应急管理的高速公路信息探测技术设计与实现

牟壮壮 王颖 孙明宽 孙同伟 马旭阳 况琪

摘要：随着人们生活水平的逐渐提高，越来越多的家庭拥有了小轿车。而私家车也成了受欢迎的出行方式之一。伴随着车辆的增加，出行效率成为社会议题。而高速公路作为最重要的现代化公共基础交通设施，其发展水平是一个国家经济实力和经济发展水平的重要标志之一。随着交通需求的不断增加，我国的高速公路建设得到了突飞猛进的发展。然而，在发挥着巨大的社会和经济效益的同时高速公路的应急管理已经慢慢被越来越多的人所关心。高速公路的应急管理是指在阴天、雨、雪天、大雾及沙尘暴等相对于晴天而言的恶劣天气下，或者在发生了交通事故等一切不可抗拒的外来因素时，所采取的一系列交通管理措施。目前我国在管理高速公路上主要靠监控探头等基础设施，而我国高速公路交通管理部门在遇到事故时的应急管理，一般只是采取封路禁行的消极方法，致使高速公路运输中断、大量车辆滞留，然而长时间的交通管制和封路不仅会造成巨大的经济损失，同时也是不符合交通规律的。本课题针对高速公路事故逐年递增的现状，从交通流的特性参数出发，通过对应急管理下的高速公路进行数据分析和控制，同时提高应急管理下的高速公路通行能力，保证高速公路在应急管理下的不间断运营以达到最大经济效益。

关键词：高速公路；交通安全；信息技术

1现代交通管理现状

以现在高速公路的管理现状来看，有许多客观条件的限制。以恶劣天气下的雾天为例。一是信息不畅，恶劣天气信息收集不全，一定区域下的雾情信息共享不及时、不准确，特别是针对局部地区、局部路段的信息掌握不足，无法精准的对所有路段进行有的放矢的进行精确管理。二是安全设施不完善。发生雾情后，没有完善的交通安全设施对高速公路主线上的车辆进行安全诱导。三是科技智能手段落后。（1）没有科技掌握雾情的装备，对发现高速公路是否有雾，只能通过人工巡逻的方式。而高速公路跨度大，时常出现某一路段有浓雾，而其他路段能见度却很好，再加上巡逻的间断性，不能及时全面的掌握全路段的雾情。（2）对司乘人员的提醒方式比较单一，不能使更多的司乘人员得到路况信息。针对以上诸多弊端，我们将从高速公路科学管理的角度出发，对人们出行的效率、出行的安全性、高速公路管理人员管理的智能性和精准性做出研究。

2研究目的以及意義

基于在恶劣天气下提高高速公路出行效率这一问题，使用层次分析法建立一个应急管理下高速公路的安全控制模型。该模型通过对各个监测设备收集到的参数进行数据处理，输出各方面数据对交通安全的影响，由此可以尽快预防或者处理高速公路上的突发事件。提高出行效率。安全控制模型可以实时地对高速公路交通流状态和交通环境情况进行监测，并根据即时情况对交通流进行诱导和控制，保证车辆畅通运行、降低交通事故发生率、使事故的危害性达到最低。

在现代的高速公路管理当中，遇到恶劣天气如阴天、雪、雨天、大雾等情况时一般都是人为来判断高速公路的限流情况、是否封路等。这样就造成了判断精度不高，人们出行效率低的问题。通过对高速公路应急管理下安全控制模型的建立，能够极大的提高人们的出行效率以及安全保障。控制模型通过拾取气候、温度、湿度等系数，一是能够反馈给高速公路管理人员在恶劣天气下是否封路的精准信息，二是能够通过大屏幕告知车辆司机此时的建议车速、行车距离、是否开灯、前方路口是否封路等一系列信息。通过模型的智能分析，能够极大程度的提高人们出行的安全系数与效率。

由于高速公路在我国起步较晚，人们对此缺乏规律性的认识。因而深入分析当前我国高速公路安全管理当中存在的各种问题，探讨其内在的规律性，对高速公路的有效管理、交通事故的及时预防、提高高速行车安全，具有重大的现实意义。

3研究内容与方法

3.1 研究内容

我们研究的主要内容是在事故多发地和部分重点路段及沿线环境设置相应的监测设备，例如能见度传感器，温度传感器，湿度传感器等，然后将各监测设备收集到的数据信息输入到建立好的安全控制模型里面，经过模型对数据的处理运算，再考虑不同情况下的影响系数，输出不同情况下高速公路各方面数据对交通安全的影响，将数据发送给高速公路管理员，同时通过信息发布平台将数据传递给使用者，保障应急管理下高速公路的不间断通行能力和交通安全。具体的应急管理安全控制模型如下：

3.2 实现方法

在高速公路管理系统中，各因素之间的关系是及其错综复杂的，该系统是一个多指标、多属性的问题。为了得到量化的结果采用工程数学的层次分析法，层次分析法（简称AHP）是美国运筹学家20世纪70年代提出的，适用于结构较复杂，决策准则多且不易量化的问题。它将决策问题有关元素分解成目标、准则、方案等层次，把人的思维过程层次化、数量化，应用数学原理为分析决策、预报或控制提供定量的依据。层次结构模型如图1所示。用专家经验法来确定a1、a2、b1、c1的值，分别为1.1、1.25、0.55、0.82。

在高速公路每隔100米安装一组检测装置。检测装置由能见度传感器、雨水检测器、温度传感器、湿度传感器组成。检测装置通过实时监测，将几个系数不断地的通过无线传输输送给分析模型。系数分别为能见度a1，可视距离a2，湿度b1，温度c1。能见度，即反映大气透明度的一个指标，单位为m，一般定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大距离。能见度和天气情况密切相关，当出现降雨、雾、霾、沙尘暴等天气过程时，大气透明度较低，能见度较差。因此能见度是恶劣天气下高速公路管理系统的一个关键性指标。系统输出分别为f（1t）车速范围、f（2t）行车距离、f（3t）是否开灯、f（4t）是否关闭路口。随着能见度的增大，f（1t）车速范围将增大。能见度大可视距离也大，行车距离也随之增大。湿度即每单位容积的气体所含水分的重量，以g/m3为单位，是检测雨天、大雾的主要指标。湿度大，f（1t）和f（2t）都将减小。温度（单位为℃）主要是和湿度综合在一起，来作为雪天的检测指标。

3.3：综合案例分析

以濟青高速为例，测得某一时间段的输入参数为能见度300m，可视距离为130m，温度和空气湿度分别为5℃和%80。系统在拾取到以上参数后，经过分析其f（1t）～f（4t）的值分别为429、162、330、495。而此时输出的路况信息为建议车速范围在70-95km/小时之间，跟车距离70-100m，不开雾灯且前方路口不封路。分析系统便把以上路况信息一是通过无线传输输送给高速公路管理人员。二是通过LED显示屏显示，让司乘人员实时了解路况信息，确保人们的出行效率与安全。

在上述这些不利情况下，驾驶员的情绪、视线都会受到很大的影响，车流速度明显下降，路面附着系数降低，附着力明显减小，机动车的操纵稳定性变差，制动距离变长，避免事故发生的难度增加，会对行车安全产生不良影响。不利天气条件下的路面附着系数如表3-1所示。

分析上表，可得出：晴天交通事故次数占全年总交通事故次数的比例最大，为73.18%；其次是雨天，为10.78%。但考虑不同天气持续时间占全年比例后计算，雨天、雪天事故率高于晴天，即雨、雪天事故率高。雨、雪天事故率高的原因是因为雨雪天路面积水、积雪附着系数低于晴天路面干燥状态，同时部分路面泛油、排水不畅，导致高速行驶时车辆难以控制而发生交通事故。

3.4结论

通过定性分析，对系数f（1t）～f（4t）建立其所对应的区间，以最直观的方式在道路LED显示屏上告知司乘人员此时的路况信息。模型输出f（1t）～f（4t）所对应的区间如 表3-3所示：

结语：

通过对高速公路恶劣天气下应急管理系统的研究，在为高速公路管理人员带来便利的同时，也在一定程度上提高了人们出行的效率和安全率。运用层次分析法，对影响高速公路状态的能见度可视距离等因素进行了逐层分析，使复杂的管理系统做到了条理化和层次化。对高速公路管理实行了科学化、智能化，为以后的进一步研究奠定了基础。

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（作者单位：山东英才学院）