高速公路隧道交通安全保障系統(tǒng)的研究

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隨著我國高速公路的快速發(fā)展,長隧道和特長隧道也越來越多,隧道由于其呈隱蔽帶狀的結(jié)構(gòu)特點,給交通行車環(huán)境帶來了一系列的變化,特別是處于高速公路大交通量路段的長大隧道,安全形勢十分嚴峻,曾因為安全問題造成了極大的損失。國內(nèi)外許多研究者從隧道設(shè)計方面,如土建工程、隧道結(jié)構(gòu)、洞內(nèi)設(shè)施等方面;也有從隧道運營管理方面。,如自動監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和智能化管理等;或者從交通安全管理等方面,考慮隧道的交通安全問題,目的是減少隧道交通事故的發(fā)生,也取得了一定的效果。但目前的研究很少從交通安全保障方面研究減少和預(yù)防高速公路隧道交通事故的發(fā)生。所以,為了保證高速公路隧道營運的可靠性和高效性,本文探討了導(dǎo)致交通事故的不安全因素,并結(jié)合高速公路隧道的特點,從隧道的通風(fēng)、照明、消防、交通監(jiān)控、安全設(shè)施和安全管理等方面考慮,建立以靜態(tài)管理和動態(tài)管理相結(jié)合的高速公路隧道交通保障系統(tǒng),對保證系統(tǒng)功能完善正常和車輛安全行駛,具有重要的現(xiàn)實意義。
    1 高速公路隧道交通事故特點分析
    高速公路隧道交通較其他道路交通具有特殊的運行環(huán)境,具有封閉性強、噪音大、能見度低,光過渡等特點。盡管高速公路隧道也考慮了通風(fēng)、照明、事故報警和交通誘導(dǎo)等系統(tǒng),但隧道交通事故還是屢屢發(fā)生。而且,一旦隧道里發(fā)生事故,其后果要比發(fā)生在地面上的嚴重得多。特別是火災(zāi),由于封閉的空間妨礙熱和煙霧的擴散,其后果極具災(zāi)難性。再者是洞內(nèi)外亮度差異較大,針對駕駛員容易產(chǎn)生黑洞效應(yīng),再加上空間的約束和壓抑,心理發(fā)生變化,出現(xiàn)交通事故的概率大大增加。第三,隧道內(nèi)車輛排放的尾氣在封閉空間得不到擴散和稀釋,有害污染物不斷積聚使洞內(nèi)空氣嚴重污染,不但對人的身體健康產(chǎn)生傷害,而且使隧道能見度降低,引發(fā)交通事故。所以,高速公路隧道交通事故也呈現(xiàn)一定的分布規(guī)律。以京珠高速公路韶關(guān)段隧道為例,它地處山嶺重丘區(qū),是廣東省和內(nèi)陸地區(qū)的交通要塞,交通量較大。全路段含長隧道3座(寶林山、大寶山、靠椅山隧道),短隧道1座(五龍嶺隧道)。該地區(qū)處于華南多雨區(qū),雷、雨、霧天氣較多,是事故多發(fā)隱患區(qū)。據(jù)2003年事故統(tǒng)計資料,發(fā)生事故合計340起,死傷人數(shù)共計126人,其中死亡人數(shù)共15人,受傷人數(shù)共111人,損壞車輛共計201輛。目前,隧道內(nèi)的通風(fēng)、照明設(shè)施沒有達到預(yù)期的效果,隧道群內(nèi)安裝的交通信息采集系統(tǒng)尚未對隧道運行狀況進行科學(xué)和客觀的評價,沒有發(fā)揮應(yīng)有的效能;而且隧道中沒有安裝專門的防噪設(shè)施,對維修人員及司乘人員不利,隨著交通量的進一步增加,這種現(xiàn)象將會進一步惡化,所以有必要采取一定的措施。據(jù)統(tǒng)計分析,本路段發(fā)生的事故有以下特點。
    (1)時間特點:夜間交通事故發(fā)生率要比白天略多一些(京珠高速公路韶關(guān)段隧道白天和夜間發(fā)生的交通事故分別占全天平均統(tǒng)計事故的39.7%和60.3%)。而且交通事故發(fā)生有2個高峰時間段分別為:4:00~6:00、16:00~18:OO,即黎明和黃昏時分的事故率偏高。
    (2)空間特點:事故多發(fā)生在長隧道內(nèi),而且隧道內(nèi)的事故既非均勻分布,也非隨機分布,而主要集中在隧道出入口附近,尤其在入口200~400 m路段內(nèi)發(fā)生的事故占的比例較大;本路段4座隧道,其中長度較短的五龍嶺隧道,事故發(fā)生較少,而其余較長的隧道發(fā)生事故較多。
    (3)事故成因特點:引發(fā)交通事故的原因是多種多樣的,包含了人、車、路、環(huán)境等各方面的因素。從初步整理的情況來看,在所有的事故原因中以人和車的因素較為突出。據(jù)本路段的統(tǒng)計資料表明,在所有原因中,緊急避讓所占比例高,約占總數(shù)的34%,其次是機械故障,約占總數(shù)的24%。
    (4)車型特點:發(fā)生交通事故的車型以大貨車為主,本路段大貨車約占總數(shù)的66%;其次為小型車,約占總數(shù)的20%。從實際調(diào)查來看,本條路段的運行車輛以大貨車為主,小型車次之。
                
    2高速公路隧道交通安全保障系
    2.1高速公路隧道交通事故致因分析根據(jù)高速公路隧道的交通事故特點,為了預(yù)防事故的發(fā)生,必須弄清事故發(fā)生的原因——事故致因因素。通過消除、控制致因因素,以防止事故的發(fā)生。高速公路隧道交通事故致因機理非常復(fù)雜,但依據(jù)人機工程學(xué)原理,運用人一機一環(huán)境系統(tǒng)安全性分析方法,從控制事故原因的角度分析,可以將高速公路隧道交通事故表示為人、車輛、道路和環(huán)境四大致因因素的多元聯(lián)合效用函數(shù)。高速公路隧道交通事故是人、車、道路和環(huán)境等致因因素交互作用的結(jié)果,是多因素聯(lián)合效應(yīng)的產(chǎn)物。然而,高速公路隧道交通系統(tǒng)交通安全管理及事故發(fā)生機理也是高速公路隧道交通事故發(fā)生與否的關(guān)鍵因素。因此,高速公路隧道交通事故致因有人、車、道路、環(huán)境、管理等五方面,而事故發(fā)生機理是觸發(fā)因子。
    (1)人的致因因素主要指駕駛員生理、心理、技術(shù)經(jīng)驗、交通行為等,包括超速行駛、疲勞駕駛、違章裝載、疏忽大意、行車間距小等。根據(jù)事故發(fā)生的時間特點,夜間駕駛員放松警惕,易開快車,違章超車,從而夜間交通事故發(fā)生率要比白天多;此外,夜間、黎明,及黃昏時刻駕駛員易產(chǎn)生疲勞,加上光線暗淡,致使駕駛員視力降到低,所以黎明和黃昏事故率偏高,(2)車輛的致因因素主要指車輛技術(shù)性能差、帶病車輛上路以及突發(fā)的機械故障等,從而導(dǎo)致了事故發(fā)生的成因特點和車型特點。而且,車輛不安全狀態(tài)會引發(fā)人的不安全行為,所以應(yīng)該不斷彌補駕駛作業(yè)空間人機工程學(xué)設(shè)計上的缺陷。
    (3)道路的致因因素主要指道路幾何線形差、路面抗滑性不好等,容易形成事故黑點,造成多起事故的發(fā)生。
    (4)環(huán)境的致因因素主要指行車交通環(huán)境差、交通設(shè)施不完善、以及周圍景觀不協(xié)調(diào)等方面的因素。例如:隧道內(nèi)環(huán)境照度低,故行車能見度差;環(huán)境噪聲大(包括洞壁的反射),影響駕駛?cè)藛T的正常思維判斷和:反應(yīng)能力;洞內(nèi)一氧化碳和煙霧濃度大,易發(fā)生火災(zāi):(5)管理的致因因素主要指由于管理方面的缺陷和責(zé)任,導(dǎo)致高速公路交通事故的發(fā)生。主要包括技術(shù)管理的缺陷,對駕駛員管理的缺陷,交通安全管理和控制、安全監(jiān)察、檢查以及交通事故防范措施存在缺陷。而且,管理方面的缺陷對人、車、路和環(huán)境方面的致因因素均起著激發(fā)的作用。為了研究方便起見,這里將車輛和道路的致因因素統(tǒng)稱為物的因素。根據(jù)上述分析,可以將交通事故的直接原因確定為人的不安全行為、物和環(huán)境的不安全狀態(tài),間接原因為高速公路隧道交通安全管理失誤和管理缺陷。
    2.2高速公路隧道交通安全保障系統(tǒng)的設(shè)計思路通過對高速公路隧道交通事故致因因素的分析,可知:導(dǎo)致交通事故發(fā)生的不安全因素有人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全條件及管理方面的缺陷等四類。因此,要保障高速公路的安全運行,就需要消除導(dǎo)致事故發(fā)生的這些不安全因素(1)消除人的不安全因素。
    病理因素主要通過體檢發(fā)現(xiàn),生理因素主要通過科學(xué)管理解決,心理因素主要通過訓(xùn)練制度解決, 知識方面的因素主要通過培訓(xùn)解決。因此,應(yīng)該加強駕駛員的交通安全教育,增進駕駛員對高速公路基本知識的了解,提高駕駛員的素質(zhì),以避免由于駕駛員的操作不當、疲勞駕駛等造成的交通事故的發(fā)生。
    (2)消除物的不安全因素。
    加強車輛維護,特別是車輪、制動裝置、轉(zhuǎn)向裝置的安全檢查,確保在高速公路上的行車車輛技術(shù)一況良好,以避免由于車輛爆胎、機械故障或方向失控等造成的交通事故發(fā)生。加強道路的養(yǎng)護工作,對路面、路基及附屬設(shè)施等損壞部位及時維修,提高隧道路面摩擦系數(shù),縮短車輛制動距離,預(yù)防車輛打滑。以保證車輛和道路處于安全運行狀態(tài)。
    (3)消除環(huán)境的不安全因素。
    解決隧道進出口處人眼和心理不適應(yīng)問題,保證良好的通風(fēng)照明條件;不斷完善交通工程設(shè)施和隧道主營管理系統(tǒng),給駕駛員創(chuàng)造一個良好的行駛環(huán)境。
    (4)消除管理的不安全因素。
    不斷完善高速公路隧道交通安全管理制度,減少交通事故的發(fā)生;加強交通安全教育宣傳工作,提高駕駛員的素質(zhì);保證良好的交通安全檢測系統(tǒng),預(yù)防火災(zāi)等交通事故的發(fā)生。消除了人、物、環(huán)境和管理的不安全因素,則為高速公路隧道交通安全運營奠定了理論基礎(chǔ)。
    3高速公路隧道交通安全保障體系的建立
    高速公路隧道交通安全系統(tǒng)是一個由人、車、路和環(huán)境組成的一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng),人、車、路三個因素在整個交通安全系統(tǒng)中不僅相互依賴、共同作用,而且互相協(xié)調(diào)、相互補充。當系統(tǒng)的協(xié)調(diào)出現(xiàn)問題時,就會引發(fā)交通事故,而且引發(fā)的事故與隧道的通風(fēng)、照明以及隧道內(nèi)運行環(huán)境等有很大關(guān)系。因此,為了減少事故發(fā)生的可能性和減輕事故引起的 后果,需要建立一個交通安全保障體系來消除引發(fā)隧道交通事故發(fā)生的不安全因素,確保隧道內(nèi)的安全運行。由于隧道邊墻效應(yīng)、明暗適應(yīng)性和封閉性等結(jié)構(gòu)特點,以及特殊的交通運行環(huán)境,可知:其安全保障體系應(yīng)該主要從隧道的通風(fēng)、照明、消防、交通監(jiān)控、安全設(shè)施和安全管理等方面考慮,建立高速公路隧道交通保障體系
    (1)通風(fēng)子系統(tǒng)包括能見度檢測、風(fēng)速檢測、風(fēng)機控制。使隧道內(nèi)具有良好的通風(fēng)性,從而使隧道內(nèi)的污染物濃度不超過安全行車的容許濃度,提高能見度,保證隧道內(nèi)的安全行車。
    (2)照明子系統(tǒng)包括應(yīng)急電源、亮度檢測、照明控制。保證隧道內(nèi)安全行車的基礎(chǔ)照明,以及進出隧道時人眼適應(yīng)光強變化的附加照明,消除由于洞內(nèi)外亮3)消防子系統(tǒng)包括火災(zāi)檢測、聲光報警、滅火系統(tǒng)和設(shè)備監(jiān)控診斷。能及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)源并發(fā)出警報,縮短應(yīng)急反應(yīng)時間,確保救援人員盡快到達現(xiàn)場,及時滅火和疏散隧道內(nèi)的人和物,減少隧道火災(zāi)造成的危害。
    (4)交通監(jiān)控子系統(tǒng)包括可變信息板、交通信號燈、車輛檢測器、CCTV監(jiān)視。實時掌握隧道出入口和隧道內(nèi)的交通狀況,并進行相應(yīng)的交通組織和控制,保證隧道內(nèi)良好的交通狀況,以及交通設(shè)施的安全可靠性。
    (5)安全設(shè)施系統(tǒng)包括基礎(chǔ)設(shè)施、檢測設(shè)施和指揮設(shè)施。完善交通標志、標線、防護設(shè)施及監(jiān)控設(shè)施,優(yōu)化隧道交通安全環(huán)境,它對減輕事故的嚴重程度,排除各種縱、橫向干擾,提高道路服務(wù)水平,提供視線誘導(dǎo),增強道路安全視野等都起重要的作用。
    (6)安全管理子系統(tǒng)包括交通事故的統(tǒng)計分析、事故多發(fā)點的鑒別、事故處理方案、安全決策系統(tǒng)。對高速公路隧道交通危險性進行分析和研究,剔除可能出現(xiàn)的事故隱患,保證行車安全的可靠性。各個系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)形成高速公路隧道交通安全保障體系,以確保高速公路隧道營運的可靠性、先進性、實時性、可用性以及高效性。
    4高速公路隧道交通安全保障系統(tǒng)的運作模式
    高速公路隧道交通安全保障系統(tǒng)應(yīng)以人為本、層層聯(lián)保,變被動的安全管理對象為現(xiàn)代的安全管理動力;變靜態(tài)安全管理為現(xiàn)代的安全動靜結(jié)合的綜合管理。首先,系統(tǒng)主機經(jīng)通信電纜對外圍設(shè)備檢測功能進行巡檢,并接受各子系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù);再結(jié)合閉路電視監(jiān)視器實時顯示的交通和環(huán)境的圖像,將這些信息建立在空間數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上,進行實時分析處理,傳遞給中央控制中心;中央控制中心判斷;運行狀態(tài)(正常、事件、事故和火災(zāi)),并與各子系統(tǒng)進行交互、協(xié)調(diào);后做出控制解決方案,下達執(zhí)行指令。
    5高速公路隧道交通安全保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
    高速公路隧道安全保障系統(tǒng)中消防保障系統(tǒng)更為重要。因此,該系統(tǒng)的重點是實現(xiàn)對設(shè)備和環(huán)境的自動實時監(jiān)測和運行控制,這是確保隧道行車安全的首要選擇。系統(tǒng)中各個監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測子系統(tǒng)、檢測數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、智能故障診斷專家系統(tǒng)等三部分組成。由于同時實現(xiàn)多項監(jiān)測,為了保證運行狀態(tài)實時巡回檢測與故障診斷同時進行,故障診斷分兩級進行。
    (1)監(jiān)測計算機進行實時在線故障檢測,現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器將實時檢測的數(shù)據(jù)或故障信號通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)測計算機,在屏幕上動態(tài)顯示各設(shè)備運行狀態(tài),并將檢測信號與主要運行數(shù)據(jù)同時存入服務(wù)器中的檢測管理數(shù)據(jù)庫與動態(tài)綜合數(shù)據(jù)庫。
    (2)管理計算機可同步進行故障診斷分析,管理計算機從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中讀出檢測數(shù)據(jù),專家系統(tǒng)根據(jù)檢測數(shù)據(jù)及設(shè)備運行知識庫,由推理機進行故障診斷及故障原因分析,提出故障處理策略。