談公路交通信息技術(shù)
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公路交通；自動(dòng)檢測(cè)；信息技術(shù)1.概述
公路交通量調(diào)查是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工作，其調(diào)查所得的數(shù)據(jù)資料是公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、大中修和養(yǎng)護(hù)管理的不可替代的第一手資料，是評(píng)估、決策公路交通發(fā)展戰(zhàn)略和總體布局的科學(xué)依據(jù)，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要窗口，在規(guī)劃一個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域時(shí)，往往離不開交通資料。
我省是交通量調(diào)查和數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理在全國(guó)走得較早的省份之一。目前，我省有干線公路連續(xù)式交通量觀測(cè)站15個(gè)，間隙式交通量觀測(cè)站241個(gè)，縣鄉(xiāng)道間隙式交通量觀測(cè)站1746個(gè)，總觀測(cè)里程27677.4公里，其中，國(guó)道1779.3公里，省道5095.5公里。二十年來(lái)，公路部門為收集公路交通量資料投入了大量的人力和財(cái)力，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，發(fā)揮了重要作用，特別是為公路交通網(wǎng)的建設(shè)，做出了重要貢獻(xiàn)。其觀測(cè)手段從原始的手工記數(shù)到機(jī)械計(jì)數(shù)器，發(fā)展到目前的自動(dòng)觀測(cè)儀器。
2.公路交通信息技術(shù)的第一次飛躍
我省公路交通量調(diào)查是從82年開始的，當(dāng)時(shí)車流量不大，國(guó)道上日平均最多不過1300~1400輛。改革開放以來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，公路交通流量逐年快速上升，使得人工記數(shù)難以招架。有資料表明，我省的幾條國(guó)道從1982年到2000年交通流量增長(zhǎng)了7~9倍，如果當(dāng)初的車流量用人工記數(shù)不會(huì)有問題，那么，上了5000~6000單個(gè)人記數(shù)就比較困難了（除了記數(shù)，還得整理每小時(shí)的合計(jì)數(shù)）。上了1萬(wàn)輛就得兩人一個(gè)班，一天24小時(shí)分三班要6個(gè)人，注意力高度集中，工作非常辛苦。每一個(gè)連續(xù)式觀測(cè)站是常年累月天天如此，由此可見投入人力財(cái)力之多。90年代中期我省引進(jìn)北京有線電廠率先開發(fā)的TAM自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備，并開發(fā)和完善了交通量數(shù)據(jù)處理軟件，這就是我們走出困境的第一次飛躍。TAM自動(dòng)觀測(cè)儀器的使用和數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)處理，解放了煩瑣、枯燥的人工勞作方式，也使得交通量數(shù)據(jù)處理真正走上計(jì)算機(jī)化。這是一種采用電磁感應(yīng)原理的裝置，路面下埋設(shè)探頭，當(dāng)汽車從探頭上駛過，切割磁力線，產(chǎn)出感應(yīng)電流，經(jīng)放大后輸入觸發(fā)器記數(shù)并保存。它的工作過程如下：
這在當(dāng)時(shí)是比較先進(jìn)的設(shè)備，到目前為止，我省干線公路上的交通量觀測(cè)站基本上安裝了這種儀器。如今，車流量繼續(xù)上升，社會(huì)對(duì)公路交通信息精確、快速和多方位應(yīng)用的要求，使得我們現(xiàn)有的技術(shù)相形見劣。具體來(lái)說(shuō)，有以下不足：
1.精度不夠高，不能分車型，難以滿足2個(gè)95%精度要求（數(shù)量精度和車型分類精度）
2.穩(wěn)定性差（受氣候影響較大）
3.路面深開挖也是一大不足，況且經(jīng)常出故障經(jīng)常挖
4.不能檢測(cè)軸載
5.數(shù)據(jù)難以迅速匯總
綜上所述，我們又一次陷入困境、面臨危機(jī)，開發(fā)新的信息技術(shù)勢(shì)在必行。
3.公路交通信息技術(shù)一定要有新的飛躍
發(fā)展大交通，要有大信息。筆者以為，公路交通信息的內(nèi)容要更豐富，應(yīng)用的范圍應(yīng)拓寬，手段要計(jì)算機(jī)化。公路交通信息的綜合應(yīng)用，除原有交通流量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)外，至少，應(yīng)包括超限運(yùn)輸管理，養(yǎng)護(hù)管理（包括大中修），規(guī)劃、預(yù)測(cè)等。就車輛數(shù)據(jù)收集來(lái)講，目前，國(guó)內(nèi)已有一些新的技術(shù)開發(fā)并趨于成熟，這是十分可喜的，使得我們開發(fā)新的信息系統(tǒng)在技術(shù)上完全可能。有一種壓電感應(yīng)設(shè)備，具有高靈敏度和精確度，穩(wěn)定性也好，檢測(cè)車輛的工作原理如下：
設(shè)壓電板a、b，它們之間距離為s，當(dāng)車前右輪觸a時(shí)，打開計(jì)時(shí)器并設(shè)時(shí)間為t1，當(dāng)車前左輪觸b時(shí)，記下時(shí)間為t2，這時(shí)可求得車速為 V=S/（t2—t1）；同理，當(dāng)車后左輪觸b時(shí)，記時(shí)間為t2‘，這時(shí)，可測(cè)得車輛前后軸距L=V*（t2’—t2）；對(duì)于多軸車輛或帶掛車輛，可分別測(cè)得各軸與第一軸之間軸距，然后給予一一保存。由于車型的軸距是限定的，它的軸載也是有限制的，根據(jù)這些規(guī)定可編制一張信號(hào)對(duì)照表，存入處理器內(nèi)部，當(dāng)車輪壓板時(shí)，產(chǎn)生電流信號(hào)，電流的大小與軸載重量成正比，與車速有關(guān)（可以通過試驗(yàn)測(cè)定）。記錄車輛的左、右、前、后各軸的壓電信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和放大，并與對(duì)照表進(jìn)行對(duì)比，車輛的總軸載為各軸載的總和，還可換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載。車輛經(jīng)過這樣處理后可得到一張檢測(cè)報(bào)告單：
這些信息保存在處理器內(nèi)存，通過電纜隨時(shí)可傳送到中心計(jì)算機(jī)。在此技術(shù)上開發(fā)公路交通信息系統(tǒng)，可采用Windows操作平臺(tái)，MSSQLSERVER.7.0數(shù)據(jù)庫(kù)，保持歷年數(shù)據(jù)便于查詢、對(duì)比。其優(yōu)勢(shì)：
1.全自動(dòng)檢測(cè)，無(wú)須人員值守
2.自動(dòng)分車型，自動(dòng)檢測(cè)軸載
3.不需路面深開挖
4.精度高、穩(wěn)定性好
5.數(shù)據(jù)匯總迅速
系統(tǒng)流程圖：
數(shù)據(jù)流程圖：
系統(tǒng)功能層次圖
這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)留有擴(kuò)展功能的空間。
4.超限運(yùn)輸管理簡(jiǎn)述
與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)公路和橋梁數(shù)量少，承載能力較低，國(guó)家尚缺資金進(jìn)行大規(guī)摸新建和改建。近年來(lái)，汽車工業(yè)的發(fā)展和社會(huì)對(duì)公路運(yùn)輸需求的推動(dòng)，大噸位汽車逐年增多。由于大型車以及貨車超載導(dǎo)致的高軸載質(zhì)量的破壞作用，一些地區(qū)的水泥路面破損相當(dāng)嚴(yán)重，油路嚴(yán)重龜裂網(wǎng)裂，一些橋梁嚴(yán)重?fù)p壞，公路、橋梁的使用壽命大大縮短，這種現(xiàn)象越演越烈。運(yùn)輸部門由于超載所取得的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能補(bǔ)償公路管理部門在公路、橋梁養(yǎng)護(hù)和改造方面多支出的費(fèi)用，這種偏面追求運(yùn)輸效益，反而損壞了社會(huì)的總體效益，同時(shí)嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
超限運(yùn)輸對(duì)路面的影響主要通過軸載來(lái)反映，許多國(guó)家的公路部門，對(duì)汽車軸載質(zhì)量與路面強(qiáng)度及使用壽命的關(guān)系，作了許多專門研究和試驗(yàn)，提出了著名的“四次方法則”，用公式表示K=（P/P.）
4式中：P任一軸載質(zhì)量
P.標(biāo)準(zhǔn)軸載質(zhì)量（100KN或60KN）
KP對(duì)路面的作用次數(shù)換算成P.對(duì)路面的作用次數(shù)，也可稱為破壞系數(shù)
根據(jù)交通部2號(hào)令、《公路法》和有關(guān)對(duì)超限運(yùn)輸?shù)奶幜P規(guī)定，自2000年4月起，在全省范圍主要公路干線上設(shè)點(diǎn)，對(duì)超限車輛進(jìn)行卸貨、收取賠（補(bǔ)）償費(fèi)等，對(duì)情節(jié)惡劣的進(jìn)行罰款處理。目前使用的是一種人工操作的稱重的儀器，整個(gè)工作流程如下：
其特點(diǎn)：
1.干預(yù)公路正常通行較多
2.動(dòng)用人員多，效率低
3.慢速稱重（小于5公里/小時(shí)）
采用新的壓電感應(yīng)設(shè)備后，自動(dòng)判定超限和測(cè)定超限數(shù)額，對(duì)于超限車輛，系統(tǒng)自動(dòng)打開攝像機(jī)，攝入超限車輛圖像并通知前方做好超限處理準(zhǔn)備。工作流程如下：
該系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：
1.不干預(yù)公路車輛正常行駛
2.稱重迅速、準(zhǔn)確
3.人工介入少，效率高
5.交通流量統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)述
本功能對(duì)公路交通量的日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)、車型分類、混合折算、高峰小時(shí)排列等等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，內(nèi)容與現(xiàn)在使用的軟件處理報(bào)表相似，這些報(bào)表報(bào)送交通部或提供給有關(guān)部門做進(jìn)一步分析研究。
6.公路養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)述
公路養(yǎng)護(hù)計(jì)劃、經(jīng)費(fèi)安排的主要依據(jù)是在現(xiàn)有道路條件下交通流量的狀況，特別是汽車軸載量，汽車流量大、噸位大的道路，要求更多的經(jīng)費(fèi)用于養(yǎng)護(hù)。
7.規(guī)劃預(yù)測(cè)簡(jiǎn)述
通過對(duì)歷年交通量的對(duì)比，可以得出它的增長(zhǎng)率，以此，又可預(yù)測(cè)幾年后的交通流量。它的數(shù)學(xué)模型：
xn＝x1（1＋a）n
a=n√xn/x1—1
式中：a某階段年平均交通量增長(zhǎng)率
xn某階段最末年年平均日交通量（輛/d）
x1某階段第一年年平均日交通量（輛/d）
n某階段的計(jì)算年度
交通量的預(yù)測(cè)對(duì)規(guī)劃一條公路的可行性研究或設(shè)計(jì)它的技術(shù)等級(jí)時(shí)非常重要。對(duì)于超限嚴(yán)重的情況，在設(shè)計(jì)道路等級(jí)時(shí)要充分考慮這一點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，等級(jí)要高一些，否則，由于超限車輛對(duì)路面的破壞，使得新建公路很快就損壞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。