高速公路安全预警系统及处置措施

彭 飞

(安徽三联学院,安徽 合肥 232001)

随着经济的发展，我国的高速公路建设速度也得到了很大的提升，而今，我国的高速公路总里程位居全世界第一，且未来发展趋势依然良好。高速公路的发展给我们带来了很多便利，但交通是把双刃剑，如此同时，交通事故也不容忽视，安全问题已经成为民生关注的热点问题。

1 高速公路事故成因分析

引发高速公路事故的诱因很多，但任何事故的发生，都是多种因素综合作用的结果，根据国内外的相关研究结果显示，绝大部分交通事故都是1.6～1.7个因素共同作用的结果，在查阅了很多教参和文献后，发现交通事故的原因包括人、车、路、环境，人是交通事故发生的主动因素和主要因素，在人的因素中，包括驾驶员、乘客和行人。

1.1 主动因素-人

1.1.1 驾驶员

驾驶员引发事故的原因很多，包括对地形不熟悉，如异地驾驶员，在2015年5月15日下午，驾驶员由于弯道驾驶失误，加上对地形不熟，紧急情况不知如何处理，将载有47人的旅游大巴车驾驶至陕西省淳化县境内时发生侧翻，坠落到30多米的深沟，事故造损失巨大；还有一些驾驶员疲劳驾驶，如2017年 2月13日台湾旅游车交通事故34人死亡，现场惨不忍睹，类似的情况很多，诸如超速、酒驾、违章超车、无证驾驶等极易引发交通事故的发生。

1.1.2 乘客

乘客所引起的交通事故较少，但也时有发生，如在车辆行驶过程中向外闯仍废弃物，在车厢大声争吵，影响驾驶员行车，为上下车方便不在规定的站点要求停车从而与驾驶员引发冲突，不按要求系好安全带，在车内随意走动等严重影响了驾驶员的行车，从而引发悲剧。

1.1.3 行人

高速公路全线封闭，不允许非机动和行人进入，这对周边居民的日常生活产生了一些影响，在一些偏远地区，居民法制意识淡薄，为贪图省事，翻阅护栏、横穿高速公路的现象时有发生，从而导致事故的发生。

1.2 客观因素-车辆

高速公路行车速度较快，车辆状况不好极易发生危险，在高速行驶时对车辆的各方面性能要求极高。

1.3 客观因素-道路因素

道路的任何一个部分都影响交通运输的正常运行，道路线形是否连续性、路面状况是否平整都会对安全产影响，也会对驾驶员产生间接影响，所以对道路加强研究，可适当降低交通事故的发生概率。

1.4 环境因素

和安全相关的环境因素有交通、自然和社会三种。

1.4.1 交通环境 、交通量

图1 交通事故率与交通饱和度的关系

由图1可见，发生的次数，当交通量达到饱和流时，交通事故相对数量最大。

1.4.2 交通组成

在高速公路上，存在不同类型的车辆，但不同大小和载重的车辆行驶速度不同，极大的影响了行车安全，在上坡路段，载重货车跟不上小汽车，而载重货车的大体型又严重影响了后方小汽车的视野，造成极大的安全隐患；在下坡路段，载重汽车、小型车在速度和加速度上也存在明显的差异，车速的离散型越大，发生交通事故的概率越大。

1.4.3 道路安全设施

护栏、交通标志等构成了安全设施，要能够充分发挥交通标志的用途，前提是驾驶员能够在一定范围内保障驾驶的识认性，并能够便于理解，从而起到交通诱导的作用，防范于未然。

1.4.4 外界环境

不良天气状况会影响能见度、路面的摩擦系数等，从而影响交通安全，所以良好的自然环境对于交通有及其重要的意义。

2 高速公路预警系统研究

2.1 预警管理

预警管理是希望在最短时间内能够进行救援，主要从预警管理的组织、运行方式等几个方面进行阐述。

2.2 高速公路交通安全预警的原理

高速公路运行系统主要是针对交通系统处于"非优"状态时积极采取措施进行调控，如驾驶员状态不佳、道路状况恶劣、车况较差、路况不良等情况时，经过监测将其向"优"的态势转变，或是通过监测，提前预知，从而见少损失。

2.3 预警系统内容

2.3.1 预警分析

通过对可能引发事故的影响因素进行识别后，判断其状态，并在不良状态时发生警报，在警报发出后积极采取措施进行控制，避免交通事故的发生。包括监测、识别分析、诊断、评估四个阶段。

2.3.1.1 监测阶段

监测包括对各种影响因素进行分析，尤其是重点的事故黑点路段，以及事故频发性倾向的驾驶员，可进行过程监测和数据信息监控，过程监控即对行车的整个过程进行监控，监视其影响因素，数据监控即通过对交通事故构建数据库，并通过共享为后续工作提供相应的数据支撑。

2.3.1.2 识别阶段

通过监测获取的信息，输到预警模型，以此判断未来的发生情况，所以在此阶段，选取恰当的识别方法，判断哪条路、哪个位置将要发生哪种情景的交通事故。

2.3.1.3 诊断阶段

对之前发生的交通事故进行分析，从而寻找交通事故的主要影响因素，通过还原的方式分析交通事故发生的过程和未来的趋势。

2.3.1.4 评估阶段

对已经发生了的事故进行损失评价，明确风险等级。包括对所造成的人员和财产伤亡进行评价，事故发生后对环境和社会及民众造成的影响进行评价，根据评价结论确定的风险等级选择控制措施。

2.4 四者之间的关系

四者之间相互联系相互依存，监测是其他三个部分的前提，是整个部分的关键所在，保证了数据和信息的完整性和精确性；识别明确了主要的影响因素，确定了后续工作的工作重点，诊断和评价明了事故的等级，为预控提供基础，为类似的事故的发生提供依据。

2.5 预控对策

高速公路安全预警是希望通过监控、识别等能够在事故发生前进行早期监测与预防，降低事故发生的概率，在事故发生后进行精准的事故救援，从而减低事故造成的各种损失。

2.5.1 组织准备

为预警工作的顺利进行而进行的相关工作，通过了解预警系统的结构和运营方式，为突发事件做好准备。

2.5.2 日常控制

是预警系统中的监测和控制活动，通过及时的跟踪，知道影响道路交通事故的决定性因素。通过日常控制采取针对性的措施对决定性因为进行纠正，制度相应的对策，从而减少事故发生的概率，事故措施实在日常对策不能对事故先兆做出有效的控制时采取的紧急控制，从而减少事故的损失。

2.5.3 应急管理

应急管理是对日常控制的补充环节，主要是考虑到重特大事故发生时，造成的后果是巨大的，社会损失是无法预估的，针对这种情况建立应急救援管理从而弥补了日常控制的不足，降低事故可能带来的损失。

2.5.4 相互关系

互为补充，组织准备得存在使得高速公路预警系统更加规范，应急管理是补充和完善，是在失控的情况下使用从而达到降低人员伤亡和财产损失的作用。

3 基于车联网的安全预警系统构建

3.1 采集动态交通信息

动态交通信息通过车载单元和路侧的静态单元获取，高速公路交通预警系统功能复杂，需要数据库信息完备才能准确预警，通过获取动态数据，用于预估道路实时情况，并以此界定道路严重程度，为管制和救援提供支持；根据车辆自身数据，为车辆状况不良的车主提供安全预警；交通预警系统的重点是通过对实时的动态信息进行深度挖掘处理，分析处理数据从而为预警打下基础。

为了能够更好的使用数据，系统需要对大量数据进行提取，分析从而提高整体的精度，同时还应满足互联互通的功能，通过对数据进行可视化处理，从而更好的预警系统提供相应的支持。

3.2 传输信息

随着公路网的形成，为了最大可能的提高公路网的整体效果，数据必须能够进行联网传输，如某地发生交通事故，通过联网可获得堵塞信息，从而更好的为管理部门和个人道路使用者服务。

3.3 发布信息

事故发生后，信息需要发布到用户才能实现其自身的价值，现阶段信息发布多以可变信息板、交通广播等为主，预警不够及时，车联网保证了信息的实时性和可达性，更好的规避了交通隐患。

4 车联网的交通安全预警系统

根据高速公路特点和车联网的功能，构建了高速公路预警系统，包括5个层次，即数据感知层、网络传输层、数据支撑层、应用服务层、指挥决策层。

图3 车联网安全预警系统设计

5 安全间距模型

根据图4，驾驶员在出现危险时的制动过程可分为：意识到危险存在的阶段、做出紧急制动措施、开始操作、制动开始，制动力达到峰值并持续作用直至车辆停止。

图4 制动过程示意图

5.1 反应阶段

驾驶员意识到危险存在，并做出紧急决定，右脚开始操作，这个过程只有反应和措施，还没有实际进行相关制动，而且时间只有几秒，可认为车辆是匀速Va行驶，此阶段La=Vat1

(1)

5.2 准备制动

当驾驶员右脚开始踩向制动踏板，车辆制动系统不能在瞬间完成制动，因此在此阶段仍然维持之前的速度运行，此阶段Vb=Va，Lb=Vbt2=Vat1

(2)

5.3 制动阶段

(3)

(4)

5.4 制动力持续作用阶段

驾驶员操作后，此阶段车辆维持最大减速度am直到车辆能够完全停止。

5.5 预警安全距离

前面提到的四个阶段是在无预警时，那么在预警状态时，设定安全的最小距离为d0(车速的不同距离有所差别)，而车辆通过预警启动制动的实际操作过程中的制动距离dw≥d0，其中：

va——启动制动过程时，前车速度；

vb——启动制动过程时，后车速度；

D——启动制动过程时车间距；

L1——前车制动开始到停止的距离；

L2——后车从制动开始到停止的距离；

d0——车辆完全停止之后应有的最小安全距离。

其中dw+L1=L2+d0

(5)

即dw=L2+d0- L1

(6)

后车的制动距离

(7)

图5 预警安全距离示意图

此种模式即后车驾驶员感觉到了有危险，前车已经开始动作，如果两车制动过程完全一致，那么制动时前车无需考虑反应和启动的时间，并作出如下假设，即前车最大减速度am,作用时间t3,此时前车的制动距离为L1,从而算出dw。利用车速代入进行计算，可得预警安全具体计算表1。

表1 安全预警距离分析表

从表1可以看出，预警系统的存在可大大减少预警距离，从而对减少交通事故有明显成效。

6 结语

通过分析交通事故产生的原因，通过采集高速公路交通数据信息，更好的为交通预警提供服务，通过构建基于车联网的安全预警系统，从而减少交通事故的发生，并降低交通事故的损失。