交通運輸是國民經濟發展的基礎，是社會生產、流通、分配、消費各環節正常運轉和協調發展的先決條件，對保障國民經濟持續健康快速發展、改善人民生活和促進國防現代化建設等具有十分重要的作用。 
　　隨著國民經濟的發展，其中的公路客、貨運輸量在逐年不斷地增加，公路客運量、公路貨運量在綜合運輸體系中所占比重越來越大。據統計，2006年公路完成客運量184.4億人次，旅客周轉量10136億人公里；公路完成貨運量146億噸，貨物周轉量9647億噸公里。為了適應飛速發展的國民經濟，對客貨運輸量不斷增加的需求和滿足全國1億多輛機動車的方便出行，我國加大了交通基礎設施的建設投入，公路建設速度迅猛增加，到“十一五”末，全國公路總里程將達到230萬公里,其中高速公路將達到6.5萬公里。提高公路的通行能力，增強對交通環境劣化的應變能力，保證公路安全、高效、暢通的正常運營，已成為全社會十分關注的問題。
　　1 道路行車環境劣化對安全、管理與經濟效益的挑戰
　　在道路行車中，受到了道路行車環境劣化(如惡劣天氣、人為事故、突發事件等)的影響，經常導致公路運行不暢，甚至完全關閉。
　　全世界范圍內道路行車都受到了來自環境劣化對安全的嚴重挑戰。
　　其中，在惡劣天氣中霧天已成為影響高速公路安全運行的頭號公害，每當有霧天出現，交通事故頻發，不少多霧地區只能關閉交通，不僅給公路管理部門或經營性公司帶來經濟損失，還大大削弱了公路的通行能力，造成貨物不能及時運達，嚴重影響社會生產，霧天發生的交通事故也直接給人類生命財產帶來了巨大損失。
　　如美國每年因濃霧而引起的道路交通事故損失高達3億美元以上，人員生命財產受到嚴重威脅，而不得不采取車輛減速行駛乃至封閉道路的應急措施。
　　美國2002年5月23日，加利特縣100多輛汽車因濃霧天氣在馬里蘭州68號州際公路發生連環相撞事件，至少造成2人死亡，36人受傷；
　　2002年美國當地時間11月3日早間，洛杉磯南部大霧彌漫，造成長海灘的一段高速公路上近200輛汽車、卡車連環相撞，道路堵塞數小時，并有幾十人在相撞中受傷，其中9人情況危急；
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　　2001年國內不少地區統計霧天交通事故日均40多起，氣象部門指出高速公路區域臨時封閉交通，車輛集中發動機怠速運行污染度加劇，大氣中懸浮顆粒增多，增加霧的滯留時間；
　　2006年10月12日，滬寧高速南京鎮江段內，下了秋天第一場大霧，從凌晨4時許至上午9時，寧鎮兩地聯手封閉全長91.3km的高速5h；
　　2006年11月3日，受濃霧襲擊影響，成綿、成渝、成雅、成樂、成溫邛等四川省內12條高速相繼關閉，其中不少高速公路為全線關閉，關閉時間最長的達到近9h；
　　2007年3月某日早晨，阿聯酋的迪拜地區曾因大霧導致200余輛車相撞燒毀。
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　　此外，來自不遵守交通規則的人為事故，和類似于洪水、滑坡、塌方等突發事件對交通安全的破壞性影響更是不勝枚舉，造成了極大的社會資源和人的生命財產損失。
　　每每遇到上述普遍存在、而又伴有大量隨機因素劣化的道路行車環境，乃至于道路形成了實際通行能力的下降，以及將造成或已經造成了極大的社會資源和人的生命財產損失時，迅速對事件中或處于與事件相干邊緣的交通參與體(人、車、貨)實行有效誘導，對于緩解實際事件的發生，以及降低事件的損失成本，將具有十分重要而又積極的現實意義。
　　2 實現道路行車安全智能化誘導的基本研究
　　2.1基本思路
　　眾所周知，在交通工程領域的交通工程主要包括交通安全設施、監控設施、通信設施、收費設施、照明設施、服務設施、環保設施等。以往在高速公路管理中對交通安全設施主要強調標志、標線、視線誘導標、護欄、防眩板等靜態的交通設施為主；而對監控設施則包括了幾乎所有反映動態的交通設施。
　　由于，沒有從設施種類的功能性定位上加以區分，使得原有的監控系統不能包羅萬象，
　　從諸如氣象信息的收集、收費站點圖像的采集、車輛分類、交通流量統計、路政與警車巡邏的動態，及至可變情報板的設置、路政與警車巡邏的調度、醫院與汽修廠的聯絡、各級指揮中心的協調等不一而足。使得現實中的高速公路監控系統大量投入經費配置各類信息采集裝置(以視頻攝像頭占絕大多數的——各種檢測器件)，信息處理裝置(各種配套計算機和服務器)，和信息發布裝置(可變LED情報板、各種顯示屏或顯示器等)。然而，被人們忽略了最重要的一點是：不能在現場直接為交通參與者提供有效服務，乃是行同虛設，即使配置更多更先進的監控設施，也難以發揮其良好的社會效益和投資單位的經濟收益。而監控管理部門在發生道路行車環境劣化，尤其引發交通事件時，心理上也就難以推脫莫名的自責。
　　因此，從交通工程設施的功能定位出發，重新調整各類設施的功能著眼點，讓各類設施在各自恰當的定義下實現應有的功能，是統籌發揮交通工程設施效能的關鍵所在。特別對交通安全設施打破強調靜態功能為主的思路，引入“數字交通”技術，將會在動態交通安全設施上實現質的飛躍。顯然，“道路行車安全智能誘導系統”是首先進入我們視線的全新的交通安全設施之一，將是智能交通領域的一項務實的創新與發展。
　　2.2基本功能的定義與監控系統的區別
　　由于我國高速公路的交通工程技術標準是以借鑒國外早期的實例與規范起步的，與近年來快速發展的新技術對接沒有實現或很不完善，需要調整的內容有待于實踐和開發的不斷總結和充實。
　　從交通工程設施的功能定位出發，交通安全設施應當是以減少交通事故的發生或減輕交通事故的嚴重程度為目的，主要包括能給交通參與者(通常指處于道路行車環境中的駕乘人員和現場巡查管理人員)提供道路交通信息，對視線起誘導作用，對車輛運行軌跡出現異常時起適當的保護作用的一系列裝備或設施；而監控系統應當是以規范交通秩序、調節交通流量、為交通工程設施維護和應急事件處置提供管理平臺為目的，主要包括能給交通管理者與決策層提供交通秩序、交通流量信息，對調節交通秩序及交通工程設施維護和應急事件處置預案進行決策或公布的一系列裝備或設施。
　　簡言之，交通安全設施是主要為交通參與者提供現場服務的信息、誘導與防護設施；監控系統是主要為交通管理者與決策層提供外場服務的信息、監視與控制設施。
　　而當前科學技術的發展和普及，尤其“數字交通”理念的產生，使得交通工程中的交通安全設施、監控設施、通信設施、收費設施、照明設施、服務設施、環保設施等組成系統間，形成了互相交融的局面，盡管其中各個系統之間形式上的差別(都由數字或電子、機電技術產品構成)在逐步減少，但是從交通工程設施的功能定位出發，各類設施在各自恰當的“定義”下應當實現的功能，仍然是有著十分明晰的區別。按功能定位統籌發揮各系統的實際功能，開發新的產品應用技術和設定符合客觀規律的管理規則，不斷拓展應用領域，從而收獲潛在的巨大社會效益和經濟收益，是體現或領略“數字交通”風采的關鍵所在。
　　2.3實現道路行車安全智能化誘導的可行性
　　如前所述，雖然交通工程中的交通安全設施、監控設施、通信設施、收費設施、照明設施、服務設施、環保設施等組成系統間，形成了互相交融的局面，其中各個系統之間形式上的差別越來越小，模糊概念地無限制擴展監控系統的涵蓋面，只能不恰當地進一步加重監控系統的“負擔”，導致管理規則上的混亂，和業已龐大的管理軟件與設施的不堪重負。因此，從區分交通工程設施的功能定位出發，細化各類設施應當實現的功能范圍，使得各類設施在獨立實施各自“明確的”功能條件下，成為一個個相對獨立的“閉環系統”， 引入 “數字交通” 技術，在各類系統之間實現“無縫鏈接”，將是我們分析“道路行車安全智能化誘導的可行性”的重要基礎。
　　道路行車安全智能化誘導的主要目的：當遇到普遍存在、而又伴有大量隨機因素劣化的道路行車環境時，以及道路實際通行能力明顯下降，將造成或已經造成了極大的社會資源和人的生命財產損失時，迅速對事件中或處于與事件相干邊緣的交通參與體(人、車、貨)實行有效誘導，從而緩解實際事件的發生和降低事件的損失成本。為完成這一主要目的，與之相對應的是構建一種能符合上述要求的系統。而實現這一目標的基本流程應當包括如下環節，如圖1所示。
　　圖1 自成“閉環體系”的道路行車安全智能化誘導基本流程
　　道路行車安全智能誘導系統之間及與其他系統的“無縫鏈接”形式如圖2所示。
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　　圖2 道路行車安全智能誘導系統之間及與其它系統的“無縫鏈接”示意圖
　　對于道路行車安全智能誘導系統而言，它是自身帶有電源的獨立閉環系統，系統作用范圍內的道路行車環境劣化事件將通過人工現場輸入、專業人員控制性遙控作業輸入、處于事件現場的環境識別控制裝置智能輸入形式，完成對誘導設施的分類控制；并通過數字信息轉換、接受、輸出模塊，完成對處于事件中或與事件相干邊緣的系統進行必要的數字信息轉換，同時按設定的軟件控制程序進行數字化輸出，實現與相關(由用戶協議約定)的系統之間的無縫鏈接；事件中或與事件相干邊緣的系統，亦通過數字信息轉換、接受、輸出模塊，接收來自于另一事件中或與事件相干邊緣的系統傳出的數字化信息，及時完成對誘導設施的分類控制。
　　目前，風能電站或太陽能電站等技術，可為這樣的無人值守系統提供動力源；基于LED發光技術的各種顯示器件，及其它諸如電聲器件，可為戶外的誘導設施提供充足的誘導標識信號；多年來各行業針對不同環境劣化開展的系列研究，已促成了各類傳感技術的長足發展，光機電一體化的技術整合，為系統提供了可借鑒的多功能人工、智能控制裝置技術儲備；日益發展與普及的數字通信技術，可成為最通用和最成熟的數字信息轉換、接受、輸出模塊；早期已日臻成熟的計算機編程與控制軟件，為實現無縫鏈接提供了最可靠的操作技術。因此，實現道路行車安全智能化誘導不僅是現實的，也是可行的；同時縱觀每當遇到普遍存在、而又伴有大量隨機因素劣化的道路交行車環境，使道路實際通行能力下降，嚴重危及人的生命財產和極大的社會資源浪費現象，實現道路行車安全智能化誘導更是十分迫切的，又是十分必要的。
　　3 道路行車安全智能誘導系統的開發與試驗
　　3.1基本原理與構成
　　顯然，道路行車安全智能誘導系統由其功能定位為動態的交通安全設施之一，根據其被賦予所要完成的主要任務和基本流程的特點，利用多項專利技術構建最實用且又簡潔的系統，是我們提出本文命題的最主要任務。
　　系統基本原理及裝置工作原理和關鍵技術如圖3所示。
　　限速警告系統
　　環境條件 智能識別系統 智能控制系統 行車動態警示系統
　　導航標識系統
　　圖3 系統的基本原理
　　太陽能 充放電 蓄電 - ○○ ○○ - 蓄電 充放電 太陽能
　　極 板 電 路 池組 + ○○ ○○ + 池組 電 路 極 板
　　- 信號燈組 -
　　傳感裝置 輸出控制器 輸出控制器 傳感裝置
　　圖4 識別與控制裝置及誘導設施工作原理框圖
　　當今高速公路交通中，道路行車環境劣化中的霧天是影響高速公路安全運行的頭號公害。每當有霧天氣出現，交通事故頻發，不少多霧地區只能關閉交通，不僅影響大眾出行的公共利益，也給公路管理部門或經營性公司帶來經濟損失，大大削弱了高速公路的綜合優勢。而且因霧天發生的交通事故也給公路旅行者，甚至救援者的生命財產帶來了巨大損失。道路行車安全智能化誘導系統的研究以適應霧天等低能見度條件作為系統的最典型應用環境。
　　控制
　　霧度 電 霧度放大 電信號
　　成霧物理變量 傳感 執 控制器 (同上)
　　器Ⅰ 行 :
　　元 
　　件 
　�、蚬� 放大 開
　　其它物理變量 路傳 關 
　　感器 控制器 
　　圖5 系統典型應用中的關鍵技術工作原理框圖
　　系統主要利用成霧時的各相關物理變量因素，及霧對光的散射原理，自動切換并組合模擬電信號的變化，使集成電路進入相關閾值的判定。系統采用太陽能為動力源，加上儲能技術提供動力，驅動多功能視覺誘導信號燈給出多種狀態的輸出，并且配有自我維護、防生物干擾防護功能。
　　誘導設施除圖5所示主動工作的燈組和限速顯示器外，根據需要還可配置供現場管理者發布管理信息(Y)和實際交通參與人員危機應急處置(S)，以及和管理中心實現信息互動(YK)的多功能誘導顯示屏，其工作原理如圖6所示。
　　3.2特點
　　本系統充分利用了霧的物理特性，提出了一種電子與光學、機械系統控制方案，并采用一系列集成技術，可以擴展至對雨、沙塵暴天氣的應用，引用了多項國家專利技術，具有高科技產品的特點和功能。
　　(1)可以分段自動識別霧、雨、沙塵暴、煙等有礙駕駛人員視線的行車環境，適時開啟或關閉位于行車道兩側的誘導燈組；
　　(2)在出現或消除有礙駕駛人員視線的行車環境時，分段給出預警限速或解除禁令；
　　(3)整個系統的應用以綠色能源為動力，和高速公路環境協調一致；
　　(4)所有結構為確保安全,均采用堅固輕型設計，力求減少給行車事故帶來二次傷害；
　　(5)采用本項目技術后，可取代現有反光誘導器；
　　(6)可根據車輛動態給出相應指示信號(如行車和駐車)；
　　(7)可對傳感器內部實現自我維護，并具備防生物干擾的防護功能；
　　(8)可恰當地給出遠距離預警信號；
　　(9)可實現與相關系統的無縫鏈接，以及與管理中心的遠程互動；
　　(10)誘導體系可分級授權使用——管理中心享有最高使用權限(對所有誘導設施實行互動)、現場管理者享有優先使用權限(對多功能誘導顯示屏實行有限操作)、其他交通參與者享有應急使用權(僅對多功能誘導顯示屏的報警進行操作)。
3.3基于實地應用的試驗研究 
　　2004年6月起至2005年7月，結合滬寧高速公路的拓寬工程，在鎮——寧支線的4K—10K路段，從應用的角度出發，對道路行車安全智能誘導系統(以下簡稱“誘導系統”)的技術方案可行性，及如何配置“誘導系統”，進行了一系列的實驗性試驗研究，研究的主要內容如下。
　　3.3.1霧及其霧天對視認性與對高速公路行車的影響
　　(1)霧的形成特征；
　　(2)霧天的視認性；
　　(3)對高速公路行車的主要影響。
　　3.3.2霧天行車動態條件下誘導信號的特性要求
　　(1)誘導信號色別與頻率的選擇；
　　(2)誘導信號的布置間距選擇；
　　(3)誘導信號圖案的比較與選擇；
　　(4)預警距離的選擇。
　　3.3.3驗證“誘導系統”的現行技術方案可行性
　　(1)系統能源匹配狀態試驗，驗證是否滿足連續工作時間的要求；
　　(2)霧天時的系統開啟靈敏度試驗，驗證是否滿足自動控制要求；
　　(3)相關氣象條件下的系統工作性能試驗，包括雨、雪等天氣條件下的系統工作性能試驗；
　　(4)特定氣象條件下的模擬試驗，包括煙與沙塵的模擬試驗。
　　3.3.4研究高速公路配置“誘導系統”的技術條件
　　(1)通過滬寧高速公路沿線環境氣候特性的研究，以實驗的方式確定滬寧地區沿線恰當的系統開啟氣象閾值；
　　(2)研究合適的系統安裝形成，包括與道路中設施的各種可能變化相適應的布線方案；
　　(3)總結誘導燈具的安裝參數，包括高度、轉角、俯(仰)角；
　　(4)探討合適的基本配置單元長度，標準配置單元和基本分段的合理性，并做出恰當的配置分類和選擇。
　　3.3.5探索性地試驗“誘導系統”應用中需增強的功能
　　(1)重要設施地段的光控技術可行性試驗；
　　(2)試驗“系統”工作時實現信息遠程傳輸互動的可能性。
　　4 CSZ-I道路(行車安全)智能誘導系統的應用前景
　　4.1系統簡介
　　筆者公司以自主知識產權技術所有方的身份，參加了滬寧高速公路的拓寬工程，在鎮——寧支線的4K—10K路段進行的對道路行車安全智能誘導系統的實驗性試驗研究，推出了CSZ-I道路(行車安全)智能誘導系統。
　　CSZ-I道路(行車安全)智能誘導系統是一種使用綠色電源，用于高速公路在不良視線條件下(如雨、霧、煙、塵等)，行車智能化管理的視(聽)覺導航系統。目前該系統已擁有兩項國家發明專利證書和兩項實用新型專利證書，以及又新申報并受理一項發明、一項實用新型專利，產品運用了多項專利技術，生產工藝先進、結構緊湊、布局合理、安全實用。
　　4.1.1主要用途
　　系統在面對行車方向上提供紅色主動發光的限速禁令，和沿道路兩側的交通設施上裝置誘導燈。
　　其間可以據外界視覺條件智能化及時開啟，并按道路輪廓提供紅色頻閃視覺誘導信號，按行車狀態提供黃色頻閃視覺警示信號，和按駐車狀態提供黃色固定視覺警示信號，給駕駛人員或其他工作人員有益的提示。
　　從而有效緩解在高速公路上行車中因交通量大、速度快，又處于遇有不良視線條件(如雨、霧、煙、塵)時，駕駛員因視覺能見度欠佳，對道路輪廓識別不當與前方行車動態不明，造成車輛操作判斷失誤，而引發的交通事故。進而有效增加高速公路通行日與營運收入。
　　系統可通過無線傳輸形式實現遠程互動，同時可供其他現場交通參與人員應急使用。
　　4.1.2主要特點
　　(1)自動識別。由霧天傳感控制裝置智能識別不同的外界條件，適時給出控制信號；
　　(2)分段開啟。以兩公里為單元分段設置本系統，適合于不同的誘導狀態；
　　(3)有效疏導。多種視覺信號分類授權，有效疏導行車間的相互影響；
　　(4)保障通行。具有適宜的限速與預警距離，便于提前采取適當措施；
　　(5)環保協調。采用太陽能供電，配套先進的儲能技術，減少污染和維護工作量；
　　(6)經濟實用。除關鍵部分采用進口件外，其余將按專利技術要求在國內分功能與總成集成，可按實際需求取舍用于不同場合；
　　(7)管理互動。可實現遠程信息共享和誘導設施的管理互動，還可兼顧現場交通參與者的有限互動。
　　4.2系統主要參數
　　循環壽命：500次。 
　　工作條件：-40℃～60℃。 
　　輸入狀態：雨、霧、塵。 
　　輸出狀態：零、單回路、雙回路 智能控制對象：道路行車能見距離。
　　靜態功能：限速顯示、道路輪廓顯示。
　　動態功能：行車顯示、駐車顯示、多功能信息顯示(均據用戶需要配置)。
　　其它功能：防生物與自我維護。
　　成霧最大預警距離：2～4km。 
　　駐車最大預警距離：30m。
　　遠程信息傳輸距離：不限(據用戶需要配置)。
　　4.3應用前景分析
　　(1)傳感控制裝置單獨應用，為重點路段適時提供警示或限速禁令及其它疏導性指示標志；
　　(2)傳感控制裝置加裝遠程傳輸裝置，與現有路段SOS通訊線路鏈接，為監測中心提供氣象信息指示，可大面積實行預警預告；
　　(3)僅使用整個誘導系統主導功能——道路輪廓與預警信號單獨應用，為不良天氣條件下的道路通行提供保障措施；
　　(4)整個誘導系統，主導功能與動、靜信號及多功能顯示屏聯合應用，為全面提升道路通行，減少追尾事故的發生提供技術支撐；
　　(5)整個誘導系統加裝遠程傳輸裝置，與SOS通訊線路鏈接，為監測中心提供遠程信息傳輸，實現道路系統全程暢通和全程信息預警、調度的互動；
　　(6)從逐步形成高速公路網及國家重要地區的全天候行車系統出發，其應用范圍可優先考慮如下場所：
　　*高速公路環繞城市邊緣的出入口段；
　　*特大立交樞紐處；
　　*地勢低洼、臨近湖泊、河流的大降水量地段；
　　*重要的港區通道；
　　*邊遠地區重要經濟繁華(或國防)路段；
　　*大型汽車渡口引導段；
　　*多霧地區的主干線；
　　*其它重要示范實驗路段等。
　　4.4實施方案例
　　誘導系統的前期研究受到了有關方面的關注，最初被列入國科發財字【2005】300號項目時，稱之為“高速公路霧天行車智能導航裝置研究與開發”， 曾經設想布設近14km的實驗路段，并編制了初步實施方案如圖7所示，其中計劃引入兩套外場氣象設備進行對比試驗。目前方案正處于前期落實中。
　　5 結束語
　　我們注視到當前國際上先進發達國家在ITS領域里的投入。我們期待高速公路營運管理與安全管理部門率先介入，關注并推進這一先進的交通安全輔助管理系統的普及與應用，讓道路行車安全管理工作效能與社會、經濟效益得到更進一步的提升！
　　*本文撰稿過程中，采納了江蘇寧滬高速公路股份有限公司的早期試驗研究課題成果，和國科發財字【2005】300號項目課題組的技術報告的相關信息
　　《衛星與網絡》雜志社供稿