高速公路隧道运营安全分析及动态预警系统

周亚枫;郭忠印;苏东兰

【摘 要】Based on the operation situation survey data of expressway tunnel(s)in Hunan province, the influence of different events on the tunnel operation safety was analyzed,and the comprehensive traffic control measures to each event were put forward.The tunnel dynamic warning system was put forward based on system function,equipment layout and work flow.The system consists of informa-tion collection,information processing,information release and information transmission equipment, which can monitor the operational condition of tunnel sections and carry out early warning to the e-mergency condition.%以湖南多条高速公路隧道路段调研资料为基础，通过分析不同事件对隧道路段运营安全的影响，建立了针对隧道内不同事件的综合交通管制对策库。并从系统功能、设备布设及系统流程等方面，建立了高速公路隧道路段动态监测预警系统。该系统由信息采集、信息处理、信息发布3大模块以及信息传输设备组成，可实现隧道路段运营状况监控，紧急状况预警，从而确保行车安全。 【期刊名称】《交通科技》 【年(卷),期】2016(000)004 【总页数】3页(P42-44)

【关键词】高速公路隧道;运营安全;动态监测预警系统 【作 者】周亚枫;郭忠印;苏东兰

【作者单位】同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海 201804;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海 201804;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 上海 201804 【正文语种】中 文

随着我国高速公路隧道数量的增多，越来越多的学者对隧道运营安全开展了相关研究，肖志军等[1]基于照度对高速公路隧道入口进行了评价研究；卢士波[2]研究了隧道内车辆异常的图像识别技术。国外亦开展了相关研究，欧盟国家颁布了关于隧道安全的法令，要求所有欧盟公路网中的隧道必须进行风险评估[3]；日本也提出了通过隧道设计、交通规则及隧道内安全设施，实现降低事故或火灾发生的可能性以及减轻事故后果[4]。

目前国内许多长隧道已有监控设施，但是对监控视频利用率不高，也缺乏具有针对性的预警措施，无法根据洞外气象及洞内运营状况进行有效预警，因此存在一定的运营风险。为了解决该问题，有效评价隧道路段运营安全状况，采取有效对策进行运营安全管理，建立有效的监测预警系统，是提升隧道路段运营安全水平的重要工作。

通过对湖南省邵怀、怀通、怀新等多条高速公路隧道交通事故、交通流状况及气象条件进行调研，从事故特性、车辆行驶特性等方面分析了隧道路段运营安全现状，具体如下。 1.1 交通事故特性

交通事故研究是交通安全研究的起点，也是道路安全管理对策研究的基础工作。本次调研收集了怀新高速以及怀通高速隧道路段的事故资料，资料显示共发生事故97次，其中怀新高速74次，怀通高速23次。根据统计，事故特征如下。 (1) 事故线形分布特征显示，曲线隧道比直线隧道有更低的事故率，原因在于曲线

隧道中，线形的连续变化及不能通视等的因素，可以较好地控制车速，提高驾驶人员的注意力。

(2) 事故位置分布特性显示，洞口附近交通事故发生的概率较高，而中间路段相对较低。隧道进出口作为行车环境的过渡路段，在线形设计、抗滑性能、照明以及气候环境方面存在过渡和差异，同时受“黑洞”及“白洞”效应等多方面原因影响，行车风险高于其他路段。

(3) 隧道事故在雨天多发，其事故发生率远高于当地天气中雨天比例。隧道内路面摩阻系数较隧道外小，车辆在内行驶易产生打滑现象，雨雪天气使得这种现象更加严重，同时雨天也使得道路能见度降低，对道路环境带来不良影响。

(4) 事故形态以单车刮擦、追尾事故为主，超过事故总数的60%，其次撞固定物和侧翻事故也相对较多。 1.2 车辆行驶特性

车辆行驶特性的调研，主要测量隧道路段的断面运行车速，试验采用MC5600气压管式车辆分型统计系统辅以雷达测速仪的方式测量隧道特征断面运行车速。对所调查数据分车型(客、货)进行分组分析，然后进行数据汇总，绘制车速变化曲线。 (1) 客车与货车均会在隧道进口处减速，而在出口处加速，其车速变化曲线基本相同，大型货车(D型车)的加速度值小于小型客车(A型车)，但是A型车的车速标准差及车速变异系数高于D型车。

(2) 对于隧道群，入口过渡段、群间隙和出口过渡段的加速度值大于单个隧道，其中群间隙和出口过渡段的速度波动最大。

根据调研可知，对隧道运营安全影响较大的事件主要包括：交通事件、超速事件、灾害天气事件、危险品运输事件和计划事件5大类，根据事件对交通流运营安全产生的影响程度和影响范围，将事件分级见表1。 3.1 分级事件隧道行车控制标准对策[5-6]

(1) 交通事件对策。隧道内交通事件发生时，根据交通事件占用的车道数采取不同的对策，并及时通知隧道管理人员，路政、交警等相关部门，启动相应应急预案。隧道左、右线接近事件发生区域的可变情报板显示事故内容，事件上游的车道指示器显示红色“×”，禁止前行；事故下游的车道指示器显示绿色的“↑”，使车辆按正常方式离开隧道。待救援人员布置交通锥形路标等分隔事故点后，上游受阻车辆在救援人员的指挥下进行疏散。

(2) 灾害天气事件对策。主要包括雾天、雨天，以及雪天的行车控制标准。该控制标准指隧道进出口过渡段(5S设计行程)的气象条件，为了防止车辆在隧道内加速行驶，隧道内采取与进出口过渡段同样的控制措施。

(3) 计划事件对策。计划事件发生时，隧道管理人员提前设置好隧道入口外可变信息板及车道指示器，在隧道内进行道路养护或维修的相关工作人员注意做好安全防护工作。

交通事件、灾害天气及计划事件隧道行车控制标准见表2。 3.2 超车事件对策

监测预警系统根据监控设备采集的信息进行处理分析，判定此时是否有灾害天气事件、交通事件和计划事件等的发生，综合决策出此时隧道的限速值。车牌识别视频测速设备监测到超速车辆时，监控中心向可变信息板发布指令的同时，通知相应的执法部门，在隧道出口处进行执法。 3.3 危险品运输事件对策

国内外采取的降低公路隧道危险品运输事故风险控制措施主要有[11]：完全禁止通行、通行时段管制、规定行车间距、引导护送运行、禁运特殊货物和限定物品数量，往往根据不同的隧道状况、运输管理要求采取相应的风险控制对策。参考目前国内外隧道危险品运输管理对策，结合高速公路隧道路段运营状况调研现状，根据危险品种类的不同提出危险品运输事件对策，见表3。

隧道洞内外突发事件具有一定的随机性和不预测性，因此为了保障隧道运营安全需要对隧道内的突发事件以及影响运营安全的洞外气候进行有效监控，根据监测结果，参照动态管理对策，进行有效的信息发布和交通管制，从而实现实时预警的目的。以下从系统功能、设备布设及工作流程3个方面，建立了高速公路隧道路段监测预警系统设计。 4.1 系统功能及组成

作为布设在山区高速公路的隧道动态预警系统，由信息采集、信息处理、信息发布3大模块以及信息传输设备组成，并应具有如下功能。

(1) 信息采集。通过外场设备获取实时路况信息，包括天气状况、车辆行驶参数采集、隧道内交通事件采集等信息。该功能由布置在隧道洞口前的气象监测器(能见度监测器、雨量器、雪深监测器)、摄像机、车牌识别、测速设备，交换机等信息交换设备共同完成。

(2) 信息传输及处理。采集到的数据传输至信息处理模块，信息处理模块对数据进行危险状态识别，包括灾害天气等级、车辆区间运行速度、隧道内危险品运输车辆位置与隧道内交通事件识别。该模块功能由处理主机及光纤或无线网络传输完成。 (3) 信息发布及共享。根据事件识别的结果，进行预警信息提示；同时，将事件信息及交通管理与控制信息传输至交警部门、路政部门等部门。信息发布模块由可变信息板、车道指示灯等设备组成。 4.2 设备布设

隧道动态预警系统设备布设与隧道长度、运行环境、交通状况有关，不同的隧道其设方式不同。根据监测预警系统的组成要求，以湖南省怀通高速公路火炭湾隧道(左线)为例，进行动态预警系统的总体布置，见图1。

通过对隧道不同事件的分析研究，为不同的隧道运营过程中提供有效的交通管理与应急处置措施，能更好地服务于隧道监控所、交警、路政等部门。在充分调研分析

高速公路隧道路段运营状况的基础上，建立的隧道路段动态预警系统能够有效监测隧道洞外天气及洞内运营状况的集成系统，是改善山区高速公路隧道路段安全状况的有效措施。隧道路段监测预警系统建立了基于事件的预警对策库，可全面实现对山区高速公路隧道路段灾害天气、交通事件、超速事件、危险品运输等事件的实时监测预警，从而提高运营安全性。

【相关文献】

[1] 肖志军,栾利强.基于照度的高速公路隧道入口安全评价研究[J].交通科技, 2015(6):72-74. [2] 卢士波,黎明,陈小佳,等.高速公路隧道内车辆异常的视频图像识别[J].交通科技, 2015(4):131-133. [3] Direetive2004/54EC of the European Parliament and of the Council of the 29 April-on Minimum Requirements for Tunnels in the Trans-European Road Network[J]. Official Journal of the European Communities.2004:56-76.

[4] H.Mashimo.State of the road tunnel safety technology in Japan[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2002(17):145-152.

[5] 戴忧华.高速公路隧道路段驾驶行为特性及其风险评价研究[D].上海：同济大学,2011. [6] 郭忠印.基于事件的重大公路交通基础设施运营安全研究[R].上海：同济大学，2011.