一种半反馈式高速公路预警系统的设计与实现

郭　静

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)



一种半反馈式高速公路预警系统的设计与实现

郭静

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

高速公路是当前道路交通的主要形式之一，根据目前交规要求，事故发生后应在事故前150 m摆放警示标志，并打开双闪预警。但由于高速公路车速快，加之路况、天气等因素，往往因警示装置不明显造成次生事故，并引发重大交通事故。本文探讨了一种由固定式简易预警装置和配套中心端控制平台组成的半反馈式高速公路预警系统，在事故报警后中心平台远程控制前端预警系统开启，由于装置明显并将预警距离拉长，有效降低了次生事故的发生，提高了道路交通安全水平。

高速公路；半反馈；预警系统

1　项目背景

近年来，随着一条条高速公路建成通车，高速公路的快速和便捷已走进了平常百姓的生活，人们切身感受到高速公路带来的时间、空间观念的变化，转变了人们的生活方式，改善了人们的生活质量。高速公路的建设与发展，有效地拉动了内需，刺激了高速公路沿线地区的经济发展和繁荣；高速公路的建设对促进社会经济的发展、自然资源的开发、生产要素的合理布局、相邻区域间的合作、投资环境的改善、交通出行的便捷、生活水平的提升等起到了积极的推动作用。

高速公路为社会、经济发展服务的同时，也带来了极大的负面影响。随之而来产生的交通事故使人震惊。令人感到遗憾的是，高速公路连环相撞事故屡见不鲜，其中很多是在山区高速公路露天平坦路段少，桥梁隧道多；直路少，弯道多；左弯右绕，视线差，司机在弯道上行驶很难观察弯道前方的路况。如果车速过高，一旦前方出现障碍物，驾驶人就会惊慌失措，车辆失控，造成事故。平路少，上下坡路多。大型载货车在这些路段行驶，经常会出现刹车片过烫，轮胎起火或刹车失灵，导致事故发生。夏雨多雾，冬雪多冰。很多司机，对待是山区高速和普通高速一样，开得非常快，根本不减速，这是非常危险的！

2015年12月8日在山西太长高速公路太原方向王村桥路段因大雾能见度极低，发生多起、多车相撞道路交通事故，共涉及33辆车，造成6人死亡、4人受伤。2015年11月29日在山西侯平高速公路(S75)太原方向15～16 km处，发生多起、涉及29辆车相撞的道路交通事故，造成4人死亡、5人受伤。2013年2月在山西闻垣高速发生的25车连撞交通事故中，5人死亡，30人受伤。当时多地出现雨雪天气，其中局部地区有小雨或雨夹雪，致桥面结冰，成为诱发此次特大交通事故的主因。这一桩桩一件件都是因为出现交通事故后没有及时进行预警提示而造成次生事故的不断发生，从而引起了更大的事故发生。

近十余年来，随着信息化水平的不断提高，我国智能交通行业的技术水平取得了长足的进步。ITS已从早期的探索阶段进入了实际开发和推广应用阶段。特别是在高速公路智能交通领域，国内企业在软硬件产品研发、项目实施和管理等方面的技术水平不断提高，部分技术已经达到了国际先进水平。ITS包含收费、监控、通信、公众出行服务等子系统，系统涉及专业广泛，具有跨学科、技术要求高等特点。系统方案的规划设计、软硬件系统开发、系统集成与应用维护等内容需要从业企业熟练掌握；应用包括先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术、计算机技术、交通工程技术、图像处理和识别技术等在内的多学科知识[1]。本论文讨论的预警系统也是ITS系统的一个具体应用。

2　系统设计原理及实现

该系统是建立在高速公路已有的通信系统、122事故报警系统基础上的一套自动控制系统。系统由中心端控制平台和前端简易式预警装置两部分组成。

其中中心端控制模块主要通过与122事故报警平台对接，自动识别事故预警信息，在人工确认后发送控制信息开启远程预警装置。同时中心控制模块也提供相应的管理功能。

前端简易式预警装置需要在接收到中心控制信号后，自动开启或停止。由于系统需在高速公路户外安装，需要结构简单、安装方便、稳定可靠，并且预警提示显著。

图1　系统结构示意图

2.1中心端控制平台

中心端控制平台由122平台对接模块、预警装置管理模块、预警控制模块和系统数据库四部分组成。用于完成从122接警到预警装置启停的全过程控制。并且对整个系统进行有效管理。

图2　中心端结构图

122平台对接模块用于实现122预警信息的自动导入。122平台是对事故处理过程进行信息化管理的平台，目前已广泛用于交管部门。根据《道路交通安全法》及相应的事故处理规范，交通事故发生后，发现事故人员会通过122报警电话进行报警，接警人员会第一时间录入122系统，并在事故处理全过程通过122平台进行事故处理记录。122平台对接模块就是对122系统的接处警数据进行自动获取，从而实现接处警的实时响应。该部分基于Webservices接口实现，通过基于C#的程序设计，实现122平台数据的实时导出和导入。由于采用Webservices接口，保障了122平台和本平台的相互独立及数据的高效交互[3]。

预警装置管理模块是对前端安装的预警装置进行管理，包括前端预警装置注册、装置启用停用及迁移、装置维修及检测。该模块用于前端预警装置管理。该部分基于JAVA技术实现，结合数据库进行数据管理。

预警控制模块是事故发生后的主要控制模块，用于在接收事故起停后，与前端装置信息交互实现事故过程中预警装置的起停。该部分通过C#结合通信控制卡实现。通过对通信控制卡接口调用实现预警信息转化为控制信息。该部分通过问答机制的协议设计保证了控制的有效性。

系统数据库存储系统应用数据，是该系统的数据基础。存储数据包括设备数据、122事故预警同步数据、操作数据及管理数据四部分，并通过存储过程和触发器对数据进行操作，保障数据操作的可靠性。该部分采用Oracle数据库实现，Oracle是大型的关系型数据库，广泛运用于管理和控制领域。由于Oracle数据库的强大函数库及扩展性，保证了整个系统的稳定。

2.2前端简易式预警装置

前端预警装置由控制器、通信装置、供电装置和警示装置四部分组成。结构简单，易于安装。

图3　前端预警装置结构示意图

控制器为前端的中心控制部分，用于接收通信控制信号并转化为电路信号控制警示装置起停。采用基于Arduino单片机系统。Arduino系统是基于Atmel AVR单片机的开源电子平台，广泛支持多种软硬件扩展，并具有低成本、高可靠的特点。该系统控制部分极为简单，只需要将通信根据协议转换为开入开出控制信号，为此选用该平台进行开发[2]。

通信装置根据现场环境，设计时可支持有线网络、无线网络和数传电台。由于目前高速公路基本实现了GSM的有效覆盖，为使前端装置安装灵活，选用GSM的短信方式进行控制。以1收1发对讲模式和中心端交互。

供电装置可选路面供电、光转化和风能转化。试点系统为使安装灵活，选用光风互补供电装置。根据系统待机能耗和工作能耗计算，拟采用1 kW的储电装置，可实现系统待机工况运行24*15个小时及运行工况的10个小时，基本可保障系统运行。

警示装置是主要的工作装置。为使显示显著，拟采用声、光、电相结合的警示装置。通过低功耗LED的使用，降低系统能源消耗。综合平衡系统功能和稳定性，系统采用单一提示功能，中心端只需进行触发即可。简化系统，保障稳定高效。

3　系统实施及改进

为验证系统功能，我们与交管系统配合进行了试点测试，选取了3公路的典型路段，路段包括坡道和急弯组成。我们在急弯前300 m和坡道顶部前50 m安装该装置，并在122控制中心安装中心控制软件。

功能验证中，我们分别验证了前端设备注册管理、122数据对接及前端预警控制等功能，系统都达到了设计目标。在模拟事故发生后，系统在122接警录入信息后，自动提示预警启动。并在控制人员确认后自动远程启动预警。响应时间控制在1秒钟内。在系统连续工作21天，前端2个预警设施运行正常。对途经司机随机问卷，在预警设施前300 m预警效果显著，基本达到设计要求。

在实际测试中，发现除事故预警外，还存在修路占用车道、路况异物等非122预警情况也需要开启系统。我们对系统进行改进，将警示装置的预警信息预设从一种变为多种，将协议部分增加了预警预设值选项，使系统可兼容预警多种情况。

同时在实际使用中发现预警开启后，事故处理完成后有忘记关闭情况，导致前端误报和能源耗尽。我们对开启的装置在中心端增加预设了提醒设置，即在中心端每30分钟自动提醒操作人员已开启设备是否关闭，保障在系统处理完后即时关闭系统。

4　结论

该系统作为ITS系统的一个具体应用，具有结构简单、运行有效的特点，可有效提高事故信息预警的及时性和有效性。通过系统设计、实施，达到了设计预期效果；并通过实际运行改进，更符合了交管实际工作。是一套简便高效的应用系统，对提高高速公路事故预警水平有一定意义。

[1]伍永豪，余正红，李聪.基于物联网的高速公路安全预警系统研究[J].计算机与数字工程,2014(2):108-113.

[2]王欣，马青玉.基于Arduino的LED光立方设计[J].南京师范大学学报(工程技术版),2013(4):30-34.

[3]李建，任朱美，正李欣.基于WebServices的空间地理信息服务[J].计算机工程与应用,2004,40(30):172-174,204.

Design and Implementation of a Half Feedback Early-warning System on Highway

Guo Jing

(ShanxiAutomationResearchInstitute,TaiyuanShanxi030012,China)

Highway is one of the main forms for the current road traffic. According to the current traffic rules, when the accident happened, warning signs should be put 150 m before the accident site and double flash should be opened for warning. But as a result that the vehicle speed is fast on highway, and together with the factors of road conditions, weather and so on, the secondary accidents often happen for the unobvious warning device, so to cause serious traffic accident. This paper discusses a kind of half-feedback type highway warning system composed by the stationary simple early warning device and supporting center platform. After the accident alarming, the front-end warning system of remote control in center platform is opened. Because the device is obvious and stretches the warning distance, the happening of secondary accidents is effectively reduced, and the level of road traffic safety is improved.

highway; a feedback; warning system

2016-05-04

郭静(1976- )，女，山西汾阳人，助理研究员，大学本科，研究方向：工业无线网研发。

1674- 4578(2016)04- 0031- 02

U495；TN929.5；TP212.9

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