公路交通信息收集監測系統的應用研究

王宇龍

摘要 國道G236城區公路改造項目在加強公路交通信息收集監測能力的設計中，從強化事件感知監控能力入手，加強交通信息收集監測能力建設。文章梳理并介紹該工程加強交通信息收集監測能力的一系列設計和技術應用，以為同類公路交通信息收集監測系統建設應用，提供設計和技術參考。

關鍵詞 公路交通；信息收集；監測系統；設計應用

中圖分類號 TP18文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0004-03

0 引言

G236國道城區公路改造項目在加強公路交通信息收集監測能力的設計中，從強化事件感知監控能力入手，加強交通信息收集監測能力建設，使改造后的公路電子化、信息化、智能化程度大幅提升[1]。該研究結合工程案例，梳理介紹該工程加強交通信息收集監測能力的一系列設計和技術應用，以為同類公路事件監測能力設計應用提供技術和設計參考。

1 案例簡介

G236普通國道城區過境公路改造項目，主線公路等級為一級，設計時速為80 km/h，雙向四車道。項目全長約24 km，承擔著縣域路網中的大動脈功能。區段交通事故信息統計顯示，原道路20%～50%的一次性事故由已經發生交通事件的影響造成，50%以上的二次性事故在一次事故發生后10 min內發生，因此盡早發現道路上的突發事件，管理部門及時做出響應，有利于將事故損失、負面影響降到最低。所以，該項目在提質升級改造中加強交通信息收集監測能力的應用設計，以為改造后公路的電子化、信息化、智能化程度提升，提供良好的技術和設備基礎。

2 交通信息收集監測系統

2.1 交通事件監測系統

工程上應用比較廣泛的監測方式主要有兩種，一種是采用視頻的方式，另外一種是采用雷達監測的方式，兩者各有優缺點[2]。雷達事件監測系統是利用毫米波長雷達，自動監測單條或多條道路上異常物體的監測設備。雷達探頭連續掃描道路指定區域，實時向后端用戶監控軟件中心傳輸發現的異物位置數據。雷達監測的優勢在于監測范圍較大和受天氣影響程度較低，不足之處在于圖像顯示的現實感較低和建設成本相對較高。視頻事件監測系統能夠快速有效地監測到事故事件、拋灑物事件、停車事件等更復雜的道路交通突發情況，在一定程度上滿足了公路運營管理中對監測事件、救援指揮、防災調控、應急處理、分流調度、信息發布、視頻監控等方面的使用要求。但是視頻事件監測系統對道路環境（特別是能見度）的依賴程度較高，存在一些無法克服的缺陷，而公路運營環境復雜，大霧、大風、強光、霧霾、沙塵、昆蟲覆蓋、夜間能見度下降的問題都給視頻事件監測系統帶來了很大的影響。

綜合技術性、經濟性以及工程改造后的事件監測效果要求，案例項目最終決定采取后臺視頻分析的方式，通過在后臺監控機房設置視頻事件分析服務器，利用前端建設的高清監控攝像機實時回傳的高清圖像進行分析。

2.2 人行橫道交匯預警監測系統

為了提升無信控交叉口的通行安全水平，同時又不降低主線道路的通行效率，案例工程決定采用雷視一體機、誘導屏、高閃設施以及地面警示地燈組合應用的人行橫道交匯預警監測系統，通過主動監測輔支路的來車或非機動車/行人，及時地給主線車輛預警，以提高交叉口的通行安全性。

（1）在主路兩個方向進口距離交叉口30 m位置設置情報板誘導屏+高閃設備，用于向主線車輛警示輔、支路車輛或行人等信息，提示主路車輛減速或剎車，以保證交叉口交通安全。顯示屏和高閃設備的安裝位置視道路實際情況而定，當有綠化帶時，優先考慮設置在中分帶，當無中分帶時，考慮建設懸臂性桿件，顯示屏安裝在懸臂橫桿上。顯示屏的長寬分別為3 m×0.5 m。

（2）在主路兩個進口位置地面上設置發光警示地燈，同時在路側機箱內設置地燈控制器，實現對單個交叉口內所有地燈的控制和數據傳輸等作用，當夜晚或雨霧冰雪等能見度較差的時候，輔、支路監測到有車輛或行人時，主路的地面發光警示地燈配合情報板誘導屏和高閃設備一起向主線車輛發出警示信息，提升交通安全。

（3）在兩個支路的進口側5～10 m位置設置雷視一體機，設備正對支路來車方向（設備所在一側的支路），用于監測支路的車輛和行人信息，當監測到有車輛或行人駛入時，及時將信息推送給交叉口的控制主機。

（4）每個無信控交叉口設置一套交叉口控制主機，并設置于路側的機箱內（與交換機等設備共機箱安裝），用于實現對前端雷視一體機、情報板誘導屏、地燈控制器、高閃設備等的集中管控和數據推送。

2.3 車輛測速監測及反饋系統

為有效實現對車輛車速的控制，在國道G236補充建設車輛測速設施，并配套建設超速車輛信息反饋顯示系統，以對超速駕駛員起到提示和警示作用。要求測速監測系統空間分辨率高，穿透力強，支持全天候環境下工作，不受雨、霧、大風、灰塵、光照等影響。測速距離最大100 m，測速范圍5～300 km/h，能夠實現對2個車道的車輛監測，當車輛超速時顯示紅色車速，車輛未超速時顯示綠色車速。

2.4 交通量調查系統

在K753+100處建設1處1類交通量調查點，應用交通量調查系統實現交通量調查功能。交通量調查系統包括前端子系統、傳輸子系統、后端管理子系統。其中，前端子系統包括抓拍單元、激光監測單元、激光建模單元、激光數據服務器，主要實現交通數據調查功能；后臺管理子系統主要指交通調查平臺，主要實現調查數據的匯聚、分析、展現、存儲等功能[3]。傳輸子系統實現前端子系統調查數據上傳到后端管理子系統，使得交通調查數據實時傳輸，交通調查視頻畫面實時查看、瀏覽。系統拓撲圖如圖1所示。

視頻抓拍單元與激光監測單元共同工作，進而對車輛識別、監測。激光數據服務器對調查數據匯聚、統計、處理，得到符合調查標準的數據格式。通過傳輸網絡，上傳到交通調查平臺。除調查數據外，監控視頻數據、設備狀態信息數據等也同時上傳到平臺。監控中心可按需對錄像回放或下載，并實時監測設備信息，保證系統工作的穩定性和可靠性。

抓拍單元采用普通卡口方式安裝，架設高度約為6.0 m，可覆蓋3車道。激光監測單元采用垂直路面方式安裝，架設高度約為6.0 m，可覆蓋3車道，當架設高度提高到8.5 m時，可覆蓋4車道。視頻抓拍位置距離龍門架垂直面約25 m，抓拍單元先抓拍，激光監測單元后監測。

當車輛進入抓拍單元監測范圍時，抓拍單元識別、跟蹤車輛，在觸發線位置抓拍車輛外輪廓。之后繼續跟蹤車輛，直到駛出監測區域。激光數據服務器接收到抓拍圖片及車輛信息后，基于“深度學習”識別出車輛品牌、子品牌、車型等信息。當車輛通過激光監測單元監測區域時，對車輛的寬度、高度、長度等外輪廓特征掃描監測，激光建模單元根據掃描數據建立車輛模型。

激光監測單元構造包括激光發射器、激光接收器、旋轉機構三部分。激光掃描器連續不停地發射激光脈沖，由旋轉光學機構將激光脈沖按一定角度間隔（角度分辨率）發射向掃描角度內的各個方向而形成一個以徑向坐標為基準的二維掃描面。被測物體位置信息通過掃描器到物體的距離及對應的角度數據給出，支持流量調查功能、地點車速調查功能、車頭時距調查功能、車頭間距調查功能、跟車百分比調查功能、時間占有率調查功能、數據傳輸功能。

2.5 合流交匯預警系統

合流交匯預警系統主要通過智能道釘閃爍功能，一方面可以強化能見度較差情況下的車道輪廓以及匯流區域邊緣輪廓保證駕乘人員按照車道行駛，避免駛出車道撞倒路緣石；另外一方面通過提醒合流的車輛，引導駕駛員降低車速、提高注意力，從而提升合流安全性。

通過在右轉專用道兩側以及在與右轉專用車道合流車道的路側每間隔1.5 m設置1套智能道釘，并借助就近桿件設置智能道釘控制器，實現對單個交叉口全部道釘的控制，同時結合道路沿線設置的氣象環境監測設備，通過后臺的融合，實現智能道釘的開啟與關閉。此外，在實體島內建設桿件，安裝雷達監測器，在夜晚和能見度較低的氣象條件時，分別監測主線車輛和右轉專用道車輛，當監測到有來車可能產生交匯時，地面智能道釘就會加快閃爍頻率，提醒駕乘人員注意匯流安全性。

2.6 氣象環境監測系統

項目路段每年存在一定程度的惡劣天氣，嚴重影響行車安全，給行車安全和道路管控帶來了挑戰，但是當前道路沿線并未建設任何的氣象監測設施，存在著極大的管理空白。此外，為了實現部相關文件中要求的加快推進“可視、可測、可控、可服務”的公路運行監測體系建設，不斷提升服務能力和監管水平的目標，案例項目建設霧氣監測系統，通過獲取道路存在的霧氣情況，及時地將信息報送給相關單位，并及時通過情報板、導航地圖等進行發布，以提醒駕乘人員提高注意力、減速慢行，保證行車安全。

目前道路霧區監測設施主要有兩種手段，一種是采用路面能見度監測儀，主要是基于光散射的工作原理；另外一種是復用前端監控視頻設備的方式，主要是通過利用前端布設的視頻攝像機和后端的分析軟件構建高速霧氣分析系統，實現霧氣分級實時監測和上報預警[4]。路面能見度監測儀產品應用比較成熟，系統性能穩定，監測精度比較高，能實現前后半徑4 km內的團霧監測。視頻+分析軟件的方式近些年才逐漸出現，性能無法保證，精度受到較多環境條件的限制和影響，無法保證。為了保證監測有效性，該次考慮采用路面能見度監測儀的方式。

考慮到路面能見度監測儀監測半徑4 km的實際性能，以及案例項目24.077 km的長度，實際情況下在該長度范圍內的氣象條件變化較小，因此該次計劃選取云峰大橋建設路面能見度監測儀。

路面能見度監測儀通過前端的傳感器獲取路面的能見度信息，然后傳輸至后端的監控平臺進行數據的融合應用。該次建設的全部路面能見度監測儀均與案例項目建設的監控攝像機共桿進行安裝?？紤]到其功率較低，因此與采用監控攝像機的供電設施進行同步供電。通信系統與監控攝像機圖像進行匯聚后統一租用運營商的網絡進行上傳。

2.7 無人機巡航監測系統

隨著無人機技術的不斷發展成熟，已經越來越廣泛地應用于道路的日常運營管理中來，通過無人機遠程巡飛，可以將道路的路面狀態、橋梁的結構狀態、路側的高邊坡狀態等現場畫面實時傳輸到系統平臺。系統平臺結合最新的視頻識別和視頻分析技術，對拍攝到的道路路面狀態，以及橋梁結構、橋墩裂紋及高邊坡開裂、坍塌等狀態進行自動化判別，提高了判斷的科學性和準確性，大幅度地提升道路養護和安全巡檢的效率和管控能力。

案例工程配置1套無人機系統，可以實現7 km范圍內輻射巡航，通過在系統里面設定航線，達到巡航目的，錄制的照片和視頻回傳至系統內進行下載，滿足公路巡查的實際需要。此外，當道路出現了交通事故、道路嚴重擁堵等狀態時，可以放飛無人機去現場查看具體情況，也可以在無人機上掛載喇叭，對事故現場進行喊話，引導救援。

3 交通信息顯示服務系統

3.1 交通信息發布系統

交通信息發布系統是向道路交通參與者發布及時的交通狀況信息和交通誘導信息，是有效地預防、緩解和盡快消除道路交通擁擠和交通事故的最有效的手段之一?？梢酝ㄟ^交通誘導屏設備及時向出行者或者車輛駕駛員發布各種交通狀態、來車信息、意外事件、交通通告和相關信息，提高其駕乘車輛注意力，選擇最佳出行路徑、出行時間或行車速度等，從而有效地對交通流和車輛進行誘導，合理控制和均衡交通流分布，提高道路的暢通度以及道路行車的安全性，為駕駛人員安全快速行車提供良好的服務。

目前幾條與G236相交的重要道路在與G236相交的路段前方均無信息發布設備，關于項目路段內的交通擁堵、交通事故、道路施工等信息無法及時向相交道路的車輛發布，信息發布能力較弱，道路管控效率較低。為了提升路段及路網范圍內的信息服務能力，提升道路管控的效率，該次考慮在部分與項目路段相交的重要路段交叉口前方建設交通誘導信息發布屏。

3.2 自發光安全誘導系統

區別以往利用“反光膜”被動發光的形式，采用接入“常電”模式，提高夜間識別度，而且在大霧、降水、霧霾等惡劣天氣情況下，也能夠使駕駛人看清相關指路信息，對于提高通行效率、預防交通事故均起到關鍵作用。案例項目擬在全線設置約20個主動發光標志，主要設置在村口、路側重要開口、彎道密集處等位置?？紤]到持續惡劣氣象條件下發光標志牌的可持續使用需求，案例項目的發光標志牌的供電均采用就近接入市電供電的方案。

4 結語

該文介紹了國道G236公路改造項目為加強公路交通信息收集監測能力所應用的一系列技術設計。該項目的交通信息收集監測系統由交通事件監測系統、人行橫道交匯預警監測系統、車輛快速監測及反饋系統、交通量調查系統、合流交匯預警系統、氣象環境監測系統、無人機巡航監測系統等7方面的技術系統構成。該項目的交通信息顯示服務系統由交通信息發布系統和自發光安全誘導系統構成。高效率的交通信息收集監測系統能夠助力公路管理部門迅速搜集和反饋各種交通信息，幫助公路管理部門在最短時間內提供事件響應，及時處理交通事件，從而提高公路交通的通行效率、安全性及服務質量。

參考文獻

[1]李珊. 道路交叉口交通監測及信號燈配時研究與設計[D]. 西安：西安工業大學， 2022.

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[3]岳文偉. 城市交通擁塞控制策略研究[D]. 西安：西安電子科技大學， 2020.

[4]郭濤. 城市快速路匝道分合流區交通運行特性及優化控制方法研究[D]. 青島：青島理工大學， 2014.