第21卷第3期2021年6月
交 通 工 程
Vol.21No.3
Jun.2021
DOI:10.13986/jki.jote.2021.03.005
齐建宇1，马 浩1，李宇轩2，张俊杰2，李海舰2
(1.招商新智科技有限公司，北京 100070;2.北京工业大学北京市交通工程重点实验室，北京 100124)摘 要：针对高速公路交通事故进行风险防控研究，提出相应的主动交通管理系统，可有效地提高道路使用者的出行效率，以保障驾驶员的行车安全.基于甬台温高速进行了主动交通管理系统设计，研究了系统运行的4大需求；并基于交通条件以及系统功能需求设计了智能路桩㊁可变限速系统㊁智能匝道控制系统㊁货车智能管控系统㊁收费站管控系统㊁货车限行系统㊁车道关闭系统以及动态诱导系统8大系统，分别建立了各个系统的功能架构以及运行策略.最后针对甬台温高速温瑞段道路的交通条件以及管理需求，
设计了各个系统的布设位置以及管控效果.研究成果可直接应用于高速公路运营管控，为改善高速公路交通环境㊁提高车辆通行效率以及保障驾驶员行车安全提供有效系统方案.
关键词：公路运输；高速公路；风险防控；主动交通管理系统；甬台温高速中图分类号:U 491
文献标志码:A
文章编号:2096⁃3432(2021)03⁃26⁃10钟汉良的老婆是谁
收稿日期:2020⁃12⁃20.
基金项目：大流量高速公路缓堵保畅及安全通道建设创新项目(19⁃1⁃020⁃FA⁃00⁃00⁃00⁃000).
作者简介：齐建宇(1986 )，男，工程师，本科，研究方向为智能交通及交通信息化.E⁃mail:qijianyu@cmhk.
Application of Active Traffic Management System for Freeway Risk Prevention and Control
QI Jianyu 1,MA Hao 1,LI Yuxuan 2,ZHANG Junjie 2,LI Haijian 2
(1.China Merchants New Intelligence Technology Co.,Ltd.,Beijing 100070,China;
2.Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)
Abstract :Freeways are a traffic accident prone section.Studying freeway risk prevention and control and
design of corresponding active traffic management system can effectively improve the travel efficiency of road users and ensure the driving safety of drivers.This paper designed an active traffic management system based on the Wenrui section of Yongtaiwen Freeway,and studied the four major requirements of system operations.Then,based on the traffic conditions and system functional requirements,this paper designed eight systems including intelligent roadside poles,variable speed limit system,intelligent ramp control system,freight vehicle intelligent management and control system,toll station management and control system,freight vehicle traffic restriction system,lane closure system and dynamic guidance system,and established the system structure and operation strategy of each system.Finally,according to the traffic conditions and management requirements of the Wenrui section of Yongtaiwen Freeway,the layout position and control effect of each system were designed.The research results can be directly applied to the freeway operation management and control,and provides an effective system scheme for improving the traffic environment of freeway,an
d improving the traffic efficiency of vehicles as well as traffic safety.
Key words :highway transportation;freeway;risk prevention and control;active traffic management
system;Yongtaiwen Freeway
第3期齐建宇，等：高速公路风险防控主动交通管理系统及应用
世界卫生组织调查研究发现，道路交通伤害已经成为全世界第十大致死原因，且严重程度正在逐年加剧[1].据国家统计局统计数据显示,2019年我国民用汽车拥有量已经达到2.54亿辆，与2018年相比增加了2155万辆.随着汽车保有量的不断增加，我国的道路交通事故发生数量也在不断的增长. 2018年共发生了244937起交通事故，相较于2017年上涨41888起，平均每年有6.3万人死于交通事故，每小时有7人死于交通事故.2019年我国的公路通车总里程达到501.25万km，高速公路里程突破14.96万km，但是在调查研究中发现，高速公路交通事故死亡人数占道路交通事故死亡总数的比例始终维持在10%左右，且该数字仍然在不断地增长[2].
目前，国内外学者已在控制道路交通风险方面做了一定的研究.文献[3⁃7]从多角度出发，分别研究了道路景观㊁路面温度㊁不良气候条件以及障碍物等客观因素，研究这些因素对道路交通事故的影响程度以及关联性，并且利用发现的相关性设计出相应的改善措施.驾驶员的行为是导致发生道路事故的主要
因素之一，因此Puan等[8]以马来西亚高速公路的车辆作为研究对象，研究了驾驶员在各种操作速度下在高速公路上采用的安全跟随距离.Hong等[9]通过研究货车驾驶员交通违规情况，发现影响货车碰撞的因素，并开发出更准确的碰撞概率估计模型.Chin等[10]提出了一种新的算法，用于增强现有的高速公路自动事件检测算法在检测车道阻塞事件方面的准确性.此外, Ko等[11]提出了一种基于实时交通状况的爬坡车道运行动态控制方法.而Basso[12]以及Park等[13]也分别开发出了新的事故预测模型以及基于互联和CAV的速度协调技术，以减少道路交通事故. Park等[13]从交通状况，道路几何形状和天气状况等多因素，对交通事故的成因进行了相应的分析.陶玲等[14]以武汉市为例，从广度㊁精度和深度3个方面分析了交通系统.高美蓉[15]和顾家悦[16]等将交通管理系统进行了分层研究，一方面研究了交通管理系统的顶层设计.另一方面进行了分层设计.边金龙[17]㊁高广阔[18]等结合上海高速公路事故数据，对高速公路的三维可视化以及低能见度条件进行的分析诸光路地道进行了三维可视化监控系统建设，研究了三维可视化技术对于缓解交通事故的帮助.周广振等[19]研究了连续长陡下坡路段的交通事故成因，并提出了连续长陡下坡路段的判定分级，根据不同分级合理确定交通设施配置规模.此外，封春房[20]和董开帆[21]等构建了相应的高速公路智能交通管理系统的评价指标体系，促进了各地高速公路智能交通管理系统的发展.
目前，针对高速公路交通事故的研究已取得了较多的成果，但是在交通事故防治方面缺少主动交通管理系统的设计以及实际的布设方案，并没有与实际情况紧密结合.基于此，本次研究以甬台温高速温瑞
段作为研究对象，通过研究高速公路风险防控所需要的信息需求，合理构建主动管理系统的系统框架，从多角度完善主动交通管理系统，并结合甬台温高速温瑞段道路条件，设计系统的布设位置，为未来减少高速公路交通事故，保障车辆出行安全，提高高速公路车辆出行效率提供理论支持.
1 高速公路风险防控信息需求分析
为确保主动交通管理系统准确㊁实时㊁有效地运行，需要满足一系列的系统需求.在本次研究过程中充分考虑了数据采集㊁数据传输㊁融合计算和信息发布4大系统需求，如图1所示.通过满足数据采集需求来实现道路车辆数据采集，信通数据的传输则需要满足一定的数据传输需求，数据融合计算则用于判别及分类，最后判断结果需要进行信息发布需求来实现
.
图1 系统需求
1.1 数据采集需求
数据采集是系统运营的基础，为保证系统的正常运行，确保系统预警的实时性和有效性，需要采集基础设施㊁气象环境㊁交通流以及交通状态等数据.在基础设施方面需要采集收费站开放车道数㊁交通标志位置等数据；在气象环境方面则需要采集温度㊁相对湿度㊁风速㊁降水强度㊁能见度㊁紫外线指数以及时间戳等；在交通流数据方面需要采集5min断面交通流量㊁速度㊁时间占有率㊁车型㊁排队长度㊁车牌㊁监测路段密度以及通行能力等交通状态方面需要采集交通拥堵㊁交通事故等数据.
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1.2 数据传输需求
在数据计算过程中需要保证数据的准确性，因此在进行数据传输的过程中不仅要考虑地形环境等物质要求，还要考虑数据的传输效率以及数据的完整性.基于此，本次研究将结合地形环境特点，采用有线
通信设备以及无线通信设备相结合的数据传输方式.在有线通信设备中主要有架空线缆㊁同轴线缆㊁光纤等；在无线通信设备中主要有无线电台㊁无线局域网㊁移动电话(手机)㊁移动信息系统(4G㊁
5G)等设备，以确保数据的准确性.
1.3 融合计算需求
实现精确地车辆安全提示需要满足高水平的数据融合计算需求，在进行数据融合计算的过程中需要根据不同的系统选择不同的算法，在确保计算精度以及计算效率的基础上进行相应的算法融合.基于此本次研究综合考虑的多种数据计算方法作为数据融合计算支撑，包括ALINEA算法㊁ZONE控制算法㊁分层递阶㊁神经网络控制㊁模糊控制等方法.
1.4 信息发布需求
道路信息经历了数据采集以及不断地计算和传输后，需要将结果通过一定的方式发布给各驾驶员以及交通管理部门，这就要求在进行系统设计的过程中满足系统的信息发布需求.在此基础上，本研究将综合考虑声㊁光以及视觉等多方面因素，结合特定地形选择相应的信息发布方式，如LED显示㊁发光道钉㊁手机振动㊁语音播报等方式.
2 主动交通管理系统架构设计
为保证车辆在高速公路上的行驶安全，本文根据高速公路桥梁㊁匝道㊁收费站以及隧道等不同高速公路的路段情况，结合车辆类型等设置了多种主动交通管理系统，主要包括：智能路桩㊁可变限速系统㊁智能匝道控制系统㊁货车智能管控系统㊁收费站管控系统㊁货车限行系统㊁车道关闭系统以及动态诱导系统，图2为主动交通管理系统汇总图.
图2 主动交通管理系统汇总图
2.1 智能路桩
智慧路桩由智能终端㊁安装云台㊁安装立柱(或固定在波型护栏立柱)㊁接线盒等组成，可布设在道路全段，在高风险路段进行布设更有利于道路安全建设.该系统集成了公路雾区引导㊁防撞预警㊁气象监测㊁警示及信息交互㊁图像采集㊁交通流监测㊁低空照明㊁电子锚点桩号等功能(图3)，采用多样化的通用物联网标准(LoRa㊁NB-IOT)以及LTE-V通信技术，与车载单元(OBU)的信息进行有效交互，适用于道路全段并且能在全时段对驾驶员进行提示，使驾驶者能第一时间了解交通信息和危险状况，实现路况的全面感知，从而缓解交通拥堵，提高运行安全事件自动检测的覆盖率与及时发现预警率，提升交通安全和出行效率，见图3.
2.2 可变限速系统
英语四级考试作文万能句及万能模板可变限速系统可在全时段进行动态调整和协调，以获得最大适当车速，应对下游的拥堵㊁事故㊁天气或道路状况，实现最大化交通吞吐量并减少事故.该系统可布设在道路全段，布设于固定瓶颈点将更有利于提高预警设备的效能，如图4所示为设计的可变限速系统的算法及判别流程.本次设计综合考虑了道路基础信息㊁天气状况㊁拥堵状况以及异常交通流状况的影响，分别计算各因素的影响权重，最后基于推荐路线的速度限制向驾驶员提出预警以及推荐速度，见图4.
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第3期齐建宇，等:
教学过程
高速公路风险防控主动交通管理系统及应用图3 智慧路桩功能示意图
谢楠个人资料简介图片图4 可变限速系统判别算法及流程
2.3 智能匝道控制系统
智能匝道控制系统是一种能有效调节入口匝道处高速公路主线上游和下游的交通量，通过限制进入高速公路的交通流，以保证主线上自身的交通需求不超过其交通容量的主动交通管理系统.该系统需布设于入口匝道处，当该匝道的流量满足系统启动条件时系统启动.在系统运行的过程中可使用
ALINEA 算法来实现匝道控制的智能调控，当匝道控制由调节状态转变为关闭状态时，可变信息板提示车辆禁止进入匝道，但信号灯在第一个更新周期(5min)内保持封闭前的调节率，将已进入到匝道的车辆排空.如果一个更新周期过后仍未排空车辆,
可派相关工作人员进行疏导排空.若下一个更新周期匝道仍为关闭状态，信号灯则自动变为红灯，入口9
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匝道控制算法如图5所示
.
图5 入口匝道控制算法
2.4 货车智能管控系统
货车比例过高是造成高速公路服务水平降低，导致交通拥堵和交通事故的频发的重要原因之一.为减少货车对高速公路交通系统运行的不利影响，本次研究设计了相应的货车管控系统.该系统的作用对象为货车以及货车驾驶员，可进行全时段的货车管控，并且在高速公路的任意路段都可布设.该系统拥有3层构架：第1层是感知层，根据摄像头㊁微波雷达㊁激光和地感线圈等感知设备，实时监控路网状况，利用三维点云数据作为基础数据进行车辆检测以及货车驾驶行为识别；第2层为数据融合与分析层，根据感知的情况和历史数据，通过软件算法快速识别违章驾驶行为，做到同步取证以及管控干预；第3层是制度层面，通过不断优化的算法，提升管控效果，同时建立完整的事后追溯机制.2.5 收费站管控系统
收费站是高速公路交通流的瓶颈，其通行能力的大小直接影响到高速公路交通流的运行状况.为保证收费站瓶颈路段的车辆正常通行，设计了相应的收费站管控系统，该系统可设置在收费站进行交通管控.当收费站的流量满足系统启动要求后系统
开始运行，系统运行时通过交通流检测器㊁收费数据等进行交通流波动程度确定，在波动程度确定的基础上确定开放的通道数以及车道调整周期，以此来保证收费站广场车辆的高效通行.2.6 货车限行
系统
联合国的英文缩写怎么读孕妇梦见抓鱼随着社会经济的飞速发展，由运输需求自发形成的客货混行交通也在随之发生变化，交通流的混合程度不断增大，道路运输压力持续增长，这些不合理现象对交通安全㊁通行效率等方面的影响也在日益增加.为了缓解高峰期间高速公路交通拥堵现象，提出了高峰期间高速公路货车限时错峰出行管理系统.该系统适用于全路段并且能在全时段进行货车交通控制.通过输入相应的日期参数，针对不同路段的具体需求设置相应的货车限行时间段，并通过不同的发布方式进行信息发布.2.7 车道关闭系统
车道关闭系统是指在路段上设置车道开放㊁关闭标志，对车道的使用加以控制.当车道前方由于事故或施工等特殊场景而受阻时，系统首先检测道路状态信息包括施工状况以及事故信息，接着判定道路控制信号灯的设置状况，最后根据具体道路条件进行车道关闭预警.
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