高速公路智能雾区诱导与可变限速设计探析

廖宏斌+王天成

【摘要】 本文就高速公路管理部门在面对雨、雪、路面冰覆盖等环境，尤其在行车的能见度、光照度或积水、冰雪覆盖等严重影响高速公路安全的情势下，建立起高速公路不封道安全行驶管控系统。在雾霾严重路段，通过雾区诱导建立起通行保障的智能信息管理平台，对雾区的环境、车流量进行检测、雾区的信息发布，进入雾区的车辆进行智能诱导。也就是说，在高速公路上根据道路和天气状况，通过监控指挥中心系统，利用分段设置的电子显示屏，随时改变高速公路每一路段最高限速值，配合超速、违停抓拍系统，及时控制车辆速度，从而有效预防车辆追尾和多车相撞事故。

【关键词】 智能 雾区诱导 可变限速 系统供电

一、国内外同类设计分析概述

针对雾条件下道路交通安全保障全球范围内研发方向分为车载型和道路基础设施型二类，据交通部公路科学研究院提供的信息显示，截止到2014年12月，针对雾条件下道路交通安全保障，美国正在发展的是局域性二次事故防范技术及车联网事故防范技术，该技术突破方向是在车辆上安装特殊设备，其实现必须基于全部车辆安装车联网设备；欧洲的发展方向是基于道路基础设施实现雾区主动诱导，2012年意大利、荷兰进行了路面主动引导试验，目前试验仍然在进行中；韩国在2012年由国家交通院牵头完成了有线控制雾区主动引导样机生产，目前仅有二个应用实例；日本没有这方面的研究报道；我国发展方向是基于道路基础设施实现恶劣天气下道路交通安全保障，并且在2009年就已经开始建设第一个雾条件下道路交通安全保障的国家级科技示范工程，该示范工程采用了目前为止业界最先进的一次事故防范技术及二次事故预警技术，我国在上述技术领域拥有全部自主的知识产权及全部核心技术。

二、系统设计概述

智能雾区诱导和可变限速系统是一种基于高速公路行车安全管理要求，在不同能见度状况下进行動态限速要求，同时启动雾区安全行车主动诱导系统，该系统由“智能边缘标”、“数据预处理器”、“能见度探测仪”、“违法取证系统”、“上位控制平台”五个主要部件组成，其中重点创新技术及模块分别如图1。

可变限速超速取证技术：具有透雾技术的摄像机可对超速车辆、违停车辆、逆行、违法变道等违章行为进行非现场执法取证，该系统内置智能分析算法，整合系统可变限速速度值实现动态的超速违法取证；根据能见度探测仪提供的检测数据，同时依据《中华人民共和国道路交通安全法》、《中华人民共和国道路交通安全法实施条例 》、《道路交通安全违法行为处理程序规定》及其他有关法规，系统性调整限速值和处罚取证阈值。

光能供电技术：光能供电技术是一种太阳能供电技术的升级技术，采用它配置负载设备后，该设备只需要安装在“顶天”（顶天是指设备安装点顶部没有被遮挡）的环境中光能供电模块即可对设备保持长期正常供电；在可靠性试验中采用光能供电的设备已经连续正常运行5年；该技术是业界最先进的创新型实用专利技术，它解决了外场设备的供电难题。

尾迹生成技术：雾天发生交通事故的最大原因是看不到前方车辆，尾迹生成技术是在前车经过时通过电子技术及信号技术在前车后部点亮一定长度的红灯，这些红灯会随车辆同步移动，形成动态“尾迹”，由于尾迹是通过信号技术手段生产的，长度可设置（默认60米），后车在行进时如果前方有车则会首先发现前车尾迹，即使在浓雾环境下也可发现前方车辆，这就可以避免重特大事故的发生；它对前方车辆存在及位置采用电信号传递及定位显示方式，尾迹长度及显示方式是人为设定的，所以该技术能够在雾天超视距发现前方车辆，是一种业界领先的创新型实用专利技术。

同步引导技术：低能见度环境下高速公路周围是一个浑沌的环境，道路远视可见性降低或消失，通过同步主动发光所形成的诱导线形与道路平行，可有效显示道路走向；系统能够自动控制主动诱导线形且提供不低于2倍当前能见度的远视可见性，该功能不仅仅在雾天有用，在黑夜、雨天等环境下同样有效；它使得雾条件下在途车辆能够获得更有效的安全预视距离；本系统的属性是雾天“指路”，其远视可见性绝对值大于2.5～5倍当前能见度，默认值2.5倍当前能见度，由内置控制策略自动调整。

抗损毁通讯技术：高速公路环境下交通事故无法避免，采用有线通讯或供电则会产生很多后期运维难题，例如有线通讯线路故障或中断则系统就瘫痪了。因此系统设计采用无线组态方式，外场通讯采用抗损毁无线通讯技术，该技术是以一种“链”状组态的，每一节“链”覆盖区内具有不低于NX个双向冗余节点，只有在这个节点群同时损毁的情况下该链接点才中断，但断点的上游及下游通讯仍然能正常运行，具有绕行通讯能力，即使外场通讯中断的情况下系统仍可基于迂回路由实现有效通讯。

在该技术支撑下，个别或部分智能边缘标故障或事故所致损毁时，不会影响整个系统的正常运行，该技术有效解决了外场设备的通讯难题。

离散控制技术：高速公路的特征是长距离，如果采用星形控制方式则控制成本会非常高，且可靠性及事件针对性大为降低；该系统采用创新的无线组态离散控制技术，智能边缘标相互之间及与上位控制系统之间没有物理上的连接，系统能够根据外场实时能见度数值有针对性调用对应的控制策略，该技术重点针对团雾设计，当配置路段出现团雾时则团雾区域的控制策略有别于非团雾区域，该技术能够在道路环境出现团雾时自动快速响应并且实时对团 雾区域内的车辆提供有效诱导及防止追尾事故的发生。

专用能见度检测技术：自动实现雾区主动引导及防撞预警的关键是能够有效检测到当前的能见度数值，可以选配不同类型的能见度检测设备：A、链式能见度检测系统，它是一种专门针对团雾检测而设计的高密度配置能见度检测设备，它安装在智能边缘标内，共享智能边缘标的供电及通讯资源，具有目前为止业界最高能见度地域分辨率，在设置区域内，地域能见度分辨率是20米，能见度数值分辨率是20～1000米，该技术是未来道路交通能见度检测技术的发生趋势；B、专用配套散射型能见度检测设备，它是一种适应AGS系统的气象级能见度检测设备。