摘要：干線公路與次要道路交叉口，無信號控制時(shí)，交通事故發(fā)生頻率較高，且多是由于交通管制不善而引發(fā)的貨車與小型車輛相撞，或者是貨車與貨車相撞。另一方面，由于交通量的逐漸增加，車輛大型化、超重現(xiàn)象普遍，給道路安全帶來更大的隱患。為了改善這一狀況，應(yīng)對現(xiàn)有平面交叉路口進(jìn)行智能交通管理與控制技術(shù)研究，建立交通安全預(yù)警管理系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞：干線公路,智能交通,網(wǎng)絡(luò)科技

　　交通預(yù)警系統(tǒng)不僅適用于檢測道路、分析原因、確定責(zé)任和賠償損失，更重要的是可以根據(jù)提供的科學(xué)手段發(fā)出及時(shí)的預(yù)警信號和啟動緊急救助系統(tǒng)。在干線公路中，此系統(tǒng)將車輛、駕駛員、路政管理部門以及其他相關(guān)機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來，通過檢測常規(guī)交通狀況和工作情況，使系統(tǒng)能夠推測和預(yù)報(bào)交通事故。交通安全預(yù)警系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的保障交通效率的功能之外，還具有預(yù)警、糾正、應(yīng)急等新的功能。在系統(tǒng)檢測、識別、預(yù)警和應(yīng)急以后，預(yù)警管理系統(tǒng)會估計(jì)交通安全等級并輸出預(yù)警信號。與此同時(shí)，系統(tǒng)可以防止未被識別管理狀況和交通波動的錯(cuò)誤。因此，預(yù)警信號是預(yù)警管理系統(tǒng)一個(gè)重要的結(jié)果，并且在交通安全預(yù)警管理系統(tǒng)中意義重大。

　　系統(tǒng)分析了國內(nèi)外智能交通研究現(xiàn)狀，并提出中國干線公路智能交通系統(tǒng)存在的問題。結(jié)合干線公路不同路段的特點(diǎn)，從總體上對交通監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，以便及時(shí)獲取交通信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對公路的流量調(diào)度和安全保障。基于干線公路公眾出行服務(wù)系統(tǒng)以及公路信息發(fā)布系統(tǒng)，對交通控制誘導(dǎo)協(xié)調(diào)性進(jìn)行研究，提出了基于GIS的出行服務(wù)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了不同狀態(tài)下信息發(fā)布系統(tǒng)方案。針對交通現(xiàn)狀中出現(xiàn)的環(huán)境污染、道路擁堵、行車安全隱患的原因，分別提出干線公路設(shè)置智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、交通應(yīng)急指揮系統(tǒng)以及交通安全預(yù)警系統(tǒng)的建議。

　　1 智能交通現(xiàn)狀及問題

　　1.1 智能交通研究現(xiàn)狀

　　美國是世界上最早開展智能交通(ITS)研究的國家，911事件后，美國開始側(cè)重ITS安全設(shè)施建設(shè)。目前，美國在ITS領(lǐng)域獨(dú)樹一幟，根據(jù)其交通基礎(chǔ)設(shè)施特點(diǎn)和實(shí)際需要，已建立起相對完善的車隊(duì)管理、公交出行信息電子收費(fèi)和交通需求管理等四大系統(tǒng)及多個(gè)子系統(tǒng)和技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

　　日本具有較為發(fā)達(dá)的高速公路網(wǎng)絡(luò)，20世紀(jì)70年代開發(fā)研制的綜合汽車交通控制系統(tǒng)(CACs)項(xiàng)目就是日本對智能交通領(lǐng)域的探索。目前，日本名阪國道以及高速公路都設(shè)置了突發(fā)事件檢測系統(tǒng)，能夠?qū)⒌缆方煌ㄇ闆r及時(shí)、實(shí)時(shí)地傳遞給后面車輛，以防追尾等交通事故的發(fā)生。

　　歐洲對智能交通系統(tǒng)的研究，吸收了日本和美國的經(jīng)驗(yàn)。目前正在全面應(yīng)用開發(fā)遠(yuǎn)程信息處理技術(shù)(Telematic)，計(jì)劃在全歐洲建立專門交通(以道路交通為主)無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，ITS的主要功能以及交通管理、導(dǎo)航和電子收費(fèi)等都圍繞Telematic及全歐洲無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。

　　中國在交通運(yùn)輸和管理中應(yīng)用電子信息技術(shù)的工作早在20世紀(jì)70年代末就已經(jīng)開始，交通部公路科學(xué)研究所與北京市公安局合作，首次在中國進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制交通信號的工程試驗(yàn);80年代初，國家科技攻關(guān)項(xiàng)目“津塘疏港公路交通工程研究”首次在高等級公路上把計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電子技術(shù)用于監(jiān)視和管理系統(tǒng);1986~1995年期間，國家在交通管理系統(tǒng)方面開展了一系列科學(xué)研究和工程實(shí)施，取得了多項(xiàng)科研成果，并開發(fā)生產(chǎn)了車輛檢測器、可變情報(bào)板等多種專用設(shè)備，制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。2008年，北京成功舉辦了舉世矚目的奧運(yùn)會，建立了現(xiàn)代化交通指揮調(diào)度系統(tǒng)，對社會交通和奧運(yùn)交通進(jìn)行有效組織和精確管理，保證奧運(yùn)交通和社會交通有序并行、和諧運(yùn)轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)將視頻監(jiān)控、流量統(tǒng)計(jì)、車輛識別、事件檢測、違法檢測5種功能融為一體，在中國尚屬首次。

　　1.2 干線公路智能交通存在的問題

　　國內(nèi)智能交通管理與控制系統(tǒng)在理論和應(yīng)用上已經(jīng)取得了階段性成果，但在干線公路上的應(yīng)用還存在以下幾方面的問題。

　　(1) 目前有關(guān)智能交通系統(tǒng)的研究主要針對城市道路，隨著地區(qū)公路交通量的不斷增加，干線公路同樣出現(xiàn)交通堵塞和事故高發(fā)的問題，一旦發(fā)生交通意外，且得不到迅速處理和調(diào)控，影響范圍會越來越大。因此，建立一套適用于干線公路的智能交通系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　(2) 部分交通基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善。全國干線公路交通量持續(xù)增長，原有的交通基礎(chǔ)設(shè)施越來越不能滿足交通的需要。主要表現(xiàn)在標(biāo)示標(biāo)牌密度不足、規(guī)格尺寸不夠、路徑引導(dǎo)詳細(xì)程度較低及先進(jìn)性欠缺等方面。

　　(3) 交通管理水平仍然與發(fā)達(dá)國家、地區(qū)有一定的差距。缺乏傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)等信息化、網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)代科技手段，使交通管理機(jī)制不夠科學(xué)、統(tǒng)一，導(dǎo)致交通管理決策的系統(tǒng)性、前瞻性、信息化程度不夠，難以實(shí)現(xiàn)決策的預(yù)期效果。

　　(4) 智能交通控制與管理系統(tǒng)還未實(shí)現(xiàn)多層次、全方位，缺乏對整體交通狀態(tài)的智能化處理，對于公眾出行需要的交通信息服務(wù)水平不夠高。

　　(5) 部分智能交通系統(tǒng)投入使用后未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，交通堵塞、事故以及交通環(huán)境污染等現(xiàn)象未得到徹底改善，缺乏智能交通設(shè)施、人為交通管理以及道路本身之間多角度的系統(tǒng)的綜合聯(lián)動。

　　2 干線公路交通監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)置建議

　　交通監(jiān)控系統(tǒng)是公路管理系統(tǒng)所必需的現(xiàn)代化信息專用網(wǎng)絡(luò)，通過對采集的交通信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、處理和預(yù)測，采取有效的交通控制手段，預(yù)防可能發(fā)生的交通事件、事故和阻塞;當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)性交通事故或道路環(huán)境變化而導(dǎo)致交通阻塞時(shí)，通過系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效措施進(jìn)行緩解和排除，以防止對路網(wǎng)交通產(chǎn)生更大的影響，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對公路的流量調(diào)度和安全保障。本文結(jié)合河北省干線公路不同路段的特點(diǎn)，從總體上對交通監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，具體設(shè)置方法如下。

　　(1) 在干線公路與次干線公路交叉口及城市出入口處設(shè)置交通監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集采用被動式紅外線檢測器。由于交叉口處交通流不穩(wěn)定，應(yīng)用視頻圖像交通事件檢測系統(tǒng)，設(shè)置攝像頭[9]。

　　(2) 在交通狀況整體較差的路段設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，對已建成或近期內(nèi)不會擴(kuò)建且重載交通少的干線公路，安裝線圈感應(yīng)檢測器;對正在建設(shè)或者將要改建的公路，設(shè)置超聲波檢測器;在道路較寬或者車流量較大的干線公路及電子收費(fèi)與自動貨車稱重等需要根據(jù)車輛長度確認(rèn)車輛的路段，設(shè)置微波檢測傳感器;由于路段交通相對平穩(wěn)，建議建立運(yùn)用Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的交通事件檢測系統(tǒng)。

　　(3) 在剩余道路設(shè)置道路交通監(jiān)控系統(tǒng)，建立GSM與GPS聯(lián)合應(yīng)用定位系統(tǒng)，對干線公路上的道路交通進(jìn)行定位。

　　3 干線公路交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性研究

　　交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)(TCS)與交通控制系統(tǒng)(TFGS)是智能運(yùn)輸系統(tǒng)的兩個(gè)重要子系統(tǒng)，二者相互協(xié)同是實(shí)現(xiàn)交通安全、高效、暢通運(yùn)行的基礎(chǔ)，只有通過對道路出行者進(jìn)行管理與控制，才能解決由道路出行者造成的干線公路交通問題。根據(jù)河北省干線公路的特點(diǎn)，提出通過建立干線公路公眾出行服務(wù)系統(tǒng)與干線公路信息發(fā)布系統(tǒng)，解決道路出行交通問題。

　　3.1 干線公路公眾出行服務(wù)系統(tǒng)

　　干線公路公眾出行服務(wù)系統(tǒng)主要由信息控制中心、查詢系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、車輛誘導(dǎo)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)含有服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、綜合接入設(shè)備等設(shè)施，出行者可在任意網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)通過查詢系統(tǒng)獲得道路交通信息及出行路徑信息;通訊設(shè)備通過與控制服務(wù)器和綜合介入設(shè)備相連，向出行者提供出行及道路交通信息，也可通過通訊設(shè)備向控制中心提供出行者出行信息，以實(shí)時(shí)獲得道路交通信息;面向公眾的出行服務(wù)系統(tǒng)結(jié)合GIS系統(tǒng)，在電子地圖界面直觀展現(xiàn)各種交通信息，可極大地方便道路出行者。

　　3.2 干線公路信息發(fā)布系統(tǒng)

　　智能化干線公路信息發(fā)布系統(tǒng)是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是當(dāng)前干線公路重要的交通控制手段。通過對河北省交通流以及氣象條件等的分析，設(shè)計(jì)了不同狀態(tài)下的信息發(fā)布系統(tǒng)方案。

　　3.2.1 正常狀態(tài)控制方案

　　正常狀態(tài)指的是交通狀況和氣象條件良好的白天，正常狀態(tài)控制主要包括限速、保持車距、超車道禁止連續(xù)行駛等，信息由可變情報(bào)板發(fā)布。河北省干線公路限制速度一般為80 km·h-1，交叉口等特殊路段為60 km·h-1。

　　3.2.2 特殊狀態(tài)方案

　　特殊狀態(tài)根據(jù)交通擁堵程度分為臨界、輕微堵塞、嚴(yán)重堵塞三種狀態(tài)。臨界狀態(tài)下，情報(bào)板顯示黃色字樣的“車流量大，謹(jǐn)慎駕駛”，限速值一般設(shè)為40 km·h-1;輕微堵塞狀態(tài)下，情報(bào)板顯示褐色字樣的“前方阻塞，謹(jǐn)慎駕駛”，采用車輛檢測器采集的速度作為限速值;嚴(yán)重阻塞狀態(tài)下，可變情報(bào)板顯示紅色字樣“前方嚴(yán)重阻塞”和“車輛自行選擇分流”等信息，最低限速值設(shè)為10 km·h-1。

　　3.2.3 特殊氣象條件控制方案

　　霧天能見度小于1 km時(shí)，車距與限速指令根據(jù)河北省具體交通情況而定;溫度大于35 ℃時(shí)，限速為60 km·h-1;雨、雪、結(jié)冰等氣象條件下車距控制與限速根據(jù)河北省干線公路實(shí)時(shí)天氣情況而定，并利用情報(bào)板提醒駕駛員應(yīng)注意的事項(xiàng)。

　　3.2.4 特殊時(shí)段控制方案

　　研究表明，下午5點(diǎn)到7點(diǎn)為事故高發(fā)期，由可變限速標(biāo)志顯示限速指令，并由情報(bào)板顯示“請勿疲勞駕駛”字樣;夜間限速標(biāo)志顯示限速為60 km·h-1，情報(bào)板顯示“請盡量避免超車”、“請勿疲勞駕駛”等字樣;施工階段，由可變情報(bào)板顯示“前方施工，行車道封閉”等字樣。

　　4 干線公路智能交通管理與其他相關(guān)控制技術(shù)建議

　　干線公路在運(yùn)行中出現(xiàn)的交通擁擠、交通安全以及環(huán)境污染等問題制約著干線公路功能的發(fā)揮，從改善線形、提高路網(wǎng)密度的角度著手可以在一定程度上緩解交通擁堵系列問題，但需要大量的時(shí)間和人力、財(cái)力、物力投入，而科學(xué)合理的智能交通管理與控制技術(shù)的運(yùn)用，將能達(dá)到減緩交通擁擠和提高通行能力的目的。

　　4.1 交通環(huán)境污染智能管理與控制建議

　　由交通運(yùn)輸而產(chǎn)生的環(huán)境污染主要包括大氣污染和噪聲污染兩大部分。智能交通管理與控制系統(tǒng)可以對機(jī)動車尾氣及噪聲級別實(shí)施監(jiān)控，從而控制超標(biāo)車輛運(yùn)行，減少超標(biāo)尾氣排放及改善噪聲環(huán)境。

　　(1) 建議干線公路設(shè)置車輛尾氣監(jiān)測系統(tǒng)。環(huán)保尾氣監(jiān)測系統(tǒng)主要是控制機(jī)動車的尾氣污染和環(huán)境信息的發(fā)布，涉及信息采集、信息管理控制和信息發(fā)布的全過程，是機(jī)動車尾氣排放管理制度的一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。

　　(2) 建議干線公路部分污染嚴(yán)重路段采用智能環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。車輛在勻速正常行駛的情況下，線控路段上HC和CO的排放因子與非線控路段相比分別降低了50%和 30%;車輛在加速、減速、勻速以及怠速等情況下，線控路段HC和CO的排放量均低于非線控路段，最大降幅可達(dá)60%。隨著車輛行駛速度的增加，尾氣排放逐漸降低，表明對路段進(jìn)行信號協(xié)調(diào)可以有效減少污染物的排放量;同時(shí)，道路通行順暢，可以減少汽車鳴笛次數(shù)，有效降低噪聲污染。

　　4.2 交通擁堵智能管理與控制建議

　　智能交通管理與控制技術(shù)的核心目的是要改善交通擁堵現(xiàn)狀，提高道路安全系數(shù)。利用先進(jìn)的智能化管理設(shè)備，合理分配交通流，準(zhǔn)確預(yù)警安全隱患，可實(shí)現(xiàn)交通流暢通無阻，避免可預(yù)警的交通事故。應(yīng)用智能交通系統(tǒng)后，道路交通運(yùn)輸效益提高，使交通擁擠降低20%，延誤損失減少10%~25%。

　　按照慣例，主要道路上的車輛優(yōu)先通行，通過路口不用停車;沿次要道路行駛的車輛，應(yīng)讓主要道路上的車輛先行，尋找機(jī)會，穿越主要道路上車流的空檔，通過路口。當(dāng)主要道路上的交通量過大，無空檔供次要道路車輛穿越時(shí)，相交車流就會產(chǎn)生阻滯，從而造成交通擁堵。故應(yīng)在干線道路與該地區(qū)主要道路交叉口實(shí)行信號控制，分配行駛權(quán);同時(shí)建立交通應(yīng)急指揮系統(tǒng)，更好地保障道路交通有序、安全、暢通，預(yù)防和減少重大災(zāi)害事件造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，最大限度地減少人為制造災(zāi)害或自然災(zāi)害事件對可持續(xù)發(fā)展和市民正常生活的不利影響，提高預(yù)防和處置突發(fā)事件的能力和水平。