基于車聯(lián)網(wǎng)的高速公路安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)家用轎車數(shù)量呈幾何形態(tài)增長(zhǎng)，但中國(guó)高速公路仍存在配套設(shè)施落后，智能化管理程度低，導(dǎo)致交通擁擠、交通事故頻發(fā)等問(wèn)題，因而利用無(wú)線通信技術(shù)、車載互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及智能管理技術(shù)，設(shè)計(jì)一套完備可靠的高速公路安全預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)提高高速公路使用效率、減少交通事故發(fā)生率，保障行車安全具有重要意義。本文基于中國(guó)高速公路發(fā)展現(xiàn)狀、中國(guó)車聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有技術(shù)水平設(shè)計(jì)提出高速公路安全預(yù)警系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞：汽車物聯(lián)網(wǎng)；高速道路；安全預(yù)警系統(tǒng)

　　一、我國(guó)高速公路安全預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　與普通公路相比，高速公路具有分隔行駛、全封閉、全立交、完備照明設(shè)施和交通管控系統(tǒng)，使得行車速度較快，因而其交通事故具有以下特點(diǎn)：重特大交通事故發(fā)生概率高，事故危害性大。2018年11月21日京昆高速公路山西平陽(yáng)段太原方向發(fā)生多車先后相撞特大交通事故，造成17人死亡，37人受傷，56輛車輛受損。由于雨雪等天氣原因?qū)е碌缆焚|(zhì)量下降時(shí)，高速公路重大交通事故發(fā)生率會(huì)顯著增加；追尾事故多發(fā)，由于高速公路行車速度快，其制動(dòng)距離會(huì)比普通公路長(zhǎng)，追尾發(fā)生率遠(yuǎn)高于普通公路；新手駕駛員更易發(fā)生事故，由于高速公路車況復(fù)雜且多變，新手駕駛員缺乏行車經(jīng)驗(yàn)更易驚慌而采取不當(dāng)措施，因而更易發(fā)生事故，在各省份高速公路事故情況統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)有些地區(qū)發(fā)生事故的駕駛員駕齡不足3年的達(dá)50%以上。

　　二、基于車聯(lián)網(wǎng)的高速公路交通預(yù)警系統(tǒng)需求分析

　　用戶主體即產(chǎn)品或者服務(wù)的使用者，即基于車聯(lián)網(wǎng)的高速公路交通預(yù)警系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象和使用者。交通預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警范圍包括道路狀況、交通運(yùn)輸狀況、應(yīng)急救援等，因而其用戶主體涉及多個(gè)部門，主要分為高速公路使用者、高速公路運(yùn)營(yíng)管理部門、政府相關(guān)機(jī)構(gòu)和科研院所等。

　　1）高速公路使用者

　　高速公路的使用者主要包括客運(yùn)和貨運(yùn)兩大類。客運(yùn)用戶按照路程遠(yuǎn)近可以分為長(zhǎng)途客運(yùn)和短途客運(yùn)，按照客運(yùn)目的可以分為辦公出行、事務(wù)出行和觀光出行等，按照駕駛?cè)藛T類別可以分為自駕出行和非自駕出行等。無(wú)論是客運(yùn)出行還是貨運(yùn)出行，對(duì)于高速公路交通安全預(yù)警系統(tǒng)都存在以下需求：雨雪天氣預(yù)警、路況預(yù)警、道路交通設(shè)施位置查詢（停車、加油站、休息區(qū)、車輛維修站、檢測(cè)場(chǎng)、高速出入口等）以及高速公路緊急救援等服務(wù)。

　　2）高速公路運(yùn)營(yíng)管理部門

　　高速公路管理部門包括救援搶險(xiǎn)部門、交通管理部門、道路管理部門、交通事故救援中心等。救援搶險(xiǎn)部門和交通事故救援中心需要獲取搶險(xiǎn)位置、險(xiǎn)情程度、最佳應(yīng)急救援車輛出行路徑、搶險(xiǎn)物資分布情況；交通管理部門需要獲取交通運(yùn)輸全局及局部情況，并依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)資料生成多種交通管制或應(yīng)急交通疏散調(diào)度方案和管制后道路預(yù)測(cè)情況；道路管理部門需要獲取高速公路實(shí)時(shí)路況信息，在發(fā)生經(jīng)濟(jì)事件時(shí)獲取道路破壞程度和緊急維護(hù)、搶修、重建位置等信息；

　　三、功能需求

　　通過(guò)分析基于車聯(lián)網(wǎng)的高速公路交通預(yù)警系統(tǒng)的用戶主體，我們可以總結(jié)得出這一系統(tǒng)需具備的功能需求：動(dòng)態(tài)交通信息采集；海量信息處理分析；信息傳輸和信息發(fā)布需求。高速公路安全預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的車載單元和路側(cè)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)上傳至車聯(lián)網(wǎng)云端，以大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行海量信息處理，生成可視化分析和預(yù)測(cè)，并通過(guò)信息發(fā)布平臺(tái)將這一信息提供給高速公路使用者。

　　1）動(dòng)態(tài)交通信息采集需求

　　動(dòng)態(tài)交通信息采集系統(tǒng)是利用車載單元和靜態(tài)路側(cè)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，由于高速公路交通預(yù)警系統(tǒng)功能復(fù)雜，因而其數(shù)據(jù)采集需求量大、所涉范圍廣：采集動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公路運(yùn)行狀態(tài)；采集交通量、車速、車輛密度等數(shù)據(jù)，用于判定是否有交通事故或交通擁堵事件發(fā)生，并界定事故嚴(yán)重程度或擁堵等級(jí)，為交通事故救援和交通管制提供數(shù)據(jù)支撐；采集車輛自身數(shù)據(jù)，為車況不佳或存在安全隱患的車主提供預(yù)警；采集車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算車程、車速和預(yù)期運(yùn)行路線等，通過(guò)綜合和分析網(wǎng)內(nèi)所有個(gè)人用戶數(shù)據(jù)，進(jìn)行道路狀況預(yù)測(cè)并為其他出行者提供資訊。

　　2）海量交通信息處理需求

　　高速公路交通預(yù)警系統(tǒng)的核心是對(duì)大量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交通信息進(jìn)行深度挖掘處理，通過(guò)動(dòng)態(tài)交通信息采集單元獲取海量的交通信息后，進(jìn)行海量交通數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、快速提取、多來(lái)源交通數(shù)據(jù)的整合和數(shù)據(jù)共享等，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

　　首先，信息處理系統(tǒng)需具備海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能力。我國(guó)高速公路具有公路總程長(zhǎng)、線路密度大、使用群體數(shù)量龐大的特點(diǎn)，因而通過(guò)采集單元獲取的數(shù)據(jù)龐大，系統(tǒng)應(yīng)具備大批量交通圖片、視頻和車輛數(shù)據(jù)的快速持久存儲(chǔ)能力；為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)功能，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，因而系統(tǒng)需具備快速海量數(shù)據(jù)提取功能，準(zhǔn)確的獲取相關(guān)有用信息；交通信息的采集由車載傳感器和路側(cè)傳感器進(jìn)行，因而車聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)往往由多源頭上傳，為保證預(yù)警系統(tǒng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，需要將多源頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和計(jì)算精度。同時(shí)還應(yīng)該滿足系統(tǒng)內(nèi)各子單元間的數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通功能；在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、整合和提取的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)還應(yīng)該滿足快速分析處理功能，在此可以運(yùn)用新興的大數(shù)據(jù)挖掘和分析工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，從而為預(yù)警系統(tǒng)使用者提供精準(zhǔn)可靠的信息和預(yù)測(cè)服務(wù)。

　　四、預(yù)警系統(tǒng)工作內(nèi)容

　　高速公路安全預(yù)警系統(tǒng)是系統(tǒng)規(guī)劃、預(yù)警管理、信息通訊、計(jì)算機(jī)技術(shù)的一體化，旨在建立及時(shí)、全面、準(zhǔn)確、高效的監(jiān)測(cè)預(yù)防交通事故和應(yīng)急救援系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控出行天氣、道路條件和交通運(yùn)行狀況，預(yù)防交通事故發(fā)生、改善交通堵塞狀況、提高道路負(fù)載能力，廣泛服務(wù)于汽車駕駛員、高速公路管理機(jī)構(gòu)、緊急救援機(jī)構(gòu)等。正如我們?cè)谏衔乃治龅模咚俟钒踩A(yù)警系統(tǒng)包括信息采集檢測(cè)系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和信息發(fā)布系統(tǒng)等幾大模塊進(jìn)行工作。本章將詳細(xì)探討各模塊的工作內(nèi)容。

　　1）信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)對(duì)常見(jiàn)的高速公路交通事故產(chǎn)生原因進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)可能導(dǎo)致交通事故或存在交通安全隱患的信息進(jìn)行收集監(jiān)測(cè)。為了進(jìn)行更好的監(jiān)測(cè)，常常建立高速公路交通緊急事件監(jiān)測(cè)網(wǎng)，用于發(fā)現(xiàn)緊急情況時(shí)加快信息傳遞。常見(jiàn)的檢測(cè)對(duì)象包括：

　　車輛檢測(cè)，車輛檢測(cè)內(nèi)容包括車輛行駛方向、位置變化、行車速度等，這一檢測(cè)通過(guò)車載傳感器和路側(cè)傳感器協(xié)同完成，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，不僅可以據(jù)此進(jìn)行道路狀況分析還可以掌握個(gè)體車輛的行駛狀況，對(duì)危險(xiǎn)駕駛車輛進(jìn)行追蹤控制，從源頭減少道路交通事故的發(fā)生率；掌握故障車輛行駛狀況，進(jìn)行高速公路道路緊急救助。并為后車預(yù)警提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持，避免發(fā)生二次交通事故。

　　高速公路道路狀況監(jiān)測(cè)，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析對(duì)高速公路堵塞進(jìn)行預(yù)警，當(dāng)系統(tǒng)預(yù)判交通需求超過(guò)額定運(yùn)載量時(shí)進(jìn)行警示，從而提前進(jìn)行交通疏導(dǎo)，避免出現(xiàn)大面積交通癱瘓狀況。

　　行車條件檢測(cè)，包括道路冰霜雨雪等氣象指標(biāo)、道路濕度、能見(jiàn)度等路面指標(biāo)以及橋梁和隧道等參數(shù)的檢測(cè)。當(dāng)發(fā)生潛在的行車風(fēng)險(xiǎn)時(shí)及時(shí)進(jìn)行交通預(yù)警，必要時(shí)可實(shí)行交通管制。

　　1）信息傳輸系統(tǒng)

　　高速公路信息傳輸系統(tǒng)主要是指車載傳感器和路側(cè)傳感器收集信息后進(jìn)行的信息傳輸機(jī)制，其主要方式包括傳統(tǒng)統(tǒng)GPS和CDMA模式，以及光纜、寬帶、3G、4G網(wǎng)絡(luò)以及新興的無(wú)線傳輸通信Wifi方式。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]孟祥茹，我國(guó)高速公路交通安全管理的對(duì)策分析，現(xiàn)代交通管理,2000.2（8）

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　　[3]G.r.Winham,IssuesinInternationalCrisisManagement[J].HarvardBusinessReview,1995.

　　作者于志嬌

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