基于ITS高速公路安全预警系统的研究

      交通事故的预防一直是世界各国学者们研究的热点，我国仅在2003年就发生交通事故667 507起，造成经济损失高达336 914万元。IIS正是提供了一套先进的手段和科学的方法，在大范围内能全方位地控制，有效地进行交通管理，减少交通事故的发生，提高交通运输的安全性。面对各国IIS技术的发展和我国的现状，对与高速公路安全有关的预警系统进行研究，探讨基于IIS的高速公路安全预警系统的功能和设计思路，建立健全以电子监控、可变信息显示和现代通信技术为手段的全方位的交通事故预警机制，针对雨、雪、雾、沙尘暴等恶劣天气对交通安全的危害以及交通路况对交通运行状态的影响，不断完善高速公路交通管理的预警模式，建立以预防和减少交通事故为中心的快速反应机制，防止“二次事故”的发生，对提高道路安全管理水平，拓展 IIS的应用领域都具有十分重要的意义。

 1 研究现状

预警的对象为事前可预测的可能对高速公路安全行车造成影响的不利因素，诸如交通堵塞、重大交通事故、浓雾、雪阻、水毁、地震、火灾等。安全预警从技术实现来看涉及先进的交通信息服务系统和先进的交通管理系统，它的服务对象为紧急事件管理系统，紧急事件管理系统因各国的IIS体系设计的差异而有所不同。如美国的紧急事件管理系统是专门对紧急事件进行管理的系统。欧洲的IIS中更多的是将紧急事件的管理融入到先进的交通管理系统和相应的安全控制系统中。日本紧急事态管理属于先进的道路交通系统中的一个模块，根据多发地震的实际情况构筑了通过监视卫星的数据和行驶车辆传来的信息，把握受灾时网络和受灾状况的地理信息系统及紧急救援车辆和紧急修复车辆的线路引导等的多方面的支援系统。根据调研及查阅大量的相关资料表明,我国目前高速公路还没有一套完善的安全预警体系，为了改善我国高速公路交通安全预警现状,缩小与国外高速公路发达国家之间的差距,应该研究构建适合我国高速公路实际情况的安全预警体系。

2 影响因素

影响预警的因素比较多，而且错综复杂，有其系统内部的和外部的，也有自然的和人为的，归纳为以下几种： （1）自然原因 雪、雨、大雾、沙尘、地震等自然现象会造成潜在的交通隐患，表现为两个方面：一是大大降低能见度，使驾驶员看不清运行前方和周围的情况；二是由于道路上雨、雪、雾水与积累的油、泥土混合物使轮胎与路面的附着力减小，从而导致轮胎打滑、制动距离延长、制动跑偏等，交通事故就会更加频繁。 （2）社会原因 随着改革的不断深化，在社会中存在的制度的变迁以及权利、利益在不同主体间的重新分配、转移，存在的不稳定因素。 （3）管理原因 指由于决策不准、管理失控、指挥疏导不利，从而造成区域性的道路交通拥堵、无序或因没有及时控制局面而导致这种局面的不断蔓延。 （4）人为原因 人们的现代道路安全意识是现代化道路交通系统正常运行的前提，人的交通违法行为或者道路交通控制系统的人为破坏都可能引发交通事故，从而成为预警的原因。 （5）道路和基础设施原因 如基础设施建设、道路设计是否合理、道路维修施工等都可能引发交通事故。

 3 预警系统组成

预警系统是IIS中的一部分，它利用现代通信和信息采集技术为紧急救援系统提供对紧急事件进行提前识别、通告、检测的能力。基本思路在于利用先进的IIS 技术，对安全隐患进行及时的预报问题进行研究，并利用系统工程的思想对预警的社会资源和信息采集方式进行分析，根据一定的理论模型，推理判断是否会有引发事故的因素，及时将信息发布给高速公路服务对象，并启动紧急救援系统，以防不策。预警系统组成如下。 3．1 信息采集 信息采集方式为建立一个点、线、面相结合的道路交通紧急事件信息搜集网，及时发现紧急事件现场和加快信息的传递。由于紧急事件造成的交通阻塞消散时间与紧急事件的响应时间成指数关系，所以及时地发现异常交通现象具有重要的意义。主要采集对象有： 1）车辆检测分类 由于计算机视觉为交通系统提供了更为直观方便的分析手段，而且交通环境中含有大量的信息，用计算机视觉来理解和处理这车辆类型并进行分类。 2） 车流量检测 交通流量检测是高速公路监控系统中的重要组成部分，实时、可靠的基本交通信息是判断交通状况的根本依据，是实现高速公路智能化管理的前提。 3） 速度检测 车辆行驶速度的快慢直接反映了道路通行能力的高低。速度通常可以分为：地点车速、运行速度、区间速度、临界速度、时间平均速度、空间平均速度、自由速度、中位速度、85％位速度、15％位速度、设计速度等。不同的速度概念所应用的领域也不同，如临界速度反映了道路的最大通行能力，车辆以此速度行驶，道路的通行能力最强；85％位速度通常用于某路段所限制的最高车速；15％位速度通常用于某路段所限制的最低车速。 4） 车辆停车检测 在高速公路上行驶的车辆难免因为特殊情况（如车辆抛锚）需要紧急停车，由于车辆在高速公路上的行驶速度高，如果司机在紧急停车后处理不当，很有可能造成后面车辆追尾的交通事故。因此应该及时掌握路面车辆的运行情况，发现车辆异常停靠，应当及时进行救援和处理。 5）车辆超速检测 近年来，在交通事故总死亡人数出现小幅下降或波动态势的同时，超速行驶肇事导致的死亡人数却出现明显的快速上升趋势，因此，加强对超速等违法交通行为的监督与治理，对于减少交通事故、减轻事故损失、挽救生命具有十分重要的意义。 6） 道路拥挤状况检测 当交通需求大于高速公路的最大通行能力或道路上发生交通事故时，就不可避免的出现交通拥挤，道路拥挤会造成运行成本增大，事故率提高，能源浪费，空气污染等诸多不利情况。 7）天气情况检测 主要包括：风速、风向、气温、能见度等。 8）路桥隧检测 路面积水、积雪、桥梁应力分析、隧道交通参数等的监测。 3．2 信息的传输 根据紧急事件信息的特点与性质，确定信息的传输方式，如对于图像等大数据量信息以及采用现有高速公路专用光缆进行传输，在不好接入光缆的地点采用 GSM/GPRS技术进行通信。 3．3 信息处理 交通控制中心根据获得的交通参数、天气参数、路况、桥况以及道路维护情况等依据合理的分析，确定预警信息的内容、地点以及发布方式等，是系统的核心，主要包括： 1）预警与事故确认子系统 依靠各种的信号采集设备以及道路维修情况，对交通事件进行预测，除了有利于对事故的预防外,在事故发生时,也可以通过这些先进的设备配合救援人员在第一时间对事故进行检测和确认,及时发布预警信息以防止二次事故的发生。 2） 定位处理子系统 在接到报警后，系统立即开展工作，协调各个职能部门进行救助,在急救行动开始之前，获取尽可能多的信息，根据报警电话、电子地图、GIS系统来对事故进行自动定位，为准确实施救助提供第一手资料，如事故地点的确切位置、事故车辆与人员的数量、附近医院的确切位置、最近的消防设施以及其他现场与急救途中可用的设备等，可为成功的施救提供极大的方便。 3）预警信息存储子系统 建立预警信息数据库，可以在遇到相似事件时完善预警处理措施，为各类紧急事件提供合理的借鉴，为提高道路交通的管理水平提供服务。 3．4 预警信息的发布 预警信息的发布分为两部分，一部分是直接发布方式，另一部分是间接发布方式。如天气信息、交通信息等属于直接发布方式，根据交通参数确定交通事件以及道路维修信息等是由交通控制中心发送出来进行显示属于间接发布方式。发布的形式可以根据情况采用可变信息情报板、语音等方式。

 4 结语

我国的智能交通系统还处于发展的初级阶段，且与道路网的建设同步进行，而道路建设在相当一段时间内是我国交通部门的主要任务，因此应将智能交通系统框架下的预警系统纳入基础建设的内容一并考虑，针对我国高速公路的实际情况，设计一种适合我国高速公路运营实际情况的安全预警系统方案，可以提高我国高速管理的水平，为高速公路安全行车提供保障，具有重大社会效益。