张丽霞，陈 斌

（1.四川交通职业技术学院自动化工程系，四川 成都 611130；2.公路交通安全四川省高校重点实验室，四川 成都 611130）

0 引言

根据历年发生在高速公路的事故统计分析，居事故数量第一位的是尾随碰撞。据统计，2008年全国高速公路事故中，共发生追尾事故4867起，占总数的44.86%，造成的死亡人数是高速公路事故死亡人数的48.49%，直接财产损失169216814元[1]。行车间距和车速是影响追尾事故及其严重程度的主要因素[2]。通过对800起高速公路追尾事故的原因分析知，未保持纵向安全行车间距所占比例高达53.74%[3]。此类事故往往会导致连环碰撞，易酿成重特大交通事故[1]，造成重大生命和财产损失。

目前，车辆之间的安全距离主要依靠驾驶者的目测和经验来判定，虽然《中华人民共和国道路交通安全法》对高速公路行车安全间距做了明确规定，但在高速公路营运中，车辆安全距离往往由于无序的车辆变道和超车等多种因素影响，无法得到有效保障，在监控管理上也没有可行的技术手段。

本文针对现实需求提出一种技术方案，对高速公路行车的安全间距进行稽查。

1 高速公路安全间距检测方法

1.1 相关定义和规定

本文提到的安全间距是指在同车道上，行驶的机动车车头与前车车尾间的距离，保证既不发生追尾事故，又不降低道路通行能力的适当距离[4]。《中华人民共和国道路交通安全法》规定：机动车在高速公路上行驶，车速超过100km/h，安全间距为100m以上；车速低于每小时100km/h，最小安全间距不得少于50m。

1.2 安全间距检测方法

高速公路行车安全间距检测方法如图1所示。

图1 高速公路行车安全间距检测方法示意图

如图1所示，在高速公路检测路段的道路旁边设置一个检测点，当某车道的第n-1辆车通过检测点时的时刻记为tn-1（s），当该车道的第n辆车通过检测点时的时刻记为tn（s），同时窄波雷达测速仪检测出该车的瞬时速度，用该速度来替代该车从tn-1到tn这段时间的平均速度vn（km/h），则可以由

得出第n辆车在检测时间段与前车的纵向间距，其中，n≥1，t1=t0；如果vn＜100km/h且Ln＜50m，或者vn＞100km/h且Ln小于100m，系统对第n辆车进行信息收集和处理。

2 高速公路安全间距稽查系统

本文提出的高速公路行车安全间距稽查系统可以自动对高速公路固定路段前后相邻车辆（前车、后车）的纵向行车间距进行检测，判断后车是否违反《中华人民共和国道路交通安全法》关于安全间距的规定，如果违反，对该车拍照取证，并自动识别车牌，建立和保存违章车辆信息，提供给相应管理部门，作为执法管理的依据。

2.1 系统结构

高速公路安全间距稽查系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统主要设备包括车辆检测设备、窄波雷达测速仪、计算机、视频图像采集单元。系统的车辆检测设备包括无线磁阻检测器和接入点。视频图像采集单元包括1台全景摄像机、1台特写摄像机、补光灯、防护罩。系统可扩展联网通信系统，用于将稽查获取的信息上传至相关部门。软件系统主要包括稽查系统应用平台、数据库和车牌自动识别模块。系统稽查获取的信息可以由人工方式从检测点用移动存储设备进行复制，系统稽查获取的信息也可以自动通过联网通信系统上传。

系统结构框图如图2所示。

图2 高速公路安全间距稽查系统结构框图

2.2 系统设备的工作原理

无线磁阻传感器用于检测车道上车辆的存在和运动并向接入点设备输出相应信号。无线磁阻传感器内设置有先进的磁电阻感应装置，以128Hz的采样率测量地球磁场的X、Y和Z轴向量。当车辆进入检测范围时，测量到的地球磁场中的X、Y或Z轴将发生明显变化。当没有车辆时，无线磁阻传感器不断测量背景磁场作为参考标准。无线磁阻传感器自动根据当地的环境自我校准，当地磁场的任何长期变化都可使这个参考值随时间而改变。无线磁阻传感器安装在车道路面上的小洞中，通过低功率无线电技术实时向附近的接入点设备发送检测数据。无线磁阻检测器采用电池供电，接入点设备通过RJ45网口供电，无需单独提供电源。

接入点设备是一个采用Linux操作系统的智能设备，用于接收无线磁阻传感器的输出信号，并将接收到的信号用TCP/IP协议输出，一个接入点设备可以接收多个无线磁阻检测器送来的信息。

窄波雷达测速仪接收工业控制计算机的启动信号后，记录通过无线磁阻传感器车辆的瞬时速度，并将此速度信息传递给工业控制计算机。雷达和计算机采用RS232协议通信。因此，一台窄波雷达测速仪可覆盖多条车道，同时对通过的车辆进行测速。

视频图像采集单元接收工业控制计算机的启动信号后，拍摄违章车辆周边环境信息及违章车辆的图片信息，并将图片信息传递给工业控制计算机。视频图像采集单元包括一个用于拍摄车辆周边环境和车辆整体图像的全景摄像机和一个用于拍摄车辆车尾或车头图像的特写摄像机。

由于该系统安装在户外，雨水和天气的能见度对视频图像采集单元的影响相当大，于是将每个视频图像采集单元安装于防护罩内，并在每个防护罩内安装一个补光灯，补光灯的设置可以减少天气亮度比较暗时给视频图像采集单元的拍摄带来的影响。

工业控制计算机，用于接收接入点设备用TCP/IP协议输出的信号，记录此刻时间，同时向雷达测速仪发送一启动信号，根据雷达测速仪回传的速度信号计算通过无线磁阻传感器的两辆车的车间距，判断车间距是否违章，若违章，向视频图像采集单元发送启动信号，接收视频图像采集单元回传的视频信号并提取车辆信息，并将上述时间信息、速度信息和视频信息进行存储。违法数据可以人工复制，也可以由有线或无线通信设备发送至后台管理子系统。

无线磁阻传感器通过接入点设备与工业控制计算机连接，雷达测速仪和视频图像采集单元分别与工业控制计算机连接。

工业控制计算机设置在控制柜内，控制柜内还设置一个电源模块和通信设备。电源模块将220V的交流电转换为雷达测速仪和视频图像采集单元需要的工作电压，并且给工业控制计算机、通信设备等提供电源。通信设备用于系统各设备之间及工业控制计算机与控制中心之间进行通讯。

后台管理子系统位于控制中心，用于接收工业控制计算机通过无线或有线输出的违章车辆的时间信息、速度信息和视频信息。

多个稽查点的计算机由有线或无线传输网络连接到后台管理子系统。后台管理子系统由服务器、后台管理应用平台、工作站计算机、数据库等构成，为各处的检测点提供后台管理服务。高速公路安全间距稽查系统联网通信结构如图3所示。

图3 高速公路安全间距稽查系统联网通信结构图

2.3 系统工作流程

高速公路安全间距稽查系统具体工作流程如图4所示。

图4 高速公路安全间距稽查系统工作流程

高速公路安全间距稽查系统的工作步骤包括以下方面。

（1）无线磁阻传感器检测到通过其的每辆车的运动信号后向外输出一信号。

（2）接入点设备接收到无线磁阻传感器输出的信号后，将此信号用TCP/IP协议输出。

（3）工业控制计算机接收到接入点设备输出的信号后，记录下此刻的时间tn，并同时向启动雷达测速仪发送一条启动信息；雷达测速仪记录下该辆车的瞬时速度vn，将其作为该车的平均速度，根据公式（1）计算出第n辆与第n-1辆车之间的车间距Ln。

（4）若 vn＜100km/h， Ln≥50m， 或 vn＞100km/h，Ln≥100m，则车辆不违章，进入步骤七；若vn＜100km/h， Ln＜50m， 或 vn＞100km/h， Ln＜100m，则车辆违章，工业控制计算机向视频图像采集单元发出一启动信号。

（5）视频图像采集单元接收启动信号后，对违章车辆周边环境信息及违章车辆进行拍摄，并将视频信息输出给工业控制计算机。

（6）工业控制计算机接收到视频图像采集单元回传的信息后，对图片中车辆的牌照号进行识别，并将该车辆的牌照号、时间信息、速度信息和视频信息进行存储。

（7）结束该车辆的信息采集。

3 高速公路安全间距稽查实施

高速公路安全间距稽查系统安装如图5所示。

图5 高速公路安全间距稽查系统安装示意图

无线磁阻传感器安装在检测点每条车道中央路面上的小洞中。

接入点设备、雷达测速仪和视频图像采集单元可以通过安装在高速公路上支架上进行固定，也可以通过其他方式固定，只要能将每个视频图像采集单元固定在每条车道上即可。若采用支架方式固定，则接入点设备和雷达测速仪安装在支架的纵梁上，每个视频图像采集单元安装在每个车道正上方支架的横梁上。

摄像机和补光灯安装在防护罩里面。在支架旁边的适当位置安装控制柜，工业控制计算机、电源模块、通信设备等安装在控制柜里面。

4 结语

本文提出的高速公路安全间距稽查系统可以检测在高速公路上行驶的机动车与前车的安全间距，并判断是否符合《中华人民共和国道路交通安全法》要求，如不符合，系统将对涉嫌违法车辆拍照取证，并自动提取和存储车辆牌照号码，与违法检测时间、地点等信息一同存储和上传。该系统对路面破坏小，安装容易，使用方便，也可以与高速公路机动车超速检测系统进行整合使用。

[1]张安霞，吴付威，李冠峰，等.高速公路客货混行交通事故模式及预防对策研究[J].交通运输工程与信息学报，2010，8（4）：117-122.

[2]丁建友，李铁柱，李文权.高速公路安全行车间距与追尾事故预防[C]//2007第三届中国智能交通年会论文集.南京：东南大学出版社，2007：2-3.

[3]陈瑜，张青华.浅议高速公路追尾事故的防控办法[J].华东公路，2006（8）：73-76.

[4]马骏.高速公路行车安全距离的分析与研究[J].西安公路交通大学学报，1998，18（4）：90-94.