低能见度高速公路主动发光诱导系统设计

周晓旭

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我国高速公路事业的快速发展，给社会带来显著的经济效益。近几年，极端恶劣天气和低能见度气象时常发生，给高速公路运营安全带来极大隐患[1-2]，据交通管理部门统计，我国道路交通事故中因低能见度气象导致的交通事故每年都接近10%[3]，低能见度气象是影响交通安全最严重的气象之一[4]。事故造成的重大伤亡和车辆损毁，给国家财产和人民群众的生命造成严重损失，同时也产生了不良的社会影响，因此，研究高速公路低能见度气象下的交通安全控制具有十分重要的现实意义。

低能见度气象可分为雾、暴雪、暴雨、沙尘暴、雾霾、夜间等[5-6]。低能见度对行车产生的影响主要包括3个方面：一是能见度的降低导致驾驶员对前方和周围的情况看不清晰，行车视线距离缩短，极易引发连锁追尾事故；二是低能见度气象可使车辆与路面的摩擦系数减小，尤其是雨、雪、雾的气象危害更大，致使车辆制动距离延长、行车稳定性下降；三是造成驾驶员心理紧张，由于视线受阻，心理压力增大，极易因操作不当而引发交通事故。

本文提出一种低能见度气象下的主动发光诱导系统设计方案，该方案可结合高速公路的路网结构、交通流的特点，根据不同能见度气象有针对性地实施主动诱导策略，向沿途车辆提供道路轮廓强化、行车主动诱导、防追尾警示、安全信息提示等管控措施和服务，从而实现低能见度气象下安全引导，有效降低和避免事故发生，保障高速公路运行安全。

1 系统组成与布设

1.1 系统组成

低能见度主动发光诱导系统由信息采集子系统、数据处理与控制子系统、诱导执行子系统、预警发布子系统、应急联动子系统组成。系统组成示意图如图1所示。

图1 低能见度主动发光诱导系统组成

1.2 系统布设

低能见度主动发光诱导系统安装于高速公路低能见气象多发路段，如图2所示，系统设备布设分为两段，即入口预警段和诱导段。入口预警段由可变情报板、语音广播、黄色频闪灯、可变限速标志组成，布置于低能见度路段前200～500 m沿线，以声光警示的方式提醒即将进入低能见度路段驾驶员谨慎驾驶；诱导段由能见度仪、微波车检器、区域控制器、气象站、轮廓指示标群组组成，该段由能见度、交通信息、气象信息综合形成的综合数据信息源，可根据设定的控制策略，来控制轮廓指示标群组闪烁频率和颜色的组合来完成行驶车辆的安全诱导。

图2 系统实施设备布设示意图

2 系统总体设计

根据系统组成和硬件布设情况，分别对各子系统功能进行设计说明。

2.1 信息采集子系统

信息采集子系统主要用于对道路能见度、气象（雨、雪等）、亮度、车辆信息、交通流等信息的采集，为整个系统提供控制依据。

2.1.1 交通状况监测

交通状况监测主要用于交通流量、车速、停车信息的采集等。轮廓指示标内置红外车检器并沿道路成对布设，实现车辆运动轨迹的动态跟踪；微波车检器对交通状况信息实时采集，为主动诱导提供运行参数。

2.1.2 气象传感监测

气象传感监测的内容包括能见度、温度、湿度、雨、雪等。其中能见度值是系统的关键信息，通过实时获取道路能见度值，并基于该值进一步形成控制策略实现可变情报板、电子限速显示牌、轮廓指示灯、频闪灯等诱导控制。

2.2 数据处理与控制子系统

数据处理与控制子系统根据采集的能见度值、气象信息、交通状态等信息进行数据分析综合形成控制策略，并根据控制策略对诱导执行子系统、预警发布子系统、应急联动子系统进行集中控制。图3所示为系统的控制流程图。

2.3 诱导执行子系统

诱导执行子系统根据不同能见度和交通信息下的诱导策略，通过控制道路两边安装的诱导轮廓指示标的闪烁频率、亮度、颜色对进入低能见区域的车辆进行主动发光诱导。

2.4 预警发布子系统

图3 数据处理与控制示意图

预警信息发布子系统由设置低能见度区域前方的可变情报板、可变限速标志、声光报警装置等设备组成，用于实现入口段提前预警，即对驶入该区域的车辆提示前方有低能见度气象，限速慢行，让驾驶员做好在低能见度区域中行车的心理准备。

2.4.1 可变情报板

可变情报板用文字的形式告知驾驶员前方低能见度状况，提醒驾驶员谨慎驾驶。如“减速慢行”，“进入雾区”，“能见度100米”等信息。

2.4.2 可变限速标志

可变限速标志由区域控制器控制，系统自动根据能见度设置限速值，向驾驶员告知车速限制，可根据控制意图变换限速指示。

2.4.3 声光报警装置

为了加强对驾驶员的视觉和听觉刺激，诱导段前方200～500 m范围，布设可变情报板和可变限速标志。

2.5 应急联动子系统

应急联动子系统主要用于应对低能见气象以及产生的突发事件，提高应急救援能力，系统根据采集到的交通信息、气象信息、事故报警信息等，及时发布给交警、路政、医院等相关单位，以便各单位做好应急准备和救援工作。

3 关键控制策略

控制策略是整个低能见度高速公路主动发光诱导系统控制核心，依托整个系统的硬件基础来实现控制流程，以下提供4种典型策略。

3.1 道路轮廓强化

道路轮廓强化主要根据管理中心指令直接控制轮廓指示标组群以黄色或红色低频预警闪烁，提示道路的线形和轮廓。同时，并对即将进入低能见度路段的驾驶员进行可变情报板、可变限速标志、广播系统提醒，谨慎驾驶，减速慢行。

3.2 防撞预警

防撞预警主要是用于解决跟车过程车距控制问题。通过部分轮廓指示标颜色变化来提示前方刚刚有车通过，提醒跟车驾驶员保持车距，且安全距离可根据轮廓指示标间距和数量进行调节，图4为系统防撞预警示意图。

图4 防撞预警示意图

表1 主动诱导控制模式

3.3 主动诱导

主动诱导是系统根据预先设定交通状态、能见度值等阈值自动诱导车辆。具体诱导策略事例如表1所示。其中气象传感器检测的雨、雪等气象信息可根据经验或实际测试折算为能见度值，实现主动诱导控制信息源归一性，简化控制算法，保障系统响应。

3.4 应急联动

应急联动主要是根据低能见度气象等级提前预警短信形式发送至各相关部门负责人，做好应急准备；一旦发生突发事件时，通知应急联动单位（如路政、消防、收费站、医院、交警等）进行联动，实施联动方案，保障救援及时性。

4 结论

本文从低能见度主动发光诱导系统的系统组成、系统方案设计、控制流程、关键控制策略等方面进行了阐述，特别是对系统架构、功能设计和关键的控制策略进行深入分析，为低能见度主动发光诱导系统实际应用效果的改善提供了重要参考。此外，低能见度主动发光诱导系统的实际应用从国内外来看还处于起步阶段，从部分工程的应用效果来看，能够有效提高低能见度气象行车的安全性，最大限度地发挥高速公路运营能力，确保高速公路的道路通畅和行车安全，具有广泛的应用前景。