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(guó)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(dòng)化安全監(jiān)測(cè)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(lái)展望等方面，深入探討高速公路自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

高速公路自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是一個(gè)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(tái)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(cè)速儀、氣象監(jiān)測(cè)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(shí)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(wú)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(lái)自前端的海量數(shù)據(jù)。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)交通流進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)潛在的安全隱患進(jìn)行識(shí)別與評(píng)估。

4、預(yù)警發(fā)布平臺(tái)：一旦系統(tǒng)檢測(cè)到異常情況或預(yù)測(cè)到潛在風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)警發(fā)布平臺(tái)將立即啟動(dòng)，通過(guò)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)的工作原理可以概括為“感知-分析-預(yù)警-響應(yīng)”四個(gè)環(huán)節(jié)。首先，前端感知設(shè)備實(shí)時(shí)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(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理與分析，識(shí)別出潛在的安全隱患或交通擁堵風(fēng)險(xiǎn)；隨后，預(yù)警發(fā)布平臺(tái)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(duì)高速公路安全的主動(dòng)防控。

四、主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)

高速公路自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)是表面位移，其次是深層水平位移的監(jiān)測(cè)，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(cè)。高速公路邊坡監(jiān)測(cè)解決方案針對(duì)表面位移監(jiān)測(cè)、內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)和水文氣象監(jiān)測(cè)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(cè)體系”，能夠精確獲取監(jiān)測(cè)體形變趨勢(shì)。

1、表面位移監(jiān)測(cè)

表面位移監(jiān)測(cè)設(shè)備采用：邊坡雷達(dá)、GNSS。通過(guò)非接觸式監(jiān)測(cè)，無(wú)需排線布線，采用太陽(yáng)能供電，通過(guò)4G/5G網(wǎng)絡(luò)上傳到云管理平臺(tái)，即可在手機(jī)或電腦上實(shí)時(shí)查看邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，隨時(shí)掌握邊坡結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)及安全狀態(tài)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警聯(lián)動(dòng)前端視頻監(jiān)控及應(yīng)急廣播聲光警示，及時(shí)告知交通參與者區(qū)域出現(xiàn)的險(xiǎn)情。

2、內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)

邊坡內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)常用的設(shè)備是陣列式測(cè)斜管，每米一個(gè)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(dòng)化監(jiān)測(cè)。深部測(cè)斜井較深的話，常用串聯(lián)式固定測(cè)斜儀只選取固定距離土體特征點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3、水文氣象監(jiān)測(cè)

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(cè)的需求。通過(guò)翻斗式雨量計(jì)、超聲波環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)輔助對(duì)公路邊坡失穩(wěn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4、土壤墑情監(jiān)測(cè)

土壤墑情監(jiān)測(cè)是指定點(diǎn)定時(shí)對(duì)土壤含水量及水勢(shì)進(jìn)行測(cè)定，及時(shí)了解土壤水分過(guò)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(cè)的重要內(nèi)容之一，通過(guò) 土壤墑情監(jiān)測(cè)儀 實(shí)時(shí)掌握土壤墑情，對(duì)于高速公路邊坡情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

五、高速公路自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)

高速公路自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)，基于本地化部署或云部署的方式搭建，高效完成對(duì)前端采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，并無(wú)縫對(duì)接運(yùn)維管理單位及相關(guān)政府部門。該平臺(tái)具備測(cè)點(diǎn)系統(tǒng)概況、測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)、測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)、測(cè)點(diǎn)地圖定位情況、測(cè)點(diǎn)告警記錄等多項(xiàng)功能，可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)各類場(chǎng)景的可視化監(jiān)測(cè)。同時(shí)，該平臺(tái)對(duì)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(dòng)化安全監(jiān)測(cè)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(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(guò)智能調(diào)度與誘導(dǎo)，緩解了交通擁堵問(wèn)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。