车桥协同智能联动监测警示控制方案研究

摘要：文章在分析超限超载、超高超宽、偏载行驶的车辆对桥梁造成的损坏和车辆、桥梁智能联动监测警示需求的基础上，提出了车桥协同联动、监测警示智能化控制方案，并对响应方式、监测车辆分类和实现方式提出建议，在超限超载、超高超宽、偏载行驶的车辆通过桥梁时，第一时间进行响应和联动控制，避免车辆、桥梁事故及伤亡损失，全面提升智能交通应用水平及车桥协同联动警示能力。

关键词：车桥协同;智能联动;智能监测;控制方案

文献标识码：U491.1+16-A-43-151-3

0 引言

交通运输部发布的《2019年交通运输行业发展统计公报》显示，截至2019年年末，全国公路桥梁共有87.83万座，总里程达6 063.46万 m，比2018年增加2.68万座、494.86万 m。其中特大桥梁5 716座、1 033.23万 m，大桥108 344座、2 923.75万 m;拥有载货汽车1 087.82万辆，其中普通货车489.77万辆，专用货车50.53万辆，牵引车267.89万辆，挂车279.63万辆[1]。

自2000年以来，国内媒体公开报道的我国非地震原因引起的桥梁倒塌事故超过80起。公开的事故调查分析表明，造成桥梁倒塌的原因有桥梁设计施工不合理、撞桥、超载、自然灾害、加固拆除不合理、桥梁病害、人为活动等6类[2]。

非自然灾害引起的桥梁倒塌事故所导致的生命财产损失和社会影响远远高于普通道路交通事故，究其原因，除人员伤亡较多、财产损失巨大、交通中断、自媒体传播和社会舆论生态[3]外，对超限超载、超高超宽、偏载行驶的车辆缺乏系统的监测警示控制也是一个重要的原因。研究显示，近年来我国人、车、路和环境矛盾较为突出，交通安全管理不足、应急监测警示系统不健全是亟待解决的重大问题[4]。

高效并充分利用现代智能感知和视频监控手段、现有桥梁基础设施和智能设备、高速公路货车称重检测系统等，同步反馈、统一调度协调公路交通管理部门和养护管理单位、城市交通管理部门和市政设施养护管理单位、高速公路运营管理企业、公安和交警等部门，建立车桥协同、智能联动控制、及时监测、同步反馈、快速响应、高效运行的车桥协同智能联动监测警示控制系统，可有效避免和降低因车辆原因引起的桥梁倒塌、桥梁损害事故以及人身伤亡和财产损失。

1 车桥协同智能联动监测需求

目前，道路交通智能联动体系尚不够统一和完善，如高速公路入口不停车货车称重检测系统 、道路交通事故救援体系、车辆导航等系统未能有效结合，对超限超载货车的检测、跟踪、响应、联动方式较单一。

自2020年1月起，我国已统一实施新的《收费公路车辆通行费车型分类》标准，货车通行高速公路的计费方式已由计重收费转为按车（轴）型收费，实现ETC电子不停车收费。同时，为防止和拒绝违法超限超载的货车驶入高速公路，自2019-12-16起，全国已统一实施封闭高速公路收费站入口不停车称重检测[5]。在高速公路收费站入口车道上安装货车称重检测系统，货车只要通过入口处埋在地下的传感器，其车牌、车辆总重、轴数等数据信息就会实时上传至收费口旁的显示屏上。如果存在超限超载，显示屏会在提示红叉的同时亮起警报灯。但货车称重检测系统只在高速公路系统内运作，若超限超载货车未进入高速公路或驶离高速公路后则缺乏跟踪和联动方案响应。

超限超载货车对桥梁造成的损害非常严重。在2019-10-10发生的无锡市312国道锡港路上跨桥桥面侧翻事故中，两辆超限超载挂车驶入锡港路上跨桥，其中一辆挂车实际载质量为160.545 t，比核定载质量超出128.545 t，超载401.7%;另一辆挂车实际载质量为160.855 t，比核定载质量超出131.855 t，超载455%。桥面侧翻的直接原因为两辆重型平板半挂车严重超载、间距较近（荷载分布相对集中），偏心荷载引起的失稳效应远超桥梁上部结构稳定效应，造成桥梁支座系统失效[6]。

超高货车对桥梁、车辆和驾乘人员所造成的损害也很大，全国每年均发生多起超高货车撞击桥梁限高架的事故，造成限高架和车辆损坏、交通中断。2013-07-16，国道324线贵港市根竹乡铁路桥路段发生一起交通事故，一辆满载袋装米糠的大货车撞向了铁路桥前的限高架，导致整个限高架被连根拔起，往来车辆无法通行[7]。

随着智能化监控设施在道路交通中的应用，可充分整合和综合利用各类监控设施和资源，一旦某处监控设施发现超限超载、超高超宽货车时，交通综合监控中心可及时响应，立即进行现场确认，同时将信息同步反馈至交警、路政管理养护单位甚至消防和医疗部门，各方及时展开应急处置，由此达到提高超限超载、超高超宽货车监控跟踪能力和应急响应能力的目的。

2 车桥协同智能联动监测响应方式

2.1 智能联动监测响应方式

按照监测响应的智能化程度，车桥协同智能联动监测响应方式可分为全自动响应、半自动响应、人工响应。

2.1.1 车桥协同智能联动监测全自动响应

智能联动监测系统在某处监控设施发现超限超载、超高超宽货车时，系统可根据方案设置自动判断，自动发布指令到地面执勤人员和交通控制设备对车辆进行拦截，并同步反馈信息至各相关部门，同步发布信息，无须人工干预，对控制方案自动响应。

2.1.2 车桥协同智能联动监测半自动响应

智能联动监测系统在某处监控设施发现超限超载、超高超宽货车时，系统可根据方案设置自动判断，然后以消息闪烁方式在监控窗口提醒监控人员，或以短消息方式发送至监控人员通信设备，如需人工核实，可经监控人员查看实时图像或数据并确认后，系统再自动发布指令和信息。

2.1.3 车桥协同智能联动监测人工响应

在特殊桥梁或道路地段，或在桥梁发现异常、桥梁进行检修、桥梁关闭、车道封闭等情况下，在某处监控设施发现超限超载、超高超宽货车时，系统可根据方案設置，由监控操作人员人工响应并发布指令和信息。

2.2 智能联动监测多级响应

智能联动监测警示控制属于联网交通监控，执行“本地控制为主、上级进行监管”的原则，市级和省级监测警示系统相互协调、统一指挥调度和管理[8]。

市级监测警示系统具体对出现在辖区内的超限超载、超高超宽货车进行日常跟踪及监测警示管理和响应，省级监测警示系统不进行具体响应和实际控制，但应对市级监测警示系统进行监管，同时省级监测警示系统享有优先控制权。在特殊桥梁或道路地段，或某段桥梁或道路有异常情况时，省级监测警示系统可根据方案设置优先进行处置，发布指令和信息，市级监测警示系统应对省级监测警示系统的指令进行响应。各市级监测警示系统的结合部也应对省级监测警示系统的指令进行响应。

3 车桥协同智能联动监测系统方案

3.1 监测车辆分类及实现方式

3.1.1 超限超载车辆监测

对于超限超载车辆的监测，可以整合高速公路入口不停车收费称重检测系统、道路超限超载检测系统、桥梁超重车辆检测管理系统[9]、桥梁挠度检测系统[10]、超限超载非现场执法系统[11]、地面巡视和社会监控举报系统，任意一个系统监测或接收到警示信息时，系统方案即进行信息整合、数据分析，启动联动响应。

3.1.2 超高车辆监测

对于超高车辆的监测，可以整合桥梁限高架主动提醒超高车辆的警示系统[12]、道路视频监控系统、地面巡视和社会监控举报系统，任意一个系统监测或接收到警示信息时，系统方案即进行信息整合、数据分析，启动联动响应。

3.1.3 超宽车辆监测

对于超宽车辆的监测，可以整合高宽数据信息自动采集系统[13]、道路视频监控系统、地面巡视和社会监控举报系统，任意一个系统监测或接收到警示信息时，系统方案即进行信息整合、数据分析，启动联动响应。

3.1.4 偏载行驶车辆监测

对于偏载行驶的车辆，可以采用北斗系统监测技术、道路视频监控系统、地面巡视和社会监控举报系统进行监测，任意一个系统监测或接收到警示信息时，系统方案即进行信息整合、数据分析，启动联动响应。车辆的偏载行驶属于非常态，重在预防，特别是严重超限超载车辆的偏载行驶，对桥梁极易造成损害和酿成事故，故监测发现偏载车辆时，系统方案应在第一时间执行各项响应。

3.2 联动响应操作

联动响应操作可包括：系统自动向车主或驾驶员发送信息、拨打电话，通知其停车接受检查，告知其违法的严重后果;系统自动将违规车辆的位置、超限超载和超高超宽情况、车主或驾驶员电话等信息通知交警部门，由交警部门跟进处理;系统自动将违规车辆的位置、超限超载和超高超宽情况、周边桥梁的限载能力、监测到的桥梁挠度等信息通知路政部门，由路政部门派员对违规车辆已通行的路桥基础设施进行检测处理;系统自动向辖区内的收费站发布指令，对监测到的违规车辆关闭车道;系统自动向交通广播、导航系统软件、道路信息显示面板等处发布违规车辆信息，提醒周边车辆注意;系统自动向上一级联动警示系统上报信息。

3.3 联动警示控制流程

联动监测警示实现智能化，主要是通过各类自动监测系统、桥梁和道路监控及地面巡视、社会监控举报、人工收集的信息，在系统进行信息整合、数据分析后，自行启动内置的多套应对预案。系统可按监测到的具体信息、桥梁或道路限载能力，通过预先准备好的指令启动自动或半自动响应，在系统无预案或特殊情况下，启动人工响应。联动警示控制流程如图1所示。

一般情况下，系统将根据车辆的超限超载、超高超宽程度分为多个等级，如严重超限超载、重大超载、一般超载、轻微超载等。如为自动响应模式，系统可根据等级进行信息分析、自动显示处理方案、发布指令;如为半自动响应模式，系统可根据等级和性质的不同进行信息分析，自动给出处理方案的建议并在人工确认后自动发布指令。

4 结语

本方案在分析超限超载、超高超宽、偏载行驶的车辆对桥梁造成损坏的严重后果和车辆、桥梁智能联动监测警示需求的基础上，对车桥智能联动警示方案进行了相关研究，对响应方式、监测车辆分类和实现方式提出建议，拟定了车桥协同智能联动警示控制流程，旨在当超限超载、超高超宽、偏载行驶的车辆通过桥梁或有迹象显示即将通过桥梁时，能在最快的时间段内发布指令，避免车辆、桥梁事故及伤亡损失。不足之处是，本方案在如何保证不同系统监测信息传输的及时性以及如何采取措施提高社会监控举报等方面未进行研究，尚需进一步探讨，以全面提升智能交通应用水平及车桥协同联动警示能力。

参考文献

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[7]广西新闻网.贵港境内货车撞倒铁路桥限高架[EB/OL].http：//news.gxnews.com.cn/staticpages/20130716/newgx51e5592b-8044251-4.shtml，2013-07-16/2020-08-13.

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收稿日期：2021-03-20

作者简介：何江斌（1972—），副教授，工程师，研究方向：桥梁工程及城市轨道交通工程。