霧區(qū)安全保障技術(shù)與設(shè)施

霧區(qū)安全保障技術(shù)與設(shè)施1.1討論背景高速大路網(wǎng)是國(guó)家和地區(qū)在防災(zāi)救災(zāi)和戰(zhàn)斗時(shí)期國(guó)家經(jīng)濟(jì)進(jìn)展、人民生活持續(xù)進(jìn)行和國(guó)家平安的重要保障。高速大路以其順暢的線形,寬敞的車(chē)道,全封閉、全立交的交通掌握以及各種有效的交通平安措施,為車(chē)輛供應(yīng)了良好的行車(chē)條件。車(chē)輛只有以較高的車(chē)速行駛,才能充分發(fā)揮高速大路的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí),人們也己經(jīng)習(xí)慣了高速行駛。但在惡劣天氣條件下,高速大路上極易發(fā)生交通事故。惡劣天氣包括霧、雪、沙塵暴、冰、暴雨、閃電、大風(fēng)等,是造成道路交通事故的重要因素之一。據(jù)調(diào)查,在全部的交通平安事故中,有近四分之一是由于惡劣天氣引起的,可見(jiàn)其對(duì)交通平安的危害之大。惡劣天氣的發(fā)生可以導(dǎo)致:一是降低了車(chē)輛和道路之間的附著力(如在冰雪、小雨等天氣條件下);二是降低空氣的能見(jiàn)度(霧、雪、暴雨和沙塵都可能引發(fā)此類(lèi)后果);三是轉(zhuǎn)變了汽車(chē)的受力狀態(tài)(如大風(fēng)的影響),使車(chē)輛所受的側(cè)向力成倍增大,造成行車(chē)過(guò)程中的側(cè)向失穩(wěn)而發(fā)生交通事故;四是對(duì)駕駛員心理的不良影響導(dǎo)致超速行駛。道路交通事故已成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展中嚴(yán)峻的制約因素,時(shí)刻危害著人民的生命和財(cái)產(chǎn)平安。如何保障惡劣天氣下的大路通行力量和交通平安己經(jīng)成為每個(gè)國(guó)家都很重視的社會(huì)平安問(wèn)題,其中高速大路霧區(qū)的交通平安保障就是其重要組成部分。1.2高速大路交通平安影響因素2003年,我國(guó)公安交通管理部門(mén)共受理了667507萬(wàn)起道路交通事故案件,死亡人數(shù)達(dá)104372萬(wàn),受傷人數(shù)494147萬(wàn)人,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)33.7億元,而惡劣天氣導(dǎo)致的交通事故就占總數(shù)的24.5%。圖1.1是2003年我國(guó)各種天氣條件下的事故死亡人數(shù)構(gòu)成示意圖。圖1.12003年各種天氣條件下的事故死亡人數(shù)構(gòu)成示意圖據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明,全世界每十年因霧發(fā)生的交通事故,導(dǎo)致幾乎6000人死亡。霧導(dǎo)致的能見(jiàn)度下降嚴(yán)峻地影響了高速大路的行車(chē)平安,并帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)、交通、法律等問(wèn)題。法國(guó)在1986年,有1200起交通事故(不含市內(nèi))是由于霧引起的,造成182人死亡,175人受傷,1352人輕傷;美國(guó)每年因濃霧而引起的車(chē)輛碰撞損失高達(dá)3億美元以上;英國(guó)的倫敦、我國(guó)的重慶和上海等很多城市都曾因大霧而使車(chē)輛減速行駛以至完全停止交通。雖然世界各國(guó)大路交通事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并未表明霧會(huì)在多大程度上增加交通事故的危急性,但很多嚴(yán)峻的交通事故都和霧有關(guān),而且常常是多車(chē)連環(huán)追尾相撞的重、特大惡性交通事故,其中的一些在世界范圍內(nèi)都產(chǎn)生了巨大的影響。1.2國(guó)內(nèi)外對(duì)霧區(qū)交通平安保障技術(shù)的應(yīng)用討論狀況1.2.1國(guó)外狀況目前,很多發(fā)達(dá)國(guó)家己經(jīng)針對(duì)低能見(jiàn)度條件下的交通流分布、交通事故發(fā)生、交通掌握模式及交通管理的體系進(jìn)行了一系列的討論。(1)美國(guó)討論狀況美國(guó)對(duì)霧區(qū)高速大路的交通平安服務(wù)提出了詳細(xì)要求,NTSB(美國(guó)運(yùn)輸平安理事會(huì))就明確要求霧區(qū)高速大路具備以下掌握措施:對(duì)交通流和霧的分布進(jìn)行準(zhǔn)時(shí)檢測(cè),在霧區(qū)范圍內(nèi)降低并保持車(chē)速,努力降低不同車(chē)輛之間的速度差異。并要求通過(guò)公共信息和教育使機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員能夠了解霧區(qū)行車(chē)的各種掌握措施。美國(guó)目前正在建立道路氣象信息系統(tǒng)(RWIS一RoadWeatherInformatioSysetm)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。在為道路管理部供應(yīng)服務(wù)的同時(shí),道路氣象信息系統(tǒng)也為道路用戶的出行供應(yīng)其它的信息服務(wù)。為了能準(zhǔn)時(shí)地得到精確?????的現(xiàn)實(shí)氣象信息,RWSI系統(tǒng)需要在道路沿線布設(shè)肯定數(shù)量的觀測(cè)站,美國(guó)華盛頓州已在全州布設(shè)了200個(gè)觀測(cè)站(是美國(guó)各州中最多的)。美國(guó)各州針對(duì)各自的詳細(xì)狀況,建立了合適的霧天行車(chē)措施,詳細(xì)如下:猶他州能見(jiàn)度預(yù)警系統(tǒng);猶他州除霧系統(tǒng);維吉尼亞州天氣事故檢測(cè)系統(tǒng):華盛頓州車(chē)速管理;新澤西州道路天氣信息系統(tǒng):加利福尼亞天氣警示系統(tǒng);田納西州低能見(jiàn)度預(yù)警系統(tǒng);卡洛萊納州低能見(jiàn)度提示系統(tǒng)。(2)意大利討論狀況2002年意大利全國(guó)大路嚴(yán)峻交通事故2350起,122人死亡,3500受傷,主要?dú)⑹志褪谴箪F。鑒于歐洲各國(guó)交通事故頻繁,歐盟己經(jīng)做出明確規(guī)定:2010年內(nèi),必需削減一半的車(chē)禍死亡事故。為響應(yīng)當(dāng)決策,意大利有關(guān)部門(mén)于2003年秋推出了一項(xiàng)“抗霧智能大路”方案。該方案由意大利交通部與意大利全國(guó)大路管理局以及菲亞特討論中心合作?！翱轨F智能大路”系統(tǒng)結(jié)合了雷達(dá)和激光技術(shù),它可以“穿透霧氣,利于道路暢通”。在霧環(huán)境下,大路沿途、方向指示牌和拐彎處,平安系統(tǒng)的高壓鈉燈會(huì)頻閃燈光,提高能見(jiàn)度,以削減司機(jī)駕車(chē)時(shí)的心理壓力。意大利的大路和大部分高速大路將為司機(jī)配置先進(jìn)的平安系統(tǒng),雷達(dá)、激光和自動(dòng)駕駛儀將在霧慢中平安導(dǎo)向大路車(chē)輛的駕駛,即使在霧氣蒙蒙的狀況下,各種車(chē)輛的司機(jī)仍可放心駕駛。此技術(shù)將首先用于最易受大霧騷擾的北方帕多瓦一布雷西亞和都靈一卡塞利大路段,然后漸漸向全部常見(jiàn)霧天的地區(qū)推廣,目標(biāo)是至少削減50%的霧天車(chē)禍。除上述技術(shù)外,一種與衛(wèi)星連接的特別技術(shù)將被采納,它可以在第一時(shí)間向全部與該系統(tǒng)用戶傳送交通信息,例如突發(fā)的的交通事故狀況和肇事地點(diǎn)等。此外,“抗霧智能大路”方案還將引進(jìn)一級(jí)方程式賽車(chē)的平安愛(ài)護(hù)設(shè)置,以提高汽車(chē)在險(xiǎn)情下的行駛平安度。(3)澳大利亞討論狀況澳大利亞主要進(jìn)行能見(jiàn)度與車(chē)輛速度以及速度差異性方面的討論,指出霧天事故高發(fā)的緣由主要是車(chē)速過(guò)高和速度差異引起的車(chē)輛間干擾增加。為提高霧天行車(chē)的平安性,澳大利亞在高速大路上實(shí)行了設(shè)置動(dòng)態(tài)情報(bào)板進(jìn)行大霧預(yù)警等措施,并對(duì)設(shè)置后的車(chē)輛速度降低與車(chē)速差異減小進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了設(shè)施的有效性。(4)德國(guó)討論狀況德國(guó)于80年月初期開(kāi)頭在道路沿線布設(shè)天氣檢測(cè)設(shè)備以檢測(cè)天氣的變化及其對(duì)道路交通的影響。在德國(guó)稱(chēng)RWIS為SWSI,SWIS的建立進(jìn)一步增加了氣象檢測(cè)站的數(shù)量。而檢測(cè)得到的信息將匯總到德國(guó)國(guó)家氣象服務(wù)中心,由其發(fā)布天氣信息并討論新的天氣猜測(cè)方法。據(jù)德國(guó)汽車(chē)俱樂(lè)部(ADAC)統(tǒng)計(jì),2001年,德國(guó)一些地區(qū)由于消失冷霧而發(fā)生464起交通事故,傷757人,死亡30人。最近,德國(guó)柏林和勃朗登堡州的化學(xué)工程技術(shù)人員研制出一種新設(shè)備,它能在不添加任何化學(xué)物質(zhì)的狀況下將空氣中的冷霧去除掉,同時(shí)不污染環(huán)境。新除霧方法的原理是將深冷二氧化碳,即干冰撒入霧中,讓干冰擔(dān)當(dāng)結(jié)晶核的作用。專(zhuān)家建議在大路兩側(cè)應(yīng)固定安裝該除霧設(shè)備。(5)瑞典討論狀況瑞典地處北歐,早在1972年就開(kāi)頭嘗試簡(jiǎn)潔的天氣警報(bào)系統(tǒng),此系統(tǒng)通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳遞道路的結(jié)冰狀況?，F(xiàn)在瑞典RWSI系統(tǒng)除650個(gè)野外觀測(cè)站外,還有3顆衛(wèi)星和21個(gè)雷達(dá)觀測(cè)站,因此天氣及道路交通數(shù)據(jù)來(lái)源特別廣泛。但就其使用功能來(lái)講,該系統(tǒng)仍舊主要對(duì)冰雪天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)和發(fā)布信息,在霧天觀測(cè)和警報(bào)中應(yīng)用較少。(6)日本討論狀況日本國(guó)土狹長(zhǎng),水汽豐富,因此也是大霧多發(fā)的國(guó)家,日本所采納的高速大路掌握措施除了能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)及速度、交通量掌握以外,還實(shí)行了“慢車(chē)警告”的掌握措施。即通過(guò)路側(cè)設(shè)置的小型情報(bào)板提示駕駛員前方有慢行或停止的車(chē)輛,并告知駕駛員前方慢車(chē)的距離,督促駕駛員預(yù)先做出反應(yīng),避開(kāi)交通事故。依據(jù)使用的狀況,該措施被證明是非常有效的。1.2.2國(guó)內(nèi)狀況與國(guó)外相比,國(guó)內(nèi)霧區(qū)交通平安的討論工作起步較晚,討論也不夠深化。交通部大路科研所、廣東省交通廳以及中國(guó)氣象局廣州熱帶海洋氣象討論所對(duì)京珠北高速大路紅云霧區(qū)平安保障技術(shù)方面開(kāi)展了相應(yīng)討論,分別進(jìn)行了霧的結(jié)構(gòu)與猜測(cè)預(yù)報(bào)方法討論、霧的觀測(cè)方法的討論、霧區(qū)交通平安與監(jiān)控系統(tǒng)以及霧的監(jiān)控方案的討論等。并且在京珠北高速大路紅云霧區(qū)路段建立了高速大路監(jiān)控系統(tǒng),采納了交通檢測(cè)器、氣象檢測(cè)器、VMS、路側(cè)霧燈等交通監(jiān)控、誘導(dǎo)技術(shù)。北京市大路局開(kāi)展了“高速大路霧警自動(dòng)限速標(biāo)志系統(tǒng)”的討論,著重解決目前華北地區(qū)冬季由于大霧引起的高速大路平安事故和高速大路關(guān)閉問(wèn)題。江蘇省氣象局與江蘇省寧滬高速大路股份公司合作,先后完成了“寧滬高速大路(江蘇段)秋冬季大霧災(zāi)難討論”、“江蘇省高速大路大霧遙感監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)”、總裝備部“低云大霧實(shí)時(shí)檢測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù)系統(tǒng)”。這些討論對(duì)大霧天氣的預(yù)報(bào)和適當(dāng)?shù)慕煌ü芾泶胧┑牟杉{有肯定的指導(dǎo)意義。上海市氣象局建立的城市道路能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。在對(duì)城市霧的討論方面也取得了一系列的成果。徐虹結(jié)合陜西省西寶、西渭、西銅幾條高速大路,討論了秋冬大霧及其特點(diǎn),并提出了概念模型。在城市霧方面,李習(xí)明、楊文賢分別討論了西安地區(qū)的霧,進(jìn)行了個(gè)例分析匯川。這些工作的開(kāi)展為高等級(jí)大路和城市道路氣象服務(wù)奠定了較好的基礎(chǔ)。1.2.3國(guó)內(nèi)一些課題討論近年來(lái)人們的收入水平迅猛提高，汽車(chē)作為交通工具被越來(lái)越多的人使用，隨之而產(chǎn)生的汽車(chē)平安行駛問(wèn)題也漸漸被人們重視起來(lái)。在大霧天氣，政府會(huì)把部分高速大路資源封閉起來(lái)，這種方法削減了大霧天氣行車(chē)所帶來(lái)的平安問(wèn)題，但是國(guó)家資源遭到了鋪張，如何既平安又經(jīng)濟(jì)的解決汽車(chē)的大霧天氣行駛變成了諸多交通部門(mén)考慮的問(wèn)題。隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，嵌入式系統(tǒng)正在應(yīng)用到越來(lái)越多的領(lǐng)域，在交通平安領(lǐng)域亦有很好的應(yīng)用。超聲波作為測(cè)距設(shè)備具有牢靠性高，成本低的優(yōu)點(diǎn)，利用數(shù)字調(diào)制技術(shù)進(jìn)行超聲波數(shù)字發(fā)送能加強(qiáng)超聲波測(cè)距的抗干擾性和平安性。借助GPS對(duì)汽車(chē)進(jìn)行定位增加霧天行車(chē)的便捷性，可實(shí)時(shí)提示駕駛員高速大路出口位置等信息。在這個(gè)背景之下，本文設(shè)計(jì)了一套基于超聲波和GPS的霧天行車(chē)幫助系統(tǒng)的解決方案?；谇度胧絃inux系統(tǒng)，使用三星公司的嵌入式芯片S3C2440作為主掌握芯片，依托于自己獨(dú)立設(shè)計(jì)的超聲波數(shù)字識(shí)別測(cè)距模塊，并借助GPS模塊，對(duì)高速大路霧天行車(chē)幫助系統(tǒng)所需要的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論與設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)做了以下幾方面的工作：1.依據(jù)霧天行車(chē)幫助系統(tǒng)的技術(shù)要求，利用頻移鍵控技術(shù)設(shè)計(jì)了超聲波數(shù)字識(shí)別測(cè)距模塊。模塊使用單片機(jī)進(jìn)行掌握，其軟件算法設(shè)計(jì)主要包括兩部分，第一部分進(jìn)行了通信協(xié)議設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字調(diào)制放射超聲波信號(hào)，其次部分借助有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)解調(diào)算法，實(shí)現(xiàn)了解調(diào)超聲波信號(hào)，通過(guò)比對(duì)于發(fā)送與接收信息內(nèi)容并計(jì)算時(shí)差，最終完成數(shù)