技术路线 | 雾天下的高速公路管控技术讨论

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雾天能见度较低极易造成交通事故，特别是速度较快的高速公路，在秋冬季雾天下极易发生交通事故。

传统上，高速公路管理部门在低能见度天气下采取各种措施，如能见度低于30m时关闭高速。

但已有管控措施是粗线条的，存在以下问题：

一是较多采用限速、封路等手段，部分将流量限制（分流引导）加入，但较少涉及主线速度和匝道流量融合的协调控制；

二是虽然这些措施大体合理，但缺乏“依据各路段几何线形及交通流特性、大数据样本，采用雾天交通流模型确定出更加精细化的工程技术标准”的智能化管控，如依据不同路段道路几何线形（如弯道和山区纵坡）和能见度等确定不同速度限制值的精细化标准；

三是分段协调控制较少，且采用同一标准的路段距离较长。

由于高速公路雾天时不同路段的能见度可能存在差别，使得采用相同的管理控制措施不能达到预想的目的，采用不同的管控措施又涉及到各个路段的协调问题。

从安全角度，高速公路管理部门采用相对保守的控制措施，过大范围的高速封闭或过低的限速和流量限制等，在能见度稍大时，使高速公路交通量不必要的减少，大容量优势不能充分发挥；

过低的限速使得车辆在高速行驶时间加长，增加了事故发生的风险；

不必要的封路或过低的限流，使很多车辆在入口匝道长时间排队等待或转移到低级别道路上，造成这些本来已经拥挤的道路更加拥堵，事故率加大；

高速公路流量降低使得收费收入也大幅度下降，造成高速公路运营企业不必要的经济损失，以上这些在“雾持续时间较长如2小时以上甚至6小时、10小时”时尤为突出。

因此，针对不同路段不同的能见度，采用不同的精细化融合管控措施，在保证交通安全前提下，实施准全天候高速公路通行，最大限度的提高其实际通行能力，已成为政府相关部门、高速公路管理部门和出行者迫切需要解决的技术问题之一。

现有的研究技术分三个方面：

1.雾天高速公路最佳速度限制值或最优速度诱导方面

如李长城（李长城. 不良天气下的高速公路交通流特性及引导控制研究[D]. 北京：北京工业大学，2015.）提出一种不良天气下适合限速值的两步确定方法，首先确定气象与交通、道路因素下自由流速度，基于观测资料和通行能力速度-流量曲线，通过插值法确定新的速度-流量曲线，再通过查表确定特定流量下速度，作为实时推荐限速值；在此基础上提出跨区域跨部门路网协同联动机制，但不涉及具体控制模型与优化计算。

王敏(王敏.高速公路常态性雾区行车智能诱导策略研究[D].重庆：重庆交通大学，2015.)分析高速公路雾区车辆运行与事故特征，以交通流理论为基础建立高速公路雾区速度、车距控制自适应神经网络模型，得到雾区行车智能诱导策略。

张存保等（张存保，吕昌平，张珊，等.面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统和方法:中国,106251666 [P].2016-12-21.）提供一种面向智能网联汽车的雾天环境下高速公路安全车速引导系统，通过广域无线通信技术实现路侧设备和车载设备交互，将取得的实时能见度和本车状态信息发送给路侧设备，通过相关模块计算得到最佳车速。

不足：这些仅限于车辆主线速度控制和诱导，不涉及入口匝道流量控制，也不涉及由多路段不同道路几何线形组成的高速公路在不同能见度下控制策略的协调问题。

2.雾天高速公路速度限制和流量控制一体化协调研究方面

如龚玲艳等（龚玲艳，王可可，毛学军，等.雾天环境下高速公路交通控制方法[J]. 交通科学与工程，2017，31（1）：85-90.）在交通流模型METANET基础上建立改进雾天高速公路交通流模型，构建以主线运行效率、匝道排队长度约束及行车安全性三者协调为目标的高速公路主线与匝道协调预测控制模型。

不足：不涉及“多路段不同道路几何线形及不同能见度”问题，由于采用宏观交通流模型，对于具体路段微观交通流行为无法映射；预测控制需建立在精确预测基础上，呈现局限性。

徐锨锨等(徐锨锨，刘攀，王炜等.一种雾天状态下减少交通事故的车辆调控方法:中国,103198712[P]. 2013-07-10.)提出一种雾天减少交通事故的车辆调控方法，在获取事故路段信息采集雾天下的事故样本基础上，建立初始雾天状况下的交通事故判别函数，依据该函数值判别是否出现交通事故，并进行速度限制和匝道调节。

不足：仅适用于雾天出现事故后控制问题，不适用于事故前控制。

3.基于元胞自动机模型的雾天高速公路管理控制

庞明宝和郑莎莎（Pang Ming-bao, Zheng Sha-sha, Cai Zhang-hui. Simulation of three lanes one-way freeway in low visibility weather by possible traffic accidents[J]. Physica A, 2015, 433:161-170；郑莎莎.基于CAM的雾雨天气下高速公路控制信号施加策略研究[D].天津：河北工业大学，2015.10.）考虑到CAM在“克服跟驶模型局限性、描述交通流的非线性行为”等方面的优势，结合高速公路交通流和雾天驾驶员心理行为特性分析，建立雾天可能发生事故的一段1km的单向三车道直线高速公路CAM，以能见度为主要参数，通过调整交通需求（上游主线流量）和可变速度限制（Variable Speed Limits, VSL）值进行实验，得到协调控制信号施加策略。

不足：研究对象仅限于一段1km的直线高速公路，未考虑到弯道、山区上下纵坡等高速路段；未考虑到单向2车道、4车道等情况；上游主线流量作为该路段的控制变量不符合实际（实际上只能通过上游单个或多个入口匝道才能调节控制变量），不涉及多入口匝道间协调问题，不涉及不同路段即使2个入口匝道间的不同路段间的协调问题。

因此，在现有交通流非线性、交通控制技术、智能交通系统基础上，从交通流微观模型角度，基于大数据样本确定各路段不同能见度下的最大速度限制值和最大容许上游流量（最大允许交通需求，简称最大容许流量）。

在此基础上，针对高速公路能见度、广域雷达、视频信息等气象和交通流检测和感知系统所采集的信息，迅速确定各路段最大限速值和协调后各入口匝道流量，使各路段行驶车辆在最大限速值范围，且路段上游来车不超过最大容许流量，保证交通安全，最大限度的提高其流量的雾天高速公路主线和多匝道融合的协调控制技术方法，成为目前雾天下的道路管控研究方向之一。