辽宁省交通规划设计院有限责任公司 辽宁沈阳 110166
摘要：面向多车道高速公路区间行程时间获取的需求，研究一种基于DSRC路侧热点设备采集交通流数据的方法，以及货车车道和客车车道行程时间的估计方法，丰富现有交通流数据采集手段。面向多车道高速公路交通流状态和气象环境状态监测的需要，分析多车道高速公路拓扑结构和交通流特点，研究提出全面覆盖客货混行区与分离区的交通状态智能监测方案。
关键词：多车道，交通状态，智能、监测
1 研究背景
开展高速公路运行监测是确保高速公路安全、畅通运行的重要基础。唯有建立完善的、动态的监测体系，才能更好地获取高速公路运行的真实状态，进而为高速公路管理者日常管理和应急处置提供准确、可靠的决策依据。面向多车道高速公路交通流状态和气象环境状态监测的需要，研究提出全面覆盖客货混行区与分离区的交通状态智能监测方案；研究并提出一种基于DSRC（专用短程通信）的新型交通流采集技术，丰富现有高速公路数据来源。
2 技术路线
多车道高速公路交通状态智能监测技术研究内容按照以下思路开展：首先，调研国内外多车道高速公路智能监测与预测相关技术，收集沈山线道路线型、通行能力、交通量、全货车车型、重载比例、气候环境数据等资料。在此基础上，充分考虑客货混行区与客货分离区高速公路结构特点，结合不同道路结构、气候环境对交通的潜在影响，研究交通流状态、气象环境状态监测点的设置原则和布设模型，为交通流检测设备、气象检测设备、的设置提供依据；再次，研究提出一种基于DSRC的高速公路行程时间估计方法，并利用历史实际交通数据或仿真数据，对研究成果的准确性进行验证。
3 多车道高速公路交通状态监测点布设模型
3.1 问题界定及假设条件
研究的对象是面向多个起点oO和多个终点dD的交通网络，同样也适用于多个路段相连而成的通道。假设以下输入数据是已知的：
提出的传感器网络设计模型本质上是一个离散网络设计问题的特例，因此，构建如下的整数规划模型来寻找传感器布局优化结果。
Min 总不确定性TU
约束条件
传感器匹配矩阵约束：
4 基于DSRC的交通流采集技术
4.1 DSRC设备的布设方法
通过在高速公路沿线合理布设DSRC设备，实现“交通运行状态的实时监测”，并为交通运行状态的实时评估及行程时间的估计与预测等提供数据来源。下图为ETC车辆装载的车载设备（ETC-OBU）通过DSRC设备的信号的覆盖高速公路，被微波信号唤醒，与DSRC设备发生信息交互并将信息上传至监控中心的过程示意图。DSRC设备从ETC车载设备上获取唯一标识车辆的OBU_ID，并将该OBU_ID及交互时间上传至监控中心。
监控中心定时（可配置）对多个DSRC设备上传的信息包进行处理，依据DSRC设备的ID来判断交通信息采集点的位置/路段，及上下行方向；并通过OBU_ID的关联关系判定某路段上行（或下行）方向的拥堵程度、流量等交通状态。
DSRC设备的主要布设原则如下：
DSRC设备拟在现有的监控、信息发布等基础设施上布设，并充分利用已有的供电和通讯设施。依据路段的收费站、高速公路互通的转弯交通量预测数据以及路段的收费站ETC车道数等信息，以ETC收费数据与DSRC检测数据融合为前提，从以下方面考虑并确定DSRC设备的布设位置：
（1）路段的起点、止点，双向分别布设；
（2）高速公路互通转弯比例较大的上游或下游位置布设；
（3）当数据更新周期为10分钟时，DSRC设备平均间隔不超过15公里；
（4）当收费站的转弯预测数据较大，且有ETC车道的，可纳入与DSRC数据的融合，其上下游的DSRC设备间距可适当增加。
4.2 路段区间运行参数估计方法
应用DSRC数据，融合高速公路不停车收费数据，可以实时估计高速公路区间平均速度和行程时间。
区间平均速度和行程时间的估算流程如下：
区间平均速度和行程时间的估算主要包含六步：（1）基于检测器与收费站的位置关系信息，提出路段的划分原则；（2）基于运行参数的实时性需求，给出数据的匹配方法；（3）结合采集的OBU数据与收费站ETC车辆数据，根据ETC车辆的OBU_ID匹配得到单车的行程时间，平均速度数据；（4）根据单车的匹配数据，进一步匹配成一定时间周期的交通流量、平均速度数据；（5）根据估算的区间平均速度数据，结合区间长度信息，估算区间行程时间。
5 多车道高速公路交通状态智能监测方案设计
5.1基本原则
（1）统筹规划、全面布局
沈山高速监测点布局规划从全局出发，按照统一组织领导、统一规划实施、统一标准规范、统一网络平台、统一安全管理的“五统一”原则，充分发挥整体作用和整体效益，避免重复建设和开发，确保建设的顺利实施。
（2）面向需求、突出重点
本项目要坚持“以人为本”，根据沈山高速监测管理的需要，讲求实效，以应用促发展。项目建设要以需求、效果并重为导向，围绕重点建设范围，集中优势资源，稳步推进。
（3）分步实施、适度超前
根据沈山高速监测管理的实际情况和发展需要，制定项目实施计划，结合道路新改扩建计划及资金配置情况，分步实现建设目标，并在条件允许的条件下，将规划建设进度适量超前，以减轻后续建设规模和资金压力。
（4）统一标准、规范流程
从沈山高速监测管理需求出发，强化各类设施建设规范，注重资源整合，提高建设工作流程和应用规范的标准化水平，制定相关建设、应用、网络、安全方面的标准规范。
5.2 规划思路
本布设方案思路按照现状分析——需求分析——关键监测点辨识——制定布设方案——方案咨询——最终方案形成进行。
5.3 监测设施设置方案
本次方案布设设备类型包含
（1）视频摄像机：采集公路沿线交通运行状况、公路基础设施状况、气象状况等进行实时图像，并不被及时发现交通异常事件（交通拥堵、交通事故、隧道火灾等）和车辆特征（牌照）的监测功能，具备对服务区的使用情况进行实时监测、及时发现高速公路内异常事件、提供事件处理依据的监测功能。
（2）交通运行监测设施：具备获取动态公路交通运行数据监测能力，为路网平台提供可靠、准确、实时的交通运行数据。采集数据内容包括：断面交通量（车辆数、分大小车辆类别）、地点速度、时间平均速度。
（3）气象监测设施：能够准确采集公路沿线气象参数，包括能见度、大气温度、相对湿度、风速、风向、降水、路温、路面状态（干燥、潮湿、积水、黑冰、结冰、积雪）等。
5.3.1视频监测设施
1．特大桥梁应设置视频监测设施，其中高速公路跨大江、大河、海湾等特大桥应小于2km间距设置视频监测设施；大型桥梁应设置视频监测设施，宜小于2km间距设置视频监测设施。
2．3000m及以上隧道，应设置视频监测设施，其设置间距应在120m～150m之间；1000m以上隧道宜按照120m～150m间距设置视频监测设施。
3. 高速公路枢纽互通立交应按监视范围和角度设置1～2处视频监测设施；其他互通立交宜按监视范围和角度设置1～2处视频监测设施。
4．省界收费站和城市（地市级）入城收费站广场出入侧应分别设置视频监测设施；其他收费站广场宜根据广场大小设置1～2处视频监测设施。
5．国家I类超限超载检测站、I类交调站应设置视频监测设施；其他超限超载检测站、交调站宜根据监测范围设置视频监测设施。
6．高速公路服务区应按场区分别设置1～2处视频监测设施；
7．易拥堵、易发生重特大突发事件重要路段应设置视频监测设施，其中高速公路路段应小于2km间距设置视频监测设施。
8．恶劣气象条件频发路段应设置视频监测设施，其中高速公路路段应小于2km间距设置视频监测设施。
9．高速公路避险车道、长大下坡路段、地质灾害易发路段等应设置视频监测设施。
5.3.2 交通运行监测设施
1．易拥堵、易发生重特大突发事件的重要路段应设置交通运行监测设施，其中高速公路路段应小于2km间距设置交通运行监测设施；
2．恶劣气象条件频发路段应设置交通运行监测设施，其中高速公路路段应小于2km间距设置交通运行监测设施；
3．特大型桥梁两侧应设置交通运行监测设施，其他桥梁两侧宜设置交通运行监测设施；
4．3000m及以上隧道应按照300m～750m间距设置交通运行监测设施；1000m及以上隧道宜按照300m～750m间距设置交通运行监测设施；
5．高速公路互通立交应在主要分流方向上游300~500米设置交通运行监测设施；
6．省界收费站和城市（地市级）入城收费站应设置交通运行监测设施，布设位置应距主线收费站距收费车道2000米以上；其他收费站宜设置交通运行监测设施，布设位置应距主线收费站距收费车道2000米以上；
7．高速公路服务区进出口匝道距高速公路主线50~100米处应设置交通运行监测设施；
8．国家I类超限超载检测站应设置交通运行监测设施，其他超限超载检测站宜设置交通运行监测设施；
9．认定为监测点的停车区、避险车道、长大下坡路段、地质灾害易发路段等宜根据自身管理需求合理设置交通运行监测设施。
5.3.3 气象状态监测设施
1. 以大雾为主要恶劣气象条件的路段，气象监测设施须能够采集能见度参数。对于季节性浓雾多发地区，气象监测设施应按15～20km间距布设；对于浓雾多发的山区和水网地区，应按10km间距布设。
2．以结冰为主要恶劣气象条件的路段，气象监测设施须能够采集路面潮湿、结冰等路面状况参数。路段长度小于15km，在路段中部或两侧适合位置布设1～2处气象监测设施；路段长度大于15km，按15km间距布设。
3. 以大风为主要恶劣气象条件的路段，气象监测设施必须能够采集风速参数。路段长度小于15km，在路段适合位置布设1～2处气象监测设施，宜选择在风区两侧开始位置附近；路段长度大于15km，按15km的间距布设。
4. 存在多种恶劣气象条件的路段，应同时监测相应环境参数，统筹气象监测设施的布设，以节约建设和运维成本。
6 结语
开展高速公路运行监测是确保高速公路安全、畅通运行的重要基础。唯有建立完善的、动态的监测体系，才能更好地获取高速公路运行的真实状态，进而为高速公路管理者日常管理和应急处置提供准确、可靠的决策依据。通过研究多车道高速公路区间行程时间获取的需求，研究一种基于DSRC路侧热点设备采集交通流数据的方法，以及货车车道和客车车道行程时间的估计方法，丰富现有交通流数据采集手段。通过研究多车道高速公路拓扑结构和交通流特点，面向多车道高速公路交通流状态和气象环境状态监测的需要，研究提出全面覆盖客货混行区与分离区的交通状态智能监测方案。
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论文作者:高明坤
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/2
标签：设施论文; 路段论文; 高速公路论文; 交通论文; 车道论文; 通流论文; 数据论文; 《防护工程》2017年第22期论文;