基于車路協同駕駛模擬技術的霧區可變限速系統安全評估

張昕磊

摘 要：為從駕駛員角度研究霧天高速公路不同技術方式下可變限速系統的安全性，應用駕駛模擬技術構建車路協同實驗測試平臺，針對霧天高速公路不同可變限速控制系統的安全性開展研究。通過設置4種車路協同信息給予方式：無設置（對照組）、車載人機交互終端（Human Machine Interface， HMI）、路側動態信息標識（Dynamic Message Sign， DMS）、同時設置車載HMI和路側DMS，以及3種霧天濃度：無霧、大霧、濃霧，共開發12種實驗場景。

關鍵詞：高速公路霧區;駕駛模擬技術;可變限速系統;信息給予方式;駕駛安全性;熵權-層次分析

0 前言

霧會降低道路能見度，而能見度是駕駛員對駕駛環境感知的一個關鍵因素。由于霧所導致的能見度降低，影響了駕駛員準確感知如景深和速度等安全駕駛重要因素的能力，一旦發現前方有障礙物時，因為行車速度太快，相鄰距離太近來不及避讓，容易發生軋人、追尾、撞車、翻車等重大事故。因此在霧天，駕駛員未能保持良好的駕駛狀態，在產生駕駛行為疏漏的情況下，很容易導致的交通事故的發生。

伴隨智能交通技術的發展，車路協同可變限速系統可以通過對不同區域車速的限制和控制，達到在保持高速公路一定運行效率的情況下，提高道路行駛安全性。作為道路的使用者，駕駛員在霧天高速公路上使用車路協同可變限速系統的安全性成為了研究的重點，但是如何從駕駛員層面評估可變限速系統的安全性成為了亟需解決的問題。

1 車路協同技術

1.1 技術介紹

車路協同系統（Cooperative Vehicle Infrastructure System， CVIS）是指基于無線通信、傳感探測等技術獲取車輛和道路的信息，通過車車、車路通信進行信息交互和共享，實現車輛與基礎設施之間智能協同與配合，達到優化利用資源、提高道路交通安全、緩解交通擁堵的目的[2]。

近年來車路協同技術備受國內外研究學者們關注，同時在很多國家該技術得到了發展與廣泛應用。

1.2 駕駛模擬技術

駕駛模擬技術是研究車路協同系統駕駛員層面反應的主要實驗測試工具，因其實驗數據獲取實時，駕駛條件及車輛行駛軌跡可控、能獲得駕駛員全息數據、能實現人機實物仿真等優點，所以常常用在駕駛行為的研究中。

1.3 應用層面

利用駕駛模擬技術、車路協同技術和可變限速系統，實現在安全的環境下對不安全環境的駕駛員駕駛行為指標的獲取，通過使用綜合性分析方法構建基于駕駛行為指標的信息給予方式安全性評估模型，計算得到駕駛員在不同車路協同信息給予方式下的不同安全性。再根據多元線性回歸分析，以駕駛員安全性為因變量，建立以駕駛員年齡、性別、駕齡、性格、使用的車路協同信息給予方式及道路環境狀況等駕駛安全性外部因素為自變量的外部因素安全性評價模型。

2 技術路線

2.1 實驗基礎

研究的實驗基礎是在駕駛模擬平臺建立的情況下，利用車路協同技術對駕駛員在霧天高速公路行駛進行可變限速設計。實驗基于車路協同系統的信息互聯互通，將駕駛模擬器、中央處理器以及車載人機智能終端通過信息相連接，依靠模擬場景設計和方式方案制定，讓實驗員進行多種車路協同信息給予方式在多種霧濃度環境下的實驗測試，從而得到關于車路協同技術不同方式的駕駛行為安全指標信息。

2.2 數據預處理與安全指標計算

由于駕駛模擬器以一定的頻率向中央處理器傳送駕駛行為信息，經中央處理器導出的數據均是以時間為變量的駕駛行為指標。為表征駕駛員在霧天公路受車路協同-可變限速系統影響，則需要進行時間-空間數據類型的轉化，即實現駕駛安全指標與設立的道路提示點位置相互聯系。然而有些安全指標的確定與車輛所處的區段位置有關，需要在數據先轉化成空間單位后再進行計算，因此對行為指標信息進行安全指標計算。

通過對駕駛模擬實驗的設計，可以更好的進行對霧區環境下駕駛員安全指標的分析，利用車路協同信息給予方式，為駕駛員提供更多的交通信息服務選擇。針對霧區環境進行可變限速系統的設計，將不同環境區段設置不同限制速度，為駕駛員在霧區的安全駕駛提供全方位的服務。

3 駕駛員數據預處理和安全指標分析

實驗中收集到的原始數據，一般都要先通過數據預處理進行數據分類、標準化計算、異常數據剔除處理。在經過預處理后的數據才可以進行指標計算和數據特征分析。

駕駛模擬器在實驗過程中記錄了包括駕駛員操控行為數據和車輛運行數據等指標。由于駕駛模擬器對數據的記錄方式與實驗數據處理的形式不盡相同，并且部分安全指標需要在原始數據的基礎上進行數據標準化處理，因此對駕駛模擬原始數據需要進行數據預處理操作。

數據元（Data Element）：又稱數據類型，通過定義、標識、表示以及允許值等一系列屬性描述的數據單元。在特定的語義環境中被認為是不可再分的最小數據單元。根據數據分布特征，將原始的時間類型數據轉化為以空間距離為標準的特定指標時，需要確定單位空間的劃分范圍，將其稱為數據元處理。

本章通過對安全性外部因素的分類，通過多元回歸模型發現駕駛員性別、駕齡、所處道路區段和車路協同信息基于方式都會顯著影響駕駛安全性。

4 結束語

本文應用駕駛模擬技術構建車路協同實驗測試平臺，針對霧天高速公路應用四種信息給予方式的安全性開展研究。通過收集三種霧濃度四種車路協同信息給予方式下駕駛員的12種安全指標，對各安全指標進行對不同信息給予方式的差異性分析，建立基于駕駛行為指標的信息給予方式安全性評估模型，經過對不同信息給予方式下安全性計算，結合安全性外部因素，構建安全性外部因素影響模型，得到安全性外部因素與安全性的關系。

參考文獻：

[1]程興元.關于我國智能交通車路協同系統的探討與研究[J].交通世界，2014，36.

[2]賈鵬，馮明月，張志超.智能車路協同系統發展現狀與趨勢[J].軍事交通學院學報，2014，2.

[3]雋志才，姚宏偉，朱泰英等.高速公路可變限速系統的社會經濟影響評價[J].公路交通科技，2004年5月.