灾害天气下高速公路车路协同应用场景研究

张忠民 李广 闫满囤 李忠辉 罗晓瑶

摘 要 当前我国已进入高速公路智能化、信息化建设与发展黄金时期，国务院在2017年2月3日发布了《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》（简称《规划》）[1]，提出了构建现代综合交通运输体系的目标，《规划》将推广智能技术在交通行业的应用作为一项重点的工作内容，要求交通基础设施和运载设备要全面实行数字化，提出建设“新一代国家交通控制网示范工程”，在营运车辆智能协同、公交智能控制和安全辅助驾驶等领域开展示范工程，应用高精度定位、先进传感、移动互联和智能控制技术，提升交通智慧调度、运营管理、安全应急和车路协同的智能化水平。

关键词 灾害天气;高速公路;车路协同;应用场景

引言

智能车路协同系统即IVICS（Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative Systems），简称车路协同系统，是智能交通系统（ITS）的最新发展方向。车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

1车路协同应用场景定义

车路协同是基于无线通信、传感探测等技术进行车路信息获取，通过车车、车路信息交互和共享，实现车辆和基础设施之间、车辆与车辆之间的智能协同与配合，达到优化利用系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。目前，主要的车路协同应用场景包括安全类、效率类和信息服务类，并将逐步向支持实现自动驾驶的协同服务类应用演进。

2灾害天气下高速公路车路协同应用场景

（1）雨天高速公路安全行车条件。雨天高速公路行车环境较雾天复杂，大雨、暴雨会造成驾驶员视线不清，安全行驶条件与雾天环境类似。雨天对高速公路行车的影响主要有：轮胎与路面摩擦因数、水膜厚度等，可借助车辆滑水临界速度模型构建雨天高速公路行车安全保障条件。

（2）冰雪环境高速公路安全行车条件。冰雪环境下轮胎与冰雪直接接触替代了轮胎与地面间的接触，道路的附着系数也相应发生变化。由于冰雪凝结状态多样，其路面类型不同，附着系数有较大差异。冰雪路面可分为松雪、雪浆、冰膜、冰板、雪板、冰雪板路面六类。冰雪环境对高速公路车辆行驶影响因素更为复杂，主要包括：路面附着系数，降雪和吹雪造成的低能见度以及大风对行驶车辆的干扰（离心力）等。

（3）大风环境高速公路安全行车条件。大风环境下汽车运行的风险因素包括：道路线形、路面状况、汽车制动性能、车速、车型、质心高度、风速风向等多个方面。大风对行驶车辆的影响主要表现在增大载重汽车的横向力从而影响车辆横向稳定性。横风在高速公路的隧道或者桥梁风口或是宽阔的地段相对常见，横风造成车辆的侧倾、侧滑、侧偏情况较为普遍。

3智慧公路车路协同典型应用

（1）智慧提醒应用。智慧提醒应用是指通过车路协同技术和电子指示牌、警示灯或广播等声光提醒方式将已知或系统采集的信息告知车辆驾乘人员，提醒驾乘人员注意道路和交通状况[2]。主要包括但不限于隧道、桥梁、连续弯道、急弯、事故易发路段、湿滑路段、长下坡路段、服务区、互通立交桥等特殊路段提醒，道路施工提醒，救护车、消防车等特殊车辆提醒，道路危险状况提醒等。

（2）智慧监测应用。智慧监测应用是指智能路侧基站系统挂载的各种感知模块或设备，如摄像头、交通气象检测器、毫米波雷达等获取的车辆、交通、道路、环境等各种数据，通过现场或后台数据分析模块对数据进行实时处理分析，若发现异常，则触发异常状态流程，启动现场或远程的设备设施对异常状态进行持续跟踪与处理。智慧监测应用包括但不限于天气（雨、雪、雾、横风、团雾等）、环境（结冰道路、积水道路、湿滑道路等）监测，道路沉降、塌方、落石监测，交通事故、交通拥堵监测，隧道内亮度、隧道内车辆平均速度监测，应急车道监测，货车占用快车道监测，超速监测等。

（3）智慧检测应用。随着ETC的推广，无人监管收费站存在非机动车进入高速公路的可能。高速公路上的动物、行人、非机动车等将给高速公路通行带来极大的威胁[3]。基于图像处理技术实现动物、行人、非机动车识别，通过车路协同管理平台统一协调，利用车路协同技术或电子指示牌等将异常情况提前告知给相应车辆驾乘人员，可避免恶性事故的发生。同时对环卫工人或施工人员进行保护。

（4）车辆辅助安全驾驶应用。在智慧高速上，通过V2V即时车车通信应用达到辅助行车安全的目的，主要包括前向碰撞预警、紧急制动预警、变道辅助、异常/失控车辆预警、交叉路口（汇入/分流）碰撞预警等基本应用。

（5）高级驾驶应用。车路协同技术的发展可在基础设施的路端为未来自动驾驶打下基础。未来可实现自动驾驶车辆的远程软件升级、远程车辆健康状态检测、实时感知周围环境和高精地图应用、高精度传感器共享、车速协同及See-Through（透视）等相关应用。

4结束语

本文对雾、雨、风、雪等灾害天气下高速公路行车安全条件进行分析，根据车辆自身和道路环境等特征参数对车速、車间距进行精准控制，可有效保障行车安全和运输效率。搭建灾害天气下高速公路车路协同系统，最终实现灾害天气下高速公路信息服务、行车诱导和交通管理功能。

参考文献

[1] 国务院.国务院关于印发《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》的通知（国发〔2017〕11号）[Z].北京：国务院，2017.

[2] 工业和信息化部.工业和信息化部关于印发《车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905-5925MHz频段管理规定（暂行）》的通知（工信部〔2018〕203号）[Z].北京：工业和信息化部，2018.

[3] 交通运输部办公厅.交通运输部办公厅关于印发《推进智慧交通发展行动计划（2017—2020年）》的通知（交办规划〔2017〕11号）[Z].北京：交通运输部办公厅，2017.

作者简介

张忠民（1970-），男 ，河北无极人;学历：硕士，职称：正高级工程师，现就职单位：河北交通投资集团，研究方向：道路工程设计与公路网规划。