高速公路雾天保障系统的研究和应用

余 浩 戴江丽

摘要:文章利用现代科学技术,研究了高速公路浓雾多发路段的雾天保障系统,以加强对大雾天气的高速公路交通管理和控制,减少封道的时间和次数,降低事故的发生概率,提高高速公路在雾天的通行能力和运营的安全性。实践证明该系统具有很高的实用性与推广应用前景,它将有助于我国交通现代化管理的实现。

关键词:高速公路;交通安全;雾天保障系统

一、研究背景

我国高速公路大多分布在东南沿海发达地区,受到整体地西东低的影响,雾害相对严重。随着高速公路里程数的增加,因浓雾等恶劣天气而造成的交通事故也日益增多,已占到事故总数的25%以上,给国家和人民生命财产造成了重大的损失,也引起了高速公路建设管理部门和社会的普遍关注。

高速公路雾区交通安全已成为一个世界性的课题,我国近年来也逐步开展了雾的结构与预测预报方法、雾的观测方法、雾区交通安全与监控系统、雾天道路交通管理等方面的研究,但尚未形成完整、系统的理论和方法。交警部门对雾天高速公路的交通管制措施仍然比较单一,基本上都采取封闭主线通行的对策。虽然防止了交通事故的发生,却是以牺牲高速公路的通行能力为代价,同时给高速公路业主造成了巨大的经济损失。

目前我国有些高速公路路段,已经建成了高速公路浓雾监测预警系统的实验路段,系统通过多种通讯传输和显示手段,将自动监测站的监测实况和预报中心制作的浓雾预警、预报结论传送至高速公路运营指挥中心,供决策和采取措施时用,但是在获得准确的信息之后,应该如何采取有效的应对措施?本系统正是针对以上出现的情况,通过对国内外现有雾区交通安全及监控措施的研究,提出的一种解决方案,即在雾天等恶劣天气情况下,通过在道路两侧安装引导雾灯和无线远程控制系统,使得高速公路指挥中心可以远程掌握道路的能见度情况,并根据实际需要来控制诱导灯光系统,提示道路的宽度和方向,警示最大的限速值,自动引导车辆通行,减少高速公路的封道时间,保障高速公路的车辆通行的安全、通畅和有序。

二、系统构成

高速公路雾天保障系统由雾况监控、交通诱导、数据传输和控制中心4个模块和相关辅助设施组成,系统框如图1所示。

(一)雾况监控模块

雾况监控模块分为雾况预报和能见度检测两部分。通过与杭州市气象局的合作,CAWS600-B型自动气象站将实时收集到的气温、气压、相对湿度、风向、风速、降水、能见度等数据,利用移动GPRS无线网络传输到气象局信息中心。由气象局组织专家对安装路段的气候、地理、生态等进行观测分析,运用模式预报办法建立了一套适用于安装路段的24小时定时、定点、定量短期雾况预报系统,运用神经网络技术建立了安装路段3小时临近短时雾况预报专家系统。能见度检测部分采用两台VISIC610高速公路能见度检测仪(测量范围:10m-2000m),及时获取安装路段的实时能见度数据。该款设备能够区分雨雾造成的能见度值下降,具有自检和污染自动校准功能,可以实现免维护连续运行。

(二)交通诱导模块

交通诱导模块包括诱导灯、可变限速标志牌和高速公路原有可变情报板。每组诱导灯包含1盏强光灯和3盏普光灯,均采用国际最新技术的四元素LED发光二极管,具有很强的抗衰减性和可靠性:强光灯安装在固定的灯柱上,高度为1.7m,间隔为48m;普光灯安装在高速公路护栏板波形槽中,高度为0.6m,间隔为16m。考虑到高速公路的跨度大、雾区路段分散,单独为诱导灯铺设供电线路不仅成本大,而且施工复杂。所以每组诱导灯都装有独立的太阳能光伏组件提供电源(见图2)。

(三)数据传输模块

数据传输模块分为二层网络结构。第一层采用MESH技术组网,实现试验路段内的数据通讯,包括控制诱导灯的闪烁,接收能见度检测仪的数据和诱导灯的反馈信号。第二层采用900MHZ移动公网组网,在分控基站和控制中心分别安装GSM传输设备,实现试验路段与控制中心的数据通讯。

(四)控制中心模块

控制中心模块由控制计算机、气象服务软件和交通诱导管理软件等组成。气象服务软件将气象局信息中心对气象观测数据的分析结果动态显示在计算机上,自动报警提醒工作人员24小时内的雾况预报,支持历史记录的查询、打印。交通诱导管理软件集诱导灯、可变限速标志牌的管理于一体,能够实时显示各组诱导灯的工作状态和当前的能见度状况,逐段地控制诱导灯的闪烁和可变限速标志牌、可变情报板的发布内容。诱导灯管理软件带有独立的数据库,具备完善的设备管理功能,支持设备添加、删除、信息修改等操作。

三、交通诱导方案

高速公路雾天保障系统在实际使用中与高速公路原有监控系统和路面巡逻力量相结合,由雾天保障控制中心统一协调、控制。当发生起雾征兆时,气象局信息中心、能见度测试仪把起雾地点、雾区范围、能见度状况等信息上传到雾天保障控制中心。中心管理人员获知后利用监控摄像机或巡逻车辆核实情况,进而采取相应的交通诱导方案,控制雾区路段诱导灯闪烁,并在可变限速标志牌和可变情报板上发布警示内容。交通诱导方案如下:

第一,雾区能见度>500m:不采取交通诱导措施。

第二,330m<雾区能见度<500m:开启普光灯,可变限速标志显示限速80Km/小时,可变情报板显示“前方有雾,谨慎驾驶”,司机对诱导光带的可视距离在550m-800m。

第三,150m<雾区能见度<330m:开启强光灯和普光灯,可变限速标志显示限速60Km/小时,可变情报板显示“前方大雾,谨慎驾驶”,司机对诱导光带的可视距离在300m-550m。

第四,50m<雾区能见度<150m:开启强光灯和普光灯,可变限速标志显示限速40Km/小时,可变情报板显示“前方浓雾,保持车距”,司机对诱导光带的可视距离在200m-300m。

第五,雾区能见度<50m:封闭高速公路,禁止通行。

四、结论

高速公路雾天保障系统项目安装路段位于杭金衢高速公路新岭隧道至次坞互通之间,全长4.5公里。该路段在2007年1-7月发生雾况16起,导致诸暨收费所至次坞收费所的18公里路段杭向封道14次,累计封道103小时。按照杭金衢高速公路2007年日均通行费收入526万元计算,1-7月因雾封道造成通行费损失为70.3萬元。高速公路雾天保障系统项目投资总额118.577万元,如果能够保障雾天道路的基本通行,以每年10%的维护费用计算,一年即可收回投资。

此外,诸暨收费所至次坞收费所为杭金衢高速公路车流量最大的路段之一。高速公路因雾封闭,直接导致收费所外广场大量车辆滞留和地方道路的拥堵。不仅无法发挥高速公路快捷、高效的优势,而且对广大司乘人员的工作和生活造成不便,并影响到杭金衢高速公路的对外形象。因此,高速公路雾天保障系统还具有突出的社会效益。

高速公路雾天保障系统能够显著增加雾天道路轮廓的能见距离,提高雾区路段的通行能力,有助于减少雾天交通事故发生率,同样适用于雨雪、风沙等恶劣天气。同时,高速公路雾天保障系统也为交通辅助管理提供了一个可靠的平台,能够在交通事故黑点、黑段和临水、临崖路段的交通诱导方面发挥相应的作用。

参考文献:

1、陈继松,周建平,林剑波.高速公路雾区智能电子诱导系统的研究与应用[J].公路交通科技,2008(9).

2、刘志宏.高速公路雾区通行智能解决方案[J].北方交通,2006(11).

3、张志勇.高速公路雾区监控系统功能设计初探[J].山西交通科技,2007(1).

4、张能贵,张国煊.基于现场总线的雾区智能电子诱导控制系统[J].杭州电子科技大学,2008(4).

(作者单位:浙江工业大学经贸管理学院。其中,余浩为副教授、硕士生导师、管理科学博士)