基于车联网的高速公路安全预警系统设计

基于车联网的高速公路安全预警系统设计

于志娇

（北京卡达克科技中心有限公司）

摘要：随着中国经济的发展，我国家用轿车数量呈几何形态增长，但中国高速公路仍存在配套设施落后，智能化管理程度低，导致交通拥挤、交通事故频发等问题，因而利用无线通信技术、车载互联网技术及智能管理技术，设计一套完备可靠的高速公路安全预警系统，对提高高速公路使用效率、减少交通事故发生率，保障行车安全具有重要意义。本文基于中国高速公路发展现状、中国车联网现有技术水平设计提出高速公路安全预警系统。

关键词：汽车物联网；高速道路；安全预警系统

与普通公路相比，高速公路具有分隔行驶、全封闭、全立交、完备照明设施和交通管控系统，使得行车速度较快，因而其交通事故具有以下特点：重特大交通事故发生概率高，事故危害性大。2018年11月21日京昆高速公路山西平阳段太原方向发生多车先后相撞特大交通事故，造成17人死亡，37人受伤，56辆车辆受损。由于雨雪等天气原因导致道路质量下降时，高速公路重大交通事故发生率会显著增加；追尾事故多发，由于高速公路行车速度快，其制动距离会比普通公路长，追尾发生率远高于普通公路；新手驾驶员更易发生事故，由于高速公路车况复杂且多变，新手驾驶员缺乏行车经验更易惊慌而采取不当措施，因而更易发生事故，在各省份高速公路事故情况统计时发现有些地区发生事故的驾驶员驾龄不足3年的达50%以上。

二、基于车联网的高速公路交通预警系统需求分析

用户主体即产品或者服务的使用者，即基于车联网的高速公路交通预警系统服务对象和使用者。交通预警系统的预警范围包括道路状况、交通运输状况、应急救援等，因而其用户主体涉及多个部门，主要分为高速公路使用者、高速公路运营管理部门、政府相关机构和科研院所等。

1）高速公路使用者

高速公路的使用者主要包括客运和货运两大类。客运用户按照路程远近可以分为长途客运和短途客运，按照客运目的可以分为办公出行、事务出行和观光出行等，按照驾驶人员类别可以分为自驾出行和非自驾出行等。无论是客运出行还是货运出行，对于高速公路交通安全预警系统都存在以下需求：雨雪天气预警、路况预警、道路交通设施位置查询（停车、加油站、休息区、车辆维修站、检测场、高速出入口等）以及高速公路紧急救援等服务。

2）高速公路运营管理部门

高速公路管理部门包括救援抢险部门、交通管理部门、道路管理部门、交通事故救援中心等。救援抢险部门和交通事故救援中心需要获取抢险位置、险情程度、最佳应急救援车辆出行路径、抢险物资分布情况；交通管理部门需要获取交通运输全局及局部情况，并依据系统内资料生成多种交通管制或应急交通疏散调度方案和管制后道路预测情况；道路管理部门需要获取高速公路实时路况信息，在发生经济事件时获取道路破坏程度和紧急维护、抢修、重建位置等信息；

3）政府相关机构

国家交通部和公共安全保障部门等相关机构和部门具有维护高速公路正常交通需求、保障高速公路服务能力、维护道路安全及社会稳定的义务和责任，因而此高速公路安全预警系统应满足其获取道路交通运输信息、灾害发生情况、应急救援进度、各部门需协调的任务、应急救援规划方案等。使得有关部门可以以实际道路交通情况为基础，修订交通宏观政策，制定交通发展规划等。

4）科研院所

车辆工程、道路建设、桥梁设计、交通管制、灾害抢险等领域的科研院所都需要依据实际情况进行研究探索，因而相关科研机构存在获取交通运输相关数据、车联网运行数据、灾害道路信息等。

三、功能需求

通过分析基于车联网的高速公路交通预警系统的用户主体，我们可以总结得出这一系统需具备的功能需求：动态交通信息采集；海量信息处理分析；信息传输和信息发布需求。高速公路安全预警系统通过车联网内的车载单元和路侧单元进行数据实时采集，并通过信息传输系统上传至车联网云端，以大数据技术进行海量信息处理，生成可视化分析和预测，并通过信息发布平台将这一信息提供给高速公路使用者。

图4.1高速公路安全预警系统功能结构图

1）动态交通信息采集需求

动态交通信息采集系统是利用车载单元和静态路侧单元进行数据采集的，由于高速公路交通预警系统功能复杂，因而其数据采集需求量大、所涉范围广：采集动态交通数据以实时监测公路运行状态；采集交通量、车速、车辆密度等数据，用于判定是否有交通事故或交通拥堵事件发生，并界定事故严重程度或拥堵等级，为交通事故救援和交通管制提供数据支撑；采集车辆自身数据，为车况不佳或存在安全隐患的车主提供预警；采集车辆运行数据，计算车程、车速和预期运行路线等，通过综合和分析网内所有个人用户数据，进行道路状况预测并为其他出行者提供资讯。

2）海量交通信息处理需求

高速公路交通预警系统的核心是对大量实时动态交通信息进行深度挖掘处理，通过动态交通信息采集单元获取海量的交通信息后，进行海量交通数据的存储、快速提取、多来源交通数据的整合和数据共享等，并在此基础上进行数据分析。

首先，信息处理系统需具备海量数据存储的能力。我国高速公路具有公路总程长、线路密度大、使用群体数量庞大的特点，因而通过采集单元获取的数据庞大，系统应具备大批量交通图片、视频和车辆数据的快速持久存储能力；为实现系统各项功能，需要对数据进行提取分析，因而系统需具备快速海量数据提取功能，准确的获取相关有用信息；交通信息的采集由车载传感器和路侧传感器进行，因而车联网中的数据往往由多源头上传，为保证预警系统分析结果的准确性和可靠性，需要将多源头的数据进行整合处理以提高数据质量和计算精度。同时还应该满足系统内各子单元间的数据共享和互联互通功能；在数据存储、整合和提取的基础上，系统还应该满足快速分析处理功能，在此可以运用新兴的大数据挖掘和分析工具对数据进行可视化处理，从而为预警系统使用者提供精准可靠的信息和预测服务。

3）信息传输交互需求

信息传输是将从各子系统采集来的数据传输到处理中心进行信息加工和处理，完成后再将加工后的信息传输给不同用户的过程。随着高速公路监控管理运营系统的完善，为了最大限度的发挥高速公路网络的整体效益和作用，提升对高速公路的管理水平和服务质量，高速公路安全预警系统应该满足多功能的联网传输需求。支持预警系统内多单元同时接入、信息交互功能，如发生交通堵塞时，允许交通监管部门和个人用户同时获取堵塞位置、堵塞距离、预期缓解情况等信息。

四、预警系统工作内容

高速公路安全预警系统是系统规划、预警管理、信息通讯、计算机技术的一体化，旨在建立及时、全面、准确、高效的监测预防交通事故和应急救援系统。该系统通过实时监控出行天气、道路条件和交通运行状况，预防交通事故发生、改善交通堵塞状况、提高道路负载能力，广泛服务于汽车驾驶员、高速公路管理机构、紧急救援机构等。正如我们在上文所分析的，高速公路安全预警系统包括信息采集检测系统、信息传输系统、信息处理系统和信息发布系统等几大模块进行工作。本章将详细探讨各模块的工作内容。

1）信息监测系统

信息监测系统根据对常见的高速公路交通事故产生原因进行监测,对可能导致交通事故或存在交通安全隐患的信息进行收集监测。为了进行更好的监测，常常建立高速公路交通紧急事件监测网，用于发现紧急情况时加快信息传递。常见的检测对象包括：

车辆检测，车辆检测内容包括车辆行驶方向、位置变化、行车速度等，这一检测通过车载传感器和路侧传感器协同完成，并利用计算机进行相关数据处理，不仅可以据此进行道路状况分析还可以掌握个体车辆的行驶状况，对危险驾驶车辆进行追踪控制，从源头减少道路交通事故的发生率；掌握故障车辆行驶状况，进行高速公路道路紧急救助。并为后车预警提供相关数据支持，避免发生二次交通事故。

高速公路道路状况监测，以实时数据分析对高速公路堵塞进行预警，当系统预判交通需求超过额定运载量时进行警示，从而提前进行交通疏导，避免出现大面积交通瘫痪状况。

行车条件检测，包括道路冰霜雨雪等气象指标、道路湿度、能见度等路面指标以及桥梁和隧道等参数的检测。当发生潜在的行车风险时及时进行交通预警，必要时可实行交通管制。

1）信息传输系统

高速公路信息传输系统主要是指车载传感器和路侧传感器收集信息后进行的信息传输机制，其主要方式包括传统统GPS和CDMA模式，以及光缆、宽带、3G、4G网络以及新兴的无线传输通信Wifi方式。

3）信息处理系统

高速公路信息处理系统是指在高速公路信息收集完成后，在智能信息处理中心利用云计算技术、模式识别等信息处理技术对信息进行汇总、筛选、分析，将复杂纷乱的数据以可读性的分析结果呈现，并在存在交通灾害发生可能时进行报警。确定高速公路灾害发生后进行救灾信息分析调度，并将相关信息发送至信息发布系统。

4）信息发布系统

高速公路交通预警信息发布是实现高速公路安全预警的重要环节，包含直接发布信息和间接发布信息两种方式。直接发布的信息包括天气信息、交通信息等，间接发布的信息是指通过信息分析系统交通参数后得出的道路交通状况预测等信息。高速公路安全预警系统信息需要发布至各类用户手中才能充分发挥其作用，因而结合多种信息发布平台及时发布预警信息和服务信息是充分实现预警系统价值的主要方式。

参考文献

[1]孟祥茹，我国高速公路交通安全管理的对策分析，现代交通管理,2000.2（8）

[2]BairdT.TowardaContingencyModelofStrategicRiskTaking[J],AcademyofManagementReview,1985.

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