隧道路况实时监测系统

邓周全 蔡直言 张文静 陶雨

（郑州大学，河南郑州 450000）

隧道路况实时监测系统

邓周全 蔡直言 张文静 陶雨

（郑州大学，河南郑州 450000）

高速公路隧道交通事故发生的概率主要受人为因素、隧道环境因素和管理因素综合影响。通过对隧道交通事故致因的分析，建立车辆线性跟驰模型并进行推演分析，试通过缩短驾驶员的反应时间或者降低敏感度的方式，降低隧道追尾事故发生概率。同时，试建立一种面向车辆驾驶员和隧道管理单位的交通流信息管理与提示系统，提醒驾驶员及时规避，以缩短驾驶员的反应时间，降低交通事故发生概率。

高速公路隧道；交通事故；成因；线性跟驰模型；实时监测系统

目前，我国是世界上公路隧道最多，发展最快的国家。隧道在缩短距离，节省时间，保护环境和提高车速方面发挥了积极作用，取得了良好的社会、经济效益，但长期运营过程中也暴露出隧道事故率高发的缺点。因此，如何减低隧道路段车祸事故发生率就显得尤为重要。

1 高速公路隧道交通事故类型及事故原因

1.1 人为因素

国内外的数据统计表明，在高速公路交通安全影响因素中，人为因素占80%。究其原因，一是当驾驶员在特长隧道里行驶时，人造光源、单一背景容易造成驾驶员视觉疲劳，使驾驶员对车速失去控制，进而造成隧道追尾事故。二是驾驶员白天驾车进入隧道，由于光线强度突变造成眼睛短时间难以适应，产生短时间的视觉“黑洞”［1］。

1.2 隧道因素

隧道线性、路面特性、横纵坡面、警示标识和照明通风系统等将直接影响驾驶员作出合理判断，对交通事故的发生有显著影响。隧道作为封闭空间，导致隧道行车环境与露天有所不同，隧道内大量尘埃不能及时排除，车辆排出的废气凝聚在路面上，降低路面的摩擦系数，造成车辆高速行驶时侧滑撞击隧道壁或制动距离延长。

1.3 管理因素

管理因素主要是指隧道路面管理系和车速警示牌，目前主要的隧道路面管理系统功能包括隧道通风和照明系统、火灾自动检测系统、隧道消防灭火系统和闭路电视监视系统等，其功能主要体现在隧道发生交通事故后及时处理并减少事故影响，并不能满足预防车祸发生的要求。

2 车辆线性跟驰模型

跟驰模型是一种刺激-反应的表达式。假定驾驶人保持他所驾驶车辆与前导车的距离为S（t），以便在前导车制动时能使车停下而不至于和前导车尾相撞。设驾驶人的反应时间为T，在反应时间内车速不变，这2辆车载t时刻的相对位置用图1表示，图1中n为前导车，n+1为后随车。两车在制动操作后的相对位置如图1所示。

图1 线性跟驰模型示意图

图1中，xi（t）为第i辆车在时刻t的位置；S（t）为两辆车在时刻t的间距；d1为后随车在反应时间T内行驶的距离为后随车在减速期间行驶的距离；d3为前导车在减速期间行驶的距离；L为停车后的车头间距；x˙i（t）为第i辆车在时刻t的速度。

假定d2=d3，，要使在时刻t两车的间距能保证在突然制动事件中不发生碰撞，则应有：对t微分，得：

这样，就可以理解为：反应=灵敏度×刺激。

通过上述数学模型可以看出，当前后两车的刹车性能接近时，决定两车是否相撞的因素为后车驾驶员的反应时间或敏感度。隧道因其特殊的驾驶环境导致驾驶员的反应时间增加，即刹车距离延长，发生连环追尾的概率增加。

3 解决方案

为了解决因隧道昏暗导致驾驶员降低警惕性和缺乏准备时间的问题，考虑设计出一种能监测隧道内交通流特性，并通过诱导显示屏实时告知隧道内外的驾驶员的系统。

4 隧道路况实时监测系统组成

4.1 隧道管理站

隧道管理站的数据光端机，负责将经微处理器预处理的数据传输到管理站监控计算机，然后监控计算机将对数据进行综合处理分析，其功能应满足以下2点：①若数据在合理范围内波动，则将隧道内交通信息通过诱导显示屏即时反馈给隧道内外的驾驶员；②若数据显示隧道路况异常，则由隧道管理人员查证，经确认无误再通过诱导显示屏驾驶员即时提醒隧道内外的驾驶员避让减速。

4.2 数据传输部分

准确的数据采集是隧道路况实时监测系统后续分析的首要条件，然而原始数据中往往包括系统误差和随机误差，甚至因隧道噪音和车辆碾压导致检测器失效进而造成数据丢失、错误，故有必要对数据进行验证和修正。因此，微处理器的作用在于预处理和判断大量由检测器采集的数据，通过前期的筛选工作来增加系统的容错性和准确性。

4.3 环形线圈监测单元

检测器安装在车道的特定位置，以统计通过该位置的交通流量。现实中的检测器具有感应并记录通过车辆信息以及将采集的数据传输到邻近存储单元的功能。因此，按照实际检测器所具有的功能，其功能应满足以下3个方面：记录指定时间内的车辆通过量；获得通过车辆的行驶速度；将检测信息保存到交通流数据缓冲区内，以便路口控制器与通信类的读取。

4.4 诱导信息显示屏

诱导信息显示屏负责群体诱导信息的发布，显示屏中显示的信息一般为前方隧道内的拥堵等级或者经过处理的隧道内交通流信息，该信息只对可能经过该隧道的接收者产生影响。

5 结论

通过车辆与隧道管理系统的实时反馈控制，试建立一个面向车辆驾驶员和隧道管理单位的隧道管理和信息提示系统。该系统的运行原理为通过监测单元收集数据，位于隧道管理站的监控计算机将采集的数据加以处理分析，而后系统将隧道前方的路况数据发布在隧道附近的诱导信息显示屏上，告知即将进入隧道和隧道里的驾驶员合理控制速度、间距，保证车辆安全顺畅地通过隧道区域。未来工作重点在于验证系统的实际运用价值，研究系统在山岭重丘区隧道群的作用和系统的编程组网，以期本文能为之后的研究提供新的研究思路。

［1］张玉春，何川，方勇，等.高速公路隧道群交通事故风险致因分析［J］.中国安全科学学报，2009（9）：120-124.

Real Time Monitoring System of Tunnel Traffic

Deng Zhouquan Cai Zhiyan Zhang Wenjing Tao Yu
（Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450000）

The probability of traffic accidents on highway tunnel is mainly affected by human factors,environmental factors and management factors.Through the analysis of the cause of the tunnel traffic accident,the vehicle following model was established and analyzed,to reduce the accident probability of tunnel through reducing the driver reaction time or the sensitivity of the way.At the same time,this paper tried to establish a traffic flow information management and prompting system for vehicle drivers and tunnel management units,to remind the driver to avoid in time,so as to shorten the reaction time of the driver and reduce the probability of traffic accidents.

highway tunnel；traffic accident；causes；linear following model；real-time monitoring system

U453.8；TP277

：A

：1003-5168（2017）01-0121-02

2016-12-25

郑州大学大学生创新创业训练计划资助项目（201510422001）。

邓周全（1994-），男，本科在读；研究方向：公路隧道；蔡直言（1993-），男，本科在读；研究方向：公路隧道；张文静（1994-），女，本科在读；研究方向：公路隧道；陶雨（1995-），男，本科在读；研究方向：公路隧道。