可變限速技術(shù)為惡劣天氣高速行車安全“加碼”

文/云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 李薇

獲獎等級：三等獎

項(xiàng)目名稱：惡劣天氣條件下高速公路可變限速技術(shù)研究

雨、雪、霧等惡劣天氣，通常會導(dǎo)致高速公路的行車環(huán)境及道路通行條件惡化、交通運(yùn)營安全問題增加、通行效率下降。而科學(xué)的速度管理技術(shù)是惡劣天氣下最直接、最有效的管理手段之一，有助于降低惡劣天氣條件下的交通事故發(fā)生率和交通事故死亡率。

《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》指導(dǎo)思想中提出，到2030年，將全面建立國家、區(qū)域、城市多層級的交通安全智能分析研判體系，實(shí)現(xiàn)交通安全與氣象數(shù)據(jù)的跨界融合。由云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司、武漢理工大學(xué)、長安大學(xué)共同完成的“惡劣天氣條件下高速公路可變限速技術(shù)研究”是響應(yīng)交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的有效措施，亦是實(shí)現(xiàn)主動交通安全的重要技術(shù)和方法。

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項(xiàng)目主要研究創(chuàng)新成果

惡劣天氣對高速公路交通運(yùn)營的影響與可變限速啟動條件研究

項(xiàng)目通過對惡劣天氣造成的能見度降低、路面濕滑、駕駛員身心穩(wěn)定性下降等問題進(jìn)行深入研究，確定將能見度、降雨強(qiáng)度、水膜厚度、路面狀態(tài)、側(cè)風(fēng)風(fēng)速5個影響速度的交通氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)作為可變限速啟動條件的指標(biāo)。通過啟動條件的設(shè)置，可提高可變限速控制系統(tǒng)的控制效率。

惡劣天氣條件下高速公路最大容許速度研究

基于能見度、路面狀態(tài)、降雨強(qiáng)度、水膜厚度、風(fēng)速、路面濕滑系數(shù)等交通氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，對道路條件、行車條件、駕駛員反應(yīng)時間等參數(shù)的影響，綜合停車視距、決策視距（互通立交和服務(wù)區(qū)路段）、水滑速度和車輛行駛穩(wěn)定性等模型，提出惡劣天氣下最大容許速度綜合決策模型。

惡劣天氣下多路段可變限速協(xié)同控制算法

惡劣天氣下多路段可變限速協(xié)同控制的目的是在可接受的安全條件下，得到盡可能高的通行效率。因此，算法以安全作為速度控制的主要約束條件（最大容許速度約束、相鄰限速區(qū)的限速差約束、相鄰控制周期限速差約束、限速為10km/h的整數(shù)倍約束、限速區(qū)長度約束），以通行效率作為目標(biāo)函數(shù)（總行駛里程，TTD）對速度進(jìn)行控制。

惡劣天氣下高速公路可變限速控制系統(tǒng)研發(fā)

系統(tǒng)通過渝昆高速公路昭通段交通氣象、交通流觀測等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了惡劣天氣可變限速自動協(xié)同控制功能，同時設(shè)計(jì)了人工（半自動）控制模塊，對需要進(jìn)行交通管控的情況提供控制功能。

項(xiàng)目應(yīng)用示范與推廣前景

項(xiàng)目成果已在麻柳灣至昭通高速公路（全長約105.76公里）應(yīng)用，通過速度控制與可變信息發(fā)布、交通管理等手段有效提升了麻昭公路在團(tuán)霧、降雨、冰雪等惡劣天氣下的運(yùn)行安全及安全管理決策支持，同時可為其他類似地區(qū)高速公路項(xiàng)目在惡劣天氣下的速度控制與信息發(fā)布、交通管理等工作提供決策支持。

項(xiàng)目成果已在瀾滄至孟連至勐阿二級公路應(yīng)用，通過最大容許速度綜合決策模型分析技術(shù)，確定雨霧多發(fā)路段建議速度，設(shè)置了雨霧天氣建議限速標(biāo)志等，為公路管理人員提供了科學(xué)有效的管理依據(jù)及交通管控決策依據(jù)。

項(xiàng)目開發(fā)了一套惡劣天氣下的可變限速協(xié)同控制系統(tǒng)軟件，軟件中對于交通氣象數(shù)據(jù)處理、最大容許速度計(jì)算模型、可變限速協(xié)同控制約束條件與目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解求解等均已封裝為算法文件，可在其他道路中移植和應(yīng)用。而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，還可結(jié)合實(shí)際道路特征、交通氣象監(jiān)測條件、數(shù)據(jù)質(zhì)量、道路信息化水平等對控制方案、核心模型算法中的參數(shù)不斷調(diào)整，從而適應(yīng)每個公路項(xiàng)目的特征。

項(xiàng)目除了在可變限速技術(shù)中的應(yīng)用，還將隨著車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在車輛速度預(yù)警、自動駕駛等方面得到應(yīng)用，有較好的應(yīng)用前景。

表1 項(xiàng)目主要完成單位歷年科技創(chuàng)新業(yè)績