基于車路協(xié)同的智慧高速駕駛?cè)孙L險管控技術(shù)研究

摘 要：針對高速公路行駛過程中駕駛員因速度感知和距離感知偏差以及信息量不當?shù)蕊L險因素，提出應用車路協(xié)同系統(tǒng)，輔助駕駛員完成復雜的信息處理，誘導駕駛，從源頭上降低因信息不當帶來的風險。 具體技術(shù)主要包括：通過車路協(xié)同系統(tǒng)為駕駛員提供所在路段點位到指定目的地的實時引導，及時有效的將距離警告、事件緊急預告等預警信息連續(xù)、實時、多渠道的傳遞給駕駛員；增設(shè)駕駛員速度感知和距離感知增強設(shè)施，包括在隧道墻壁上設(shè)置速度與距離修正圖案、設(shè)置限速抓拍設(shè)施或者設(shè)置區(qū)間限速連續(xù)控速等措施；針對高速公路立交路段、服務(wù)區(qū)入口以及高速公路隧道入口等易引起信息不當?shù)奈恢?，提出標志布設(shè)要求。

關(guān)鍵詞：智慧高速 車路協(xié)同 駕駛?cè)?風險管控

1 緒論

隨著高速公路的不斷發(fā)展，路網(wǎng)密度的逐漸提升，大大縮短了省際、重要城市之間的時空距離，加快了區(qū)域間人員、商品、技術(shù)、信息的交流頻率和速度，高速公路的速度和便利在不斷的改善著經(jīng)濟發(fā)展和生活方式，隨著出行需求迅猛增長，高速公路交通流量不斷增加的同時，高速公路交通風險也在不斷上升，交通擁堵和交通事故頻繁發(fā)生，大大削弱了高速公路的通行效率。據(jù)國內(nèi)交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，近三年來，中國交通事故年發(fā)生數(shù)量在200000以上，其中2020年中國交通事故發(fā)生數(shù)量244674起，交通事故直接財產(chǎn)損失金額為131360.6萬元。道路交通事故已經(jīng)成為了一個主要的社會和經(jīng)濟問題。

高速公路交通風險問題吸引了研究者廣泛的關(guān)注與研究，經(jīng)過持續(xù)不斷地努力，在交通事故致因機理、交通事故預測和交通安全改善措施等諸多方面取得了諸多成果，Missikpode等[1]通過對新手駕駛員的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與其他駕駛員相比，男性新手駕駛員容易危險駕駛；Zhao等[2]利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對危險品運輸車輛的風險因素進行了分析，發(fā)現(xiàn)危險品車輛的風險主要由人為因素、運輸工具和設(shè)施因素、危險品的包裝和裝載因素共同構(gòu)成；胡立偉等[3]對高速公路貨車運行的的關(guān)鍵風險因素進行了分析，發(fā)現(xiàn)貨車的高風險是由多個風險因素共同作用的結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上建立了基于人工免疫機制的高速公路貨車運行風險評價模型。

但是目前的高速公路交通風險問題依然嚴峻，并未得到合理妥善的解決。交通安全問題十分復雜，它受駕駛員駕駛行為、車輛特性、道路設(shè)計要素及駕駛條件等諸多因素的影響，與整個交通運輸領(lǐng)域密切相關(guān)[4]。交通安全問題不僅要考慮車輛及道路本身存在的問題，還要包括駕駛員特性、交通法規(guī)、風險控制等無形的影響因素。

風險識別是指在交通事故發(fā)生之前，運用特定的方法，判別交通系統(tǒng)所面臨的人、車、路和環(huán)境各方面風險以及分析可能導致交通事故發(fā)生的潛在原因的過程[5]。作為實現(xiàn)主動防控交通事故的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在道路交通事故的研究中，如果能準確識別出導致事故發(fā)生的主要風險因素，就可以有針對性地提前制定防控措施，防患于未然，達到主動防控交通事故發(fā)生的目的。

2 高速公路風險因素分析及風險評估方法

智慧高速公路的建設(shè)為解決風險識別困難這個問題提供了技術(shù)條件和機遇。根據(jù)風險管理基本理論，交通系統(tǒng)中人、車、路和環(huán)WazzvMaUK1lctA5CZHh5RU/JMClpW0b9Nr0RMcmRfG8=境各要素相互作用，會對交通安全產(chǎn)生一個綜合的影響[6]。

2.1 駕駛員風險因素識別

針對駕駛員來說，駕駛員駕駛汽車的過程，實質(zhì)上就是感知、判斷決策和執(zhí)行的過程。駕駛差錯便是駕駛員的駕駛目的與實際駕駛行為或效果之間的偏差， 這種偏差可能導致交通事故。其具體風險因素如圖1所示。

駕駛員在行車過程中，由于視野不充分、夜間燈光照明不足、車內(nèi)物品的遮擋以及不良的天氣，使得危及行車安全的異常情況未能及時被駕駛員察覺，便會出現(xiàn)感知差錯[7]。

涉及駕駛員生理狀態(tài)的駕駛行為形成主因子中的某些因素，如疲勞、飲酒、服藥等導致駕駛員感官器官機能下降，也可能會導致感知差錯。

判斷決策差錯是由于駕駛員在行車過程中進行了不適當?shù)臎Q策，其實質(zhì)是對道路環(huán)境信息的處理不當。

動作差錯主要是駕駛員操作汽車的不當而造成的差錯，如在緊急情況下操作難度加大而不能正確地踩制動踏板以及對方向盤過度的轉(zhuǎn)動。

3 基于車路協(xié)同智慧高速駕駛員輔助信息處理技術(shù)

對于駕駛員而言，最為有效的風險管控莫過于幫助其在行車過程中完成復雜信息的感知、處理以及決策的自動處理。“車路協(xié)同”技術(shù)極大地促進了車與車、車與路之間的信息交互，可以輔助駕駛員完成復雜的信息處理，誘導駕駛。能夠從源頭上降低因信息不當帶來的安全風險。

智慧高速公路充分利用傳感通信控制技術(shù)，包括感知、通信、高精地圖、高精定位、數(shù)據(jù)處理、控制等技術(shù)，具有高精準的信息服務(wù)、車路協(xié)同式安全預警服務(wù)、高速公路精準管控服務(wù)、自由流收費服務(wù)、交通應急指揮調(diào)度與處置服務(wù)以及基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化及運維服務(wù)等功能。

智慧高速公路車路協(xié)同式系統(tǒng)主要由智能傳感器、車路協(xié)同路側(cè)設(shè)備、邊緣計算中心和可變情報板等組成，可以同時服務(wù)于人工駕駛車輛用戶和自動駕駛車輛用戶。智能傳感部分布設(shè)于高速公路路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施，主要通過車路協(xié)同智能路側(cè)終端的微波傳感器、車路協(xié)同智能車載終端、以及傳統(tǒng)檢測器（視頻、線圈、雷達等）實現(xiàn)對交通運行信息的感知，通過光纖通信或其他通信方式將傳感器采集的信息傳輸?shù)竭吘売嬎阒行?，同時車路協(xié)同通過車路通信如4G/5G、LTE-V、DSRC等技術(shù)與有車載終端的車輛進行交互，將車輛實時運行及狀態(tài)信息傳輸?shù)竭吘売嬎阒行摹Ｋ懈兄玫降男畔⒃诒镜剡吘売嬎阒行耐瓿蓴?shù)據(jù)的處理、融合、備份等基礎(chǔ)操作，進一步通過預警及控制算法對感知信息進行運算處理生成安全預警和控制決策信息，這些安全預警和控制決策支撐如車車碰撞預警、危險品運輸車預警、道路濕滑預警、交通事件預警等典型應用。

3.1 駕駛行程的智能引導

駕駛員的駕駛?cè)蝿?wù)分為導航、引導和控制三個層次，其中以引導對安全的影響最大，如果能及時告知其前方道路信息和車流情況，引導車道選擇和車速控制，將有利于避免或者大大減少駕駛員失誤的發(fā)生，降低駕駛員事故風險。

結(jié)合智慧高速公路建設(shè)情況，提出了以下駕駛行程智能引導方案。智能引導的技術(shù)要點是：通過車載終端或者路側(cè)顯示系統(tǒng)（如可變電子信息情報板等）向駕駛員傳達前方道路擁堵情況、道路分流點處行駛方向、當前車速和預估時間等信息，即時有效的信息連續(xù)、實時、多渠道的傳遞給駕駛員，極大地減少了駕駛員的駕駛?cè)蝿?wù)，降低了駕駛員事故風險，如圖2所示。

3.2 實時車速預警

車路協(xié)同式智能引導平臺通過車載終端如用戶手持終端、手機APP等方式或者路側(cè)顯示系統(tǒng)如可變電子信息情報板等向駕駛員傳達當前車速和路段限速提醒等信息，如圖4所示，當車輛行駛速度大于限速值后將產(chǎn)生超速報警，通過語音播報等方式，提醒駕駛員減速慢行。

在實際車速高于感知車速的路段，應用車路協(xié)同技術(shù)可以實現(xiàn)車速的實時顯示，如曲線入彎路段、隧道路段等可以設(shè)置實時車速顯示屏直接顯示駕駛員實際速度，提高駕駛員風險感知能力，警告駕駛員減速慢行從而降低風險。如圖3所示。

3.3 安全預警提醒

通過智能傳感器、車路協(xié)同路側(cè)設(shè)備、邊緣計算中心將感知信息傳遞并進行分析識別安全風險，實現(xiàn)前方車輛緊急制動提示、后方車輛超車提醒、側(cè)方車輛碰撞提醒、車輛近距離危險預警、前方車輛故障提示、周邊緊急車輛提醒、道路前方障礙物提醒、前方事故預警、前方道路施工信息預警等，如圖４所示。這些預警信息可以增強駕駛員對距離的關(guān)注，引導駕駛員注意到可能遇到的風險，減少交通事故或緊急狀況的發(fā)生。

同時，利用高精度地圖和定位確定路過車輛的精確位置信息，并通過RSU下發(fā)路徑規(guī)劃信息，為出行者提供車道級動態(tài)管控，輔助其作出正確的駕駛決策，降低駕駛風險，減少交通事故和二次傷害，提高行車安全或通行效率，如圖5所示。

3.4 不良天氣下的行車誘導

對于山區(qū)高速公路，由于橋隧占比高，易發(fā)生惡劣氣象環(huán)境。在易發(fā)生惡劣氣象環(huán)境、需要控制車速的路段，如隧道洞口、立交出入口、小半徑曲線入口等區(qū)域，可以通過布設(shè)相關(guān)檢測設(shè)備，對惡劣氣象環(huán)境進行預警，并誘導駕駛員的車速控制。當?shù)缆非胺接袗毫託庀蟓h(huán)境時，駕駛員可通過可變情報板、導航軟件、車路協(xié)同等方式接收到惡劣氣象環(huán)境預警信息，同時接收到當前及前方行駛路段車輛限速調(diào)整結(jié)果，使駕駛員及時掌握前方道路及交通信息，避免發(fā)生交通事故特別是二次交通事故的發(fā)生，如圖6所示。

4 基于速度和距離感知失誤的風險控制技術(shù)

4.1 速度感知失誤控制

駕駛員速度感知能力主要來源于駕駛視野范圍內(nèi)的參照物以及發(fā)動機聲音、道路噪音等。駕駛員視野范圍內(nèi)的視知覺線索的視知覺線索越多，駕駛員感知誤差越小。在感知車輛實際行駛速度的過程中，由于人體自身機能的限制，駕駛員在行駛過程中對速度的估計或判斷往往都是不準確的，因此很容易造成超速或低速行駛，進而引發(fā)碰撞或其他嚴重后果。

研究發(fā)現(xiàn)，無論在直線還是在曲線上，駕駛員的實際車速基本都是高于感知車速的，駕駛?cè)艘话愣紩凸缹嶋H車速[8]。無論是基本型曲線、同向曲線還是反向曲線而言，曲線入彎點是感知車速低估最嚴重的位置，駕駛?cè)嗽谥本忺c車速低估程度會加劇，曲中點車速低估程度會有所減輕，出彎處對車速的估計趨近準確甚至會高估車速。

此外，隧道環(huán)境下駕駛員可以獲取的視知覺線索少于一般路段，其速度感知能力較低。隧道環(huán)境下，當車速較低時，駕駛員對車速的估計偏高，且駕駛員的速度感知準確程度與一般道路環(huán)境相近；而當車速較高時，駕駛員對車速的估計偏低，行車安全性下降。基于上述分析，針對駕駛員速度感知失誤風險因素提出以下管控措施。

4.1.1 隧道側(cè)壁設(shè)置增加駕駛員速度感知的速度修正圖案

考慮到隧道環(huán)境對駕駛員的速度感知特性的影響，為增強隧道內(nèi)駕駛員速度感知能力，宜在兩側(cè)隧道墻壁上設(shè)置速度修正圖案，如圖７所示。當駕駛員行駛速度較快時，隧道壁圖案變化率加快，駕駛員會因感覺速度過快而減速行駛，起到控速效果。

4.1.2 設(shè)置限速抓拍

測速抓拍是交警部門通過測速執(zhí)法達到車速管制的重要手段，駕駛員在經(jīng)過限速抓拍裝置時，會下意識的降低車速，研究顯示測速抓拍對車輛的限速效果最為顯著，更能約束駕駛員的駕駛行為。

4.2 距離感知失誤控制

駕駛員的距離感知主要來源于駕駛員視覺所獲取的外界信息。高速行駛狀態(tài)下，駕駛員的動視覺通常會出現(xiàn)動視野變窄、視銳度降低、空間識別范圍縮小、反應錯誤增加等特征。駕駛員視覺感知距離的準確程度與視知覺線索的數(shù)量有關(guān)，視知覺線索越多，駕駛員距離感知誤差越小。

隧道環(huán)境下駕駛員可以獲取的視知覺線索少于一般路段，會對其距離感知能力產(chǎn)生影響。研究表明在隧道環(huán)境下，當車輛行駛速度較低時，駕駛員的感知距離大于真實距離；當速度較高時，駕駛員的感知距離小于真實距離。與一般道路環(huán)境相比，駕駛員在隧道環(huán)境下的感知距離與真實距離差值更大。針對駕駛員距離感知失誤風險因素提出以下管控措施。

4.2.1 設(shè)置距離確認牌

高速公路長直線路段處可每隔一段距離設(shè)置車距確認牌并配合設(shè)置車距確認標線，以幫助駕駛員確認與前車的車距并及時調(diào)整車距。

4.2.2 設(shè)置隧道內(nèi)距離確認標識

為增強駕駛員在隧道路段的距離感知水平，可在隧道兩側(cè)墻壁上并沿隧道方向設(shè)置排列的多個輪廓帶，如圖８所示，通過改變駕駛員的視知覺信息來影響駕駛員的距離知覺。此外，也可以在隧道內(nèi)行車道路面上，間隔20m，50m，100m和200m設(shè)置反光的路面標識文字（距離確認標識）幫助駕駛員確認車距。隧道空間條件良好時，可以考慮設(shè)置距離確認標志，代替距離確認標識。

4.2.3 隧道入口及立交出入口標志設(shè)置技術(shù)

立交路段、服務(wù)區(qū)入口以及高速公路隧道出入口特別是隧道入口是最易引起信息不當?shù)奈恢谩Ａ⒔桓浇荚O(shè)有較多的指路標志、警告標志等，道路信息系統(tǒng)復雜，可能會影響駕駛員認知，造成困惑。因此，立交位置是擁堵和交通事故易發(fā)區(qū)域。國內(nèi)外有限的研究表明，立交復雜程度和交叉口處標志設(shè)置對駕駛員負荷和交通安全有顯著影響。

5 結(jié)論

針對高速公路行駛過程中駕駛員因速度感知和距離感知偏差以及信息量不當?shù)蕊L險因素，提出應用車路協(xié)同系統(tǒng)，輔助駕駛員完成復雜的信息處理，誘導駕駛，從源頭上降低因信息不當帶來的風險。

（1）通過車路協(xié)同系統(tǒng)為駕駛員提供所在路段點位到指定目的地的實時引導，及時有效的將距離警告、事件緊急預告等預警信息連續(xù)、實時、多渠道的傳遞給駕駛員。

（2）為了降低因駕駛員速度感知與距離感知失誤的風險，創(chuàng)新性地提出了駕駛員速度感知和距離感知增強設(shè)施，包括在隧道墻壁上設(shè)置速度與距離修正圖案、設(shè)置限速抓拍設(shè)施或者設(shè)置區(qū)間限速連續(xù)控速等措施。

（3）針對高速公路立交路段、服務(wù)區(qū)入口以及高速公路隧道入口等易引起信息不當?shù)奈恢?，提出標志布設(shè)要求。

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