外场监控技术在公路交通安全方面的应用分析

成志鹏

摘 要：在我国经济快速发展，人民生活水平显著提高的今天，机动车数量不断攀升。据公安部统计，截至2022年，全国机动车保有量达4.17亿辆，其中汽车3.19亿辆；机动车驾驶人5.02亿人，其中汽车驾驶人4.64亿人[1]。随着机动车保有量持续增加，道路交通安全任务日益繁重，交通安全形势也愈加严峻，外场监控技术日益成为缓解交通安全管理部门压力、保证道路交通安全畅通的重要组成部分。同时，随着信息技术、大数据、车联网的不断发展成熟，交通安全领域的外场监控技术也不断推陈创新。本文将对交通安全领域应用的外场监控技术进行梳理和分析，通过分析结论探讨了当前外场监控技术在公路交通安全方面的应用策略。

关键词：公路；机动车；交通安全；监控；应用策略

1视频采集设施

视频监控是人们碰到外场监控技术时最常被提及的手段。该技术经过国内外公路运营效果和经验总结，能够实时和直观的把公路现场的情况再现；让没有亲临现场的监控运管人员在远端的监控室或监控大厅内快速获取现场交通运行情况、天气状况、交通事故以及车辆违规行驶的视频图像，从而快速制定相关的信息提示、交通疏导和应急救援等方案。正因为视频监控监视效果较好，视频采集设施（摄像机）在公路现场的设置往往是公路运管单位的关注点。

目前在公路交通行业内，通常采用以下几种监控摄像机进行视频图像采集：

高清球型遥控摄像机：该摄像机在球型防护罩内将高清摄像头、云台装置、解码器等设备集成化处理。市面上高清球型遥控摄像机一般可达到星光级的效果，即在摄像机没有外接任何辅助光源时仍能获取较为清晰的现场视频。该类型摄像机应用较广，适合于多种环境下的视频采集。

枪型遥控摄像机：枪型遥控摄像机防护罩较小，虽然没有将云台等设备集成于防护罩内，但其设备缆线不裸露。其采集的视频图像抖动量较少，云台灵敏度高，具备安装便捷等优点，同样在公路行业应用较多。

固定式枪型摄像机：固定式枪型摄像机与枪型遥控摄像机的区别在于有无云台。其镜头焦距选择范围广，可配置 10～300mm 镜头，无云台，不可控制转动，但受风等影响图像抖动较小。

全景摄像机：传统摄像机因其镜头视角受限，如需对场景进行全景观察，只能通过多个摄像机组合观察或者利用云台控制摄像头遍历观察，这两种方案在经济性和实用性上均不理想。全景摄像机针对于场景全景观察应用而出现，其具备视角广，监控无死角等特点，广泛应用于场区监控（如公路的服务区、停车区和收费广场等）以及互通区监控。

2交通量调查设施

在公路上部署交通量调查设施，实时的采集公路的车流量、车辆行驶速度、车辆分布密度和车辆轴载情况等信息，在公路规划、建设、运营、养护和民众出行等方面具有重要的意义。

交通量调查设施按照其检测数据种类和精度划分为一类交通量调查站和二类交通量调查站。一类交通量调查站检测数据包括车流量数据、车辆行驶速度数据、车型数据（九类）和车辆占有率数据等，需满足交通部相关标准和要求。一类交通量调查站在道路规划、建设和控制等方面为运管部门提供了丰富和可靠的数据信息；二类交通量调查站则主要采集车流量数据、车辆平均行驶速度数据、车型数据（仅对大车小车进行判别）和车辆占有率数据等，可根据道路的交通管控需求配备。

交通量调查站采用的技术形式包括线圈型、视频型、微波型、超声波型、激光型以及组合型。

3气象监测设施

公路的气象条件是行驶条件的重要组成部分，实时的获取气象信息并针对性的进行交通疏导是公路运营的重要工作之一。在气象条件复杂的路段重点设置气象监测设施，能够实时的采集气象情况和预警灾害天气，降低由于恶劣天气产生的交通事故风险。

气象监测设施主要分为两类：局地站和普通站。

局地站代表的是较短路段、特殊地形地物处或桥梁结构物的特定交通天气状况，如低能见度大雾频发路段、易结冰桥梁、易发生水淹水毁路段等。普通站代表的是较大范围或较长路段的一般天气状况。

局地站与普通站在选址与传感器配置方面存在较大的差异。局地站配置的气象要素观测项目主要针对局地恶劣天气频发且严重影响交通的气象条件。普通站尽可能选取在相对开阔无遮挡的地方，配置的气象要素观测项目相对较全。针对上述特点，公路系统一般情采用局地站进行气象监测。

此外，運管人员也可以通过设置在道路沿线的视频采集设施对气象信息进行直观的观测，比如道路沿线的雾、雨、雪、冰、风沙等情况。

同时，运营人员还应紧密保持与道路当地有关气象部门的之间联系，同地方气象台搭建气象信息共享的平台，时刻关注项目所在地的天气预报，对各方面的现有资源充分利用。

4自动事件检测

公路交通发生异常事件后，往往会造成偶发性交通拥堵，从而导致公路通行能力下降。当工作人员没有迅速发现和有效处理异常事件时，公路通行能力可能进一步下降，严重时会大面积的引起附近道路拥堵，从而产生交通瘫痪。因此，如何及时发现公路交通的异常事件，是缓解交通拥堵的重点。

平时公路运营时，仅通过人工热线、视频采集等非自动的方法来发现异常事件将引起不少的资源浪费，同时不全面也不及时，造成一定的安全隐患。

自动事件检测基于AID算法对传感器（视频、红外线、雷达等）实时采集的各种现场数据进行分析，自动发现交通异常事件，向工作人员及时的发出警报信息。

交通自动事件检测可根据运营需求配置相关事件检测功能，一般可以实现以下功能：

1.交通参数估计功能：自动对交通流量、车辆平均行驶速度、车道占有率和车辆排队长度等数据进行估算。

2.拥堵检测功能：自动对监控路段不同程度的拥堵现象进行检测，并实时记录、预警。

3.突然停车检测功能：自动检测监控路段车辆突然停车的行为，并实时记录、预警。

4.逆行检测功能：自动对事件检测路段的机动车逆行的行为进行检测，并实时记录、预警。

5.物体遗洒检测功能：自动对事件检测路段出现的可疑遗洒物体，并实时记录、预警。

6.行人穿越检测功能：自动检测监控路段行人非法穿越道路的行为，并實时记录、预警。

5可变信息发布

为提高公路服务质量、实时和精确的向司乘人员发布前方路况、天气和提醒驾驶等信息，传统固定信息发布的标志、标牌等已无法满足需求。在公路沿线的合适位置设置可变信息标志，能够让司乘人员及时掌握前方路段的道路情况及其他交通信息，从而选取最合适的行车路线，在整体上提高整个路网的通行能力和安全性。

可变信息标志根据其结构形式主要分为门架式、悬臂式和立柱式。门架式将可变情报板设置在行车道的上方，通常向在主线行驶的车辆发布气候恶劣、事故、阻塞、道路维护等特殊情况信息，达到调节和疏导车流、减缓拥堵状况以及降低事故概率的效果。悬臂式和立柱式一般在路侧设置可变情报板，可以进行文字或者图案的显示，主要用于向司乘人员提供车辆限速信息或其他路段信息。由于门架式情报板和悬臂式情报板的屏体位于道路正上方，在道路沿线的视觉效果上优于立柱式可变情报板，而在服务区停车区场区则可考虑立柱式可变情报板。

6智慧化设施

随着电子信息等行业技术的推陈出新，云计算、大数据、“互联网+”、物联网、5G、人工智能、智能驾驶等新兴技术和公路运营管理新需求进行紧密结合。目前，公路运营管理的发展趋势是从人工经验决策向智能数据分析决策转化；被动发现管理向主动提前防控转化；事后分析溯源向事前预警转化。在运用了智慧化设施情况下的公路运营管理将减少交通安全事故，提高公路运行效率，从而进一步增强服务质量。

当前公路交通领域涌现了一系列的智慧化外场设施，如匝道合流预警系统、无人机、车路协同等。

匝道合流预警系统：在匝道合流处对诱导灯、车检器以及控制系统进行综合应用，向驶离匝道区域的司乘人员进行视觉上的诱导、同时给后方或正在行驶车辆起预警作用（用黄灯闪烁或常亮来提醒），从而有助于行驶车辆对匝道附近的路口进行更准确的判断，降低交通事故发生的机率。

无人机：无人机作为人工智能重要载具，具备高空视野广、监控范围大、视角灵活多变的特点[2]。当前无人机在高速公路、铁路、大型工业与民用建筑等大场景使用较多。无人机在公路建设、管理运营和养护期间采用无人机代替日常巡逻车辆和人员比较合适。

车路协同：车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统[3]。

7应用策略

一般公路的组成部分为路基路面、桥梁、隧道以及交通工程设施等。其中，隧道和跨江跨海特大桥因为其不同于常规道路，事故风险性更大，应用策略也不尽相同，于是，本文按照常规道路、隧道和跨江跨海特大桥分类进行外场监控技术应用策略的描述：

7.1常规道路

视频采集方面，高速公路建议不低于两公里一对的间距进行摄像机设置，低等级路则可以考虑重点路段设置摄像机。长大下坡路段建议全程监控，同时在运营期间，事故多发路段建议设置摄像机。

交通量调查方面，高速公路建议在互通立交两侧设置二类交通量调查设备，在枢纽互通立交两侧设置一类交通量调查设备，交通量调查也可通过ETC门架或沿线摄像机实现。低等级路可按需配置。

气象监测方面，气象监测器应根据道路沿线的气象数据分析后确定，重点设置在恶劣天气频发的路段，如浓雾、沙尘暴、易积雪等路段。同时其监测的气象要素建议因地制宜。

自动事件检测方面，高速公路建议在视频采集点进行事件检测，检测报警后工作人员可以及时获取现场图像，提升服务质量，投资规模限制的情况下可在事故多发路段设置。

可变信息发布方面，高速公路建议在主线出口前设置可变信息标志，双向六车道（含六车道）以上的主线出口前建议设置门架式可变信息标志；收费站前建议设置悬臂式可变信息标志；低等级路按需配置。长达下坡路段前建议设置可变信息标志，同时在运营期间，事故多发路段建议设置可变信息标志。

智慧化设施方面，建议各个项目根据自身项目特点以及技术发展情况确定。

7.2隧道

隧道是公路上的特殊路段，空间环境狭窄，公路隧道一旦发生事故（尤其是火灾），不仅造成人员伤亡、车辆损毁、隧道破坏，如果监控系统没有及时响应，事故很容易进一步蔓延，导致人员财产损失加重，造成交通运输长时间中断，形成重大损失，所以隧道监控外场设施的设置尤为重要。

公路隧道的外場监控设施规模应根据隧道规模和交通量来确定。考虑隧道监控系统各设备之间的协调统一，按照《公路隧道设计规范第二册 交通工程与附属设施》划分隧道监控等级为B级及以上的隧道基本配置完备的隧道监控外场设施，本文以B级及以上的公路隧道为例：

视频采集方面，隧道内部建议不低于150米的间距进行摄像机设置，同时在紧急停车带加密设置，做到隧道内无死角视频采集的效果。

交通量调查方面，建议至少在隧道两侧设置二类交通量调查站，用于采集进出隧道的车流信息。

气象监测方面，隧道口易发浓雾，冰雪天气下路面易结冰，可考虑在隧道口设置相应要素的气象检测器。

自动事件检测方面，隧道本身会给驾驶人一种压抑的感受，交通事故的发生概率比常规道路要高，建议保证全程自动事件检测，投资规模限制的情况下至少保证紧急停车带的事件检测。

可变信息发布方面，在隧道入口设置可变信息标志，发布相关信息给即将进入隧道的司乘人员；同时在隧道内车行横洞前设置洞内可变信息标志，及时向隧道内行驶车辆发布信息。

智慧化设施方面，建议设置隧道结构健康检测设施，其他项目根据自身项目特点以及技术发展情况确定。

7.3跨江跨海特大桥

跟常规道路不同，横跨大江、大河的特大桥区区域附近的公路地质以及气象条件往往叫为复杂，监控外场设施的设置应重点关注桥上的交通流情况、大桥的全景视频观察、桥下航道（如有）运行情况、及时发现交通事故和有效的对桥上的交通流进行疏导。

视频采集方面，桥梁段按照150～500m间距设置，做到全程监视；索塔上设置全景摄像机，用于获取桥梁整体的视频图像，航道上设置航道摄像机，观察桥下航道情况。

交通量调查方面，在桥头设置一类交通量调查设备，获取桥梁的车流信息。

气象监测方面，跨江跨海特大桥通常气候复杂，桥面结冰对车辆行驶影响很大，建议在桥头设置气象检测设备。

自动事件检测方面，由于桥梁路段的特殊性，路面较狭窄，路况较复杂，相较于普通道路更容易发生交通事故，极易对过往车辆的通行造成严重影响，建议全程事件检测。

可变信息发布方面，在桥梁入口设置可变信息标志，发布相关信息给即将进入桥梁的司乘人员。

智慧化设施方面，建议设置桥梁结构健康检测设施，其他项目根据自身项目特点以及技术发展情况确定。

8结束语

本文从视频采集、交通量调查、气象监测、自动事件检测、可变信息发布以及智慧化设施方面对公路系统的监控外场设备进行了分析，并在其应用策略上笔者提出了自己的总结，希望能够抛砖引玉。当然，机电设备的技术日新月异，我们行业相关人员不宜拘泥于固定思维，积极学习最新技术，贴合项目实际需求进行应用，保障出行安全，提升交通服务效率和质量，推动现代交通事业的发展。

参考文献

[1]全国机动车保有量达4.17亿辆，驾驶人超过5亿人；新能源汽车保有量达1310万辆，同比增长67.13% .[OL].[2023-01-11].https：//app.mps.gov. cn/gdnps/pc/content.jsp？id=8837602.

[2]王东柱，宋向辉，朱书善，谌仪，蔡胜昔.基于车路协同的高速公路合流区安全预警控制方法[J].公路交通科技，2012，29（S1）：50-56+63.

[3]李永萍，柳震.沿高速公路部署的车联网关键技术[J].无线互联科技，2018，15（21）：151-152.