一种应用于高速公路改扩建隔离设施与养护作业安全布防主动预警系统

与养护作业安全布防主动预警系统

郑　建，唐建亚，盛　帆，王海洋

（江苏中路信息科技有限公司，江苏 南京 210019）

　　【摘要】 安全布防主动预警系统的优势在于，通过实时获取安装在隔离设施上的智能传感设备的位置信息与位移状态，从而实现布防区域的安全状态在线化、数据化、信息化。与传统的安全管理手段相比较，安全布防主动预警系统实现安全管理的智能化、轻便化，最终的目的是提高公路工作的安全性。　　【关键词】 隔离设施；智能传感；安全管理架

　　【中图分类号】 TP277；U495 　　　　【文献标志码】 A　　　　【文章编号】 1671－3702（2018）11－0075－04

A Kind of Active Early Warning System Applied to Expressway Reconstruction

and Extension Isolation Facilities and Maintenance Work Safety

ZHENG Jian，TANG Jianya，SHENG Fan，WANG Haiyang

（Jiangsu Sinoroad Information Technology Co.，Ltd.，Nanjing Jiangsu 210019，China）

　　Abstract：The advantage of the active warning system is to obtain the position information and displacement state of the intelligent sensing equipment installed on the isolation facility in real time，so as to realize the online，data and information of the security state of the area. Compared with the traditional means of safety management，the safety management system is intelligent and portable，and the ultimate aim is to improve the safety of highway work.

　　Keywords：isolation facilities；intelligent sensing；security management

0　引　言

随着国民经济的飞速发展，国家公共基础设施的建设也在不断地发展。2018 年，中国高速公路建设也进入迅速增长的阶段。截至目前，全国高速公路里程已达 13.1 万公里，在国家公里的基础上，逐渐形成了以国家高速公路为骨架、以地方高速公路为补充的高速公路网规划格局。

伴随着大量的新建高速公路投入使用，早期的高速公路已进入维护保养的阶段，每年高速公路的维修保养工作成为公路管理部门重点的工作计划。但是，高速公路维养工作是最辛苦和危险的职业之一，每年由于交

作者简介：郑建，男，工程师，研究方向为工程领域信息化。

通施工、道路清扫、事故处理等引起的交通事故造成了大量的人员伤亡，其中，公路养护作业人员的伤亡占人员伤亡的比例重大。如何避免在公路维养工作中，保障养护工作人员的生命安全则是公路管理部门重点考虑的问题。

现阶段，高速公路改扩建与养护工程的主要安全防护措施，是通过沿线设置相应的安全锥桶或“水马”等设施，将施工区域与车辆行驶区域有效地隔离开，一定程度上保证了车辆行驶的安全、施工现场人员与车辆的安全，但是因为缺失快速获取现场安全设备信息的处理机制，安全管理人员也无法快速准确获悉现场施工是否处于安全状态。

随着计算机、网络和通信技术的快速发展，传统行

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聚焦信息化工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第36卷Focus on Informatization业工作信息化已经成为当今时代发展的大趋势。高速公路改扩建隔离设施与养护作业安全布防主动预警解决方案充分利用互联网架构的传感技术和 3G、LTE 的信息传输技术，实时采集过程中的数据信息，包括安全锥桶位置信息、安全锥桶位移信息等，通过通信模块及时上传到中心服务器。中心服务器依托设计程序对原始数据进行计算，生成工程质量控制语言，动态、真实地反映工程现场安全情况，并根据设定的控制限值，实现对工程安全的动态查询，提供分析预警机制，及时发现安全问题。

1　高速公路改扩建与养护作业建设原则

在高速公路改扩建与养护工程过程中，不同阶段的施工内容对现有的道路交通影响程度不同，采用的交通组织方式与方法不同。在交通组织上将遵循“扩建通车两不误，质量进度双确保”的总体原则，充分利用现有路网科学组织、合理安排车辆分流，坚持“事先控制、期中协调、全程监管、安全畅通”的原则。

1）施工期间不中断主线的交通，尽量降低扩建与养护工程施工对高速服务水平、安全水平的影响；

2）充分发挥周边路网及干线道路网潜在效率的原则，充分利用现有交通资源，因地制宜，科学适度分流，保畅排堵原则；

3）与施工方案紧密结合，做到对主线交通的影响程度减少到最小，应本着占路时间最短、占用道路面积最少、影响交通最小的原则制定交通组织方案，影响交通比较大的工序必须安排在交通低峰时间进行，保证施工顺利、如期、安全、高质量完成；

4）采取广泛宣传、争取理解；计划在先、预案备之；目标明确、分期落实；施工变化、动态调整的交通组织工程控制原则，施工期限与施工时间可相互调节；

5）对必须中断交通的施工项目，要提前做好周边路网的优化，适当引导，均衡交通流量，并通过宣传媒体告知群众，缓解施工路段的交通压力。

高速公路改扩建隔离设施与养护作业安全布防主动预警解决方案以坚持“事先控制、期中协调、全程监管、安全畅通”的原则，信息化保通围绕人管、技管、联管、物管与安管 5 种不同的管理方法，实现对改扩建与养护工程项目中数据信息的共享与协同工作的提升。- 76 -

2　施工作业区布防安全信息系统

2.1　系统组织框架

高速公路改扩建隔离设施与养护作业安全布防主动预警解决方案围绕物联技术、LTE 技术、视频回传技术与无人机应用技术，实现对高速公路改扩建与养护工程项目的主动安全防护工作的实施。施工作业区的安全维护系统与道路紧急救援信息管理系统，如图 1 所示。

图 1　系统组成框架

2.2　主动预警型安全设施

施工作业区安全设施的布设按照 JTGH 30－2015《公路养护安全作业规范》规定设置为警告区、过渡区、缓冲区、作业区、终止区。但对于施工作业人员隐患在于社会车辆有意、无意进入施工作业区，对于社会车辆及施工方的安全隐患极大，极易造成安全事故。主动预警型安全设施主要由两种设施组成，主动预警型安全锥桶与红外电子门禁型安全锥桶。

2.2.1　主动预警型安全锥桶该预警型安全锥桶系统由智慧型锥桶、（见图 2）

无线预警

器、便携报警器等组成。智慧型锥桶可主动发出警示灯光，面向来车，闪烁的灯光能警示车辆提前减速避让。

当车辆强行闯入时，将锥桶撞倒后，锥桶即主动发出报警声，同时同一防护区的锥桶进行网络联动，同时发出报警声，用以震慑闯入者，同时向作业区的工人进行提示提醒预警，快速闪避闯入的车辆，减小人身伤害。

为防止作业区工人未能听见警示声音，工人还可以佩戴震动预警传感器，当锥桶倾倒时（该锥桶设计重量较大，不会被风吹倒），除了锥桶联网声光预警，还可以无线感知的震动设备用以提醒作业区工人。

第11期

一种应用于高速公路改扩建隔离设施与养护作业安全布防主动预警系统郑建等：

2.2.2　红外当现场不具备连续布置主动

电子门禁型安全锥桶

预警型安全锥桶时，亦可以通过布设红外电子门禁来控制作业区的非法闯入者。红外电子门禁系统由红外对射门禁、车载式报警器等设备组成。

当车辆闯入锥筒红外对射虚拟门禁时，无线预警器立即发出无线报警信号，分布在施工现场各个点的所有报警器及便携报警图 2　主动预警型

器就即时发出声光震动警报，提

安全锥桶

醒现场的工作人员及时避让，有效预防事故的发生。

2.3　防撞隔离墩型安全设施（见图 3）

碰撞主动预警系统主要由无线（有线）振动传感器、加速度传感器、太阳能蓄电池、无线传输终端等设备组成。现场每一台隔离墩安装传感器，组合连接无线传输终端，将现场信号数据传输后台服务器。当现场有车辆或人为撞击隔离墩，隔离墩产生位移或者振动时（振动达一定范围，可调），后台服务器将通过系统终端为安全管理人员推送安全预警，通知管理人员现场及

时整改恢复

［1］

。

图 3　防撞隔离墩型安全设施示意图

2.4 “安设管家”APP管理系统

结合隔离墩型安全设施，通过计算隔离墩传感器上传的各项数据，可以自动获取到现场的安全性指示。利用这类指示，再结合大数据与 GIS 技术，实时展示现场安全性指标与实时传感器状态等信息。

除此以外，“安设管家”APP 管理系统可通过主动预警的方式提醒管理人员进行安全性检查，包含日常问题的发布处理、交通事故的应急处理与碰撞事故的应急处理。在事故发生时，实时建立临时应急指挥中心，形

成全方位一体化的应急措施，很大程度上提高安全管理的工作效率。

2.4.1　实时展示结合百度地图的方式，（见图 4）

利用图标点与信息点的方式

实时展示安装工区内所有碰撞传感器与摄像头等信息。根据传感器上传的位置、电量、位移等信息，“云服务器”自动计算出各个传感器的属性信息，便于管理人员能够实时掌握现场情况。

图 4　“安设管家”APP 实时展示

2.4.2　碰撞预警处理在施工过程中，发生车辆闯入施工区域或发生交

（见图 5）

通事故存在一定的可能性，在现阶段的处理方式下，通常属于被动式的处理方式，在接收到路网中心或群众举报电话后才能获悉事故的发生地点与情况。所以，结合“安设管家”APP 的碰撞主动预警的方式，才能实现第一时间掌握现场的情况。

当现场安装的隔离墩型安全设施被闯入施工区域的车辆撞击时，传感器则会实时上传相应的位移数据发送至“云服务器”。数据库自动计算相应的碰撞系数，当

碰撞系数大于设定的临界值时，“安设管家”APP 实时向相应的用户发送“碰撞预警”，包含碰撞位置、现场抓拍照片与实时视频画面，以及通过标红的方式在实时展示界面展示发送碰撞的位置。

用户可以根据预警内容当中的照片或视频信息，判断现场撞击是否造成一定的损失或伤害，也可以将预警信息选择推送至其他相关人员，通知其他相关人员对现场进行处理。

也可以将预警信息实时推送至预先设置的指挥中心中，建立碰撞事故的临时应急指挥中心，形成事故处

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聚焦信息化工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第36卷Focus on Informatization理的全方位一体化的工作模式（见图 6）。

图 5 “安设管家”APP 碰撞预警处理

图 6 “安设管家”APP 临时指挥中心

2.4.3　其他功能为了满足实际的工程需要，（见图 7）

除了会发生碰撞事故之

外，还会出现因施工封路而出现的交通事故与管理单位的日常任务的情况。因此，“安设管家”APP 也利用路网中心与无人机等其他技术，实现以上的多种功能，满足不同的需求。

3　效果分析

3.1　优势分析

1）在线化。结合物联技术与智能传感技术，实现隔离设施安全状态的 24 h 在线。安全管理人员可在线查看布防区域的安全状态，减小人力的投入，提高安全管理的工作效率。

2）数据化。智能传感技术可获取不同的参数信息，- 78 -

包含位移数据、编号数据、经纬度信息等，利用大数据的云服务器计算采集到的参数信息转换为数字数据，实现科学分析与精确定位。

3）信息化。智能标识隔离设施的安全状态，实时发布问题隔离设施，实现全过程的安全检查。

3.2　问题分析

1）数据传输不稳定。部分高速施工都是在环境

图 7 “安设管家” 相对较为恶劣的区域，这APP 碰撞预警处理

些区域普遍存在手机信号、

GNSS 信号较弱的情况。信号强度一旦达不到传输的要

求，系统可能存在无法工作的情况，就会影响到数据的连续性与完整性。

2）传感器数据传输距离短。受限于 2.4 G 无线传输的 500 m［2］的传输距离，

对应的DTU-HUB布设的数量则为递增，无法长距离地实现对安全隔离设施的布防。

4　结　论

本文通过对一种应用于高速公路改扩建隔离设施与养护作业安全布防主动预警系统的研究，得出以下几

点结论：

1）在国内，智能高速公路改扩建隔离设施与养护作业安全布防主动预警系统的研究还处于初始阶段，相应的理论与研究还相对匮乏。

2）智能传感测得的各项数据参数在一定的程度可以提高安全管理的工作效率。

3）在以后的发展中，还存在着许多需解决的问题，包括数据传输不稳定、操作人员的学习培训等问题，避免因为这些问题而导致的数据缺失。Q参考文献

［1］　贾云龙，委玉奇.基于智能传感技术的结构健康监测［J］.钢结

构，2010，25（8）：73－75.

［2］　侍月华.压电阻抗法在结构损伤检测中的应用［D］.济南：济南

大学，2014.