面向視知覺的高速公路交通安全主動(dòng)防控

文/圖 武漢理工大學(xué)

面向視知覺的安全防控研究簡(jiǎn)介

面向視知覺的高速公路交通安全主動(dòng)防控項(xiàng)目以3項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、1項(xiàng)交通運(yùn)輸行業(yè)聯(lián)合科技攻關(guān)和3項(xiàng)交通廳級(jí)科研項(xiàng)目為依托，運(yùn)用視知覺信息改善駕駛員的方向、位置、距離、速度等感知原理，在設(shè)計(jì)時(shí)速80公里的G50滬渝高速公路、設(shè)計(jì)時(shí)速100公里的S1岱黃高速公路和G56杭瑞高速公路上，分別開展了與運(yùn)行速度、跟車間距和彎道轉(zhuǎn)向有關(guān)的交通安全風(fēng)險(xiǎn)影響機(jī)理和改善效果研究，并基于云梧高速公路等開展了交通事故防控效果的研究。

根據(jù)研究，車速高于60公里/時(shí)，每提高5公里/時(shí)，事故率翻倍，且嚴(yán)重程度呈指數(shù)增長(zhǎng)，速度差增大事故率同樣成倍上升；世界范圍約有44%的汽車事故與車輛偏離正常車道行駛有關(guān)；2018年，我國(guó)共發(fā)生道路交通事故244937起，其中，40.3%是尾隨相撞事故，21.9%是碰撞固定物或靜止車輛事故。通過路上自然駕駛實(shí)驗(yàn)和實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，該研究成果具有顯著的道路車速控制、車道保持和車距調(diào)節(jié)等功能，可顯著改善因車速、車距、車輛位置等因素所引發(fā)的道路交通事故。

車速控制：降低速度和速度標(biāo)準(zhǔn)差

車道保持：增大跟車間距

車距調(diào)節(jié)：增大跟車間距

邊緣率標(biāo)線的橫縱比

表1 武漢理工大學(xué)科技創(chuàng)新業(yè)績(jī)

表1 武漢理工大學(xué)科技創(chuàng)新業(yè)績(jī)

根據(jù)試驗(yàn)和應(yīng)用路段統(tǒng)計(jì)，可將局部危險(xiǎn)路段車速降低5%至10%，速度標(biāo)準(zhǔn)差降低10%至15%，且長(zhǎng)、中、短期效果無(wú)顯著差異；可將車輛偏離車道中心線的距離降低35%至50%；可將車頭間距增大2.4米至5.7米。經(jīng)過時(shí)間頻率優(yōu)化設(shè)計(jì)，時(shí)間頻率處于[10，18]赫茲時(shí)，駕駛?cè)艘恢聹p速；經(jīng)過增效參數(shù)優(yōu)化，角度為150度時(shí)，駕駛?cè)藴p速效果最明顯，可使平均車速、85%位車速、車速標(biāo)準(zhǔn)差分別降低7.68公里/時(shí)、10.14公里/時(shí)和1.58公里/時(shí)；經(jīng)過面向閃光融合的消弱增效，可使平均車速、85%位車速、車速標(biāo)準(zhǔn)差的絕對(duì)值(相對(duì)比例)分別降低7.82公里/時(shí)(7.4%),9.27公里/時(shí) (7.7%)和3.89公里/時(shí)(29.6%)；經(jīng)過運(yùn)用物理相對(duì)速度的補(bǔ)強(qiáng)增效，可將感知速度提升到30%至50%。經(jīng)過左右兩側(cè)時(shí)間頻率差異的優(yōu)化設(shè)計(jì)，兩側(cè)時(shí)間頻率為1∶4時(shí)，效果最為顯著，可將車輛偏離車道中心線的距離降低21%；經(jīng)過左右兩側(cè)擴(kuò)張率的優(yōu)化設(shè)計(jì)，兩側(cè)擴(kuò)張率為4∶1時(shí)，效果最為顯著，可將車道偏離中心線的距離降低13%。經(jīng)邊緣率、間斷視信息組合設(shè)計(jì)，可增大車頭時(shí)距5.8%至14.9%，其中，一黃一紅雙色路面標(biāo)線增大最為顯著；經(jīng)邊緣率、錯(cuò)位視信息組合設(shè)計(jì)，可增大車頭時(shí)距0.5%至5.2%，其中，間斷1米、錯(cuò)位20厘米路面標(biāo)線增大最為顯著；經(jīng)“逆向”直線透視組合設(shè)計(jì)，可增大車頭時(shí)距4.0%至8.2%。其中，150度角度的路面標(biāo)線增大最顯著。

邊緣率

“逆向”直線透視

路上實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程實(shí)景

基于邊緣率的自發(fā)光道釘設(shè)置

該研究成果在多條高速公路事故多發(fā)路段上應(yīng)用，根據(jù)相關(guān)應(yīng)用證明，杭瑞高速公路(思遵線)應(yīng)用路段2015年至2018年累計(jì)減少經(jīng)濟(jì)損失2000萬(wàn)元；云梧高速公路2017年至2019年均減少經(jīng)濟(jì)損失800萬(wàn)元，其中每公里年均減少經(jīng)濟(jì)損失8萬(wàn)元。截至2019年底，我國(guó)高速公路通車總里程為14.96萬(wàn)公里，依據(jù)云梧高速公路實(shí)例進(jìn)行推算，若研究成果應(yīng)用于10%的路段，年均將減少因事故導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失約11.97億元。3年觀測(cè)期內(nèi)，年均事故數(shù)降低71.1%，年均事故率降低63.7%，應(yīng)用路段的交通安全水平提升顯著。

從駕駛員視知覺信息表征形式來(lái)看，該技術(shù)能夠使視覺信息呈現(xiàn)多樣化表征，標(biāo)線、輪廓標(biāo)、突起路標(biāo)、柔性立柱等均可作為視知覺信息載體，具體參數(shù)亦可結(jié)合不同路段的道路特征、交通特征、環(huán)境特征匹配調(diào)整。整體上，技術(shù)具備成本低、易操作、適用面廣且長(zhǎng)期有效的特征，可在全國(guó)高速公路不同類型危險(xiǎn)路段推廣應(yīng)用，前景廣闊。從技術(shù)原理來(lái)看，針對(duì)部分關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整后，該技術(shù)亦可適用于其他等級(jí)公路或城市道路，延伸范圍廣。從功能性來(lái)看，該技術(shù)可與路基路面、構(gòu)造物(橋梁、隧道、互通立交等)減損協(xié)同，功能可拓展范圍廣，與其他技術(shù)之間的兼容性強(qiáng)，可為路基路面、構(gòu)造物的耐久性提升及財(cái)產(chǎn)損失降低提供新途徑。

武漢理工大學(xué)創(chuàng)業(yè)大樓

武漢理工大學(xué)科技園

建設(shè)特色鮮明的世界一流大學(xué)

武漢理工大學(xué)辦學(xué)歷史起源于1898年建立的湖北工藝學(xué)堂，2000年5月27日由原武漢工業(yè)大學(xué)、武漢交通科技大學(xué)、武漢汽車工業(yè)大學(xué)合并組建，辦學(xué)123年。截至2021年3月，學(xué)校包括馬房山校區(qū)、余家頭校區(qū)和南湖校區(qū)，占地近4000畝，總建筑面積186.1萬(wàn)平方米；在校普通本科生3.6萬(wàn)余人，博士、碩士生1.8萬(wàn)余人，留學(xué)生1700余人；有教職工5419人；設(shè)有25個(gè)學(xué)院（部），96個(gè)本科專業(yè)；擁有博士后科研流動(dòng)站17個(gè)，一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)19個(gè)，一級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)45個(gè)，碩士專業(yè)學(xué)位授權(quán)類別22個(gè)，碩士專業(yè)學(xué)位授權(quán)領(lǐng)域39個(gè)。

獲獎(jiǎng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合照

交通運(yùn)輸工程學(xué)科論壇

學(xué)校獲批交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)單位，入選首批國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范高校、第二批高等學(xué)校科技成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)轉(zhuǎn)移基地，與地方政府和行業(yè)企業(yè)共建產(chǎn)教融合示范區(qū)、科教創(chuàng)新園、工業(yè)技術(shù)研究院等科教合作與成果轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)257個(gè)。2010年以來(lái)，學(xué)校以第一完成單位獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)2項(xiàng)、技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)和科技進(jìn)步獎(jiǎng)16項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)及以上獎(jiǎng)勵(lì)66項(xiàng)；作為參加單位獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)2項(xiàng)；獲授權(quán)發(fā)明專利5524項(xiàng)。

歷經(jīng)120余年，風(fēng)雨兼程，武漢理工大學(xué)將以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，以立德樹人為根本，圍繞建設(shè)“讓人民滿意、讓世人仰慕的優(yōu)秀大學(xué)”的崇高大學(xué)理想，堅(jiān)持以特色創(chuàng)優(yōu)勢(shì)的發(fā)展道路，努力建設(shè)成為特色鮮明的世界一流大學(xué)。