基于人工智能的公路施工区交通安全设施研究

2016-10-27刘时雨

黑龙江交通科技 2016年9期

关键词：震动车速货车

张宏，黄星，刘时雨，崔星

（1.长安大学，陕西西安 710018；2.长安大学教育部特殊地区公路工程重点实验室，陕西西安 710064）

交通运输

基于人工智能的公路施工区交通安全设施研究

张宏1，黄星2，刘时雨2，崔星1

（1.长安大学，陕西西安 710018；2.长安大学教育部特殊地区公路工程重点实验室，陕西西安 710064）

该文根据美国堪萨斯州立大学与堪萨斯交通运输部（Kansas Department of Transportation，KDOT）的联合交通调查报告，总结了美国用于短期施工区的五类新型交通安全设施，阐述了其先进的设计理念和技术，分析了各种设施的优点和不足，并针对国内公路施工区的交通安全设施与技术的现状进行了分析和评价。

公路；施工区；交通安全设施

1 背景

公路施工区是为公路养护和维修作业而设置的特殊交通管理区域，由于道路施工作业过程通常不中断交通，车辆经常变换车道，并且驾驶人存在频繁加减速等行为，因此公路施工区是交通事故易发区域，受到交通事故威胁的不仅是诱发交通事故的驾驶员，而且包括道路上的施工人员。根据美国死亡分析报告系统（Fatality Analysis Reporting System，FARS），2014年全年统计数据显示，在高速公路上由于交通事故而导致的死亡人数共计32 675人，其中仅在施工作业区内出现事故而死亡的人数就高达669人，占总死亡人数的2.05％。

为了提高公路施工区的安全性和施工效率，堪萨斯交通运输部（KDOT）在美国各州交通运输机构的协助下完成了一项全国范围内的关于公路施工区新型交通安全设施的使用调查，该项调查系统地分析了各州目前用于（以及曾经使用过的）公路施工区的安全控制设施的使用效率，对这些安全控制设施的改进提出了更高的要求。本文以美国交通安全设施的方法和指南与我国施工期交通设施进行分析比较，以期对我国公路施工区的交通安全设施的改善有一定借鉴作用。

2 美国公路施工区的新型交通安全设施

2.1便携式震动带

震动带是通过嵌进路面的凹槽里或是铺筑在路表面形成，可以产生震动和声音从而提醒驾驶员注意路况。先进交通标线震动带（Advanced Traffic Marking Rumble Strips，ATMs）是6.35 mm厚的自粘式可移除震动带，可以用重型辊等简易设备快速安装。ATMs的测试配置见表1。

表1　先进交通标线震动带的测试配置

试验结论表明：

（1）6.35 mm厚的震动带能给轿车提供足够的声响和震动感，但不能给货车提供足够的震动感。

（2）震动带对货车的减速效果优于客车，会使货车车速降低11.6 km/h，客车车速降低至多3.2 km/h。试验发现驾驶者为了避免碾过震动带偶尔会绕过它。

2.2便携式橡胶震动带

便携式橡胶震动带（Portable Plastic Rumble Strips，PPRS）是一种可移动和可重复使用的临时震动带，其标准尺寸为3.35 m长，0.30 m宽，20.64 mm厚，重47.63 kg。PPRS可被快速安装和拆卸，安装过程不需任何紧固件或粘合剂。

2010年Schrock等人测试了震动带条数不同与间距配置不同时PPRS产生的声音和振动，试验发现PPRS对小轿车的减速效果比对货车更加明显。在密苏里州的现场测试发现PPRS可以使车速降低8～16 km/h。

先进交通标线震动带（ATMs）除上述便携式橡胶震动带外，还有震动条、钢型震动带和利用回收技术生产的震动条（Recycled Technology，RTI），这些便携式震动带都对改善施工区交通安全的现状起到一定的作用，在促使车辆减速方面有重大意义。

2.3预警系统

（1）入侵式警报设备

入侵式警报设备是在传统的施工区障碍物上安装一件或多件传感器，当有失控车辆触发传感器时，就会有警报响起提醒工人有车辆入侵他们保护的区域，同时也可以提醒思想不集中或者犯困的驾驶人，使得车辆及时采取制动或者避开施工区。最初的入侵式警报设备由公路战略研究计划（The Strategic Highway Research，SHRP）研发，分别是微波设备、红外设备和气动导管系统。

试验指出该设备也有弊端：①警报声容易被施工区其他声音掩盖；③警报失效的概率较大；③系统容易被施工区施工设备和车辆产生的声音干扰，产生错误预警；④在设备和车辆之间需要无线数据线路。基于以上弊端对系统进行改进，发明了作业区声呐冲击波入侵报警系统和安全线入侵报警系统。

（2）无线报警系统

无线报警系统在国外施工区中应用较多，且预警效果较好，能对施工区安全问题起到一定的改善作用，主要包括CB向导警报系统和无线公路状况系统（Highway Advisory Radio System，HAR）。

CB向导警报系统可通过CB无线信道将封闭行车线、限速信息、提醒驾驶员减速或变换车道等交通信息直接发送给货车司机。研究表明CB向导警报系统可以影响货车车速和车道选择。

HAR是交通部门向司机提供重要路况的实时信息的广播系统，能够有效地减少车辆拥堵。研究表明HAR对弯道等特殊的施工区交通管理有积极作用。

2.4便携式信息标牌与驾驶交互设备

（1）便携式可变信息标志

PCMS是可以显示各种文字、数字或符号的可移动的交通控制装置。PCMSs可以安装在拖车或货车上，以满足快速部署它们的要求。

试验表明PCMS能够有效地降低快速行驶车辆的速度，对货车平均速度的降低并不明显，仅为2.3 km/h，与雷达结合使用时更加有效；合适的PCMS的信息语句能够有效地降低高速公路施工区所有类别车辆的车速；相较未安装PCMSs，在开启和关闭PCMSs的情况下，车速降低分别为7.6 km/h和5.3 km/h。

（2）便携式速度监控器和车辆控制标志

PSMD配备雷达对迎面而来的车辆进行测速并利用可变速度显示板显示车速，以此来降低车辆的行驶速度和超速驾驶行为。

没有交警协助的PSMDs是比较划算的减速设备，研究表明PSMDs使车速平均降低6.4 km/h，进入施工区的客车车速减少了20％～25％。

车辆控制标志（VASs）与PCMS相似，用来显示道路状况信息，可用在道路转弯处和交叉口显示限速信息，提醒驾驶员减速慢行。

（3）雷达系统

RAS是安装在施工车辆、标牌上，或放在路段其他位置取代交警进行测速的装置，可以促使使用雷达探测器的驾驶员减速至限速以下安全行驶，并且降低超速行驶比率。

在密歇根州，2010年Streff等人对施工区安装RAS的有效性进行了广泛调研，调研发现雷达对高速行驶货车的减速效果良好，同时发现约5％的汽车和16％以上的货车使用雷达探测器。

2.5保护装置

（1）车载减速器

TMA是能够承受撞击并且用于消散碰撞产生的能量的缓冲设备，被广泛地用于短期施工、长期施工和移动施工区域，能够降低事故成本。

试验表明：橙色TMA标牌上使用荧光黄绿色作为背景色标志的效果显著，黄绿色增加了橙色标志和橙色货车之间的对比度，50％以上的驾驶员在到达工作区之前能识别货车背后的橙色标志。

（2）移动路障

移动路障是由多个拖车组成，与标准拖车一起用在维修、施工和安全场所，为施工人员提供方便和保障工作环境的安全的设施。移动路障可以将来往车辆与维修和施工人员在空间和视觉上隔离。该系统的缺点是它要占用2.4 m宽的车道，并且不允许大型设备直接进入工作区。

2.6集成智能交通系统

随着智能交通的发展，集成智能交通系统也应用于道路施工区，可以主动限速并对驾驶员主动地反馈信息，对施工区安全问题的改善起到一定作用，主要包括自适应排队预警系统和便携式智能交通管理系统。

自适应排队预警系统可以提供与当前交通流状况相适应的分布式速度信号。系统的核心装置是一个小圆筒——里面安装有低成本的速度传感器，配合简单的显示器以及与主控制器相连的通信设备。调查结果显示系统比静态路标更有效，能够减少交通事故，突发性撞车和由于变换车道追尾的事故数量能减少5％～7％。

便携式智能交通管理系统是包括PCMS、车辆检测系统、电脑控制中心和其它通信系统的集成系统。根据检测到的交通数据，系统自动确定需在PCMSs上显示的消息，也可以通过高速公路无线广播和互联网播送信息。

3 我国公路施工区的交通安全设施与技术的现状

（1）对施工区行车道、超车道、合流车道的车头时距分布，各控制区的地点车速的频率分布、空间分布、车道占有率以及车辆汇入特征等都有系统分析，但是缺乏效果显著的减速设施及限速装置，没有解决公路施工区车辆容易超速和追尾的问题。

（2）对施工作业段长度的合理性以及标志设置位置、重复设置次数和重复设置间隔等关键技术参数进行了专业的计算，但是这种用限速标志的方法进行被动限速，作用单一局限，安装时间长，对公路短期施工区并不适用，对车辆的限速效果也不佳，缺乏主动限速技术和对驾驶员主动的反馈信息，如车辆是否超过限速值，驾驶员往往会因为疏忽大意而产生安全隐患等。

（3）公路施工区虽然有被动的提醒标志和锥形、桶形障碍物，但是这些提醒标志安装的位置不合适，使得警示效果不理想；锥形、桶形障碍物并没有限速减速的作用，作用单一，安全控制效果不是很明显。

（4）部分公路施工区曾使用预警设备，但是它们设置不专业，设备准确性不高，不能起到很好的检测作用，并且设备安装较为繁杂，简易性、可携带性差。我国公路施工期缺乏安装简易、可移动和重复使用、减速限速效果良好的主动安全设施。