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一、背景
在當(dāng)今快速發(fā)展的交通網(wǎng)絡(luò)中，高速公路作為連接城市與區(qū)域的重要紐帶，其安全與暢通直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與民眾生活的便捷。隨著科技的不斷進(jìn)步，高速公路自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它集成了現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及人工智能等前沿科技，為高速公路的安全管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。本文將從系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用成效及未來展望等方面，深入探討高速公路自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
高速公路自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是一個復(fù)雜而精密的綜合體系，主要由前端感知設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理中心及預(yù)警發(fā)布平臺四大部分組成。
1、前端感知設(shè)備：包括高清攝像頭、雷達(dá)測速儀、氣象監(jiān)測站、路面狀態(tài)傳感器等多種傳感器。這些設(shè)備遍布高速公路沿線，實(shí)時采集路況、車流、氣象及路面狀態(tài)等關(guān)鍵信息。
2、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：利用光纖通信、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)，構(gòu)建高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道，確保前端采集的數(shù)據(jù)能夠迅速、準(zhǔn)確地傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。
3、數(shù)據(jù)處理中心：作為系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)處理中心負(fù)責(zé)接收并分析來自前端的海量數(shù)據(jù)。通過大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對交通流進(jìn)行預(yù)測，對潛在的安全隱患進(jìn)行識別與評估。
4、預(yù)警發(fā)布平臺：一旦系統(tǒng)檢測到異常情況或預(yù)測到潛在風(fēng)險，預(yù)警發(fā)布平臺將立即啟動，通過路側(cè)顯示屏、手機(jī)APP、廣播等多種渠道，向駕駛員及相關(guān)部門發(fā)布預(yù)警信息，提醒其采取相應(yīng)措施。
三、工作原理
系統(tǒng)工作原理可以概括為“感知-分析-預(yù)警-響應(yīng)”四個環(huán)節(jié)。首先，前端感知設(shè)備實(shí)時采集高速公路上的各類信息；其次，這些數(shù)據(jù)被傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理與分析，識別出潛在的安全隱患或交通擁堵風(fēng)險；隨后，預(yù)警發(fā)布平臺根據(jù)分析結(jié)果，向相關(guān)人員發(fā)布預(yù)警信息；最后，駕駛員根據(jù)預(yù)警信息調(diào)整駕駛行為，管理部門則采取相應(yīng)的交通管理措施，以實(shí)現(xiàn)對高速公路安全的主動防控。
四、主要監(jiān)測項(xiàng)
高速公路自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要監(jiān)測項(xiàng)是表面位移，其次是深層水平位移的監(jiān)測，其余是土體內(nèi)部的含水率、土壓力、降雨量及風(fēng)速風(fēng)向等輔助監(jiān)測。高速公路邊坡監(jiān)測解決方案針對表面位移監(jiān)測、內(nèi)部位移監(jiān)測和水文氣象監(jiān)測三大模塊，依托北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、邊坡雷達(dá)技術(shù)（InSAR）以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，構(gòu)建邊坡“全方位監(jiān)測體系”，能夠精確獲取監(jiān)測體形變趨勢。
1、表面位移監(jiān)測
表面位移監(jiān)測設(shè)備采用：邊坡雷達(dá)、GNSS。通過非接觸式監(jiān)測，無需排線布線，采用太陽能供電，通過4G/5G網(wǎng)絡(luò)上傳到云管理平臺，即可在手機(jī)或電腦上實(shí)時查看邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨時掌握邊坡結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢及安全狀態(tài)。實(shí)時監(jiān)測預(yù)警聯(lián)動前端視頻監(jiān)控及應(yīng)急廣播聲光警示，及時告知交通參與者區(qū)域出現(xiàn)的險情。
2、內(nèi)部位移監(jiān)測
邊坡內(nèi)部水平位移監(jiān)測常用的設(shè)備是陣列式測斜管，每米一個傳感器節(jié)段，獲取邊坡土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部詳細(xì)的深層水平位移數(shù)據(jù)，接入網(wǎng)關(guān)采集器即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測。深部測斜井較深的話，常用串聯(lián)式固定測斜儀只選取固定距離土體特征點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。
3、水文氣象監(jiān)測
邊坡受雨季影響，暴雨天氣較多，土壤含水率較大，降低土壤的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性降低，結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，因此僅靠人工定期巡檢已經(jīng)不能滿足邊坡監(jiān)測的需求。通過翻斗式雨量計(jì)、超聲波環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)輔助對公路邊坡失穩(wěn)實(shí)時監(jiān)測。
4、土壤墑情監(jiān)測
土壤墑情監(jiān)測是指定點(diǎn)定時對土壤含水量及水勢進(jìn)行測定，及時了解土壤水分過多、適宜、缺少與嚴(yán)重缺乏等情況的一項(xiàng)經(jīng)常性的基礎(chǔ)工作，是公路邊坡在線監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，通過 土壤墑情監(jiān)測儀 實(shí)時掌握土壤墑情，對于高速公路邊坡情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
五、高速公路自動化安全監(jiān)測預(yù)警平臺
高速公路自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)平臺，基于本地化部署或云部署的方式搭建，高效完成對前端采集數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測預(yù)警，并無縫對接運(yùn)維管理單位及相關(guān)政府部門。該平臺具備測點(diǎn)系統(tǒng)概況、測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)、測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)趨勢、測點(diǎn)地圖定位情況、測點(diǎn)告警記錄等多項(xiàng)功能，可輕松實(shí)現(xiàn)對各類場景的可視化監(jiān)測。同時，該平臺對各類傳感器兼容強(qiáng)，適配多類廠商。
六、應(yīng)用成效
高速公路自動化安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，顯著提升了高速公路的安全管理水平與通行效率。一方面，通過實(shí)時監(jiān)測與預(yù)警，有效降低了交通事故的發(fā)生率，保障了人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全；另一方面，通過智能調(diào)度與誘導(dǎo)，緩解了交通擁堵問題，提高了道路資源的利用效率。此外，該系統(tǒng)還為交通管理部門提供了豐富的數(shù)據(jù)支持，有助于其制定更加科學(xué)合理的交通管理政策。
