高速公路二次交通事故的预防系统研究

李晓敏 徐勇 朱其祥 胡超凡 张超

摘  要：近年来，由于我国交通系统不够完善等因素，在高速公路上出现的交通事故也愈发增多，其中以二次交通事故带来的危害最大。通过问卷调查、资料查询等途径，深度分析出导致高速二次交通事故发生的主要成因，并对此建立一套较为完整的高速公路二次交通事故的智能预防系统，其中终端显示系统以GIS地图方式直观反映到各种显示端，使高速公路上其他车辆全方位获得事故信息，制定预防措施，有效地降低高速公路二次交通事故的发生，具有较大的现实意义。

关键词：高速二次事故;智能预防系统;电子标签;GIS地图

中图分类号：U491.31      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）06-0050-03

Abstract：In recent years，due to the imperfect traffic system and other factors，there are more and more traffic accidents on the expressway，among which the second traffic accident is the most harmful. Through questionnaire survey，data query and other ways，the paper analyzes the main causes of secondary traffic accidents. A set of relatively complete intelligent prevention system for secondary traffic accidents of expressways is established，in which the terminal display system can directly reflect all kinds of display ends in the form of GIS map，so that other vehicles on expressways can obtain all-round accident information，formulate preventive measures，and effectively reduce the occurrence of secondary traffic accidents of expressways，which has great practical significance.

Keywords：secondary accident of expressway;smart prevention system;electronic labels;GIS map

0  引  言

为适应城市的发展，世界各国高速公路迅速发展。截至2018年12月，我国高速公路总长度已达14万千米，位列世界第一。但不可否认的是，由于我国高速公路发展起步较晚，交通系统还不够完善，且车辆行车速度较高，一旦发生交通事故，后果将非常严重。据统计，高速公路单位千米约发生1.89起交通事故，0.26人死亡[1]。而由于自然不可抗力等难以避免的因素造成的二次交通事故相比一次事故，给人身和财产安全带来的伤害往往更大。此外，二次事故会使救援工作的难度大大提升，对救援者的生命安全也造成不可小觑的威胁。为降低高速二次事故带来的伤害，本文基于安徽财经大学的相关科研项目，研究出围绕高速二次交通事故的预防系统，具体研究如下。

1  国内外研究现状

美国交通部曾于2016年提出“Communicating Cars”的短距离汽车通讯技术，即在300米内，将前方车辆的速度、位置等数据信息以10次/秒的频率发送给一定范围内的车辆，以及时向驾驶员发出警告，使其提前制定应对措施。据美国道路安全局预测，这项技术能至少减少80%的二次事故。

余青原通过分析救援人员二次伤害事故的表现形式及成因，结合不同路况绘出对应的警戒线设置示意图，并提出救援车辆要根据不同事故路段、路况选择出动路线和停靠位置[2];胡源以绥满高速公路为研究对象，构建了高速公路二次事故预警体系，并分别针对二次事故成因的几方面制定相应的预防措施[3]。

我国高速公路二次事故处理方案主要通过建立预警体系，救援人员根据预警等级采取相应的救援措施，但增加了救援人员的工作量和工作难度;国外主要通过电子系统使车辆感知前方路况及其他车辆信息，但部分技术难度较大、成本较高，不适用于所有城市的高速公路。因此，预防高速二次交通事故仍需更进一步的探究。

2  高速公路中二次交通事故成因分析

2.1  驾驶员自身原因

疲劳驾驶和超速行驶是驾驶员容易出现的颇为常见的情况。超速行驶会使驾驶人员动视力降低。同时，由于车速过快，导致驾驶人员的反应时间大大减少。当遭遇突发事件时，驾驶员难以第一时间判断并采取相应的制动举措，易于引起事故的再次发生。疲劳驾驶通常会使驾驶员的反应速度大大减缓，使其判断能力失常，无法对当前的道路信息做出准确的判断，造成操作失误，引发高速公路二次交通事故。

2.2  事故现场安全警示不到位

据悉，发生交通事故后，事故驾驶员多半未按规定置放危险性警告标志和开启机动车危险警告灯。事故现场缺乏应有的警告措施，且人对事故的反应需要一定的时间，再加上高速车流量大，极易导致二次事故的发生。

2.3  恶劣天气影响

恶劣天气是致使二次事故发生的一个关键诱因。以尤为典型的雾霾天气为例，悬浮在空气中的細小颗粒物会使人的视线受阻，引致道路可见度锐减。当驾驶员驶入雾区道路段时，尤其对于连续弯道、山区路段等视线不良的路段[4]，驾驶员难以对前方的车辆和道路信息做出正确判断，从而引发一系列连环交通事故。

3  高速公路中二次交通事故的预防系统

通过对造成高速二次交通事故主要成因的分析，在部分无可避免的情况下，预防二次事故的发生成为高速公路事故预防工作的重中之重，故建立以下高速二次交通事故预防系统。

3.1  系统组成

该预防系统具体包括灰度内方差计算系统、电子标签传输系统以及终端展示系统。其中灰度内方差计算系统涵盖事故检测系统、数据管理系统以及事故判断系统，该预防系统对从事故发生到事故信息展示的过程进行一系列跟踪处理，全方位处理事故信息。

各子系统具体作用如下：

（1）事故检测系统：采集道路事故源、监测点位的实时数据，通过设置的报警级别对监测数据展开分级报警。

（2）数据管理系统：检测系统收集来的各个路段的事实信息收集在数据库，数据管理系统将信息转移到事故判断系统。

（3）事故判断系统：分析是否构成交通事故，判断为交通事故的信息将被传输到电子标签传输系统。

（4）电子标签传输系统：该系统通过射频信号自动识别目标，并获取具体数据传输到阅读器。

（5）终端展示系统：终端对报警信息进行核实和处理，一旦确认为交通事故，无线传输系统将通过GPRS网络传送到各个显示端。

其中事故检测系统、数据管理系统及事故判断系统团队采用灰度内方差计算系统涵盖，如图1所示。

3.2  子系统设计与原理

3.2.1  灰度内方差计算系统

该模块采用了倪燃[5]的基于车辆图像灰度内方差的道路交通车祸识别系统设计方法。

该系统主要由检测器、交换机和服务器构成，运用数字视频处理方法和模式辨识方法对车辆的行驶状况进行实时的跟踪与检测[5]。路边的监控系统视频信号传输到显示器，系统会得到该道路上行驶车辆的灰度图像，之后根据获得的信息判断这段道路的灰度图像级别。通过收集相邻区域多帧数的图片来计算出各个区域灰度图像级别之间的方差，从而得到目标范围与背景范围的离散系数w。再将离散系数w与车祸事故区域的判定值η相比较，则当w≤η时，该像素属于车祸事故区域;反之，则不属于车祸事故区域，由此可判断出该区域是否发生交通事故。

其中，该计算系统所用数据管理模块包括大数据处理中心（实现对安全监管部门业务数据的数字化管理，同时通过数据库的建设和信息积累，对业务数据进行横向、纵向统计，为安全监管工作提供数据支持）、各类基础数据库（标准规范库、业务数据库、应急资源库、知识库、数据字典集等）、各类应用支撑组件（工作流引擎、报表工具、消息服务终端、GIS平台、全文检索引擎、Web Service接口等）。

该计算系统的事故判断模块是基于GIS和云计算建立的，属于智能平台软件。它以监测系统采集的信息为基础，以交通部门的大数据为前提，通过灰度内方差计算系统研判，并将应急方案通过传输系统及时传输到可控终端。

3.2.2  电子标签传输系统

一个简单的电子标签通常由三部分组成：标签、阅读器、天线。电子标签传输系统的核心技术为RFID技术，即射频识别技术[6]。它通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关信息，可同时识别多个标签，有着操作简单方便、精准度高的特点，非常适合对高速公路上的车辆展开跟踪与监控。

当车辆图像灰度内方差的道路交通车祸识别系统检测到发生事故之后，会将信息实时传递给路边的电子标签天线。标签天线从阅读器天线产生的磁场中获取能量，再以阻抗的形式反映到阅读器的线圈天线负载中[6]。同时用标签芯片发送的数据控制负载电阻的接入，则标签上的数据就可以传送到阅读器中。这样，位于控制台的计算机就能获取事故发生的地点与事故车辆的相关信息。

3.2.3  终端展示系统

将电子标签传输系统传来的交通事故发生的地点与事故车辆的相关信息通过GSM、CDMA、3G、4G、TD-LTE等移动互联网、互联网、电子政务外网等将事故信息传输到各个终端，具体包括地理信息系统（GIS）、可变情报板、可变限速牌、高音号角，如图2所示。

其中以GIS系统功能最为强大。GIS是以地理空间数据库为基础，在计算机系统软硬件资源的支持下，对空间相关数据进行输入、管理、查询和显示，实时给予空间和动态信息[7]。该系统将事故判断系统分析处理后的交通事故数据、路面状况数据、设备状态数据和预报预警信息等通过GIS地图系统直观地显示出来，支持移动端、PC端及大屏幕端多端同時展示。

多种通报终端针对不同事故状况，通过事故判断系统的指令，通过智能情报板发出相应的事故预警信息，同时变更高速的限速标志和限速抓拍值，实现智能化动态管理。

4  结  论

在高速公路上的二次交通事故研究工作中，预知事故信息是一项十分重要的内容。采用灰度内方差计算、射频识别等前沿技术，建立全方位的智能预防系统，可实现高速事故后对高速公路的全面监测和交通安全的动态管理，同时节省大量人力、物力资源，从而有效降低了二次事故的发生频率，减少二次事故带来的危害。

参考文献：

[1] 王晨.山区高速公路交通安全分析与设施保障技术研究 [D].西安：长安大学，2013.

[2] 余青原.高速公路交通事故救援中二次追尾事故成因及预防措施研究 [J].消防技术与产品信息，2016（5）：40-43+35.

[3] 胡源.高速公路二次事故成因及其预防对策研究 [D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

[4] 孟燕军，赵习方，王淑英，等.北京地区高速公路能见度气候特征 [J].气象科技，2001（4）：27-32.

[5] 倪燃.基于图像的车祸事故人工智能识别系统的设计 [J].科技通报，2013，29（8）：166-168.

[6] 陈军.基于物联网技术的高速公路交通流监控研究 [J].科学技术与工程，2012，12（35）：9773-9776+9787.

[7] 李少伟，曹成涛.基于GIS的高速公路交通事故影响预测系统研究 [J].软件导刊，2016，15（10）：115-117.

作者简介：李晓敏（1999-），女，汉族，安徽阜阳人，本科在读，研究方向：计算机科学与技术。