄、預警。

6.行人穿越檢測功能：自動檢測監控路段行人非法穿越道路的行為，并實時記錄、預警。

5可變信息發布

為提高公路服務質量、實時和精確的向司乘人員發布前方路況、天氣和提醒駕駛等信息，傳統固定信息發布的標志、標牌等已無法滿足需求。在公路沿線的合適位置設置可變信息標志，能夠讓司乘人員及時掌握前方路段的道路情況及其他交通信息，從而選取最合適的行車路線，在整體上提高整個路網的通行能力和安全性。

可變信息標志根據其結構形式主要分為門架式、懸臂式和立柱式。門架式將可變情報板設置在行車道的上方，通常向在主線行駛的車輛發布氣候惡劣、事故、阻塞、道路維護等特殊情況信息，達到調節和疏導車流、減緩擁堵狀況以及降低事故概率的效果。懸臂式和立柱式一般在路側設置可變情報板，可以進行文字或者圖案的顯示，主要用于向司乘人員提供車輛限速信息或其他路段信息。由于門架式情報板和懸臂式情報板的屏體位于道路正上方，在道路沿線的視覺效果上優于立柱式可變情報板，而在服務區停車區場區則可考慮立柱式可變情報板。

6智慧化設施

隨著電子信息等行業技術的推陳出新，云計算、大數據、“互聯網+”、物聯網、5G、人工智能、智能駕駛等新興技術和公路運營管理新需求進行緊密結合。目前，公路運營管理的發展趨勢是從人工經驗決策向智能數據分析決策轉化；被動發現管理向主動提前防控轉化；事后分析溯源向事前預警轉化。在運用了智慧化設施情況下的公路運營管理將減少交通安全事故，提高公路運行效率，從而進一步增強服務質量。

當前公路交通領域涌現了一系列的智慧化外場設施，如匝道合流預警系統、無人機、車路協同等。

匝道合流預警系統：在匝道合流處對誘導燈、車檢器以及控制系統進行綜合應用，向駛離匝道區域的司乘人員進行視覺上的誘導、同時給后方或正在行駛車輛起預警作用（用黃燈閃爍或常亮來提醒），從而有助于行駛車輛對匝道附近的路口進行更準確的判斷，降低交通事故發生的機率。

無人機：無人機作為人工智能重要載具，具備高空視野廣、監控范圍大、視角靈活多變的特點[2]。當前無人機在高速公路、鐵路、大型工業與民用建筑等大場景使用較多。無人機在公路建設、管理運營和養護期間采用無人機代替日常巡邏車輛和人員比較合適。

車路協同：車路協同是采用先進的無線通信和新一代互聯網等技術，全方位實施車車、車路動態實時信息交互，并在全時空動態交通信息采集與融合的基礎上開展車輛主動安全控制和道路協同管理，充分實現人車路的有效協同，保證交通安全，提高通行效率，從而形成的安全、高效和環保的道路交通系統[3]。

7應用策略

一般公路的組成部分為路基路面、橋梁、隧道以及交通工程設施等。其中，隧道和跨江跨海特大橋因為其不同于常規道路，事故風險性更大，應用策略也不盡相同，于是，本文按照常規道路、隧道和跨江跨海特大橋分類進行外場監控技術應用策略的描述：

7.1常規道路

視頻采集方面，高速公路建議不低于兩公里一對的間距進行攝像機設置，低等級路則可以考慮重點路段設置攝像機。長大下坡路段建議全程監控，同時在運營期間，事故多發路段建議設置攝像機。

交通量調查方面，高速公路建議在互通立交兩側設置二類交通量調查設備，在樞紐互通立交兩側設置一類交通量調查設備，交通量調查也可通過ETC門架或沿線攝像機實現。低等級路可按需配置。

氣象監測方面，氣象監測器應根據道路沿線的氣象數據分析后確定，重點設置在惡劣天氣頻發的路段，如濃霧、沙塵暴、易積雪等路段。同時其監測的氣象要素建議因地制宜。

自動事件檢測方面，高速公路建議在視頻采集點進行事件檢測，檢測報警后工作人員可以及時獲取現場圖像，提升服務質量，投資規模限制的情況下可在事故多發路段設置。

可變信息發布方面，高速公路建議在主線出口前設置可變信息標志，雙向六車道（含六車道）以上的主線出口前建議設置門架式可變信息標志；收費站前建議設置懸臂式可變信息標志；低等級路按需配置。長達下坡路段前建議設置可變信息標志，同時在運營期間，事故多發路段建議設置可變信息標志。

智慧化設施方面，建議各個項目根據自身項目特點以及技術發展情況確定。

7.2隧道

隧道是公路上的特殊路段，空間環境狹窄，公路隧道一旦發生事故（尤其是火災），不僅造成人員傷亡、車輛損毀、隧道破壞，如果監控系統沒有及時響應，事故很容易進一步蔓延，導致人員財產損失加重，造成交通運輸長時間中斷，形成重大損失，所以隧道監控外場設施的設置尤為重要。

公路隧道的外場監控設施規模應根據隧道規模和交通量來確定。考慮隧道監控系統各設備之間的協調統一，按照《公路隧道設計規范第二冊 交通工程與附屬設施》劃分隧道監控等級為B級及以上的隧道基本配置完備的隧道監控外場設施，本文以B級及以上的公路隧道為例：

視頻采集方面，隧道內部建議不低于150米的間距進行攝像機設置，同時在緊急停車帶加密設置，做到隧道內無死角視頻采集的效果。

交通量調查方面，建議至少在隧道兩側設置二類交通量調查站，用于采集進出隧道的車流信息。

氣象監測方面，隧道口易發濃霧，冰雪天氣下路面易結冰，可考慮在隧道口設置相應要素的氣象檢測器。

自動事件檢測方面，隧道本身會給駕駛人一種壓抑的感受，交通事故的發生概率比常規道路要高，建議保證全程自動事件檢測，投資規模限制的情況下至少保證緊急停車帶的事件檢測。

可變信息發布方面，在隧道入口設置可變信息標志，發布相關信息給即將進入隧道的司乘人員；同時在隧道內車行橫洞前設置洞內可變信息標志，及時向隧道內行駛車輛發布信息。

智慧化設施方面，建議設置隧道結構健康檢測設施，其他項目根據自身項目特點以及技術發展情況確定。

7.3跨江跨海特大橋

跟常規道路不同，橫跨大江、大河的特大橋區區域附近的公路地質以及氣象條件往往叫為復雜，監控外場設施的設置應重點關注橋上的交通流情況、大橋的全景視頻觀察、橋下航道（如有）運行情況、及時發現交通事故和有效的對橋上的交通流進行疏導。

視頻采集方面，橋梁段按照150～500m間距設置，做到全程監視；索塔上設置全景攝像機，用于獲取橋梁整體的視頻圖像，航道上設置航道攝像機，觀察橋下航道情況。

交通量調查方面，在橋頭設置一類交通量調查設備，獲取橋梁的車流信息。

氣象監測方面，跨江跨海特大橋通常氣候復雜，橋面結冰對車輛行駛影響很大，建議在橋頭設置氣象檢測設備。

自動事件檢測方面，由于橋梁路段的特殊性，路面較狹窄，路況較復雜，相較于普通道路更容易發生交通事故，極易對過往車輛的通行造成嚴重影響，建議全程事件檢測。

可變信息發布方面，在橋梁入口設置可變信息標志，發布相關信息給即將進入橋梁的司乘人員。

智慧化設施方面，建議設置橋梁結構健康檢測設施，其他項目根據自身項目特點以及技術發展情況確定。

8結束語

本文從視頻采集、交通量調查、氣象監測、自動事件檢測、可變信息發布以及智慧化設施方面對公路系統的監控外場設備進行了分析，并在其應用策略上筆者提出了自己的總結，希望能夠拋磚引玉。當然，機電設備的技術日新月異，我們行業相關人員不宜拘泥于固定思維，積極學習最新技術，貼合項目實際需求進行應用，保障出行安全，提升交通服務效率和質量，推動現代交通事業的發展。

參考文獻

[1]全國機動車保有量達4.17億輛，駕駛人超過5億人；新能源汽車保有量達1310萬輛，同比增長67.13% .[OL].[2023-01-11].https：//app.mps.gov. cn/gdnps/pc/content.jsp？id=8837602.

[2]王東柱，宋向輝，朱書善，諶儀，蔡勝昔.基于車路協同的高速公路合流區安全預警控制方法[J].公路交通科技，2012，29（S1）：50-56+63.

[3]李永萍，柳震.沿高速公路部署的車聯網關鍵技術[J].無線互聯科技，2018，15（21）：151-152.