宜昭智慧高速探索之准全天候通行系统
编者按：“准全天候通行系统分为三个大的方面进行建设，分别为精准交通气象系统、常发雾区诱导、凝冰除雪监测。
精准交通气象系统：基于GIS、卫星、雷达等多源气象数据和多维交通路面状态气象模型，融合高速公路气象站实况数据和交通路况数据，打造精准交通气象。
常发雾区诱导：针对雾区道路交通环境设计的智能雾区引导系统，通过安装在道路两侧的智能灯标，警示诱导车辆安全行驶，从而有效避免危险路段车辆追尾事故、二次事故、特别是雾区的连环撞车等恶性事故的发生。
凝冰除雪监测：对路面温度及路面结冰的精确短临预警，适时启动系统泵站和融雪剂溶液喷洒终端机构，自动精准撒布适量的融雪剂，预防路面出现影响行车安全的冰雪湿滑路面状况，降低相关交通事故的发生。”
中国水电十四局土木工程事业部机电管理中心副总经理兼宜昭高速机电工程负责人孙长凡，在赛文交通网与北京交通工程学会联合组织的“智慧交通与气象结合应用实践” 在线研讨会上，分享了基于宜昭高速地形地貌复杂、桥隧比高等情况，气象的准全天候通行方案赋能宜昭高速高效安全通行，主要内容包括路况气象精准监测预报、常发团雾监测诱导以及凝冰监测等。
正文：
01
宜昭高速现状与政策背景
宜昭高速现状及隐患
宜昭高速全长168.102公里，其中主线长135.675公里，按双向四车道高速公路标准建设， 设计速度80公里/小时。
贯穿四川、云南两个省份，以云贵高原地形为主要特征，山川、丘陵、大桥较多，云贵地区空气湿度比较大有易于团雾、短时强降雨的发生，这些条件同时具备的条件下给宜昭高速公路管理带来了巨大的挑战。
因不良天气（雨、雪、冰、横风等道路环境）致使高速公路路面与车辆间附着系数降低，伴随着驾驶人能见度的降低，最终导致高速交通事故频发，且具备事故率高、致死率大、重（特）大事故多的事故特征。
根据高速公路事故原因分类，可分为人的影响、车况的影响以及道路环境的影响，其中道路环境影响占比为34%。道路环境导致了交通事故率高，怎样解决道路环境对交通事故的影响急需解决，因此建设智慧公路是潮流。
图1 高速公路交通事故原因分类图
宜昭高速政策背景
2018年，中国气象局和交通运输部联合行动，发布《中国气象局办公室交通运输部办公厅关于联合开展公路交通气象观测能力评估和站网布局设计工作的通知》（气办函（2018158号），开展公路交通气象观测能力评估和站网布局设计工作。进一步指导和规范全国公路交通气象观测站网的建设、运行和管理，加强全国干线公路网运行监测与科学管理，提高应急处置能力和公共服务水平，实现覆盖全国干线公路的气象监测网络和预报预警服务体系发展目标。
2020年2月，工信部、交通部、公安部等11部委《智能汽车创新发展战略》，推进智能化道路基础设施规划，实现状态全面感知、信息高效处理的智能化道路基础设施。2020年3月，中央政治局常委会要求加快 5G 网络、数据中心、物联网、人工智能等新型基础设施建设进度。2020年3月，浙江交通厅印发《智慧公路建设指南》，作为国内首个印发指南省份，明确提出“实时交通信息监测、车道级交通控制、全寿命周期智能养护”等6大重点任务，在杭绍甬高速示范，这对全国智慧公路建设具有引领作用。
据统计：38%的公路通行受阻是由恶劣天气造成，让高速运营效益遭受巨大经济损失；超过22%的道路交通事故是由突发的不良天气引起，让无数生命意外身亡。触目惊心的伤亡数据背后是公路信息化系统建设的不足。
以下是因恶劣天气导致的交通事故：
（1）暴雨冰冻
2015年2月21日，由于暴雪持续，道路湿滑，黑龙江省绥化市青冈县境内202国道，一辆本CRV车辆失控，冲到对向车道，与一辆大客车正面相撞，导致轿车内3名乘客死亡，大客车内20多名乘客受伤。
图2 暴雨冰冻造成交通事故现场图
2018年12月8日晚20时左右，二广高速益阳清塘段2046km处，因道路结冰导致多台货车失控猛烈碰撞，现场交通中断，此次重大交通事故共造成22辆车相撞、5人死亡、18人受伤。
图3 道路结冰造成事故现场图
（2）团雾
2018年10月19日，在大广高速河南驻马店平舆杨埠收费站南约2公里处，因突发团雾，发生28辆大货车连环相撞事故。
图4 团雾造成交通事故现场图
2019年10月3日，宁洛高速下行线南京方向196Km+070m至196Km+250m间（蚌埠市境内）,因突发团雾引发多点多起交通事故，事故共造成10人死亡。
02
准全天候通行系统赋能宜昭高速
准全天候通行系统分为三个大的方面进行建设，分别为精准交通气象系统、常发雾区诱导、凝冰除雪监测。
精准交通气象系统：基于GIS、卫星、雷达等多源气象数据和多维交通路面状态气象模型，融合高速公路气象站实况数据和交通路况数据，打造精准交通气象。
常发雾区诱导：针对雾区道路交通环境设计的智能雾区引导系统，通过安装在道路两侧的智能灯标，警示诱导车辆安全行驶，从而有效避免危险路段车辆追尾事故、二次事故、特别是雾区的连环撞车等恶性事故的发生。
凝冰除雪监测：对路面温度及路面结冰的精确短临预警，适时启动系统泵站和融雪剂溶液喷洒终端机构，自动精准撒布适量的融雪剂，预防路面出现影响行车安全的冰雪湿滑路面状况，降低相关交通事故的发生。
图6 云南宜昭智慧高速全天候通行平台
为进一步预防和减少公路交通事故，创造公路安全的行车环境，旨在通过综合利用新技术，实现对交通流、气象环境的全面感知、精准研判、高效联动、主动干预，从而全面提升公路交通安全保障科技应用水平和全天候通行保障能力。
交通气象大数据平台提供信息，进一步提供系统解决方案。
可支持交管部门的交通管制决策、气象灾害通行保障及路况突发预警等；道路养护方面可实现路政智能管理、节省运维成本及提高相应效率；智慧城市方面可提供道路隐患点预警、道路灾害应急决策等；还支持数据服务定制，形成整体管理平台。
全国路网气象服务平台可提供精准行车气象服务，从而实现道路状况与道路天气精准管理与服务，最终实现的是全天候通行。
最终实现精准交通气象、雾区诱导、凝冰处置及AI视频路况灾害识别四大目标。
图7 准全天候通行系统建设思想图
宜昭高速准全天候通行系统创新特点有以下4个方面：
（1）全方位感知
全国、省级路网路况监测预测。对全国、省级路网路温、隐患点监测预测，实现全国公里级覆盖。
（2）精准预报
分钟级公里级交通气象预报。自主研发气象大数据预报模型，每公里10分钟更新频率，预测准确率85%以上。
（3）智能决策
交通管制、道路养护决策支持。道路风险、行车风险识别，科学精细化道路养护决策支持，降低事故，节约运营成本。
（4）智能物联
应对恶劣天气的处置系统。AI视频技术气象监测结合实现气象灾害识别，通过行车安全智能诱导、凝冰监测预测及处置保障恶劣天气下道路安全运行。
宜昭高速准全天候通行系统分为6层，分别为服务层、业务应用层、数据服务层、算法层、通信层及智能感知层。通过这6层，实现了从前端的设备到后方平台，达到设备、人及系统相互交汇，实现三方互联互通，最终形成准全天候通行系统的智能化，为运营管理者提高管理效率，减少管理成本。
图8 准全天候通行系统总体框架
以下是准全天候通行系统的应用展示，针对局地恶劣交通气象环境进行检测感知预警，数据经过采集、分析、研判、展示，发布交通气象灾害预测预警，形成面向服务的应用和管控决策支持。
图9 准全天候通行系统应用展示图
以下是全天候通行系统的子系统行车安全智能诱导及防撞预警，该系统由交通气象环境感知设备、行车安全智能诱导装置（智能诱导边缘标）、现场控制主机设备（数据预处理器）三大核心设备组成；可结合监控摄像机、交通广播、可变情报板、交通流检测器、多要素气象站等配套监控设施与设备，具体实现道路轮廓线形强化指示、道路行车安全同步诱导、间距提示防止追尾警示、施工作业区域防控警戒、停车碰撞事故检测预警、设备状态在线远程监控、动态信息标志联动发布、沿线交通视频路况监测及外部传感设备接入协同等。
图10 行车安全智能诱导及防撞预警流程图
介绍关于典型环境下主动式路面积雪凝冰监测预警及处置，该系统实现对路面温度及路面结冰的精确短临预警，依据监测、研判、预警结果，适时启动系统泵站和融雪剂溶液喷洒终端机构，精准撒布适量的融雪剂，降低路面液体冰点，预防路面出现影响行车安全的冰雪湿滑路面状况。该系统典型配置主要由道路交通气象检测预警站、一体化泵站设施、融雪剂溶液自动喷洒管道及喷嘴机构、现场控制主机设备及控制与管理软件系统等组成。
图11 凝冰监测预警及处置系统架构图
主动式路面积雪凝冰监测预警及处置系统包括抗凝冰剂智能撒布控制、设备状态在线远程监控、动态信息标志联动发布及外部传感设备接入协同，下图是建设效果：
图12 旋转步进式喷洒终端及其实际撒布效果
高速公路都是属于多变天气，可能隧道入口是晴天，过了隧道后，在隧道的出口可能是狂风暴雨或者大雾弥漫，也可能是大雪弥漫，通过建设全天候的通行系统，为高速公路的通行提供保障，增加出行的安全，出行更便捷，高速公路管理更智慧，提升高速管理部门形象，同时也可以有效提升恶劣天气下的道路通行效率，减少能源及环境污染。
03
准全天候通行系统在宜昭的未来
站点加密
形成初具规模的专业化、规模化交通气象观测站网，实现宜昭高速路网对雾（团雾）、降水（路面积水、结冰、积雪）等高影响天气的实时监测，用来保障高速公路的全天候通行。
路网一体化管理
从发布交通气象灾害预测预警，形成面向服务的应用和管控决策支持，提升为路网一体化大数据管理平台，深度挖掘气象数据价值，强化业务应用，扩展应用的深度与宽度，以适应公路安全管理不断提高的诉求。
扩大服务
通过交通气象观测站网的建设，融合气象局数据，从路段准全天候通行服务，转变为高速路网全天候通行服务，切实为司乘人员提供通行保障；开展交通气象在高速公路应用的经济价值分析，扩大其经济社会效益。
转自赛文交通网