广西北投交通养护科技集团有限公司 广西南宁 530029
摘要：公路养护作业任务日益繁重，区别于新建路施工作业，养护道路交通环境非常复杂，因此现场安全防护显得尤为重要。交通锥是公路养护作业现场必不可少的设备，但目前使用的交通锥只有简单的隔离和警示作用，没能有效地保护现场作业人员的安全。本文通过研究智慧交通锥及预警系统的原理，使用科学技术手段实现“人防”向“技防”的转变，以提前预警的方式提高公路作业现场的主动安全防御能力，并以广西兰海高速公路（钦州-合浦区段）、贵合高速公路等高速公路养护路段进行示范应用，达到以科技解决方案保安全、促安全的效果。
关键词：交通安全；智能预警；主动防护；养护作业；智慧交通锥
1 引言
在道路养护施工过程中，特别是在高速公路，通常不会全部封锁路段，现场复杂的环境和高速行驶的车辆，不得不面对一个棘手的问题——交通安全。如何改善公路养护作业中的交通安全问题，国内相关学者做出了一系列研究。程鹏飞[1]指出用好现有交管科技平台和开展交通信息服务等手段保障高速公路养护作业交通安全。周嗣恩[2]等分析了目前交通安全设施存在的问题，从科学性与实际操作性出发，提出了一种占道作业交通安全设施保障技术。张双妹[3]认为要进一步健全安全生产负责制与安全生产实际操作准则，开展对安全隐患的排查整改治理，加强对施工现场的安全监督与管理等措施，以有效地保障了施工作业现场的安全。李绍森[4]指出要构建高速公路养护施工安全管理体系。陈瑜[5]通过比较施工及作业区目前的交通安全状况，对交通事故产生的原因做了详细研究，并提出了在作业区对行车速度进行管理以及设置相应交通标志的管理办法。张云雨[6]、张迅[7]从人-车-路-环境-施工五大因素角度出发，提出构建高速公路作业区占道施工风险评估指标体系。夏然[8]提出基于改进指标WTTC的冲突判别模型和冲突预测模型并设计层级限速方案改善作业区安全性。陈元瑗[9]、张秀维[10]针对公路维护时的路锥摆放及回收存在作业效率缓慢且安全系数较低等问题，设计了一种交通路锥自动回收装置。冯培[11]等设计并应用智能预警路锥保障现场人员的生命财产安全。
上述学者通过信息化技术、安全设施保障技术、安全管理理论体系、交通安全组织管理方法、施工风险评估指标体系、冲突评判和预测模型、交通锥自动化收放、智能预警路锥等方面对公路养护作业中的安全问题进行了研究，他们的理论研究及实践经验主要偏向于传统的被动防护模式，未能最大限度保障施工作业人员以及行车人员的生命安全。因此，进一步研究应用信息化智能化手段给公路养护作业提供“主动预判，提前预警”功能，提升施工人员的安全系数，具有重要价值意义。
2 公路养护作业现场安全防护现状
依据《公路养护安全作业规程》（JTG H30-2015）[12]中规定，应当按照相关执行标准对占用路面开展施工养护等一定范围内的作业区域进行封闭管理，在有人工参与养护作业区域内还应设置交通锥或其它移动式标志，且距离作业点不得小于150m。目前我国大部分施工作业单位在对公路进行养护时采取的是被动防护模式，通过反光警用锥筒等警示标志并依赖于作业人员的现场引导来提醒过往车辆减速，存在防护效果不佳且安全风险较大等问题。
公路养护有别于新建道路，需要在保持道路通车的情况下作业施工，具有很高的危险性。在道路施工、养护区域发生的二次交通事故多为恶性事件，其中高速路段、城市快速路段为事故高危区域。近三年以来，国内仅交通事故就有20万起，年平均死亡人数达6.5万，造成的直接经济损失超20亿元，其中二次交通事故伤亡率超78.3%，二次事故中重大及特大交通事故占二次事故比例超过6成。通过分析养护作业施工事故发生的原因，除道路施工、养护作业交通组织管理不规范、标志设计不规范、设置不合理、限速策略不完善、警示不足外，以下现状问题比较突出：
（1）公路养护作业事故多，传统的警示设备及手段效果有限，对作业现场的主动防御能力不足。
（2）占道动态养护作业的行业监控手段缺乏，交通管理效率低，计划管理为主，缺乏实时监管和精细化分析手段。
（3）信息服务时效与准确触达缺失，事件审批管理流程的系统管理缺乏。
3 智慧交通锥及预警系统研究
交通锥一般用于公路交通事件（如车辆事故、公路养护作业）发生时，放置于事件发生地的警示距离位置，来提示或提醒过往车辆及路人以保证施工人员以及公路使用者的人身安全，又或者用于交通改道、人流和车群之分隔或汇合。目前在公路养护作业施工中，常常使用交通锥围起来作为一个施工区域，工人在施工区域内进行养护作业。由于受视线的影响，车辆往往距离施工区域几十米时才发现，车辆驾驶者操作不当或分心，冲撞交通锥施工区域时有发生，特别是在高速公路，严重时可能会造成施工人员伤亡。
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图1 智慧交通锥原理示意图
如图1所示，在普通交通锥内部设置定位模块和通信模块设备转变为智慧交通锥，其中定位模块通过北斗卫星或移动通信基站获取当前交通锥的精准位置数据，通信模块将交通锥接入物联网并将定位模块获取的位置数据通过网络及时传输发送至远端云服务器管理系统，云服务器管理系统将位置数据与热门导航电子地图（如高德、百度、腾讯）匹配，得到交通锥的位置，交通锥的位置即为交通事件的发生位置。云服务器管理系统在确定了交通事件的精确发生位置之后，发布相应施工交通事件并通过短信、移动互联网、无线电等方式推送给交通锥所在位置周围的各种信息接收终端如收音机、手机、车载终端等设备，信息接收终端收到施工交通事件之后，公众可根据自己实际的情况，或改变行程规划改道而行或小心谨慎前往该施工交通事件发生地。
通常在某一段公路养护作业时，可在公路养护作业的起始位置和终止位置分别放置一个智慧交通锥（两者中间摆放普通交通锥，降低交通锥成本），云服务器管理系统在设定的时间之内接收到两个智慧交通锥的地理位置数据，并基于每个地理位置数据与相应电子地图进行匹配得到对应智慧交通锥的地理位置，也就是云服务器管理系统得到该路段两个智慧交通锥的地理位置。在这种情形下，云服务器管理系统能够确定两个智慧交通锥之间的间距范围，即一前一后两个智慧交通锥包围的一个区域。云服务器管理系统将获取得到的路段区域作为交通事件的发生区域，进行更加精确的交通事件发布：如尊敬的XX，前方2公里处某某路某某段正在公路养护作业占道施工，请过往车辆及人员注意避让。传统交通锥与智慧交通锥安全防护对比如图2所示。
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图2 传统交通锥与智慧交通锥安全防护对比
此外，每一个智慧交通锥可以预先设置对应的唯一设备标识，该设备标识唯一确定智慧交通锥的身份。智慧交通锥可预先跟其拥有者对象的信息进行映射绑定，如设备标识为JTZ00000X的智慧交通锥与XX公司XX项目XX公路养护作业施工队进行绑定。通信模块设备在传输发送地理位置数据时顺便将该智慧交通锥的设备标识同时发送给云服务器管理系统。云服务器管理系统在接收到该设备标识之后，可以根据设备标识获取智慧交通锥对应绑定拥有者对象信息作为交通事件的参与者对象信息。云服务器管理系统确定了交通事件的参与者对象的信息之后，可以通知参与者对象的管理者，以便基于GIS电子地图实现对公路养护作业施工项目的信息化管理和控制，一目了然获取所属的所有公路养护作业施工情况。
4 智慧交通锥及预警系统应用
4.1 依托工程路段
本文依托广西兰海高速公路（钦州-合浦区段）、贵合高速公路等高速公路养护路段进行研究及示范应用。兰海（兰州-海口）高速公路和贵合（贵港-合浦）高速公路主线均是采用双向四车道设计，最大行车速度120km/h，依托工程路段中钦州至合浦高速区段是兰海高速公路在广西境内的路段，是广西“6横7纵8支线” 高速公路网的主骨架，贵合高速公路则是“纵3”三江至北海高速公路的重要组成部分。
以上养护路段采用长周期大覆盖的模式进行管养，推行“预防性养护+科学养护”，不断探索新工艺、引进新设备、采用新技术，推进道路养护的标准化、机械化、科学化、信息化、智能化。可以将智慧交通锥部署于以上工程养护路段做现场测试和调优，切实指导现场应用。
4.2 现场应用
4.2.1 使用流程
根据不同的道路类型（高速公路、城市道路），选择相应的智慧交通锥类型，本次研究依托海高速公路、贵合高速公路，所以选取高速公路类型的智慧交通锥。根据养护计划作业区域及范围，准备足够数量的智慧交通锥，建议根据养护作业路段，每50m配置一个智慧交通锥（一般在路段首尾处各放一个，中间使用普通交通锥）。如图3所示，智慧交通锥与普通交通锥外观及使用方法一致，即将作业区域与行车车道分隔开：
（1）将智慧交通锥按道路安全规定置于作业区域，无需任何操作。
（2）智慧交通锥摆放完毕后，尽量不随意挪动。
（3）现场公路养护作业完毕，现场施工人员正常回收智慧交通锥即可，在回收智慧交通锥时应注意尽量避免外力过大、碰撞，导致智慧交通锥损坏；以及避免重物压迫，导致智慧交通锥损坏。
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图3 交通锥摆放示意图
4.2.2 生成施工事件
公路养护作业施工队伍携带智慧交通锥到养护作业现场，按照公路养护安全标准化要求有序地摆放好智慧交通锥（见图4），在智能手机上打开导航电子地图，在地图查看当前施工地理位置，可以看到已经生成了交通实况施工事件（见图5）：包含事件位置、更新时间、影响路段长度以及授权认证的上报者。
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图4 智慧交通锥现场应用 图5 智慧交通锥在电子地图上生成的施工事件
4.2.3 管理系统
登录进入到交通锥管理系统，在监控大屏页面，地图上显示当前24小时内产生的所有事件（见图6）。未结束事件使用红色标记区分。如图7所示，点击其中一个事件图标，事件显示信息：编号、事件类型、处理团队、设备类型、状态、开始时间及结束时间。地图左侧及右侧为数据统计展示：
（1）一周事件统计：展示7天内，所有事件总数。
（2）一周事件分类统计：展示7天内，所有不同类型事件的数量。
（3）24小时团队排名：24小时内，产生事件最多的前5名。显示排名。
（4）24小时事件列表：24小时内所有事件列表展示，在线的高亮显示。
（5）24小时个人排名：24小时内，产生事件最多的前5名，显示排名。
（6）昨日帮助人数统计：每条凌晨计算前一天所有帮助人数，并显示数量。
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图6 交通锥管理系统-监控大屏
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图7 事件显示信息
进入事件管理页面（见图8），可根据时间，团队，事件类型，设备类型，在线状态筛选事件，也可模糊匹配事件编号，搜索结果自动展示。事件列表里，按时间排序，最新在最上面，展示信息如下：设备编号、IMEI、事件类型、状态、事件地点、所属团队、开始时间和结束时间、帮助人数、设备类型。点击事件列表中的条目，可在地图上查看事件发生路段（见图9）。
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图8 交通锥管理系统-事件管理
5 结语
安全生产，责重于山，是企业发展的基础和底线。公路养护企业需要将“生命至上、安全第一”的安全发展理念和要求深植于心中、严执于行中。通过加快施行“人防”向“技防”的转变，善用广用科学技术手段，“科技兴安，智慧养护”应是公路养护企业在安全生产中矢志不渝的追求。
本文通过在交通锥上集成物联网感知能力，并将其应用在公路养护作业施工中，首先实现对施工项目的信息化管理和控制；其次，通过与热门电子地图APP共享施工点位信息，让公众可以了解道路的施工情况，方便其提前规划路线，高效出行；最后，当车辆行驶至施工区域附近，通过电子地图导航来语音提醒司机注意减速慢行，从而减少因车速过快来不及避让施工作业区而造成事故的可能。本文研究主要创新点：
（1）将北斗定位、物联网通讯等前沿技术应用到公路养护行业；
（2）通过物联网感知，及时在电子地图上发布道路养护施工点位，方便公众出行，规避危险。
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图9 交通锥管理系统-事件地址
致谢
本研究得到广西交通运输行业重点科技项目“智能安全预警系统（智能锥桶）开发与应用”的资助。
参考文献：
[1]程鹏飞.高速公路养护作业交通安全管理研究[D].北京：清华大学，2017.
[2]周嗣恩，张灿，杨新苗.占道作业交通安全设施设置技术研究[J].交通信息与安全，2012，30（06）：11-16.
[3]张双妹.S1济聊高速德州段养护作业施工项目安全管理研究[D].长春：吉林大学，2017.
[4]李绍森.高速公路养护施工安全管理研究与实践[D].武汉：华中科技大学，2015.
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[12]中华人民共和国交通运输部.JTG H30-2015，公路养护安全作业规程[S].北京：人民交通出版社.