公路交通信息收集监测系统的应用研究

王宇龙

摘要 国道G236城区公路改造项目在加强公路交通信息收集监测能力的设计中，从强化事件感知监控能力入手，加强交通信息收集监测能力建设。文章梳理并介绍该工程加强交通信息收集监测能力的一系列设计和技术应用，以為同类公路交通信息收集监测系统建设应用，提供设计和技术参考。

关键词 公路交通；信息收集；监测系统；设计应用

中图分类号 TP18文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0004-03

0 引言

G236国道城区公路改造项目在加强公路交通信息收集监测能力的设计中，从强化事件感知监控能力入手，加强交通信息收集监测能力建设，使改造后的公路电子化、信息化、智能化程度大幅提升[1]。该研究结合工程案例，梳理介绍该工程加强交通信息收集监测能力的一系列设计和技术应用，以为同类公路事件监测能力设计应用提供技术和设计参考。

1 案例简介

G236普通国道城区过境公路改造项目，主线公路等级为一级，设计时速为80 km/h，双向四车道。项目全长约24 km，承担着县域路网中的大动脉功能。区段交通事故信息统计显示，原道路20%～50%的一次性事故由已经发生交通事件的影响造成，50%以上的二次性事故在一次事故发生后10 min内发生，因此尽早发现道路上的突发事件，管理部门及时做出响应，有利于将事故损失、负面影响降到最低。所以，该项目在提质升级改造中加强交通信息收集监测能力的应用设计，以为改造后公路的电子化、信息化、智能化程度提升，提供良好的技术和设备基础。

2 交通信息收集监测系统

2.1 交通事件监测系统

工程上应用比较广泛的监测方式主要有两种，一种是采用视频的方式，另外一种是采用雷达监测的方式，两者各有优缺点[2]。雷达事件监测系统是利用毫米波长雷达，自动监测单条或多条道路上异常物体的监测设备。雷达探头连续扫描道路指定区域，实时向后端用户监控软件中心传输发现的异物位置数据。雷达监测的优势在于监测范围较大和受天气影响程度较低，不足之处在于图像显示的现实感较低和建设成本相对较高。视频事件监测系统能够快速有效地监测到事故事件、抛洒物事件、停车事件等更复杂的道路交通突发情况，在一定程度上满足了公路运营管理中对监测事件、救援指挥、防灾调控、应急处理、分流调度、信息发布、视频监控等方面的使用要求。但是视频事件监测系统对道路环境（特别是能见度）的依赖程度较高，存在一些无法克服的缺陷，而公路运营环境复杂，大雾、大风、强光、雾霾、沙尘、昆虫覆盖、夜间能见度下降的问题都给视频事件监测系统带来了很大的影响。

综合技术性、经济性以及工程改造后的事件监测效果要求，案例项目最终决定采取后台视频分析的方式，通过在后台监控机房设置视频事件分析服务器，利用前端建设的高清监控摄像机实时回传的高清图像进行分析。

2.2 人行横道交汇预警监测系统

为了提升无信控交叉口的通行安全水平，同时又不降低主线道路的通行效率，案例工程决定采用雷视一体机、诱导屏、高闪设施以及地面警示地灯组合应用的人行横道交汇预警监测系统，通过主动监测辅支路的来车或非机动车/行人，及时地给主线车辆预警，以提高交叉口的通行安全性。

（1）在主路两个方向进口距离交叉口30 m位置设置情报板诱导屏+高闪设备，用于向主线车辆警示辅、支路车辆或行人等信息，提示主路车辆减速或刹车，以保证交叉口交通安全。显示屏和高闪设备的安装位置视道路实际情况而定，当有绿化带时，优先考虑设置在中分带，当无中分带时，考虑建设悬臂性杆件，显示屏安装在悬臂横杆上。显示屏的长宽分别为3 m×0.5 m。

（2）在主路两个进口位置地面上设置发光警示地灯，同时在路侧机箱内设置地灯控制器，实现对单个交叉口内所有地灯的控制和数据传输等作用，当夜晚或雨雾冰雪等能见度较差的时候，辅、支路监测到有车辆或行人时，主路的地面发光警示地灯配合情报板诱导屏和高闪设备一起向主线车辆发出警示信息，提升交通安全。

（3）在两个支路的进口侧5～10 m位置设置雷视一体机，设备正对支路来车方向（设备所在一侧的支路），用于监测支路的车辆和行人信息，当监测到有车辆或行人驶入时，及时将信息推送给交叉口的控制主机。

（4）每个无信控交叉口设置一套交叉口控制主机，并设置于路侧的机箱内（与交换机等设备共机箱安装），用于实现对前端雷视一体机、情报板诱导屏、地灯控制器、高闪设备等的集中管控和数据推送。

2.3 车辆测速监测及反馈系统

为有效实现对车辆车速的控制，在国道G236补充建设车辆测速设施，并配套建设超速车辆信息反馈显示系统，以对超速驾驶员起到提示和警示作用。要求测速监测系统空间分辨率高，穿透力强，支持全天候环境下工作，不受雨、雾、大风、灰尘、光照等影响。测速距离最大100 m，测速范围5～300 km/h，能够实现对2个车道的车辆监测，当车辆超速时显示红色车速，车辆未超速时显示绿色车速。

2.4 交通量调查系统

在K753+100处建设1处1类交通量调查点，应用交通量调查系统实现交通量调查功能。交通量调查系统包括前端子系统、传输子系统、后端管理子系统。其中，前端子系统包括抓拍单元、激光监测单元、激光建模单元、激光数据服务器，主要实现交通数据调查功能；后台管理子系统主要指交通调查平台，主要实现调查数据的汇聚、分析、展现、存储等功能[3]。传输子系统实现前端子系统调查数据上传到后端管理子系统，使得交通调查数据实时传输，交通调查视频画面实时查看、浏览。系统拓扑图如图1所示。

视频抓拍单元与激光监测单元共同工作，进而对车辆识别、监测。激光数据服务器对调查数据汇聚、统计、处理，得到符合调查标准的数据格式。通过传输网络，上传到交通调查平台。除调查数据外，监控视频数据、设备状态信息数据等也同时上传到平台。监控中心可按需对录像回放或下载，并实时监测设备信息，保证系统工作的稳定性和可靠性。

抓拍单元采用普通卡口方式安装，架设高度约为6.0 m，可覆盖3车道。激光监测单元采用垂直路面方式安装，架设高度约为6.0 m，可覆盖3车道，当架设高度提高到8.5 m时，可覆盖4车道。视频抓拍位置距离龙门架垂直面约25 m，抓拍单元先抓拍，激光监测单元后监测。

当车辆进入抓拍单元监测范围时，抓拍单元识别、跟踪车辆，在触发线位置抓拍车辆外轮廓。之后继续跟踪车辆，直到驶出监测区域。激光数据服务器接收到抓拍图片及车辆信息后，基于“深度学习”识别出车辆品牌、子品牌、车型等信息。当车辆通过激光监测单元监测区域时，对车辆的宽度、高度、长度等外轮廓特征扫描监测，激光建模单元根据扫描数据建立车辆模型。

激光监测单元构造包括激光发射器、激光接收器、旋转机构三部分。激光扫描器连续不停地发射激光脉冲，由旋转光学机构将激光脉冲按一定角度间隔（角度分辨率）发射向扫描角度内的各个方向而形成一个以径向坐标为基准的二维扫描面。被测物体位置信息通过扫描器到物体的距离及对应的角度数据给出，支持流量调查功能、地点车速调查功能、车头时距调查功能、车头间距调查功能、跟车百分比调查功能、时间占有率调查功能、数据传输功能。

2.5 合流交汇预警系统

合流交汇预警系统主要通过智能道钉闪烁功能，一方面可以强化能见度较差情况下的车道轮廓以及汇流区域边缘轮廓保证驾乘人员按照车道行驶，避免驶出车道撞倒路缘石；另外一方面通过提醒合流的车辆，引导驾驶员降低车速、提高注意力，从而提升合流安全性。

通过在右转专用道两侧以及在与右转专用车道合流车道的路侧每间隔1.5 m设置1套智能道钉，并借助就近杆件设置智能道钉控制器，实现对单个交叉口全部道钉的控制，同时结合道路沿线设置的气象环境监测设备，通过后台的融合，实现智能道钉的开启与关闭。此外，在实体岛内建设杆件，安装雷达监测器，在夜晚和能见度较低的气象条件时，分别监测主线车辆和右转专用道车辆，当监测到有来车可能产生交汇时，地面智能道钉就会加快闪烁频率，提醒驾乘人员注意汇流安全性。

2.6 气象环境监测系统

项目路段每年存在一定程度的恶劣天气，严重影响行车安全，给行车安全和道路管控带来了挑战，但是当前道路沿线并未建设任何的气象监测设施，存在着极大的管理空白。此外，为了实现部相关文件中要求的加快推进“可视、可测、可控、可服务”的公路运行监测体系建设，不断提升服务能力和监管水平的目标，案例项目建设雾气监测系统，通过获取道路存在的雾气情况，及时地将信息报送给相关单位，并及时通过情报板、导航地图等进行发布，以提醒驾乘人员提高注意力、减速慢行，保证行车安全。

目前道路雾区监测设施主要有两种手段，一种是采用路面能见度监测仪，主要是基于光散射的工作原理；另外一种是复用前端监控视频设备的方式，主要是通过利用前端布设的视频摄像机和后端的分析软件构建高速雾气分析系统，实现雾气分级实时监测和上报预警[4]。路面能见度监测仪产品应用比较成熟，系统性能稳定，监测精度比较高，能实现前后半径4 km内的团雾监测。视频+分析软件的方式近些年才逐渐出现，性能无法保证，精度受到较多环境条件的限制和影响，无法保证。为了保证监测有效性，该次考虑采用路面能见度监测仪的方式。

考虑到路面能见度监测仪监测半径4 km的实际性能，以及案例项目24.077 km的长度，实际情况下在该长度范围内的气象条件变化较小，因此该次计划选取云峰大桥建设路面能见度监测仪。

路面能见度监测仪通过前端的传感器获取路面的能见度信息，然后传输至后端的监控平台进行数据的融合应用。该次建设的全部路面能见度监测仪均与案例项目建设的监控摄像机共杆进行安装。考虑到其功率较低，因此与采用监控摄像机的供电设施进行同步供电。通信系统与监控摄像机图像进行汇聚后统一租用运营商的网络进行上传。

2.7 无人机巡航监测系统

随着无人机技术的不断发展成熟，已经越来越广泛地应用于道路的日常运营管理中来，通过无人机远程巡飞，可以将道路的路面状态、桥梁的结构状态、路侧的高边坡状态等现场画面实时传输到系统平台。系统平台结合最新的视频识别和视频分析技术，对拍摄到的道路路面状态，以及桥梁结构、桥墩裂纹及高边坡开裂、坍塌等状态进行自动化判别，提高了判断的科学性和准确性，大幅度地提升道路养护和安全巡检的效率和管控能力。

案例工程配置1套无人机系统，可以实现7 km范围内辐射巡航，通过在系统里面设定航线，达到巡航目的，录制的照片和视频回传至系统内进行下载，满足公路巡查的实际需要。此外，当道路出现了交通事故、道路严重拥堵等状态时，可以放飞无人机去现场查看具体情况，也可以在无人机上挂载喇叭，对事故现场进行喊话，引导救援。

3 交通信息显示服务系统

3.1 交通信息发布系统

交通信息发布系统是向道路交通参与者发布及时的交通状况信息和交通诱导信息，是有效地预防、缓解和尽快消除道路交通拥挤和交通事故的最有效的手段之一。可以通过交通诱导屏设备及时向出行者或者车辆驾驶员发布各种交通状态、来车信息、意外事件、交通通告和相关信息，提高其驾乘车辆注意力，选择最佳出行路径、出行时间或行车速度等，从而有效地对交通流和车辆进行诱导，合理控制和均衡交通流分布，提高道路的畅通度以及道路行车的安全性，为驾驶人员安全快速行车提供良好的服务。

目前几条与G236相交的重要道路在与G236相交的路段前方均无信息发布设备，关于项目路段内的交通拥堵、交通事故、道路施工等信息无法及时向相交道路的车辆发布，信息发布能力较弱，道路管控效率较低。为了提升路段及路网范围内的信息服务能力，提升道路管控的效率，该次考虑在部分与项目路段相交的重要路段交叉口前方建設交通诱导信息发布屏。

3.2 自发光安全诱导系统

区别以往利用“反光膜”被动发光的形式，采用接入“常电”模式，提高夜间识别度，而且在大雾、降水、雾霾等恶劣天气情况下，也能够使驾驶人看清相关指路信息，对于提高通行效率、预防交通事故均起到关键作用。案例项目拟在全线设置约20个主动发光标志，主要设置在村口、路侧重要开口、弯道密集处等位置。考虑到持续恶劣气象条件下发光标志牌的可持续使用需求，案例项目的发光标志牌的供电均采用就近接入市电供电的方案。

4 结语

该文介绍了国道G236公路改造项目为加强公路交通信息收集监测能力所应用的一系列技术设计。该项目的交通信息收集监测系统由交通事件监测系统、人行横道交汇预警监测系统、车辆快速监测及反馈系统、交通量调查系统、合流交汇预警系统、气象环境监测系统、无人机巡航监测系统等7方面的技术系统构成。该项目的交通信息显示服务系统由交通信息发布系统和自发光安全诱导系统构成。高效率的交通信息收集监测系统能够助力公路管理部门迅速搜集和反馈各种交通信息，帮助公路管理部门在最短时间内提供事件响应，及时处理交通事件，从而提高公路交通的通行效率、安全性及服务质量。

参考文献

[1]李珊. 道路交叉口交通监测及信号灯配时研究与设计[D]. 西安：西安工业大学， 2022.

[2]王旭. 城市快速路交织区匝道控制优化研究[D]. 武汉：武汉理工大学， 2012.

[3]岳文伟. 城市交通拥塞控制策略研究[D]. 西安：西安电子科技大学， 2020.

[4]郭涛. 城市快速路匝道分合流区交通运行特性及优化控制方法研究[D]. 青岛：青岛理工大学， 2014.