河南省高速公路外场监控设施布设研究

陈征　雷雨　陈刘伟

摘要：文章所述研究基于交通运输部高速公路监控技术要求和河南省有关高速公路外场监控设备布设要求，借鉴国内外高速公路外场监控设施的布设理念，提出适合于我国国情（河南省省情）的高速公路外场监控设施布设方法，以期为我国（河南省）高速公路外场监控设施的布设提供科学化、合理化、规范化的依据，从而提高高速公路的联网监控水平。

关键词：高速公路；监控设施；布设技术；联网监控水平；车辆检测器 文献标识码：A

中图分类号：TN929 文章编号：1009-2374（2016）34-0123-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.060

1 车辆检测器布设方法

1.1 基于交通事件的检测器布设方法研究

当路段发生交通事件时，会导致该处交通运行速度下降，交通流阻塞（形成交通瓶颈）。根据交通流理论，会产生压缩波，并沿交通流方向向后传播。

压缩波波速可按式（1）计算：

（1）

式中：

、——断面A、B的车流密度（辆/km）

、——断面A、B的交通流量（辆/h）

按照上述原理，检测器A、B的距离为：

（2）

式中：

（3）

（4）

式中：

、——交通参数变化传播到上、下游的时间

——路段自由流速度

比较先进的交通事件检测算法是采用的双环形线圈数据，只要上游或者下游检测点检测到交通流参数变化，都将对交通事件做出反应，最不利的情况是发生的交通事件位于两个相邻检测点的中间位置，可要求检测器布设间距为：

（5）

研究发现，压缩波的出现会造成车速急剧下降、车流密度和占有率急剧上升。当密度（或占有率）的增量大于30%以上，则可判定发生交通事件，因此可设定发生交通事件时，断面A的密度与断面B的密度满足：

（6）

1.1.1 小密度下的检测器布设间距理论值。当交通量不大时，路段交通流密度为低密度状态。根据交通流理论，交通流运行速度和密度满足以下关系：

1.1.2 高密度下的检测器布设间距理论值。在交通密度较大情况下，一旦发生事故则会出现车道堵塞，车流立即呈现饱和状态，则：

（9）

应用公式可计算得到高密度情况下车辆检测器布设距离理论值如表2：

从表1和表2给出的计算结果可以发现，检测器布设间距不仅与事件响应时间有关还与交通流运行状态有关。假定交通事件响应时间要求不大于1min。则当交通为低密度时（对应交通量不大），车辆检测器布设间距可选择1.0～2.0km；当交通为高密度时（对应交通量不大），车辆检测器布设间距可选择0.5～1.0km。

1.2 基于交通状态发布的车辆检测器布设方法研究

该类信息主要是为了满足交通管理的需要，一般要求采集周期最长为15min，最短为1min，因此检测器布设间距可以考虑最短采集和最长采集周期要求布设。

1.2.1 最短布设间距。最短布设间距要求满足车辆以自由流状态行驶时，在一个（最小）采集周期内不能穿越两个路段单元（以检测器布设点划分），因此按照最短采集周期为一分钟，可以计算最短布设间距：

（10）

我国高速公路路段限速主要有三种情况：80km/h、100km/h和120km/h。因此，对应的最短布设距离为1.3km、1.6km、2km。平均距离为1.6km。

1.2.2 最长布设间距。交通状态中最不利的情况是出现交通堵塞情况。在交通堵塞状态下，交通波向堵塞点上游传播，而通过堵塞点的车辆则以自由流速度行驶，因此最长布设间距可以根据交通波传播理论计算。根据运营管理需要，信息采集应满足周期15min采集精度。检测器布设间距为：

（11）

因此，对应着路段限速三种情况：80km/h、100km/h和120km/h，可计算得到最长布设距离6km、7.5km、9km。平均距离为7.8km。

2 可变情报板布设方法

2.1 可变情报板前置距离理论模型

驾驶人对交通标志信息的认知和处理过程是一个极其复杂的过程（如图1）。驾驶中的驾驶人在识认点A处已经发现标志S，但是由于距离原因还不能认读标志上的具体信息，在这一阶段，驾驶人主要进行标志形状、颜色等的分辨，直到B点开始读取标志信息，到C点可以把标志信息完全读完，B到C这段距离称为认读可变情报板标志的距离；读完标志后，驾驶人应做出采取行动的判断，这段距离称为判断距离。

读完可变情报板标志后，驾驶人在C点开始做出相应的反应，并在D点开始看不到可变情报板，行驶至E点反应完毕，这段距离称为反应距离J，从这一刻开始采取行动，从行动点E到行动完成点G的距离称为行动距离L，驾驶人在这段时间内必须安全顺畅地完成必要的动作，如变换车道、改变方向、减速或停车等。一般来说，从B点到标志的距离，称为视认距离，从C点到标志的距离称为视认完成距离。

前置距离也是可变情报板在设置时必须保证的距离（例如对高速公路分流诱导情报板而言），从标志版面的距离到下游分流点的距离应该大于前置距离。

2.2 可变情报板布设位置建议

可变情报板的设置位置和密度对于信息的可视性及提供的实时性有很大的影响，所以可变情报板设置时要综合考虑设置间距、路段、路口的行车条件等因素。通常高速公路可变情报板需求位置分为以下四类：（1）重大分流点的上游；（2）有分流条件的常发性拥堵点上游；（3）有分流条件的事故多发点上游；（4）自救匝道等特殊需求路段的上游。

3 摄像机布设方法

3.1 摄像机监控范围

《视频交通事件检测器》（GB/T 28789-2012）给出了摄像机作为视频监测设备时其安装条件和有效检测范围。因此，当摄像机采用固定式安装时，其有效检测范围可按表3确定。当摄像机为遥控方式时，其有效检测范围为表3的2倍确定。

3.2 摄像机布设位置

根据高速公路外场监控要求和摄像机功能，确定摄像机布设主要位置如下：（1）满足特殊构造物的监控要求，监控摄像机应布设于枢纽互通、隧道、特大桥、道路主线、服务区、停车区、收费站、大型结构物、收费车道等路段处；（2）满足交通拥堵和交通诱导信息发布的监控要求，应布设于交通量大、易发生交通阻塞路段，条件许可应满足无盲区监控；（3）满足交通事件监控要求，应布设于事故多发、气候条件复杂、急弯陡坡度路段、不良线形等特殊路段；（4）满足重点监控需要，应对特大桥和隧道实施加密布设。长度1000m以上特大桥的路段应设置遥控摄像机，并保证无监控盲区；对隧道应布设摄像机，并保证无监控盲区。

4 结语

高速公路外场监控设施布设研究对于规范和指导高速公路外场设施建设规划、设计与管理具有重要的意义，在节省建设资金、提供高速公路通行效率、减少事故发生以及填补河南省在外场监控设施研究地方标准制定方面的空白等方面起到了积极推动作用。高速公路外场监控设施布设是个动态过程，它随着交通建设、科技进步和交通管理需求的发展而发展。因此对高速公路外场设施布设研究是一项长期的、动态的工作，该领域的研究也需要继续不断地进行探索，以满足道路交通发展的新需求。

参考文献

[1] 朱玉周，程家合，鲁坦.河南省交通气象服务系统设计探讨[J].气象与环境科学，2012，（35）.

[2] 方青.高速公路固定检测器布设方案分析[J].交通科技与经济，2010，（12）.

（责任编辑：王 波）