交通運輸是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，是社會生產(chǎn)、流通、分配、消費各環(huán)節(jié)正常運轉(zhuǎn)和協(xié)調(diào)發(fā)展的先決條件，對保障國民經(jīng)濟持續(xù)健康快速發(fā)展、改善人民生活和促進國防現(xiàn)代化建設等具有十分重要的作用。

    隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，其中的公路客、貨運輸量在逐年不斷地增加，公路客運量、公路貨運量在綜合運輸體系中所占比重越來越大。據(jù)統(tǒng)計，2006年公路完成客運量184.4億人次，旅客周轉(zhuǎn)量10136億人公里；公路完成貨運量146億噸，貨物周轉(zhuǎn)量9647億噸公里。為了適應飛速發(fā)展的國民經(jīng)濟，對客貨運輸量不斷增加的需求和滿足全國1億多輛機動車的方便出行，我國加大了交通基礎(chǔ)設施的建設投入，公路建設速度迅猛增加，到“十一五”末，全國公路總里程將達到230萬公里,其中高速公路將達到6.5萬公里。提高公路的通行能力，增強對交通環(huán)境劣化的應變能力，保證公路安全、高效、暢通的正常運營，已成為全社會十分關(guān)注的問題。

1道路行車環(huán)境劣化對安全、管理與經(jīng)濟效益的挑戰(zhàn)
    在道路行車中，受到了道路行車環(huán)境劣化(如惡劣天氣、人為事故、突發(fā)事件等)的影響，經(jīng)常導致公路運行不暢，甚至完全關(guān)閉。

    全世界范圍內(nèi)道路行車都受到了來自環(huán)境劣化對安全的嚴重挑戰(zhàn)。其中，在惡劣天氣中霧天已成為影響高速公路安全運行的頭號公害，每當有霧天出現(xiàn)，交通事故頻發(fā)，不少多霧地區(qū)只能關(guān)閉交通，不僅給公路管理部門或經(jīng)營性公司帶來經(jīng)濟損失，還大大削弱了公路的通行能力，造成貨物不能及時運達，嚴重影響社會生產(chǎn)，霧天發(fā)生的交通事故也直接給人類生命財產(chǎn)帶來了巨大損失。

    此外，來自不遵守交通規(guī)則的人為事故，和類似于洪水、滑坡、塌方等突發(fā)事件對交通安全的破壞性影響更是不勝枚舉，造成了極大的社會資源和人的生命財產(chǎn)損失。

    每每遇到上述普遍存在、而又伴有大量隨機因素劣化的道路行車環(huán)境，乃至于道路形成了實際通行能力的下降，以及將造成或已經(jīng)造成了極大的社會資源和人的生命財產(chǎn)損失時，迅速對事件中或處于與事件相干邊緣的交通參與體(人、車、貨)實行有效誘導，對于緩解實際事件的發(fā)生，以及降低事件的損失成本，將具有十分重要而又積極的現(xiàn)實意義。

2實現(xiàn)道路行車安全智能化誘導的基本研究
2.1基本思路
    眾所周知，在交通工程領(lǐng)域的交通工程主要包括交通安全設施、監(jiān)控設施、通信設施、收費設施、照明設施、服務設施、環(huán)保設施等。以往在高速公路管理中對交通安全設施主要強調(diào)標志、標線、視線誘導標、護欄、防眩板等靜態(tài)的交通設施為主；而對監(jiān)控設施則包括了幾乎所有反映動態(tài)的交通設施。由于，沒有從設施種類的功能性定位上加以區(qū)分，使得原有的監(jiān)控系統(tǒng)不能包羅萬象，從諸如氣象信息的收集、收費站點圖像的采集、車輛分類、交通流量統(tǒng)計、路政與警車巡邏的動態(tài)，及至可變情報板的設置、路政與警車巡邏的調(diào)度、醫(yī)院與汽修廠的聯(lián)絡、各級指揮中心的協(xié)調(diào)等不一而足。使得現(xiàn)實中的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)大量投入經(jīng)費配置各類信息采集裝置(以視頻攝像頭占絕大多數(shù)的——各種檢測器件)，信息處理裝置(各種配套計算機和服務器)，和信息發(fā)布裝置(可變LED情報板、各種顯示屏或顯示器等)。然而，被人們忽略了最重要的一點是：不能在現(xiàn)場直接為交通參與者提供有效服務，乃是行同虛設，即使配置更多更先進的監(jiān)控設施，也難以發(fā)揮其良好的社會效益和投資單位的經(jīng)濟收益。而監(jiān)控管理部門在發(fā)生道路行車環(huán)境劣化，尤其引發(fā)交通事件時，心理上也就難以推脫莫名的自責。

    因此，從交通工程設施的功能定位出發(fā)，重新調(diào)整各類設施的功能著眼點，讓各類設施在各自恰當?shù)亩x下實現(xiàn)應有的功能，是統(tǒng)籌發(fā)揮交通工程設施效能的關(guān)鍵所在。特別對交通安全設施打破強調(diào)靜態(tài)功能為主的思路，引入“數(shù)字交通”技術(shù)，將會在動態(tài)交通安全設施上實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。顯然，“道路行車安全智能誘導系統(tǒng)”是首先進入我們視線的全新的交通安全設施之一，將是智能交通領(lǐng)域的一項務實的創(chuàng)新與發(fā)展。[nextpage]

2.2基本功能的定義與監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)別
    由于我國高速公路的交通工程技術(shù)標準是以借鑒國外早期的實例與規(guī)范起步的，與近年來快速發(fā)展的新技術(shù)對接沒有實現(xiàn)或很不完善，需要調(diào)整的內(nèi)容有待于實踐和開發(fā)的不斷總結(jié)和充實。

    從交通工程設施的功能定位出發(fā)，交通安全設施應當是以減少交通事故的發(fā)生或減輕交通事故的嚴重程度為目的，主要包括能給交通參與者(通常指處于道路行車環(huán)境中的駕乘人員和現(xiàn)場巡查管理人員)提供道路交通信息，對視線起誘導作用，對車輛運行軌跡出現(xiàn)異常時起適當?shù)谋Ｗo作用的一系列裝備或設施；而監(jiān)控系統(tǒng)應當是以規(guī)范交通秩序、調(diào)節(jié)交通流量、為交通工程設施維護和應急事件處置提供管理平臺為目的，主要包括能給交通管理者與決策層提供交通秩序、交通流量信息，對調(diào)節(jié)交通秩序及交通工程設施維護和應急事件處置預案進行決策或公布的一系列裝備或設施。

    簡言之，交通安全設施是主要為交通參與者提供現(xiàn)場服務的信息、誘導與防護設施；監(jiān)控系統(tǒng)是主要為交通管理者與決策層提供外場服務的信息、監(jiān)視與控制設施。

    而當前科學技術(shù)的發(fā)展和普及，尤其“數(shù)字交通”理念的產(chǎn)生，使得交通工程中的交通安全設施、監(jiān)控設施、通信設施、收費設施、照明設施、服務設施、環(huán)保設施等組成系統(tǒng)間，形成了互相交融的局面，盡管其中各個系統(tǒng)之間形式上的差別(都由數(shù)字或電子、機電技術(shù)產(chǎn)品構(gòu)成)在逐步減少，但是從交通工程設施的功能定位出發(fā)，各類設施在各自恰當?shù)摹岸x”下應當實現(xiàn)的功能，仍然是有著十分明晰的區(qū)別。按功能定位統(tǒng)籌發(fā)揮各系統(tǒng)的實際功能，開發(fā)新的產(chǎn)品應用技術(shù)和設定符合客觀規(guī)律的管理規(guī)則，不斷拓展應用領(lǐng)域，從而收獲潛在的巨大社會效益和經(jīng)濟收益，是體現(xiàn)或領(lǐng)略“數(shù)字交通”風采的關(guān)鍵所在。

2.3實現(xiàn)道路行車安全智能化誘導的可行性
    如前所述，雖然交通工程中的交通安全設施、監(jiān)控設施、通信設施、收費設施、照明設施、服務設施、環(huán)保設施等組成系統(tǒng)間，形成了互相交融的局面，其中各個系統(tǒng)之間形式上的差別越來越小，模糊概念地無限制擴展監(jiān)控系統(tǒng)的涵蓋面，只能不恰當?shù)剡M一步加重監(jiān)控系統(tǒng)的“負擔”，導致管理規(guī)則上的混亂，和業(yè)已龐大的管理軟件與設施的不堪重負。因此，從區(qū)分交通工程設施的功能定位出發(fā)，細化各類設施應當實現(xiàn)的功能范圍，使得各類設施在獨立實施各自“明確的”功能條件下，成為一個個相對獨立的“閉環(huán)系統(tǒng)”，引入“數(shù)字交通”技術(shù)，在各類系統(tǒng)之間實現(xiàn)“無縫鏈接”，將是我們分析“道路行車安全智能化誘導的可行性”的重要基礎(chǔ)。道路行車安全智能化誘導的主要目的：當遇到普遍存在、而又伴有大量隨機因素劣化的道路行車環(huán)境時，以及道路實際通行能力明顯下降，將造成或已經(jīng)造成了極大的社會資源和人的生命財產(chǎn)損失時，迅速對事件中或處于與事件相干邊緣的交通參與體(人、車、貨)實行有效誘導，從而緩解實際事件的發(fā)生和降低事件的損失成本。為完成這一主要目的，與之相對應的是構(gòu)建一種能符合上述要求的系統(tǒng)。

    對于道路行車安全智能誘導系統(tǒng)而言，它是自身帶有電源的獨立閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)作用范圍內(nèi)的道路行車環(huán)境劣化事件將通過人工現(xiàn)場輸入、專業(yè)人員控制性遙控作業(yè)輸入、處于事件現(xiàn)場的環(huán)境識別控制裝置智能輸入形式，完成對誘導設施的分類控制；并通過數(shù)字信息轉(zhuǎn)換、接受、輸出模塊，完成對處于事件中或與事件相干邊緣的系統(tǒng)進行必要的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換，同時按設定的軟件控制程序進行數(shù)字化輸出，實現(xiàn)與相關(guān)(由用戶協(xié)議約定)的系統(tǒng)之間的無縫鏈接；事件中或與事件相干邊緣的系統(tǒng)，亦通過數(shù)字信息轉(zhuǎn)換、接受、輸出模塊，接收來自于另一事件中或與事件相干邊緣的系統(tǒng)傳出的數(shù)字化信息，及時完成對誘導設施的分類控制。

    目前，風能電站或太陽能電站等技術(shù)，可為這樣的無人值守系統(tǒng)提供動力源；基于LED發(fā)光技術(shù)的各種顯示器件，及其它諸如電聲器件，可為戶外的誘導設施提供充足的誘導標識信號；多年來各行業(yè)針對不同環(huán)境劣化開展的系列研究，已促成了各類傳感技術(shù)的長足發(fā)展，光機電一體化的技術(shù)整合，為系統(tǒng)提供了可借鑒的多功能人工、智能控制裝置技術(shù)儲備；日益發(fā)展與普及的數(shù)字通信技術(shù)，可成為最通用和最成熟的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換、接受、輸出模塊；早期已日臻成熟的計算機編程與控制軟件，為實現(xiàn)無縫鏈接提供了最可靠的操作技術(shù)。因此，實現(xiàn)道路行車安全智能化誘導不僅是現(xiàn)實的，也是可行的；同時縱觀每當遇到普遍存在、而又伴有大量隨機因素劣化的道路交行車環(huán)境，使道路實際通行能力下降，嚴重危及人的生命財產(chǎn)和極大的社會資源浪費現(xiàn)象，實現(xiàn)道路行車安全智能化誘導更是十分迫切的，又是十分必要的。[nextpage]

3道路行車安全智能誘導系統(tǒng)的開發(fā)與試驗
3.1基本原理與構(gòu)成
    顯然，道路行車安全智能誘導系統(tǒng)由其功能定位為動態(tài)的交通安全設施之一，根據(jù)其被賦予所要完成的主要任務和基本流程的特點，利用多項專利技術(shù)構(gòu)建最實用且又簡潔的系統(tǒng)，是我們提出本文命題的最主要任務。

限速警告系統(tǒng)
環(huán)境條件智能識別系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)行車動態(tài)警示系統(tǒng)
導航標識系統(tǒng)
太陽能充放電蓄電-○○○○-蓄電充放電太陽能
極板電路池組+○○○○+池組電路極板
信號燈組
傳感裝置輸出控制器傳感裝置

    當今高速公路交通中，道路行車環(huán)境劣化中的霧天是影響高速公路安全運行的頭號公害。每當有霧天氣出現(xiàn)，交通事故頻發(fā)，不少多霧地區(qū)只能關(guān)閉交通，不僅影響大眾出行的公共利益，也給公路管理部門或經(jīng)營性公司帶來經(jīng)濟損失，大大削弱了高速公路的綜合優(yōu)勢。而且因霧天發(fā)生的交通事故也給公路旅行者，甚至救援者的生命財產(chǎn)帶來了巨大損失。道路行車安全智能化誘導系統(tǒng)的研究以適應霧天等低能見度條件作為系統(tǒng)的最典型應用環(huán)境。

    系統(tǒng)主要利用成霧時的各相關(guān)物理變量因素，及霧對光的散射原理，自動切換并組合模擬電信號的變化，使集成電路進入相關(guān)閾值的判定。系統(tǒng)采用太陽能為動力源，加上儲能技術(shù)提供動力，驅(qū)動多功能視覺誘導信號燈給出多種狀態(tài)的輸出，并且配有自我維護、防生物干擾防護功能。

    誘導設施除主動工作的燈組和限速顯示器外，根據(jù)需要還可配置供現(xiàn)場管理者發(fā)布管理信息(Y)和實際交通參與人員危機應急處置(S)，以及和管理中心實現(xiàn)信息互動(YK)的多功能誘導顯示屏。

3.2特點
    本系統(tǒng)充分利用了霧的物理特性，提出了一種電子與光學、機械系統(tǒng)控制方案，并采用一系列集成技術(shù)，可以擴展至對雨、沙塵暴天氣的應用，引用了多項國家專利技術(shù)，具有高科技產(chǎn)品的特點和功能。

(1)可以分段自動識別霧、雨、沙塵暴、煙等有礙駕駛?cè)藛T視線的行車環(huán)境，適時開啟或關(guān)閉位于行車道兩側(cè)的誘導燈組；
(2)在出現(xiàn)或消除有礙駕駛?cè)藛T視線的行車環(huán)境時，分段給出預警限速或解除禁令；
(3)整個系統(tǒng)的應用以綠色能源為動力，和高速公路環(huán)境協(xié)調(diào)一致；
(4)所有結(jié)構(gòu)為確保安全,均采用堅固輕型設計，力求減少給行車事故帶來二次傷害；
(5)采用本項目技術(shù)后，可取代現(xiàn)有反光誘導器；
(6)可根據(jù)車輛動態(tài)給出相應指示信號(如行車和駐車)；
(7)可對傳感器內(nèi)部實現(xiàn)自我維護，并具備防生物干擾的防護功能；
(8)可恰當?shù)亟o出遠距離預警信號；
(9)可實現(xiàn)與相關(guān)系統(tǒng)的無縫鏈接，以及與管理中心的遠程互動；
(10)誘導體系可分級授權(quán)使用——管理中心享有最高使用權(quán)限(對所有誘導設施實行互動)、現(xiàn)場管理者享有優(yōu)先使用權(quán)限(對多功能誘導顯示屏實行有限操作)、其他交通參與者享有應急使用權(quán)(僅對多功能誘導顯示屏的報警進行操作)。

3.3基于實地應用的試驗研究
    2004年6月起至2005年7月，結(jié)合滬寧高速公路的拓寬工程，在鎮(zhèn)——寧支線的4K—10K路段，從應用的角度出發(fā)，對道路行車安全智能誘導系統(tǒng)(以下簡稱“誘導系統(tǒng)”)的技術(shù)方案可行性，及如何配置“誘導系統(tǒng)”，進行了一系列的實驗性試驗研究，研究的主要內(nèi)容如下。[nextpage]

3.3.1霧及其霧天對視認性與對高速公路行車的影響
(1)霧的形成特征；
(2)霧天的視認性；
(3)對高速公路行車的主要影響。
3.3.2霧天行車動態(tài)條件下誘導信號的特性要求
(1)誘導信號色別與頻率的選擇；
(2)誘導信號的布置間距選擇；
(3)誘導信號圖案的比較與選擇；
(4)預警距離的選擇。

3.3.3驗證“誘導系統(tǒng)”的現(xiàn)行技術(shù)方案可行性
(1)系統(tǒng)能源匹配狀態(tài)試驗，驗證是否滿足連續(xù)工作時間的要求；
(2)霧天時的系統(tǒng)開啟靈敏度試驗，驗證是否滿足自動控制要求；
(3)相關(guān)氣象條件下的系統(tǒng)工作性能試驗，包括雨、雪等天氣條件下的系統(tǒng)工作性能試驗；
(4)特定氣象條件下的模擬試驗，包括煙與沙塵的模擬試驗。

3.3.4研究高速公路配置“誘導系統(tǒng)”的技術(shù)條件
(1)通過滬寧高速公路沿線環(huán)境氣候特性的研究，以實驗的方式確定滬寧地區(qū)沿線恰當?shù)南到y(tǒng)開啟氣象閾值；
(2)研究合適的系統(tǒng)安裝形成，包括與道路中設施的各種可能變化相適應的布線方案；
(3)總結(jié)誘導燈具的安裝參數(shù)，包括高度、轉(zhuǎn)角、俯(仰)角；
(4)探討合適的基本配置單元長度，標準配置單元和基本分段的合理性，并做出恰當?shù)呐渲梅诸惡瓦x擇。

3.3.5探索性地試驗“誘導系統(tǒng)”應用中需增強的功能
(1)重要設施地段的光控技術(shù)可行性試驗；
(2)試驗“系統(tǒng)”工作時實現(xiàn)信息遠程傳輸互動的可能性。

4CSZ-I道路(行車安全)智能誘導系統(tǒng)的應用前景
4.1系統(tǒng)簡介
    筆者公司以自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)所有方的身份，參加了滬寧高速公路的拓寬工程，在鎮(zhèn)——寧支線的4K—10K路段進行的對道路行車安全智能誘導系統(tǒng)的實驗性試驗研究，推出了CSZ-I道路(行車安全)智能誘導系統(tǒng)。

    CSZ-I道路(行車安全)智能誘導系統(tǒng)是一種使用綠色電源，用于高速公路在不良視線條件下(如雨、霧、煙、塵等)，行車智能化管理的視(聽)覺導航系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已擁有兩項國家發(fā)明專利證書和兩項實用新型專利證書，以及又新申報并受理一項發(fā)明、一項實用新型專利，產(chǎn)品運用了多項專利技術(shù)，生產(chǎn)工藝先進、結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、安全實用。

4.1.1主要用途
    系統(tǒng)在面對行車方向上提供紅色主動發(fā)光的限速禁令，和沿道路兩側(cè)的交通設施上裝置誘導燈。其間可以據(jù)外界視覺條件智能化及時開啟，并按道路輪廓提供紅色頻閃視覺誘導信號，按行車狀態(tài)提供黃色頻閃視覺警示信號，和按駐車狀態(tài)提供黃色固定視覺警示信號，給駕駛?cè)藛T或其他工作人員有益的提示。

    從而有效緩解在高速公路上行車中因交通量大、速度快，又處于遇有不良視線條件(如雨、霧、煙、塵)時，駕駛員因視覺能見度欠佳，對道路輪廓識別不當與前方行車動態(tài)不明，造成車輛操作判斷失誤，而引發(fā)的交通事故。進而有效增加高速公路通行日與營運收入。系統(tǒng)可通過無線傳輸形式實現(xiàn)遠程互動，同時可供其他現(xiàn)場交通參與人員應急使用。[nextpage]

4.1.2主要特點
(1)自動識別。由霧天傳感控制裝置智能識別不同的外界條件，適時給出控制信號；
(2)分段開啟。以兩公里為單元分段設置本系統(tǒng)，適合于不同的誘導狀態(tài)；
(3)有效疏導。多種視覺信號分類授權(quán)，有效疏導行車間的相互影響；
(4)保障通行。具有適宜的限速與預警距離，便于提前采取適當措施；
(5)環(huán)保協(xié)調(diào)。采用太陽能供電，配套先進的儲能技術(shù)，減少污染和維護工作量；
(6)經(jīng)濟實用。除關(guān)鍵部分采用進口件外，其余將按專利技術(shù)要求在國內(nèi)分功能與總成集成，可按實際需求取舍用于不同場合；
(7)管理互動?？蓪崿F(xiàn)遠程信息共享和誘導設施的管理互動，還可兼顧現(xiàn)場交通參與者的有限互動。

4.2系統(tǒng)主要參數(shù)
循環(huán)壽命：500次。
工作條件：-40℃～60℃。
輸入狀態(tài)：雨、霧、塵。
輸出狀態(tài)：零、單回路、雙回路智能控制對象：道路行車能見距離。
靜態(tài)功能：限速顯示、道路輪廓顯示。
動態(tài)功能：行車顯示、駐車顯示、多功能信息顯示(均據(jù)用戶需要配置)。
其它功能：防生物與自我維護。
成霧最大預警距離：2～4km。
駐車最大預警距離：30m。
遠程信息傳輸距離：不限(據(jù)用戶需要配置)。

4.3應用前景分析
(1)傳感控制裝置單獨應用，為重點路段適時提供警示或限速禁令及其它疏導性指示標志；
(2)傳感控制裝置加裝遠程傳輸裝置，與現(xiàn)有路段SOS通訊線路鏈接，為監(jiān)測中心提供氣象信息指示，可大面積實行預警預告；
(3)僅使用整個誘導系統(tǒng)主導功能——道路輪廓與預警信號單獨應用，為不良天氣條件下的道路通行提供保障措施；
(4)整個誘導系統(tǒng)，主導功能與動、靜信號及多功能顯示屏聯(lián)合應用，為全面提升道路通行，減少追尾事故的發(fā)生提供技術(shù)支撐；
(5)整個誘導系統(tǒng)加裝遠程傳輸裝置，與SOS通訊線路鏈接，為監(jiān)測中心提供遠程信息傳輸，實現(xiàn)道路系統(tǒng)全程暢通和全程信息預警、調(diào)度的互動；
(6)從逐步形成高速公路網(wǎng)及國家重要地區(qū)的全天候行車系統(tǒng)出發(fā)，其應用范圍可優(yōu)先考慮如下場所：

?高速公路環(huán)繞城市邊緣的出入口段；
?特大立交樞紐處；
?地勢低洼、臨近湖泊、河流的大降水量地段；
?重要的港區(qū)通道；
?邊遠地區(qū)重要經(jīng)濟繁華(或國防)路段；
?大型汽車渡口引導段；
?多霧地區(qū)的主干線；
?其它重要示范實驗路段等。

4.4實施方案例
    誘導系統(tǒng)的前期研究受到了有關(guān)方面的關(guān)注，最初被列入國科發(fā)財字【2005】300號項目時，稱之為“高速公路霧天行車智能導航裝置研究與開發(fā)”，曾經(jīng)設想布設近14km的實驗路段，并編制了初步實施方案，其中計劃引入兩套外場氣象設備進行對比試驗。目前方案正處于前期落實中。

5結(jié)束語
    我們注視到當前國際上先進發(fā)達國家在ITS領(lǐng)域里的投入。我們期待高速公路營運管理與安全管理部門率先介入，關(guān)注并推進這一先進的交通安全輔助管理系統(tǒng)的普及與應用，讓道路行車安全管理工作效能與社會、經(jīng)濟效益得到更進一步的提升！