高速公路与城市快速路中定向喇叭的技术研究及应用

高速公路与城市快速路中定向喇叭的技术研究及应用

杜文武

杭州市交通规划设计研究院有限公司  310000

Research and Application of Directional Speakers

in Expressways and Urban Rapid Roads

摘要：

在城市化进程加速的今天，高速公路与城市快速路作为城市及城市间交通的主动脉，其运行效率与安全性直接关系到各个城市的整体运行质量与居民的生活质量。为了应对日益复杂的交通环境，定向喇叭作为一种集成了先进声学技术与信息化手段的创新管理工具应运而生。本文深入探讨了定向喇叭的技术原理、多样化的应用场景、具体实践案例以及其带来的显著优势与深远意义。通过详细分析，本文旨在揭示定向喇叭在提升交通管理效率、增强道路安全性、促进智慧交通建设等方面的关键作用，并展望其未来的发展趋势与应用前景。

关键词：高速公路；城市快速路；定向喇叭；定向发声技术；交通管理；智慧交通；信息化手段；安全预警

Abstract: In the era of accelerated urbanization, expressways and urban rapid roads serving as the main arteries of intra- and inter-city transportation, have a direct impact on both the overall operational efficiency of cities and the quality of life for residents. In response to an increasingly complex traffic environment, directional Speakers, an innovative management tool integrating advanced acoustic technology with information technology, have emerged. This paper delves into the technical principles of directional Speakers, their perse application scenarios, specific case studies, and the notable advantages and far-reaching implications they bring. Through meticulous analysis, this paper aims to uncover the pivotal role of directional loudspeakers in enhancing traffic management efficiency, strengthening road safety, and promoting the construction of intelligent transportation, and looks forward to its future development trends and application prospects.

Keywords:Expressway; Urban Rapid Road; Directional Speakers; Directional Sound Technology; Traffic Management; Smart Transportation; Information Technology; Safety Warning

一、引言

随着经济和社会发展迅速，城市规模不继扩大，城市化进程的不断加快，高速公路与城市快速路作为连接城市间及城市内各区域的重要通道，其重要性日益凸显。然而，交通拥堵、事故频发、噪音污染等问题也随之而来，给城市交通管理带来了巨大挑战。

传统的交通管理办法如：增设交通防护设施如标识标牌、镭射灯等；夜间辅助发光照明及防疲劳提醒；事后违法抓拍等手段，均为被动示警或处理方案，无法做到主动警示司机，为了应对这些挑战，城市交通管理者不断探索新的管理工具和技术手段，力求实现交通管理的智能化、高效化和绿色化。在此背景下，定向喇叭作为一种创新的应用方案，凭借其独特的技术优势和广泛的应用前景，逐渐受到了业界的关注和认可。定向喇叭通过其高指向性和高声压级，能够实现远距离的预警传播，其警示效果及处置效率远优于传统手段。

（1）声音警示效果大于视觉标志警示效果

在高速交通领域中，标志标牌对人的警示作用是“被动”的，而声音警示则是“主动”的，通过定向声学的特性，可实现声音有方向、远距离的精准投声，清晰传达语音指令，且不会对周边环境造成噪音干扰。大大提高了信息的到达率，远高于视觉警示带来的效果。

（2）声音处置效率大于现场出警处置效率

定向声系统通过智能行为分析后可根据不同场景“主动示警，远程处置“，减少安全事故的发生，最大限度保障人员生命财产安全。

二、定向喇叭的技术原理

城市快速路定向喇叭的核心技术在于其采用的定向发声技术。目前定向发声技术比较多，杭州聚声科技采用了声参量阵技术（即定向声学技术），通过聚声独有的声参量阵PA³SONICCORE算法，能实现声换能器的精准发声；发出的声音形态如同手电筒般，朝一个方向进行传输，声音约束角为±15°。

三、定向喇叭的多样化应用场景

（1）事故易发路段

在城市快速路中，互通枢纽、收费站出入口、长下坡、急弯等路段往往是事故的高发区。这些路段由于地形复杂、车速较快等因素，驾驶员稍有不慎就可能引发交通事故。而城市快速路定向喇叭的出现，为这些路段增添了一道坚实的防线。通过在这些路段部署定向喇叭，并设置相应的预警语音提示，如“前方急弯，请减速慢行”、“注意横风，保持车距”等，可以有效提醒驾驶员注意路况变化，降低事故风险。同时，定向喇叭还可以与交通监控系统联动，在检测到异常行为或潜在危险时自动触发预警机制，进一步保障道路安全。

城市快速路                               高速匝道口

（2）恶劣天气条件

在雾霾、雨雪等恶劣天气条件下，城市快速路的能见度大大降低，驾驶员的视线受到严重干扰。此时，传统的交通标志和标线往往难以发挥作用，而城市快速路定向喇叭则成为了驾驶员的“指路明灯”。通过实时发布天气预警信息、路况变化提示等语音内容，定向喇叭能够穿透厚重的雾气或雨雪，将关键信息直接送达车内驾驶员的耳边。这种即时的信息传递方式不仅帮助驾驶员及时了解路况变化，还引导他们做出正确的驾驶决策，确保行车安全。

（3）高速防疲劳及管控预警

通过在龙门架及路侧布设定向强声设备，通过独有的定向高分贝强声警示音，具有高穿透力，声音可穿透车窗，清晰可辨，能够有效提醒司机注意安全，谨慎驾驶。

针对大型事件交通管制、特情、突发事故等特殊情况，可使用定向声进行远程喊话，远程处置，且声音传输远，语音清晰。

（4）车载方案

利用定向声技术的独特优势，将声音精确地投射到指定车道，在车辆行驶过程中，针对后方来车发出警告声音，从而有效提醒司机注意来车，减少事故的发生。这种定向声预警设备能够在不影响周边环境的前提下，确保必要的安全警示信息能够被目标接收者清晰感知，这对于嘈杂的城市道路、高速公路出入口及复杂交通环境中提升行车安全具有重要意义。

四、定向喇叭在现实中的成功应用

（1）浙高速S9苏台高速公路起自苏州市，由江苏省苏震桃高速公路进入浙江省，经湖州、嘉兴，接已建成通车的钱江通道及其南北接线，通过杭绍台高速公路，直达台州。其中海宁周王庙段主线车流量较大，是事故多发路段，且靠近服务区，经常由于变道造成事故发生。浙高速相关运营管理部门在该路段部署了定向声光屏一体机，通过强穿透力声音来吸引司机关注屏幕信息，确保驾驶员清晰接收广播内容。该套系统既能提前警示车辆即将进入事故多发地，注意安全、保持车距，同时可联动LED屏加强警示作用，减少对周边居民影响，大幅降低了该高速公路事故发生率。

（S9苏台高速周王庙段）

（2）G60沪昆高速在桐乡境内设有屠甸、桐乡两个互通出入口，日均车流量约11万辆，是桐乡接沪融杭的主通道。相关数据显示，2023年桐乡段在国庆假期期间的断面流量达到了16.9万辆，车流量已远大于高速公路最大服务交通量。同时该路段“两化一危”车辆众多，易发生拥堵及重大事故。2020年经属地交警大队和高速管理养护中心研究，决定在高速龙门架上安装定向广播系统进行防疲劳预警警示，通过发出定向警报音，来提醒司机谨慎驾驶，减少事故发生。目前该系统已成功运行3年，有数据显示，安装后该路段事故率降低了20%，有力保障了人民生命财产安全。

（3）高速收费站行人误闯报警系统

嘉兴高速段高速公路入口行人误闯逐年有增不减，为了杜绝该违规行为，嘉兴高速管理中心通过在嘉善、许村、桐乡等收费站加装智能定向声视一体机系统，通过与摄像机、报警终端联动，一旦监测到行人误闯，定向声触发预警音进行声波驱离，同时报警终端通知值班员及时处置，快速响应特情报警，减少对周边居民干扰。

据不完全统计，2023年1-5月劝返约570次，该系统使用后，2024年1-5月，入口行人与非机动车有效劝返达822次，误闯者主动撤离，非机动车误闯现象减少，高速入口安全明显提升。

       许村、嘉善、桐乡收费站

五、结论及未来展望

随着智慧城市建设的不断推进和交通管理需求的日益增长，定向喇叭在智慧交通中的应用前景将更加广阔。未来，定向喇叭系统有望与更多的智能化设备和系统实现深度融合，如自动驾驶车辆、智能交通信号控制系统等。通过与其他系统的数据共享和协同工作，定向喇叭系统将更加精准地掌握交通状况和驾驶员需求，提供更加个性化、智能化的交通信息服务。

此外，随着技术的不断进步和成本的逐渐降低，定向喇叭系统的应用范围也将进一步扩大。除了公速公路、城市快速路外，定向喇叭系统还有望在城市道路、交通枢纽等多种交通场景中得到广泛应用。通过不断提升系统的性能和可靠性，定向喇叭系统将成为智慧交通建设中不可或缺的重要组成部分。

综上所述，城市快速路定向喇叭作为交通管理领域的一项重要技术创新，不仅显著提升了道路安全性和通行效率，还推动了交通管理的智能化发展。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，定向喇叭将在智慧交通中发挥更加重要的作用，为城市交通的可持续发展贡献更多力量。

参考文献

[1]汤云明，等.斑马线智能定向传场系统技术研发[].公路与水路运输.2021

[2]陈飞，等.定向声波聚声系统在高速公路防疲劳中的应用分析[j].运输经理世界.2023,17:4-6