高速公路由于受地形、地质条件的制约以及环境投资方面的限制，部分路段在规划设计时不得不采取设计标准的极限指标。
如分布于云、贵、川、闽等地区的山区高速公路。一些路段线形、纵横等，设计指标偏低，连续坡道、弯坡组合路段较多，由于大货车辆多，制动性能差，多存在超载，在这种情况下，极易发生交通事故，且后续救援困难。特别是高速公路长下坡路段，一旦发生交通事故造成的后果更为严重。
有研究表明，高速公路事故率与车速离散程度关系较大，随车速离散程度增加，事故成指数上升。山区公路标准差普遍低于平原地区高速公路，在前者行驶车辆的车速离散程度也远高于行驶在后者的车辆，因此前者事故率远高于平原地区高速公路。
以四川省部分高速公路2008年交通事故统计数据为例，经过统计分析发现，山区路段比重较大的成渝高速的交通事故率为1.59起/km，山区路段比重较小的成绵广高速为1.179起/km，而全为平原段的成雅高速的事故率仅为0.79起/km。以某高速公路长下坡路段为例针对最近两年发生的事故进行了详细调查和分析，报告显示，该长下坡事故的主要事故成因有以下三个方面。
(1)货车比重日益增加，普遍载重量大，速度高，进入长下坡后由于不明路况，到坡底处已严重超速，遇弯道刹车不及，造成翻车或者冲出车道。
(2)肇事车辆中大多数货车司机为了省油高档冲入长下坡路段，长下坡中速度越来越快，为减缓车速连续踩刹车，造成制动失效，酿成惨剧。
(3)在处于丘陵多雾地区路段，原本能见度就低，加之长下坡接连续弯道，司乘人员往往无法及时发现前方异常情况，造成更为严重的二次事故。
事故发生的路段主要集中在长下坡路段的后半段，事故形态多以追尾碰撞和冲出路外为主。
建设需求分析
针对山区高速公路交通安全隐患严重，某省高速交警总队、省高速公路公司等联合开展山区高速公路交通安全预警与应急处理专项课题进行研究并在某高速公路路段进行示范系统建设。
资料显示，该路段长约10公里、长坡落差为249.4m、最大纵坡度5.95%、坡长为10km，在该路段上共有7个弯道、2个互通点以及多个隧道和大中型桥梁，属于典型山区高速公路路段。据统计，该路段开通4年7个月以来，共发生710起交通事故。2014年1月至2018年12月，该路段共发生一般以上交通事故29起，造成15人死亡、31人受伤、直接财产损失106.5万元，其中因轻微事故或车辆故障引起路面车辆滞留或者缓慢行驶时引发的二次事故有24起，造成14人死亡。
加强交通安全管理水平，减少或杜绝恶性交通事故的发生，以智能交通技术为引领，按照“积极预防、快速发现、联动响应、有效处置”的十六字建设理念指导项目建设：
积极预防通过各种先进的智能交通技术手段，包括最新的信息技术和成熟的路面安全技术，降低第一次事故发生的可能性。
◆对危险路段进行全程监控及状态监测
对长下坡危险路段进行路面通行状况及运行状态的全程监控。为此依托智能交通系统信息采集技术建立了一套能够提供高分辨率、无缝覆盖的监控系统，尤其在事故多发地段做到图像清晰，实时调取，事件预警，存储查询等一整套系统。同时建立一套能够实时采集交通流量信息及环境状态信息的数据采集系统，为实施各种应急预案提供可靠的数据支持。
◆为打击交通违法提供技术支撑
依据高清智能监控技术，建立一套先进的、有威慑力的综合执法系统，杜绝人为交通事故的发生，同时以人为本，通过教育，提示广大司乘人员自觉遵守交通法规，提高安全意识，从而达到预防交通事故的发生。
◆提高路面安全措施
应用震动标线、减速带等路面安全技术，配合相应的科技系统，进一步提升路面安全防护能力。
◆快速发现
对于确已发生的交通事故及应急事件，系统能够做到第一时间发现、第一时间报警、第一时间处置。为达到这个目标，依据车辆识别检测子系统，将以往由人工进行监视筛选判别大量图像或被动接警的陈旧监控模式，变为由人工智能设备进行24小时、全天候、主动发现处理事件的新模式，从而避免突发事故及应急事件发现不及时而造成的更大的人员财产的损失。
◆联动响应
联动响应就是要依托智能交通预警与应急处置平台来实现高效联动。当道路常态运营时，平台联动部分子系统进行一系列预设的自动发布功能；当发现突发事故及应急事件时，平台将信息及时准确地呈现给相关管理人员，经由人工授权后，联动各子系统，针对不同情况执行相应预案，从而达到快速精确传达预警信息，避免事故发生。
除此之外，该平台还专门开发了信息发布平台。包括：室外可变情报板、交通标志、标线、标牌、交通信号灯，路面广播系统。多样化的信息发布不仅可以保证在一般事件发生时通过路面情报板或广播系统将信息直接发送至事故可能波段范围内的人员或可能受影响者；并且能在发生重特大交通事故，或严重自然灾害时提供相关信息给公共信息发布平台，如交通广播电台、网络、移动运营商短信平台等。
◆有效处置
有效处置的要求就是将分散的资源整合，打造一个统一的指挥调度平台。在发生交通事故、自然灾害、高速公路严重堵塞等重大交通事件时，建立政府主导，以高速交警为主，相关应急部门为辅，以“统一接警，统一处警，资源共享，统一指挥，联合行动”为处置原则的高速公路突发事件应急指挥的大平台，实现跨部门、跨行业之间的统一指挥协调，快速高效地实现协同配合；同时可根据预案，联动其他警种和部门开展紧急救援，并对执行过程和现场态势进行跟踪管理。
在建设过程中，应用虚拟现实技术，使用了C3D-GIS平台，将监控路段完全数字化，融入到真实的应急指挥系统中，实现了调度指挥的实景化。通过C3D-GIS平台，可以对道路上的设备、车辆、人员、甚至路面、护栏，一草一木都可以纳入信息系统进行管理。最大限度的为指挥员提供了信息支持。
通过对高速公路各种运行状态数据的全面采集和有效分析，对道路上出现的突发事故和应急事件进行系统的整理归纳并分类，建立预案库；针对事件事故发生时的不同情况，帮助监控人员更加合理快速的选择并执行相应的预案操作。
由于突发事故及应急事件从预防、预警、发现、处置四个阶段都涉及多部门协同，为达到有效处置的目的，应经过相关部门，如：高速交警、高速公路公司、路政、急救、消防等部门商议确认流程，将流程嵌入系统，成为能够进行多方参与并进行审核、批复、监视等的信息载体。
技术实现手段
利用“城市智慧交通综合管理应用平台”的技术理念，开发针对高速公路的应急管理措施。系统的架构为一个平台，五个子系统。一个平台是指智能交通预警与应急处置平台；五个子系统分别是信息采集子系统、智能监控子系统、车辆检测子系统、预警发布子系统以及指挥调度子系统。
整个系统采用SOA架构，便于今后的分级扩展及他方接入。图1所示为整个系统的网络拓扑图。
图1 系统网络拓扑图
本系统综合使用了多种智能交通系统技术，包括激光帷幕、监控、事件检测、雾灯、广播、旅行时间检测等，实现了对一次事故的预防并避免二次事故的发生。整个方案设计注重实用性，通过深度研究高速公路安全预警业务，利用成熟的智能交通系统技术，能够切实提高高速公路相关业务部门的管理能力和效率。使得交警同志愿意使用系统而不是建设起来之后束之高阁检查时才使用。
本系统并非多个科技子系统的简单堆叠，是智能交通系统在高速公路信息化建设的深度应用；系统的设计理念是事故路段划分模型、模块化设计、统一优化、多学科深度融合。
为了形象的展示本文的智能交通安全预警与应急处置解决方案，以下用两幅图来阐述本方案预防一次事故以及避免二次事故的原理。图2所示为对于一次事故的预防示意图，我们综合使用了多种智能交通系统技术，包括激光帷幕，监控、事件检测、雾灯、广播、旅行时间检测等。车辆在进入路段后，受区间测速约束，速度得到限制，通过激光帷幕系统时，如果存在制动隐患，能够识别并发布在前方诱导屏，引导进入服务区进行强制休整降温，才能够继续行驶。这些手段的使用，将有效减少路段一次事故的发生。
图2 预防一次事故示意图
图3所示为避免二次事故过程的示意图。对于仍然发生的一次事故，事件检测系统能够自动检测出事件，在数秒内进行报警；警情确认后，系统迅速在上游通过VMS和广播发布预警消息，防止二次事故。指挥平台第一时间做出事故联动响应，事故信息迅速发送至相关部门并组织救援处置人员前往现场处置；该过程如图3(a)所示。如果事故处置时间较长，排队车辆较长时，系统发布分流信息，引导车辆通过分流节点；该过程如图3(b)所示。事故处理完毕后，系统迅速指挥路段恢复通行秩序；该过程如图3(c)所示。
图3 避免二次事故过程示意图
结束语
该示范系统针对高速公路事故多发路段日益严峻的道路安全问题，通过全方位的科技手段，满足道路预警及应急处置需求、提升道路安全运营的水平、方便人民群众日益增长的出行需要并保护广大人民群众的生命安全。
同时该系统作为信息支撑载体，用数字化手段提升了高速公路公司在道路设施管理、日常养护、道路运行状态宏观监控等方面的能力。高速交警可以通过这套系统，向科技要警力，全面提升在交通秩序管理、道路安全维护以及应急处置响应等方面的能力。随着现代信息技术的发展和进步，采用智能交通技术来对高速公路进行安全预警和应急处置将是未来的一个研究热点。
