摘 要：系统分析了国内外智能交通研究现状，确定了干线公路智能交通存在的问题，提出干线公路智能交通监控系统设置建议；基于公众出行服务以及信息发布系统，分析了交通诱导系统的协调性；并从交通环境污染、交通拥堵以及交通安全三方面，提出干线公路智能环境监测系统、交通应急指挥系统以及交通安全预警系统的设置建议。
关键词：干线公路；智能交通；监控系统；交通诱导系统
中图分类号：U412.1 文献标志码：B
0 引 言
伴随着城市化进程的加快，经济建设飞速发展，造成了交通供求关系的不平衡加剧。全国大部分地区交通拥堵现象逐年严重，由此而造成的经济损失愈来愈大[1-2]。因此，中国国民经济对提高干线公路的通行能力、行车安全以及提高行业的管理和服务水平有了迫切的要求。但目前中国干线公路交通存在的部分交通基础设施不够完善、道路交通管理不足、交通管理水平较差、交通拥堵以及超限超载等问题[3-4]，制约着干线公路作用的发挥。改善线形、提高路网密度，可以从一定程度上缓解交通拥堵系列问题，但是需要大量的时间和人力、物力投入，而科学合理的智能交通管理与控制技术的运用，将能达到减缓交通拥挤和提高通行能力的目的。此方法经济有效、不受资源和环境的制约，且随着智能运输系统（ITS）的兴起，智能交通控制和管理逐渐成为解决公路运行问题的主要途径[5-8]。
本文针对干线公路的交通特点，研究干线公路交通智能管理与控制方法，通过增加交通基础建设及建立智能交通管理系统，解决交通环境污染、交通拥堵及安全问题，对今后提高全国干线公路交通水平有十分重要的指导意义。
1 智能交通现状及问题
1.1 智能交通研究现状
美国是世界上最早开展智能交通（ITS）研究的国家，911事件后，美国开始侧重ITS安全设施建设。目前，美国在ITS领域独树一帜，根据其交通基础设施特点和实际需要，已建立起相对完善的车队管理、公交出行信息电子收费和交通需求管理等四大系统及多个子系统和技术规范标准。
日本具有较为发达的高速公路网络，20世纪70年代开发研制的综合汽车交通控制系统（CACs）项目就是日本对智能交通领域的探索。目前，日本名阪国道以及高速公路都设置了突发事件检测系统，能够将道路交通情况及时、实时地传递给后面车辆，以防追尾等交通事故的发生。
欧洲对智能交通系统的研究，吸收了日本和美国的经验。目前正在全面应用开发远程信息处理技术（Telematic），计划在全欧洲建立专门交通（以道路交通为主）无线数据通信网，ITS的主要功能以及交通管理、导航和电子收费等都围绕Telematic及全欧洲无线数据通信网来实现。
中国在交通运输和管理中应用电子信息技术的工作早在20世纪70年代末就已经开始，交通部公路科学研究所与北京市公安局合作，首次在中国进行计算机控制交通信号的工程试验；80年代初，国家科技攻关项目“津塘疏港公路交通工程研究”首次在高等级公路上把计算机技术、通信技术和电子技术用于监视和管理系统；1986～1995年期间，国家在交通管理系统方面开展了一系列科学研究和工程实施，取得了多项科研成果，并开发生产了车辆检测器、可变情报板等多种专用设备，制定了一系列标准和规范。2008年，北京成功举办了举世瞩目的奥运会，建立了现代化交通指挥调度系统，对社会交通和奥运交通进行有效组织和精确管理，保证奥运交通和社会交通有序并行、和谐运转。该系统将视频监控、流量统计、车辆识别、事件检测、违法检测5种功能融为一体，在中国尚属首次。
1.2 干线公路智能交通存在的问题
国内智能交通管理与控制系统在理论和应用上已经取得了阶段性成果，但在干线公路上的应用还存在以下几方面的问题。
（1） 目前有关智能交通系统的研究主要针对城市道路，随着地区公路交通量的不断增加，干线公路同样出现交通堵塞和事故高发的问题，一旦发生交通意外，且得不到迅速处理和调控，影响范围会越来越大。因此，建立一套适用于干线公路的智能交通系统具有重要的现实意义。
（2） 部分交通基础设施不够完善。全国干线公路交通量持续增长，原有的交通基础设施越来越不能满足交通的需要。主要表现在标示标牌密度不足、规格尺寸不够、路径引导详细程度较低及先进性欠缺等方面。
（3） 交通管理水平仍然与发达国家、地区有一定的差距。缺乏传感器技术、电子控制技术等信息化、网络化现代科技手段，使交通管理机制不够科学、统一，导致交通管理决策的系统性、前瞻性、信息化程度不够，难以实现决策的预期效果。
（4） 智能交通控制与管理系统还未实现多层次、全方位，缺乏对整体交通状态的智能化处理，对于公众出行需要的交通信息服务水平不够高。
（5） 部分智能交通系统投入使用后未达到预期目标，交通堵塞、事故以及交通环境污染等现象未得到彻底改善，缺乏智能交通设施、人为交通管理以及道路本身之间多角度的系统的综合联动。
2 干线公路交通监控系统及设置建议
交通监控系统是公路管理系统所必需的现代化信息专用网络，通过对采集的交通信息进行实时分析、处理和预测，采取有效的交通控制手段，预防可能发生的交通事件、事故和阻塞；当出现突发性交通事故或道路环境变化而导致交通阻塞时，通过系统及时发现并采取有效措施进行缓解和排除，以防止对路网交通产生更大的影响，进而实现对公路的流量调度和安全保障。本文结合河北省干线公路不同路段的特点，从总体上对交通监控系统进行设置，具体设置方法如下。
（1） 在干线公路与次干线公路交叉口及城市出入口处设置交通监控系统，数据采集采用被动式红外线检测器。由于交叉口处交通流不稳定，应用视频图像交通事件检测系统，设置摄像头[9]。
（2） 在交通状况整体较差的路段设置监控系统，对已建成或近期内不会扩建且重载交通少的干线公路，安装线圈感应检测器；对正在建设或者将要改建的公路，设置超声波检测器；在道路较宽或者车流量较大的干线公路及电子收费与自动货车称重等需要根据车辆长度确认车辆的路段，设置微波检测传感器；由于路段交通相对平稳，建议建立运用Kohonen神经网络方法的交通事件检测系统。
（3） 在剩余道路设置道路交通监控系统，建立GSM与GPS联合应用定位系统，对干线公路上的道路交通进行定位。
3 干线公路交通控制与诱导系统协调性研究
交通流诱导系统（TCS）与交通控制系统（TFGS）是智能运输系统的两个重要子系统，二者相互协同是实现交通安全、高效、畅通运行的基础，只有通过对道路出行者进行管理与控制，才能解决由道路出行者造成的干线公路交通问题。根据河北省干线公路的特点，提出通过建立干线公路公众出行服务系统与干线公路信息发布系统，解决道路出行交通问题。
3.1 干线公路公众出行服务系统
干线公路公众出行服务系统主要由信息控制中心、查询系统、GIS系统、通讯系统、车辆诱导设备和数据库管理系统组成。该系统含有服务器、数据库、综合接入设备等设施，出行者可在任意网络终点通过查询系统获得道路交通信息及出行路径信息；通讯设备通过与控制服务器和综合介入设备相连，向出行者提供出行及道路交通信息，也可通过通讯设备向控制中心提供出行者出行信息，以实时获得道路交通信息；面向公众的出行服务系统结合GIS系统，在电子地图界面直观展现各种交通信息，可极大地方便道路出行者。
3.2 干线公路信息发布系统
智能化干线公路信息发布系统是交通诱导系统的一个重要组成部分，是当前干线公路重要的交通控制手段。通过对河北省交通流以及气象条件等的分析，设计了不同状态下的信息发布系统方案。
3.2.1 正常状态控制方案
正常状态指的是交通状况和气象条件良好的白天，正常状态控制主要包括限速、保持车距、超车道禁止连续行驶等，信息由可变情报板发布。河北省干线公路限制速度一般为80 km·h-1，交叉口等特殊路段为60 km·h-1。
3.2.2 特殊状态方案
特殊状态根据交通拥堵程度分为临界、轻微堵塞、严重堵塞三种状态。临界状态下，情报板显示黄色字样的“车流量大，谨慎驾驶”，限速值一般设为40 km·h-1；轻微堵塞状态下，情报板显示褐色字样的“前方阻塞，谨慎驾驶”，采用车辆检测器采集的速度作为限速值；严重阻塞状态下，可变情报板显示红色字样“前方严重阻塞”和“车辆自行选择分流”等信息，最低限速值设为10 km·h-1。
3.2.3 特殊气象条件控制方案
雾天能见度小于1 km时，车距与限速指令根据河北省具体交通情况而定；温度大于35 ℃时，限速为60 km·h-1；雨、雪、结冰等气象条件下车距控制与限速根据河北省干线公路实时天气情况而定，并利用情报板提醒驾驶员应注意的事项。
3.2.4 特殊时段控制方案
研究表明，下午5点到7点为事故高发期，由可变限速标志显示限速指令，并由情报板显示“请勿疲劳驾驶”字样；夜间限速标志显示限速为60 km·h-1，情报板显示“请尽量避免超车”、“请勿疲劳驾驶”等字样；施工阶段，由可变情报板显示“前方施工，行车道封闭”等字样。
4 干线公路智能交通管理与其他相关控制技术建议
干线公路在运行中出现的交通拥挤、交通安全以及环境污染等问题制约着干线公路功能的发挥，从改善线形、提高路网密度的角度着手可以在一定程度上缓解交通拥堵系列问题，但需要大量的时间和人力、财力、物力投入，而科学合理的智能交通管理与控制技术的运用，将能达到减缓交通拥挤和提高通行能力的目的。
4.1 交通环境污染智能管理与控制建议
由交通运输而产生的环境污染主要包括大气污染和噪声污染两大部分。智能交通管理与控制系统可以对机动车尾气及噪声级别实施监控，从而控制超标车辆运行，减少超标尾气排放及改善噪声环境。
（1） 建议干线公路设置车辆尾气监测系统。环保尾气监测系统主要是控制机动车的尾气污染和环境信息的发布，涉及信息采集、信息管理控制和信息发布的全过程，是机动车尾气排放管理制度的一个应用系统。
（2） 建议干线公路部分污染严重路段采用智能环境监测设备。车辆在匀速正常行驶的情况下，线控路段上HC和CO的排放因子与非线控路段相比分别降低了50%和 30%；车辆在加速、减速、匀速以及怠速等情况下，线控路段HC和CO的排放量均低于非线控路段，最大降幅可达60%。随着车辆行驶速度的增加，尾气排放逐渐降低，表明对路段进行信号协调可以有效减少污染物的排放量；同时，道路通行顺畅，可以减少汽车鸣笛次数，有效降低噪声污染。
4.2 交通拥堵智能管理与控制建议
智能交通管理与控制技术的核心目的是要改善交通拥堵现状，提高道路安全系数。利用先进的智能化管理设备，合理分配交通流，准确预警安全隐患，可实现交通流畅通无阻，避免可预警的交通事故。应用智能交通系统后，道路交通运输效益提高，使交通拥挤降低20%，延误损失减少10%～25%。
按照惯例，主要道路上的车辆优先通行，通过路口不用停车；沿次要道路行驶的车辆，应让主要道路上的车辆先行，寻找机会，穿越主要道路上车流的空档，通过路口。当主要道路上的交通量过大，无空档供次要道路车辆穿越时，相交车流就会产生阻滞，从而造成交通拥堵。故应在干线道路与该地区主要道路交叉口实行信号控制，分配行驶权；同时建立交通应急指挥系统，更好地保障道路交通有序、安全、畅通，预防和减少重大灾害事件造成的人员伤亡和财产损失，最大限度地减少人为制造灾害或自然灾害事件对可持续发展和市民正常生活的不利影响，提高预防和处置突发事件的能力和水平。
4.3 交通安全智能管理与控制建议
干线公路与次要道路交叉口，无信号控制时，交通事故发生频率较高，且多是由于交通管制不善而引发的货车与小型车辆相撞，或者是货车与货车相撞。另一方面，由于交通量的逐渐增加，车辆大型化、超重现象普遍，给道路安全带来更大的隐患。为了改善这一状况，应对现有平面交叉路口进行智能交通管理与控制技术研究，建立交通安全预警管理系统。
交通预警系统不仅适用于检测道路、分析原因、确定责任和赔偿损失，更重要的是可以根据提供的科学手段发出及时的预警信号和启动紧急救助系统。在干线公路中，此系统将车辆、驾驶员、路政管理部门以及其他相关机构联系起来，通过检测常规交通状况和工作情况，使系统能够推测和预报交通事故。交通安全预警系统除了传统的保障交通效率的功能之外，还具有预警、纠正、应急等新的功能。在系统检测、识别、预警和应急以后，预警管理系统会估计交通安全等级并输出预警信号。与此同时，系统可以防止未被识别管理状况和交通波动的错误。因此，预警信号是预警管理系统一个重要的结果，并且在交通安全预警管理系统中意义重大。
5 结 语
（1） 系统分析了国内外智能交通研究现状，并提出中国干线公路智能交通系统存在的问题。
（2） 结合干线公路不同路段的特点，从总体上对交通监控系统进行设置，以便及时获取交通信息，进而实现对公路的流量调度和安全保障。
（3） 基于干线公路公众出行服务系统以及公路信息发布系统，对交通控制诱导协调性进行研究，提出了基于GIS的出行服务系统，并设计了不同状态下信息发布系统方案。
（4） 针对交通现状中出现的环境污染、道路拥堵、行车安全隐患的原因，分别提出干线公路设置智能环境监测系统、交通应急指挥系统以及交通安全预警系统的建议。
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[责任编辑：王玉玲]