一种桥梁运行安全多层级差异化防控方法

技术领域

本发明涉及交通安全技术领域，具体涉及一种基于不同风险等级的桥梁运行安全多层级差异化防控方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，公路通车总里程和人均汽车保有量与日剧增，交通安全风险防控作为保障道路交通安全、高效运行的技术支撑，在交通研究领域中扮演着愈发重要的角色。现已形成了以风险辨识、风险防控、效果评价为链路的交通运行安全风险防控技术，其中，以路侧交通安全设施和车载终端为载体，无线通信技术为媒介的智能交通系统为出行者带来了更加安全、便捷、舒适的出行服务体验。但是，对于桥梁这一交通基础设施的典型场景和风险高发路段，其运行安全防控技术的智能化程度较低，目前仍处于以人工为主导的技术服务模式，无法在多种不良天气耦合情况下，根据实时天气状况进行针对性的桥梁风险等级划分，并提出相应的风险防控方法。

现有技术中，公开了一些交通运行安全防控方法及相关配套设施，主要总结如下：

1、申请号为201910309887.5的一种道路险态事件的瞬态预警方法及装置，该发明通过研究道路存在的所有险态事件的类别及时效性，提出基于时效性评价的险态事件辨识、分类和分级方法，设计了一种道路险态事件的瞬态预警装置，可根据驾驶人接受性和适应性特点，定义相应的车载终端功能及车载装置设计，给出综合分析道路环境、气象环境影响下的道路险态事件可能的预警策略。该发明投入成本低，便于大范围部署，为出行者在出行中提供实时的瞬态信息服务，但仅涉及到V2V网联技术领域中的车端预警，对于路侧设施的配置情况未能体现。

2、申请号为201910665948.1的一种基于安全风险和距离的建议车速制定方法，该发明将可能影响车辆运行的多源数据进行融合和匹配，通过交通风险评估模型计算交通风险值并进行聚类，实施交通风险预警分级，分别基于交通风险分布和安全停车视距计算道路安全行驶车速。但，该发明无法完全适用于桥梁这一风险高发的特殊路段。

3、申请号为201911073386.8的一种长大桥梁运营安全风险评估方法，该发明提供了一种长大桥梁运营安全风险评估方法，首次系统性地开展了在役长大桥梁运营安全风险评估，基于风险矩阵理论组合风险事件发生的可能性及事件后果的严重性，划分长大桥梁的风险等级并针对性地提出风险管控措施，形成一套系统的长大桥梁运营安全风险半定量的评估方法。但是，该发明针对桥梁的运行风险管控措施，涉及内容较少，并未提出基于不同风险等级的桥梁运行安全多层级防控技术和新型ITS设备配置方案。

综上，现有的交通风险防控方法体系在高速公路和城市道路中已经较为成熟，但是，随着智能交通技术的快速发展，仍缺乏基于人因的传统交通工程设施与新型ITS装备相互融合、逐级过渡的运行安全多层级防控方法。特别是针对桥梁而言，现有成果多从结构风险方面考虑，缺乏对交通运行安全方面的分析与研究。因此，基于不同风险等级提出一种桥梁运行安全多层级差异化防控方法具有很迫切的应用需求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于不同风险等级的桥梁运行安全多层级差异化防控方法。

本发明公开了一种桥梁运行安全多层级差异化防控方法，包括：

确定待测桥梁的运行风险等级；其中，所述运行风险等级为A等级、B等级、C等级或D等级；

当运行风险等级为A等级时，对应强制型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施；

当运行风险等级为B等级时，对应改善型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施、风险预警系统I级、风险处置系统I级；

当运行风险等级为C等级时，对应增强型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施、风险预警系统II级、动态限速系统、风险处置系统II级；

当运行风险等级为D等级时，对应旗舰型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施、风险预警系统III级、动态限速系统、风险处置系统III级。

作为本发明的进一步改进，所述确定待测桥梁的运行风险等级，包括：

分析桥梁的历史天气数据，选取不良天气的判别指标；其中，所述判别指标包括能见度、降雨强度、积雪厚度和风力，所述风力为平均风力或阵风风力；

根据判别指标对道路交通运行的影响程度，将每个所述判别指标划分为A、B、C、D四个等级；

根据待测桥梁当前的天气数据所属判别指标的等级，确定待测桥梁的运行风险等级。

作为本发明的进一步改进，

能见度判别指标的四个等级为：

A等级为能见度≥500m，B等级为能见度400～500m，C等级为能见度200～400m，D等级为能见度≤200m；

降雨强度判别指标的四个等级为：

A等级为1h降雨强度10.0mm/h～14.9mm/h，或1min降雨强度0.8mm/min～1.2mm/min且能见度降到500m左右；B等级为1h降雨强度15.0mm/h～29.9mm/h，或1min降雨强度1.3mm/min～2.0mm/min且能见度降到200m左右；C等级为1h降雨强度30.0mm/h～49.9mm/h，或1min降雨强度2.1mm/min～3.0mm/min且能见度降到100～150m；D等级为1h降雨强度≥50.0mm/h，或1min降雨强度＞3.0mm/min且能见度降到＜100m；

积雪厚度判别指标的四个等级为：

A等级为积雪＜1.0cm，B等级为积雪1.0～2.9cm，C等级为积雪3.0～4.9cm，D等级为积雪≥5.0cm；

风力判别指标的四个等级为：

A等级为平均风≤4级或阵风5～6级，B等级为平均风5～6级或阵风7级，C等级为平均风7级或阵风8级，D等级为平均风≥8级或阵风≥9级。

作为本发明的进一步改进，所述根据待测桥梁当前的天气数据所属判别指标的等级，确定待测桥梁的运行风险等级；包括：

若待测桥梁的交通运行安全常年仅受一种不良天气的影响，则不良天气判别指标的等级为所述待测桥梁的运行风险等级；

若待测桥梁的交通运行安全常年受两种不良天气的影响，则取两者中最高天气判别指标的等级为所述待测桥梁的运行风险等级；

若待测桥梁的交通运行安全常年受三种或三种以上不良天气的影响，则在其中最高天气判别指标的等级基础上提高一个量级，作为待测桥梁的运行风险等级。

作为本发明的进一步改进，所述风险预警系统，用于基于检测到的气象条件、交通流、车辆运行数据，实时改变相对应的防控层级，随着桥梁运行风险等级的提高，由路端VMS风险信息警告逐步过渡到车路协同预警，最终以语音播报和图像显示的车端预警形式传递给驾驶员。

作为本发明的进一步改进，

风险预警系统I级为路侧设施上发布VMS风险警告信息；

风险预警系统II级为路侧设施上发布VMS风险警告信息和驾驶建议信息；

风险预警系统III级为路侧设施上发布VMS风险警告信息和驾驶建议信息，且以语音播报和图像显示的车端预警形式将天气和防控信息传递给驾驶员，内容包括当前车速、限速值、车辆横向偏移位置、车辆纵向行驶间距和天气信息。

作为本发明的进一步改进，所述动态限速系统，用于根据天气状况和交通流运行情况，实施分车道、分区段动态限速管控，以此获得不良天气影响下的最大安全车速。

作为本发明的进一步改进，所述风险处置系统包括雾天诱导系统、雨天防滑系统、冰雪消融系统以及侧风防偏系统，分别针对雾、雨、雪、风四种常见不良天气选择性布设，并可随着桥梁运行风险等级的不同，实时改变其防控等级，基于人因调整参数配置。

作为本发明的进一步改进，所述雾天诱导系统包括设置在道路两侧的警示灯；

雾天诱导系统I级为警示灯黄光开始间隔闪烁；

雾天诱导系统II级为警示灯黄光全部闪烁；

雾天诱导系统III级为在有车辆通过，启动防止追尾警示模式，可触发上游预设组的警示灯红光点亮。

作为本发明的进一步改进，所述雾天诱导系统的实现方法，包括：

当运行风险等级为A等级时，雾天诱导系统无需工作，处于待机状态；

当运行风险等级为B等级时，启动道路轮廓强化模式(I级雾天诱导)，警示灯黄光开始闪烁，亮度为1500cd/m

当运行风险等级为C等级时，启动行车主动诱导模式(II级雾天诱导)，警示灯黄光提高闪烁亮度、频率，并减少点亮间隔，其中，亮度为2500cd/m

当运行风险等级为D等级时，雷视一体机可检测有无车辆通过当前断面，若无车辆通过，继续保持行车主动诱导模式；若有车辆通过，启动防止追尾警示模式(III级雾天诱导)，可触发上游预设组的警示灯红光灯点亮，形成红色尾迹提示后车前方有车辆行驶并保持安全车距；此时其他警示灯的黄光可以同步闪烁，当车辆向前行驶经过下一组警示灯时，红色尾迹会与车辆动态同步前移。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明以高速公路中的桥梁为实施对象，通过不良天气的严重程度对车辆行车安全的影响，以各种天气等级指标为基础，提出一种交通运行风险等级划分方法；在此基础上，为不同的运行风险等级选择不同的防控设施；并可根据实时的天气状况调节防控系统配置参数，实现差异化防控参数触发；本发明可以有效地辅助驾驶员，使车辆安全顺利地通过桥梁，改善交通质量、提高交通服务水平，为桥梁运行安全提供了一定的技术保障。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的桥梁运行安全多层级差异化防控方法的流程图；

图2为本发明一种实施例公开的确定待测桥梁的运行风险等级方法的流程图；

图3为本发明一种以雾天为例的基于不同风险等级的桥梁运行安全多层级差异化防控方法配置图表；

图4为雾天诱导系统工作流程图；

图5为I级雾天诱导物理框架示意图；

图6为II级雾天诱导物理框架示意图；

图7为III级雾天诱导物理框架示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

本发明以高速公路中的桥梁为实施对象，通过不良天气的严重程度对车辆行车安全的影响，以各种天气等级指标为基础，提出一种交通运行风险等级划分方法；通过指标阈值将风险等级量化区分，便于合理确定风险防控层级及装备配置。在此基础上，根据不同的运行风险等级，以分区段(桥前、桥中、桥后)、分层级(强制型、改善型、增强型、旗舰型)、分系统(风险预警系统、动态限速系统、风险处置系统)布设为原则，静态告知(以传统交通工程标志标线为核心传递交通信息)向动态引导(车路协同预警、动态限速控制与天气风险处置相结合的实时动态防控)过渡为思路，逐级融入新型桥梁风险防控装备，创新性地将不同装备配置方案分为强制、改善、增强、旗舰四个等级，其防控水平逐级增强，提出传统交通工程设施与新型ITS装备相互融合的桥梁运行安全多层级防控装备配置方法，并且考虑人因对交通安全的影响，可以根据实时的天气状况调节防控系统配置参数，实现差异化防控参数触发。在充分利用设施资源，辅助驾驶员操纵车辆的同时，降低交通运行风险和事故发生率，可为出行者提供更加安全、舒适的出行服务体验，也可为桥梁运行安全防控在结构监测方面以外开辟一个新的研究视角，为管理部门及相关领域学者提供一定的参考价值。

具体的：

如图1所示，本发明提供一种桥梁运行安全多层级差异化防控方法，包括：

步骤1、确定待测桥梁的运行风险等级；其中，运行风险等级为A等级、B等级、C等级或D等级；

如图2所示，确定待测桥梁的运行风险等级具体包括：

步骤11、分析桥梁的历史天气数据包括能见度、降雨强度、积雪厚度、平均风力和阵风风力等，研究不良天气的严重程度对车辆行车安全的影响；考虑到雾、雨、雪、风四种常见不良天气的影响，选取能见度、降雨强度、积雪厚度、平均风力(风速)和阵风风力(风速)作为不良天气的判别指标；

步骤12、根据判别指标对道路交通运行的影响程度，将每个判别指标划分为A、B、C、D四个等级，具体的划分阈值如下表1所示；

表1

步骤13、根据待测桥梁当前的天气数据所属判别指标的等级，确定待测桥梁的运行风险等级；其中，

若待测桥梁的交通运行安全常年仅受一种不良天气的影响，则不良天气判别指标的等级为待测桥梁的运行风险等级；例如，某桥梁所在地区常年多雾，在雾天环境下，当常年平均能见度介于400-500m之间时，可判定该桥梁运行风险等级为B；

若待测桥梁的交通运行安全常年受两种不良天气的影响，则取两者中最高天气判别指标的等级为待测桥梁的运行风险等级；例如，某桥梁所在地区常年多雾、多雨，其中常年平均能见度等级为A，平均降雨强度等级为B，可判定该桥梁运行风险等级为B；

若待测桥梁的交通运行安全常年受三种或三种以上不良天气的影响，则在其中最高天气判别指标的等级基础上提高一个量级(最高等级为D级)，作为待测桥梁的运行风险等级；例如，某桥梁所在地区常年多雾、多雨、多风，其中常年平均能见度等级为A，平均降雨强度等级为B，平均风力等级为C，可判定该桥梁运行风险等级为D。

步骤2、基于确定的运行风险等级，确定其防控设施；

即，在桥梁运行风险等级划定之后，根据不同程度的运行风险等级，考虑人因对交通安全的影响，参照欧盟基础设施数字化等级划分，按照道路参与者所能接收到的信息量的多少及设施对其产生的影响程度，以静态告知向动态引导过渡为思路，逐级融入新型桥梁风险防控装备，提出以强制、改善、增强、旗舰等不同装备配置等级为导向，传统交通工程设施与新型ITS装备相互融合的桥梁运行安全多层级防控装备配置方法。

具体为：

当运行风险等级为A等级时，对应强制型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施；

当运行风险等级为B等级时，对应改善型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施、风险预警系统I级、风险处置系统I级；

当运行风险等级为C等级时，对应增强型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施、风险预警系统II级、动态限速系统、风险处置系统II级；

当运行风险等级为D等级时，对应旗舰型防控设施，其防控设施为传统交通安全设施、风险预警系统III级、动态限速系统、风险处置系统III级。

同时，在实际应用中，可根据实时天气条件等级和交通流状况，实现差异化防控参数触发；例如，当运行风险等级由A等级变为B等级，则采用对应的防控系统配置参数。

在上述防控设施中：

风险预警系统，用于基于检测到的气象条件、交通流、车辆运行数据，实时改变相对应的防控层级，随着桥梁运行风险等级的提高，由路端VMS风险信息警告逐步过渡到车路协同预警，最终以语音播报和图像显示的车端预警形式传递给驾驶员，可为驾驶员提供更加个性化的告知和预警，为出行者带来了更加安全、便捷、舒适的出行服务体验。进一步，风险预警系统I级为路侧设施上发布VMS风险警告信息；风险预警系统II级为路侧设施上发布VMS风险警告信息和驾驶建议信息；风险预警系统III级为路侧设施上发布VMS风险警告信息和驾驶建议信息，且以语音播报和图像显示的车端预警形式将天气和防控信息传递给驾驶员，内容包括当前车速、限速值、车辆横向偏移位置、车辆纵向行驶间距和天气信息。

动态限速系统，用于根据天气状况和交通流运行情况，实施分车道、分区段动态限速管控，以此获得不良天气影响下的最大安全车速；特别是在不良天气条件影响下的桥梁上，静态限速所限制的速度可能对驾驶员仍是不安全的，动态限速系统能够将速度限制到其安全值。

风险处置系统包括雾天诱导系统、雨天防滑系统、冰雪消融系统以及侧风防偏系统，用于分别针对雾、雨、雪、风四种常见不良天气选择性布设，并可随着桥梁运行风险等级的不同，改变其防控等级，基于人因调整参数配置。

进一步，若出现极端恶劣天气，如能见度小于50m，仍属于桥梁运行风险等级中的D级，配置旗舰型防控设施，但是此时为了避免交通事故的发生，应采取应急交通管理措施，可采用匝道控制和车辆分流的方式，封闭该桥梁路段。

进一步，雾天诱导系统包括设置在道路两侧的警示灯；

雾天诱导系统I级为警示灯黄光开始间隔闪烁；

雾天诱导系统II级为警示灯黄光全部闪烁；

雾天诱导系统III级为在有车辆通过，启动防止追尾警示模式，可触发上游预设组的警示灯红光点亮。

实施例：

如图3所示，本发明提供的一种基于不同风险等级的桥梁运行安全多层级差异化防控方法，包括：

通过分析历年天气数据，考虑某桥梁常年所受何种不良天气的影响，进而基于天气等级指标，确定该桥梁运行风险等级。由气象站或天气传感器监测得知，某桥梁所处地区常年多雾，且常年平均能见度≤200m，故可确定该桥梁运行风险等级为能见度指标水平下的D级，应配置旗舰型防控设施，配置方案为传统交通安全设施、风险预警系统III级、动态限速系统、雾天诱导系统III级。

该方案为基于运行风险等级下的应有防控水平，但在实际桥梁交通运行管理过程中，需根据届时面临的风险等级，启动差异化的实时动态防控方案，若出现能见度＞200m的天气状况，则应按相应等级及时改变防控策略。如图3所示，其中，传统交通安全设施可以起到静态告知的作用，但是无任何数字化信息，随着桥梁实时运行风险等级的提高，逐步融入新型ITS设备，包括风险预警系统、动态限速系统和雾天诱导系统，均由信息采集模块、信息传输模块、信息处理模块、信息发布模块组成，信息采集模块需采集气象条件、交通流、车辆运行数据，如能见度、车速、车头间距、车道偏移距离，信息传输模块通常采用4G或5G无线传输，信息处理模块可以汇聚、处理数据，并根据提前设置的算法生成防控策略；信息发布模块位于路端或车端，可将风险防控信息及时传递给驾驶员。

在风险预警和动态限速系统中，VMS风险警告为路侧信息发布，可以清晰、明确地告知驾驶人前方险情，如“前方雾区，能见度≤200m”；驾驶建议告知即在路侧VMS中附加显示驾驶建议信息，如“注意安全，减速慢行”；车端预警考虑到人因对驾驶行为产生的影响，以语音播报+图像显示的车端预警形式将天气和防控信息传递给驾驶员，内容包括当前车速、限速值、车辆横向偏移位置、车辆纵向行驶间距、当前能见度。I级雾天诱导-III级雾天诱导属于雾天诱导系统，为一种风险处置系统，其具体工作流程如图4所示，系统主要功能有道路轮廓强化(I级雾天诱导)、行车主动诱导(II级雾天诱导)、防止追尾警示(III级雾天诱导)，系统基于现场实时能见度情况，根据预先设置的阈值，自动切换工作模式，以便在不同能见度天气下引导车辆安全行驶。

具体的：

如图4所示，路侧雾天诱导终端(警示灯)布设间距为20m，实时能见度可用V

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。