高速公路交通事故预防与紧急救援系统

高速公路交通事故预防与紧急救援高速公路交通事故预防与紧急救援 系统系统 引言引言 随着我国国民经济的迅速发展 高速公路的建设方兴未艾 然而 高速公路的交通安全问题不容乐观 于 1996 年 11 月发 生在沪宁高速公路上的因能见度降低而造成的 44 辆车相撞 死 亡 10 余人 交通堵塞 5 个多小时的重大事故就是其中一例 无 独有偶 1997 年 11 月杭甬高速公路 12 月份京津塘高速公路 均发生过几十辆车尾撞和多人伤亡的重大事故 不言而喻 采 取科学的交通管理措施对于预防高速公路交通事故是极为必要 的 但由于交通事故发生的随机性和突发性 更多的交通事故 又是难以预防的 因此 事故发生后采取及时而有效的紧急救 援措施 对于降低事故所造成的 伤亡和经济 损失 预防第 二次连锁事故甚为重要 鉴于国外目前正在着力开发研究高速公路交通紧急救援的 硬技术 有关紧急救援决策与管理等软技术的研究必将是未来 的发展趋势 开发研究交通事故预防与紧急救援系统还将为形 成我国的智能化高速公路交通管理技术奠定基础 本论文试图探讨高速公路交通事故 预 防管 理 并举 的技术与方法 针对我国高速公路交通及其管理系统的实际情 况 发展智能交通系统的趋势 提出预防交通事故的技术措施 以缩短紧急救援对策的响应时间 提高救援的有效性和可靠性 恢复高速公路通行能力 降低直接和间接的经济损失及人员的 伤亡为目的 提出异常交通紧急救援系统的基本框架及其流程 在此基础上 就我国现有高速公路交通管理提出建议 1 高速公路交通事故特征 异常交通现象的概念及其成因高速公路交通事故特征 异常交通现象的概念及其成因 分析分析 1 1 高速公路交通事故特征 由于高速公路在我国尚属新生的交通设施 所以现状交通 事故类型以驾驶员的不适应性 不良的车况等原因所致的事故 居多 随着高速公路的延伸 驾驶员适应性和车况条件的改善 现状交通事故类型分布将会发生根本性的变化 依据国外高速 公路交通事故类型的分析可知 高发性事故类型依次为 曲线 部事故 合流部事故 分流部事故 其它型事故 因此 高速 公路交通事故的预防也主要是以此为重点 1 2 异常交通现象的概念 高速公路的修建不可能无限制地满足不断增长的交通需求 所以 随之流入交通需求 需求量和 od 比率 的自然增长所 产生的交通阻塞现象 被视为自然性 或平常性 交通阻塞 高速公路上同时存在着另一种可能的情形 即 由随机原因导 致的高速公路通行能力急剧降低 或交通流行驶状态突变的情 况 常称此为异常交通现象 这正是本论文所涉及的概念 其 基本特征表现为 成因的不确定性 发生时间和地点的随机性 1 3 异常交通现象的成因分析 成因之一 突发性交通事故 驾驶员的不当驾驶行为所致的交通事故 车辆故障所致的 抛锚事故 道路设计不当所致的多发型交通事故 行驶中车辆 上落下物所致的突发事故 成因之二 异常天气 大雾或大雨造成能见度降低 致使交通流速度下降 交通 阻塞 事故多发 降雨 降雪以及结冰导致路面摩阻系数降低 造成异常交通现象 成因之三 道路养护施工 道路养护工程常使施工路段形成瓶颈 造成交通阻塞 易 发生交通事故 不难得知 上述的高速公路异常交通现象 都将造成高速 公路通行能力下降 而且突发交通状态的预测存在着一定的难 度 有关于此的讨论还将在下文中论及 2 交通事故预防与紧急救援对策及其系统化问题交通事故预防与紧急救援对策及其系统化问题 2 1 高速公路交通事故预防对策 交通事故的发生虽具有 空间和时间上的 随机性 然而 如前分析的那样 事故多发地段还是可以确定的 由于高速公 路交通流的最大特点是其连续性 车速高 不同 od 的交通流 在进出匝道处存在交织 因此 高速公路交通事故预防对策的 基本考虑是 调节行驶于高速公路各路段的动态交通流与静态 交通设施服务条件的协调 及时地发现异常交通现象 并向随 行的交通流提供相应的信息 为实施紧急救援措施创造条件 1 交通事故多发地段的确定 根据已发生的交通事故数据的分析 可得出事故多发地点 以往的研究曾就曲线 平曲线和纵曲线 部事故发生率与曲线 几何要素间的关系作过探讨 结论表明 平曲线半径与交通事故的关系 半径越小 事故率有变 大的倾向 半径 r 不大于 400m 时 高事故率倾向显著 半径 r 不低于 1000m 时 事故率没有明显的差别 竖曲线的纵坡与交通事故率的关系 降坡越大 事故率 呈升高的趋势 纵坡在 2 3 范围时 事故率无大的差异 当升坡超过 3 时 事故率再呈上升的趋势 除此之外 平纵曲线的组合曲线 交织段长度等也与高速 公路的交通事故率存在着密切的关系 可以根据我国高速公路 交通事故的实际情况 研究确定有关几何要素的边界值 高速 公路沿线的行驶环境和附属设施也影响着高速公路的交通安全 性 因此 交通事故多发地段 或潜在的事故多发地段 应从 上述诸方面加以综合诊断分析后确定 2 以往交通事故预防对策的归纳 表 1 给出了以往交通事故预防对策的归纳 不难看出 以 往的对策 更多采用的是机械式的措施 虽可以一定程度地降 低交通事故率 但对于预防驾驶员的过失所造成的交通事故 交通流的尾撞事故 事故发生后的紧急救援 还远未能有所突 破 3 基于 its 的交通事故预防对策 车辆安全驾驶辅助系统的开发与运用 安全驾驶辅助系统 assd assistance system for safe driving 技术是以人 车 路一体化为背景而提出的 其功能 包括 行驶环境信息提供功能 不仅是白天 特别是在夜间和恶 劣的天气条件下 利用设置于道路和车辆上的检测装置 检测 沿途路况和周边车辆行驶状况等信息 通过信息提供装置将其 提供给行驶中的驾驶员 为驾驶员了解驾驶环境提供支持 危险警告功能 为避免车辆尾撞 或行驶中车辆与高速公 路设施的碰撞 通过路上和车载装置 采集自身车辆与周边车 辆间的位置 障碍物位置等信息 由此判断行驶车辆的危险程 度 当出现险情时 驾驶员可由车载装置 或其它车辆获得危 险警告信息支援 如 前方车辆可以通过其尾部的文字信息提 供装置 向后方随行车辆提供危险警告信息 另外 车辆自身 还可装备车况自检系统 表 1 驾驶辅助功能 此功能是为了避免驾驶员生理和心理上的 缘故导致的不当驾驶行为而提出的 如 当驾驶员出现疲劳状 态 或驾驶判断不当时 向驾驶员作出提醒 同时对车辆的制 动系统和方向控制系统加以自动控制 自动驾驶功能 这是车辆安全驾驶辅助系统的最高功能 除具有上述的基本功能外 还包括 车辆自动制动 车速自适 应 路径识别与选择等功能 以上的车辆安全驾驶辅助系统的基本功能 是新一代高速 公路交通事故预防技术的发展趋势 但是 这些技术是以高新 技术和高投入为基础的 我国尚处在发展阶段 可有步骤 分 阶段地发展其中的行驶环境提供 危险警告和驾驶辅助技术 基于交通状态图像自动识别系统 aids 的交通事故预 对策 交通状态自动识别系统 aids automatic incident detection system 是运用图像处理技术 自动地检测行驶中的 车辆为避开道路上异常情况的行驶轨迹 并将此信息传送给交 通控制中心和路上的后续车辆 采用这一系统可以瞬时地发现 异常交通现象 对于迅速地进行伤员救护 事故处理 降低事 故所造成的交通阻塞 以及预防后续车辆的尾撞事故等都具有 着重要的作用 以往 突发事件的信息主要是通过 sos 电话 手动监视器 巡逻车 各类检测器等手段来获得 因此 事故发生后采取控 制管理措施的响应时间极为迟缓 以日本阪神高速道路的情况 为例 过去的某段时间内 曾获得 31 件突发事件的信息 相关 的分布情况分别如图 1 图 2 所示 不难得知 采用以往的手 段 从事故发生到被发现的平均时间约为 8 分钟 图 2 而 导入 aids 后 仅须几秒钟就能确认事故的发生 图 1 通常获取突发事件信息手段及分布 图 2 通常手段发现突发事件的时间分布 2 2 异常交通紧急救援对策 异常交通紧急救援对策的基本考虑应是 最大限度地降低 异常交通所致的人员和物的损失 恢复高速公路的通行能力 减少异常交通状态下高速公路的流入交通需求 1 紧急救援管理部门的组织与分工 高速公路异常交通的紧急救援管理作业 涉及到诸多的业 务部门 主要包括 高速公路交通管理中心 交通警察部 门 医务部门 事故排除部门 消防部门 特种物 品 化学物品等 处置部门 巡逻管理部门 2 信息采集与异常交通状态判断和预测 这里的信息是指高速公路环境 气象等 和交通状态 交 通流量 密度 速度 排队长度 异常交通现象等 信息 异 常交通现象类型的判断 确认是在信息采集的基础上 通过交 通管理中心的人员来实现 异常交通状态的预测 则可运用状 态模型加以预测 异常交通信息的采集手段有 基于检测器的异常交通信息采集 由于异常交通造成的交通阻塞消散时间与紧急救援的响应 时间成指数关系 所以及时地发现异常交通现象具有重要的意 义 为采集异常交通信息 有必要加大沿线检测器的密度 一 般以 500m 间距为宜 事故多发地段还可以再加大此密度 基于紧急电话和巡逻手段的异常交通信息采集 这是常规的异常交通信息采集手段 突发事故发生后至被 发现的时间 取决于紧急电话的设置密度和巡逻频率 一般情 况下缺乏及时性 见图 2 基于 aids 的异常交通信息采集 aids 几乎可以在突发事故发生的同时获取异常交通信息 但由于该系统的成本较高 所以尚难在高速公路上大范围地使 用 因此 事故多发段以外地点的异常交通信息采集 还需要 借助 的手段来实现 基于路车间信息系统的异常交通信息采集 路车间信息系统 racs road automobile communica tion system 是通过车辆上的装置和设于路上的通信接收与 发射装置 实现行驶中的车辆与管理中心的通信 当车辆自身 遇有险情时 可以通知管理中心 并通过该中心将此信息提供 给周边的车辆 3 提供交通信息服务 当发生异常交通现象时 及时地向其上游的车辆提供交通 信息 既可以让这些车辆了解前方的交通状态 采取适当的对 策预防尾撞事故的发生 又可以诱导上游的交通流绕行 一方 面减少这些车辆的等候时间 另一方面降低事故突发路段的交 通压力 为迅速恢复正常交通提供条件 常提供的交通信息包 括 通过信息板提供的关于异常交通现象的发生地点和事故 类别的信息 通过交通广播或车载导行系统提供的上述内容 的交通信息 流入和流出诱导信息 车道或行驶速度限制 信息等 4 紧急救援方案的决策 在获悉异常交通现象发生后 应视其异常交通的类型和程 度 迅速地就以下的救援方案作出决策 即 突发事件现场 的调查与管理方案 紧急救援技术方案与装备 救援线路 上游流入交通的迂回诱导与控制管理方案 关联平面道路 的紧急管理方案 紧急救援方案决策是依据实际情况 选取事 先已研究提出的各种可能方案的过程 2 3 高速公路异常交通紧急救援对策的系统化问题 高速公路异常交通紧急救援措施所涉及的管理业务和部门 繁多 如何最佳地采取救援措施 这就要求我们立足于系统工 程的思想 对前述紧急救援对策加以系统化整理 同时可为进 一步确定系统的优化目标和约束条件奠定基础 图 3 所示的便 是高速公路交通事故紧急救援系统的框架和各要素的关系 由 此可知 当高速公路出现异常状态时 要确保紧急救援活动的 效率化 除了要求诸多部门间通讯系统的畅通 关键在于强化 高速公路交通管理体制 制定严密的紧急求援规程和必要的章 法 随之异常交通现象类型的不同 可能仅涉及其中的几个部 门 但为了说明问题 图 3 中给出了一般情形 另外 由事故处理流程可知 要缩短交通事故处理时间 降低此时高速公路交通阻塞 及时地发现交通事故 各有关部 门最快地到达现场 迅速而有效地采取紧急救援措施至关重要 并且 与之配套的交通管理措施 对于确保救援车辆及时地进 出现场 缓解交通阻塞同样是重要的 3 改善我国高速公路交通管理应采取的举措改善我国高速公路交通管理应采取的举措 虽然我国高速公路的修建历史仅约 10 年 但同时建起的 高速公路监控系统的数量已成规模 几乎没有那一条高速公路 未建监控系统 而且 硬件设施未必落后于发达国家的水平 然而 遗憾的是 至今为止 真正能够对高速公路交通实施控 制与管理的系统屈指可数 更多的仅是 只监不控 的系统 因 此 投巨资修建的监控系统 很难为管理交通发挥作用 应该 看到 由于我国大部分高速公路的交通需求还处在较低的水平 所以近期的交通堵塞问题尚不显突出 但这并不意味高速公路 的运营状况可以乐观 1 强化交通管理体制 由于历史的原因 我国高速公路的管理体制错综复杂 阻 碍着高速公路交通的高效运营 不当 或低效率的管理将可能 导致重大的交通事故和严重的交通阻塞 我们有必要正视高速 公路不同于普通道路的特征 应以交通的安全 效率化为目标 打破部门及地域的界限 强化其管理体制才能真正意义上地改 善我国高速公路的交通管理现状 2 建立高速公路交通信息系统 交通信息采集系统 区分正常和异常交通信息 包括流 量 速度 od 分布 交通阻塞状态和类别 交通事故数量和