【《雾天高速公路行车诱导方案与仿真研究》19000字（论文）】

西安交通工程学院本科毕业设计（论文）Ⅴ第一章绪论1.1研究的背景、目的和意义我国高速公路持续二十多年的快速发展之后，整个高速公路的基础设施水平有了历史性的飞跃。随着许多省际公路的陆续通过，我国主要公路运输通道上的交通紧张状况已大大减轻，长期以来的运输能力紧张状况也得到了相对的改善。高速公路的快速发展大大缩短了省市与其他主要城市之间的通行距离，加快了各地区域之间人员，货物，技术和信息的交流，有效提高了生产和运输成本的能力，释放了更多的资源并扩大了城市的规模。在铁路运输能力匮乏且道路不畅通的地区，高速公路在交通运输中起着重要作用。发达国家的统计数据表明，高速公路上的交通事故和死亡率分别为普通公路上的30％和50％。但是，目前我国高速公路上的交通事故和死亡率高于普通公路，由恶劣天气引起的道路事故几乎占总数的四分之一[1]。据统计：2019年，我国恶劣天气造成的死亡人数与上年相比有所增加，特别是下半年恶劣天气下道路交通事故造成的交通事故数量有所增加。雾天比上半年增长了13.3％。在高速公路上行驶时，在有雾的环境道路上对行车安全的影响要比平时高速公路大得多，事故不仅很常见，而且经常引起“第二次事故”。有雾的天气是影响高速公路行驶的最严重的气候现象之一，被称为“高速杀手”。据统计，雾天的高速公路上发生的事故率是正常情况下的十倍。尤其是，漂浮的雾气和突发性强的团雾对高速公路安全行驶伤害更大。随着高速公路建设里程的增加和基础设施建设的加快，强大的交通能力等优势不断显现。同时，由于自身的特性，突发的大雾天气会导致车辆在此过程中处于危险当中，能见度突然下降或改变，并且道路交通事故频发。过去，在环境危险的道路段上预防交通事故主要依靠静态装置，例如反光的交通标志，引导标志和警告标志等影响较小的标志。为了提高大雾和恶劣天气下道路安全的安全性，重要的是寻找问题并找到解决问题的相关策略，以防止或减少高速公路中雾天引起的交通安全事故的发生。具有非常重要的实际意义。1.2国内研究现状与西方工业化国家相比，国内运输建筑业起步较晚。李长城和汤筠筠建立了雾天，雨天，大风和暴风雪等不利天气条件下交通管理的概念框架。张景峰从人工管理的角度指出了预防大雾地区交通事故的管理和技术方案，阐述了每种方案的优缺点，并说明了每种方法在某些情况下的适用性[2]-[3]。西南交通大学的台德清在其硕士论文中分析了高速公路雾的定义、形成的机理和特点以及从高速公路沿线雾的分布规律，分析了由大雾引起的高速公路事故，并发现雾对道路安全的影响方式和过程，在雾区提出了自己的限速理论[4]。交通运输部公路研究所的汤筠筠[5]等,在讨论我国实现雾区监测的适宜性和必要性的基础上，制定了监测系统方案。李学军，陈峰[6]等人在高速公路上建立了雾天交通安全系统，该系统是自动运行的，并辅以人工临时操作，以确保有雾地区的交通安全。齐莹菲[7]等人在雾天条件下以沪宁高速公路安全管理为例，从人工管理的角度出发，结合地理信息系统，信息技术等手段，建立了高速公路大雾控制系统。王敏[8]使用提出的预警系统来获取有关雾的信息，并同时将其传输到交通管理部门，以制定适当的管理控制计划和管理控制方案，通过信息发布系统将其传输给出行者，从而为高速公路上雾区建立了监控预警系统，以确保行车安全。蔺育斌[9]提出应用雾天道路预警系统，利用雾区道路预警系统在山西大运高速公路使用成功，并指出该系统具有较高的经济效益和社会效益，广泛应用对提高高速公路通行能力具有价值。雷金涛[10]等，提出了一种在雾天针对路况的智能路段控制系统，即使在大雾天气下也可以确保安全行驶，系统的实时控制降低了在雾中行驶的风险，并提高了道路安全的质量。重庆大学的黄席樾、陈勇[11]和重庆交通大学的黄瀚敏共同开发设计的智能检测预警系统，使用前后摄像头和专用计算机测量来确定距离、相对速度、相对加速度，大气，车辆模型等信息来确定车辆行驶是否安全。重庆交通大学的马新露[12]对车辆碰撞预警系统的定位和距离，研究了车辆碰撞预警系统的定位和测距技术。常熟理工学院李智超和罗野[13]提出了在交通预警系统中蚁群的通信机制，该机制利用MotorolainstantGPS芯片获取汽车的位置和速度信息，并通过无线数据传输芯片nRF905进行相邻汽车之间的距离数据交换：实时计算本车与前方邻车的间距。雾天道路存在危险趋势，昆玉高速公路道路管理局在昆磨高速公路的玉溪路段安装视线感应器，诱导驾驶员在夜间或有雾时驾驶，从而使驾驶员遵循道路的线性轮廓，引导车辆行驶。1.3国外研究现状国外修筑的高速公路直至起步相比于国内修筑的高速公路较早，对大雾天的高速路段安全研究也更加彻底，基础理论也相对较为完整。国外主要研究并分析在有雾的环境下的能见度，以及结合相关数据推算出影响能见度的各种因素，在这些分析和研究的基础上，确定相应的改进措施，以确保在有雾条件下道路车辆的行驶安全。许多工业化国家已经对有雾驾驶安全性进行了大量研究，并制定了许多控制措施。美国将天气现象作为控制交通和预防交通事故的重要手段。交通管理部门根据天气监测和天气预报对高速公路进行了道路设置，包括道路封闭和开放的条件及车速的限制。美国对道路天气信息研究进行较早，1993年发表了关于道路天气信息系统的研究和实践报告。美国建造的道路天气信息系统涵盖了恶劣天气的预警，例如风、雨、雪、冰及雾。雾天地区预警系统是道路天气信息系统的一部分，以鉴于大雾对交通的影响，美国非常关注大雾地区道路的安全，并且对高速公路大雾地区的安全有着非常具体的要求。NTSB（美国运输安全委员会）明确要求大雾地区的高速公路具有以下控制措施：及时发现大雾地区的交通流量的分布，降低大雾地区的行车速度。综上所述，国外对雾中安全驾驶的结果表明，国外相干的预警系统具有先进的检测设备，更为广泛的预警功能，较快的信息获取方式和处理速度以及较高的布局密度。在技​​术水平上为驾驶员提供妥善的安全预防措施，并第一时间向驾驶员提供相应信息。因此，国外已有的科研成果为我们确立了一定的理论基础，在此研究基础上我们可以表明研究的方向和相关经验及内容。毕竟，源于我国现有高速路段的特点和发展水平的限制，构建这些相关系统需要大额投资，所以不建议直接应用于相关结果。采用先进的概念和方法，并利用我国实际的高速公路。基于高速公路的条件和沿线的气候条件，创建了许多理论来确保在雾天条件下符合我国高速公路现况，发展并提高高速公路的安全性。由加利福尼亚大学开发的雾区自动检测和车辆诱导系统已在犹他州，田纳西州，卡罗来纳州和其他州使用，即通过将实时能见度监测值传输到监控中心，监控中心给予相应的反馈信息。监控中心根据适当的信息（例如，信息发布，高速公路封闭等），通过设置前向能见度仪和车辆检测器收集的信息数据，监控中心的计算机系统使用该信息数据来确定适当的车速，并提供预警。Alabama洲使用视频监控系统（CCTV），该系统由摄像头组成，用于监控交通流量的变化，并根据能见度监测值确定并发出限速值和控制措施。新加坡建立了高速公路监控与信息诱导系统，即EMAS（ExpresswayMonitoring&AdvisorySystem），该系统是由交通管理系统（ATMS）、车辆检测系统（VDS）、自动事故检测系统（AIDS）以及交通信息诱导系统VMS等子系统组成，可以为旅行者提供实时交通信息，对交通事故做出快速反应，在最坏情况下尽可能减少交通拥堵，并提高道路安全性。在澳大利亚，主要关注点是设置道路气象信息系统（RWS）并在道路上安装各种动态信息板来提示驾驶员注意保持最高车速和降低速度差异，以提醒驾驶员注意两者之间的距离。澳大利亚的这一举动对确保道路安全具有一定影响的作用。目前，在全国范围内广泛使用的网络气象监测站的建设已经完成，其中大多数具有智能信息监测和预警功能，可以承担局部或整个区域的监测和预警功能[14]。近年来，地方政府鼓励气象部门在一天到一到三天内向道路管理部门提供预报信息和详细的天气信息（包括道路温度和道路状况等），以制定适当的道路管理策略，以确保道路安全。此外，德国研究人员非常重视干冰防雾的研究。这种方法向空气中喷射低温二氧化碳，并使用二氧化碳分子作为晶核来吸收雾气，从而降低了雾气的浓度。瑞典是早期的RWS系统是专门为监视和共享有关冰雪天气的信息而开发的，在有雾的天气中很少使用。瑞典国家道路管理局（SNRA）开发了一种特殊的道路天气信息系统，该系统已取得了显着的社会和经济效益。瑞典SAAB公司紧随其后，先后进行了能见度检测和其他驾驶指导检查。这些技术已在全国范围内受到广泛好评。综上所述，我国对大雾道路安全预警系统的研究已从气象领域逐渐转向对大雾天气下驾驶行为之间的相关性进行研究，重点也从整体分析转向了车辆的安全性，研究雾天对驾驶安全的影响可以提升驾驶员对安全驾驶方面的认知。但是，在相关的国内研究方向中，关于雾的监视与车辆的速度限制之间的关系的研究和调查相对较少。到目前为止，还没有明显的预警效果，良好的安全性能，高度的自动化和简单的操作。1.4本文工作对大雾环境形成的原因及导致事故发生的机理进行分析，分析大雾天气下车辆行驶安全的影响因素。根据雾对高速公路影响不同，对雾进行了分级。确定了大雾天气下对高速公路行车安全的速度模型，提出限速方案。并通过交通仿真软件进行验证。根据雾天对诱导系统进行了简单的分析与介绍。第二章雾天行车安全分析雾是对人类交通活动影响最大的天气之一。不论是在国内还是国外，由于大雾影响下的高速公路从而导致的汽车追尾撞车等严重的交通事故，全年事故率仍保持较高。此外，我国大部分主要高速公路因大雾的影响不得不关闭，限制了人们的出行。雾中驾驶员视线不清，极易发生道路交通事故。在高速路段交通意外事故中，大雾等其他恶劣的天气造成的道路交通事故中约占总数的四分之一。据统计，2012年我国发生的25起交通事故中，有8起发生在高速公路上（占32％），9起发生在雨，雪，雾等恶劣天气下（占36％）。其中，在大雾天气的交通事故中，由团雾引起的交通事故更为普遍。团雾是影响交通事故的原因，在高速公路上被称为“第一杀手”。当高速公路上的雨，雪和雾来袭时，空气中能见度差，且雾浓度高，很难准确预测道路情况，驾驶员不易识别前方状况，极易造成重大交通事故。2.1雾天行车环境因素及特点2.1.1.雾的形成原因雾的定义：在水蒸汽充足并且大气稳定的状态下，湿度达到百分之百时，空气中的水蒸汽凝结成水滴漂浮于空气中，使地面水平的能见度下降，降低空气中的透明度，使得四周环境能见度也随之降低。当目标物的水平能见度低于一千米以下时，这种现象称之为“雾”[25]。而霾的水平能见度小于十千米。2.1.2.高速公路雾的分类及特点雾的种类繁多，常出现于秋冬季节，根据形成的条件不同，将雾分为以下几类[30]：上坡雾是当湿润的空气顺着山坡持续上升，因受热逐渐膨胀冷却后达到饱和度而逐步形成的雾。产生的条件：当空气潮湿且稳定，山坡坡度较小，容易形成对流，雾就难以形成。根据地形和水汽可直接影响分布和尺度，有明显的日变化规律。平流雾是当暖湿的气流通过较冷的水面或地面时，气流遇冷并冷却凝结成的雾。一般发生在冬季，影响时间较长，有时可达数百米厚。平流雾出现时间不稳定，但往往持续时间较长，如风向转变或停止，雾气才会消散。蒸发雾是当冷空气流经暖水面上，由于暖水面的蒸发，水汽与冷空气融合、冷却过程中迅速凝结形成的雾。通常发生在深秋寒冷的湖面和河面上，并且通常会生成冻雾或白霜。如果是在高速公路两边，容易造成这一路段的交通事故。辐射雾是当空气受太阳辐射影响，不断吸收热力，落地后的热力通过长波辐射释出，使接近地面空气的温度逐渐下降，使空气里的水汽凝结，形成无数悬浮在空气里的小水点。通常出现在晴朗而微风的秋冬晚上或者清晨，在日出一段时间后或风力十足便会消散。辐射雾往往范围较大，跨越数省，不仅容易造成交通拥堵，且影响了高速公路、运输国道、航空、铁路的正常运营和行驶安全。锋面雾是当锋面附近的空气中的水滴或雪等水粒子向地面降落，使水点蒸发为水蒸气，当水蒸气发生冷却凝固的现象而生成锋面雾，气温下降而空气饱和时亦会发生。锋面雾通常发生在冷暖空气交界的锋面附近，并伴随少量的降雨同时出现，又可分为锋前雾和锋后雾。低雾当雾遮盖的范围不到60%时，为低雾。按国际气象组织规定能见度按距离划分为：①当能见度范围在1-10公里距离之间的为轻雾。②当能见度范围低于1公里距离的为雾。③当能见度范围在200-500

米距离之间的为大雾。④当能见度范围在50-200

米距离之间的为浓雾。⑤当能见度范围低于50米距离的雾为强浓雾。这种天气状况下对高速公路的影响较为明显。2.1.3.大雾预警等级通过对不同类型雾区的能见度现象的了解，包括不同浓度的雾对高速路段行车影响程度，将雾天预警级别总结为以下几种等级，如表所示：表2-1大雾预警等级预警等级颜色标志级别描述影响一级十二小时之内：能见度在500米范围距离之内的雾，或存在在能见度＜500米和≥200米的雾气蔓延并持续。行车视线模糊，交通紊乱，影响行车安全。二级六小时之内：能见度在200米范围距离之内的雾，或存在能见度＜200米和≥50米的雾气蔓延并持续。行车速度缓慢，路面结冰，与地面摩擦系数减小，存在危险。三级两小时之内：存在能见度在50米范围距离之内的雾，或存在能见度＜50米的雾气蔓延并持续。造成交通拥堵，不宜行车，视野模糊。2.2雾天所引发的交通事故分析及影响2.2.1雾天交通事故案例由大雾诱发的高速路段的交通事故，重大交通事故为大部分，其影响规模大，给人民的生命和财产安全带来了巨大的损失，同时也给公路路网的安全、高效运行带来了严重影响[26]。以下是因为大雾诱发交通事故的案例：江苏盐城:2013年12月4日至5日盐城市区路面发生234起轻微碰擦、追尾、单方等交通事故，无死亡、伤亡，仅有两人受轻微伤。图2-1雾天交通事故图山东:小事故不断，其中在二环东路的高架桥上，生了三车连撞的事故。由于受到剧烈的撞击，第三辆别克轿车引擎盖严重受损。杭州:杭州湾跨海大桥因大雾严重实施了双向封桥手段;宁波绕城高速往宁波北方向高桥互通附近，更是因大雾影响视线，发生了7车追尾事故。2017年3月21日清晨，新扬高速江苏泗洪段119公里处发生了多车连环追尾交通事故，共有十六辆车连撞，数人被困。据现场货车驾驶人员介绍，当时雾气很大，前方发生事故后造成路面拥堵，在停车等待时又被后方两辆货车间断追尾。图2-2雾天追尾事故图2017年11月8日早上，永登高速河南周口太康段151公里至155公里（北半幅）之间因团雾发生多车事故。经现场勘察，初步调查，确认共发生18起交通事故，造成1人死亡，6人受伤，31辆车受损。2018年1月20号济宁地区出现大雾，部分地区能见度不足二十米。一辆箱式货车和一辆救护车发生严重碰撞，箱式货车驾驶员被困车内，救护车上还有个急重病号。2018年9月4日大雾天气和前一天降雨导致路面结冰，山西太长高速襄垣王村高架桥段发生33起连环相撞多人伤亡的事故，经过消防救援人员近两个小时救援找到7名被困人员，并由急救车送往医院救治。从以上交通事故事件可以看出，恶劣天气的影响是造成重大事故的重要因素。高速公路是经济社会发展的重要战略资源，也是综合运输网络的重要组成部分，承担着重要的运输任务。为了确保高速公路通车后的安全运行，重要的是避免重大交通事故。2.2.2诱发雾天交通事故原因大雾天气影响道路安全的主要危险主要包括以下几点：（1）视力不好

在能见度较差的大雾天，驾驶员的视觉亮度会降低，并且在驾驶时视线会被遮挡，从而迅速降低了驾驶员当时的视野。同时，在雾天可见度差的情况下，驾驶员难以辨别道路交通系统和交通标志，使驾驶员无法及时并准确地接收到交通信息。在有雾，恶劣的能见度条件下，高速公路的能见度不到100米，当能见度下降20米到30米。在这种情况下，驾驶员可能错误地接收到交通信息并执行不正确的操作。如果驾驶员在路面上突然发现障碍物，最有可能导致交通事故的原因是没有足够的反应时间来采取行动，并在事故发生后由于车辆后方的能见度差而导致交通拥堵无法通行，这将导致更严重的二次追尾事故。

（2）道路摩擦系数低。

交通稳定运行的原因：一方面，路面可以为车辆提供足够的制动摩擦力，如果是在大雾天气下，路面的附着系数会发生明显的变化。路面在干燥时的摩擦系数与潮湿时的摩擦系数有很大的不同。另一方面，各种道路材料的状态也会间接影响到路面的摩擦系数。沥青路面的摩擦系数比水泥混凝土路面的摩擦系数小得多。因此，在柏油路上行驶的车辆需要更长的制动距离。如果驾驶员未及时做出反应，则可能会发生交通事故。当遇到大雾天并且温度较低时，道路结冰。因此，路面的附着系数会降低。从车辆开始制动到车辆停止行驶，行驶中的车辆需要更长的距离。在这一点上，车辆本身的稳定性降低，并且驾驶员不容易识别微小的变化因素，并且在驾驶过程中潜在的安全风险大大增加。道路摩擦系数在不同的条件下会不同，车辆的制动距离也不同，同时不同环境的因素也会直接影响到车辆制动距离的大小。大雾天气对其影响较为明显，稍有不慎将会威胁到人们的生命。（3）增加车辆驾驶员的精神压力低能见度会对在高速公路上行驶的驾驶员的判断、行驶速度的控制有直接的影响。之前的科学家对其相关现象进行的长期研究结果表明，在有雾的条件下对驾驶员的行驶速度的感知有两个方面的影响：一方面，当能见度小于50米时，驾驶员通常会低估前面的车辆的行驶速度。另一方面，当能见度大于100米时，驾驶员通常会高估车辆的当前行驶速度。通俗来讲，能见度越低，预判行驶速度就越容易。通过这项研究的结果，当驾驶员在有雾条件下在高速公路上行驶时，驾驶员在驾驶过程中处于高度紧张的心理状态，能见度差会影响驾驶员对自身速度的判断，增加了精神负担，会影响在高速公路上行驶的安全性和舒适性。2.3雾天对高速公路安全行车的影响在高速公路上，尤其是大雾天气下经常发生追尾和其他交通事故。雾天气象条件下，拥有正常视力的人对雾气下的道路难以判断不仅与雾的密度有关，而且也和雾气消散时间的变化率有关。通常，驾驶员很难准确地感测或估计雾的严重程度，雾气在一定的时间内才能进行消散，难免会出现不适。此外，某些高速公路路过的路段地理气候条件复杂多变，不同路段的行车视距也相差很大。驾驶员难以及时调整速度和距离，从而容易发生追尾碰撞。2.3.1雾天对交通流量的影响雾区是高速公路通行的瓶颈部分。从意义上讲，车辆进入雾区，驾驶员可视距离缩短，驾驶员在雾区行驶难免会出现紧张情绪，驾驶速度明显降低，并尝试保持前车的安全距离。因此，雾天高速公路区域的交通流量显示了一定的特征，主要是在车辆行驶速，车头时距的两个方面。2.3.2大雾对安全行车速度的影响车辆的运行速度对于行驶安全非常重要，高速公路上有雾部分的可见性以及其他条件（例如前方车辆的距离等）共同影响驾驶员，从而直接影响行驶速度。相关研究表明，能见度在300m到2000m之间，平均速度变化很小，汽车的速度与正常天气条件下的速度没有显着差异.这意味着在该视野中行驶的驾驶员不会受到大雾的明显影响。能见度在300m以下，影响会逐渐增加，尤其是在能见度小于200m的情况下，这种现象变得更加明显。大量的观测数据表明，能见度在100m至200m范围内，车辆的速度随着能见度的降低而迅速降低。当能见度小于100m时，与无雾情况条件下相比，车辆的平均速度降低约25％至30％，特别是当能见度小于40m时，车辆的速度变化明显[15-18]。REF_Ref71183196\h图2-3所示能见度与平均自由流速度的关系曲线两条虚线是外国高速公路的实际统计数据分析曲线，显示了左右侧车道速度伴随能见度的变化情况。从图中可以看出，能见度小于100m，能见度越小，速度对能见度变化明显，此时车辆的行驶也越危险。图2-3能见度与平均自由流速度的关系曲线2.3.3大雾对车头时距的影响大雾是影响驾驶员的动态决策行为，这主要体现在车头间的距离，以及驾驶员对前方车辆速度的估。通常，在驾驶员感觉到有雾，在雾气不干扰驾驶员的正常驾驶的情况下，驾驶员通常会增加车辆间的距离以确保安全。当能见度逐渐降低时，驾驶者在能见度范围之外的车辆行驶状况，预测和感知会严重受损，驾驶员将车辆与前方车辆之间的距离范围缩小[19]。同时，受限的视野意味着对道路周围的环境进一步减小了对驾驶员可视程度，导致驾驶员估错前方车辆的速度，也增加了驾驶员减小跟随车辆距离的趋势[20]。丁小平等在大雾的影响下对高速公路交通安全规律进行了分析。通过分析实际的测量数据，他指出了有雾和无雾条件下车头间的距离和车头时距的累积分布如REF_Ref71185364\h图2-4车头间距和车头时距分布图，出现雾气时的距离比无雾时的距离要低，而车头时距情况则显示出相反的特征[21]。图2-SEQ图\*ARABIC2车头间距和车头时距分布图2.4大雾对行车道路的影响因素影响高速公路大雾道路安全运行系统与交通畅通的因素包括了自然因素、交通因素、道路因素等方面。这些个方面中的因素之间又相互关联，共同建立成了高速公路雾区的安全行车环境。2.4.1自然因素（能见度）能见度是表明雾浓度的关键指标，也是影响高速公路交通安全的主要因素之一。能见度的降低可导致驾驶员可视范围距离缩小，看不清道路状况和周围情况，以及道路两侧的交通标志、路面设施、行人辨认困难，容易引起驾驶员心理状态（紧张、慌乱）等。大量的事故分析，当驾驶员行驶进入有雾区的道路，都会极易产生紧张的情绪和夜间行车的疲劳驾驶，驾驶员因为雾区道路驾驶姿势会发生改变，致使驾驶员对辨识和行驶反应时间增加。之所以雾天下的高速公路容易诱发交通事故的发生，通常情况下的原因就是能见度下降降低了驾驶员的反应能力，比正常环境情况下更容易发生。2.4.2交通流因素（交通流）交通环境因素主要涉及车辆行驶的车流环境。交通环境可以用交通量，交通强度或占用率来描述。交通量是评估道路服务水平的重要指标。交通流量大的服务水平反而较高，反之则服务水平降低。车辆是构成交通流的一部分，影响交通时，也会受到其他车辆的限制，几何尺寸，车身颜色和后尾灯的显示状态对后方车辆的行驶速度和行驶路径有重大影响。特别是在有雾的情况下，前方车辆经常会减速并打开红色的尾灯，可用来作为对后续车辆的提醒。此现象如果叠加并影响整个流量，拥堵已成为高速高速公路上的一种常见交通现象。2.4.3道路因素（道路状况）道路环境主要包括道路路线，交通安全设施和湿滑路面状况。在能见度较差的大雾天。驾驶员识别道路方向和交通安全装置的能力会降低。因此，湿滑的路面对安全行车驾驶产生影响的主要因素。大雾经常伴随着雨，由雾和水的凝结形成的水滴附着在路面上后，路面的防滑性降低，制动车辆所需的安全距离增加，平滑度和摩擦系数产生很大的影响，也对道路行驶的安全性产生了影响。2.5本章小结本章对雾的定义以及雾天环境因素特点出发，说明了恶劣环境天气下对行车路面的影响，通过对雾区交通事故的特点，分析了影响雾区交通行车安全的问题。雾天影响行车安全的特点包括交通流量、安全行车速度、车头时距等，对道路的影响包括自然因素、交通流因素、道路因素得岀保障高速公路雾区交通安全以及稳定的控制条件。第三章雾天下高速公路行车诱导方案的确定据不完全统计，大雾天气下的高速公路发生交通事故的概率是晴天的三到四倍。在雾天驾驶时，大雾不仅能见度低和道路摩擦系数大幅度降低，也会使驾驶安全系数下降，易造成交通事故。当下，限速是保证车辆在雾天高速路段上安全驾驶的重要手段。行车速度如果低于规定的标准速度，就无法控制交通事故的发生，例如大型连环的追尾事故。行车速度如果高于规定的标准速度，则会减少削弱高速公路的通行能力。因此，确定能见度与最大安全行车速度之间的关系是制定安全行车速度标准和确保在大雾天气下行驶安全的关键。3.1限速因素1.交通安全道路安全是影响限速的重要因素。当车速过高，驾驶员将没有足够的反应力和运行时间来驾驶车辆，通常是在能见度较差的恶劣天气（如雨，雪，雾和湿滑的道路）中，交通事故发生的可能性会增加。在相对的道路上，驾驶员的选择并控制速度和安全性之间的关系更为复杂。设置适当的行车速度时，首先该考虑事故发生的可能性和严重性。速度限制和约束原则会影响驾驶员对速度的判断和驾驶员对路线的选择。驾驶员会通过对路段上的最大限速值选择行驶速度[27]。2.道路类型和功能道路类别和道路功能及速度限制之间也存在关系。对于高速公路，影响高速公路行驶的因素与城市道路有很大的不同。没有多余的路口可以形成相对稳定的交通流量，所以车速的限制高于城市道路的车速限制。道路功能与速度管理相关，功能不同的道路拥有不同的行车速度限制。外部行车速度的限制，很大程度上决定于道路的功能。主干道（如高速公路，主干道，城市高速公路和主干道等）在运输中起着重要作用，具有高效率的运输。速度限制应高于收集和分配道路的速度限制（例如，第三级道路，城市二级道路和主要道路）。3.驾驶员的危险意识当高速公路上没有速度限制时，驾驶员会盲目地高速行驶。但是，根据道路状况、交通状况和道路环境因素的综合评价，认为所选的行驶速度满足安全行车的要求。通过确认，最终选择合适的行驶速度。驾驶员对道路危险的意识会影响到驾驶员对行驶速度的判断。此外，如果未设置行车速度限制条件，则实际车速是影响设置的速度限制值的重要因素。目前，国内外道路管理者和科学家倾向于将85％的车速用作限速的初始参考值。4.特殊路段和驾驶环境高速公路上通常有特殊的路段，如：隧道、急转弯和长下坡路。作为紧急转弯点，由于驾驶员经常在转弯时以高速行驶，与车辆的重力相结合，因此更倾向于超过速度限制，发生事故后采取行动为时已晚，还有更多的危险存在。由于在一些特定的路段上可能会发生影响行驶速度的事故，速度限制通常应低于其他路段。道路上较危险的部分的行驶速度不应过高，过度的行驶速度很容易导致车辆冲出安全防护栏，并导致更严重的交通事故。5.交通流量交通流量的差异会影响驾驶员对行驶速度的选择。交通量越大，交通密度越大，不可避免地车速变得越低，并且平均车速也降低。当交通量达到一定水平时，可直接导致交通拥堵，交通流量也与发生事故的可能性有关。在流量恒定的区域，交通事故与流量增加呈非线性增长函数关系。6.天气情况在不同的天气条件下会出现合适和不合适的速度极限情况。如：道路上的天气状况良好，周围的事物是可以看到的，环境是清晰的，视野也是清晰的，并且时速限制为120km/h是完全可以接受的，但是在雨天或路段有雾时，道路的能见度减少或路面打滑，这样的速度限制很难保证驾驶安全。7.法律与政策确定的限速值应符合我国法律和有关准则的规定。《道路安全法》及其实施条例对限速值有明确规定，应根据这些规定确定限速值。我国道路上的最高速度为120km/h。无论是否设置了限速标志，在道路上行驶的小型车辆的最大速度不得超过120km/h。3.2建立雾天限速模型1.停车视距[22-24]：在同一车道上，如果车辆遇到前方的障碍物并且需要制动停止，需要的最短距离。停车视觉距离可分为三部分：反应距离，制动距离和安全距离。简单来说，停车装置的视野范围是驾驶员在发现障碍物之前需要停止的最短距离。图3-1停车视距（3-1）如上图5所示式中：s,s1,s2,s3均以m为单位，s是车辆从驾驶员发现障碍物的时间点到施加制动的时间点（反应时间）之间的距离。s2是制动距离，即车辆从制动开始到完全停止所行驶的距离由（3-1）公式拆分得：（3-2）式中:t为司机反应时间和司机制动时间，为总反应时间，一般取2.5s；v为行车速度，以km／h为单位。（3-3）式中:φ是路面与轮胎之间的纵向摩擦系数，因轮胎材料不同和路面、制动条件不同，一般路面潮湿状态下按0.33~0.44取值。ⅈ是路面的纵向坡度，纵坡值一般为3％~5％(上坡度值为正，下坡度值为负)。所以，S由公式（3-2）和（3-3）整理得（3-4）2.单向行驶车道的最大速度根据格林希尔兹模型，由交通流量调查所得的速度-密度关系导出的模型：（3-5）自由流状态下，交通流基本关系式为：（3-6）由上述式（3-5）和（3.6）得：（3-7）由式（3-6）整理得：（3-8）式中：为畅行速度（km/h）；为阻塞密度(辆/km)；为交通量（辆/h）；3.根据低能见度与停车视距推出关系模型在大雾天，能见度差，并且检测到的天气能见度会转换为驾驶员的能见度和停车能见度，因此可以在能见度低的情况下计算出的最大行车速度限制。（3-9）式中:为能见度，路面摩擦系数为时的安全畅行速度。根据上述表达关系式可以推出对应最大交通量、速度为临界速度时的停车视距。（3-10）而停车视距的倒数即为临界密度，辆/km。（3-11）根据格林希尔兹速度-密度模型，可以推导出抛物线形流量-密度模型（3-12）为求最大流量，可令，并定义为最大流量，为最大时流量的临界密度为临界密度，得（3-13）将（3-9）、（3-13）代入（3-8）整理得，交通流量、可视距离、路面摩擦系数综合得到的限速模型：（3-14）3.3本章小结本章在低能见度条件下，构建高速公路限速模型的过程。通过对模型建立的过程中，确定了安全行车策略，基于停车视距，分析了影响高速公路的因素并建立了能见度、交通流量和路面摩擦系数这三者之间的关系模型，制定了安全行车诱导方案。第四章交通仿真分析由于速度限制的标准在不同情况下是不一致的，因此证明，适当的控制速度的标准需通过实验分析进行理论研究。该标准更加客观地反映了实际道路状况，为此可以在不过度降低道路通行能力的前提下确保道路安全。为了满足上述要求，我们将使用VISSIM交通流模拟软件对低能见度下车速限制标准进行模拟实验，并对交通安全进行分析与研究。4.1Vissim仿真软件简介VISSIM适用于各种交通系统的运行分析，是德国PTV公司研发的微观交通流仿真软件系统。该软件系统能分析交通组成车道类型、车道类型、停让控制、交通信号控制等多种条件下的交通运行情况，软件具有优化交通网络、分析评价、设计方案比较等功能，是分析许多交通问题的有效工具。其核心是Karlsuhe大学创建的微观时间步长模型。该模型使用了由Weidemann创建的驾驶员的生理-心理行为模型。该模型假定，在慢车之后驾驶高速行车时，如果小车之间的距离小于驾驶员的心理安全距离，小车将减速，因为驾驶员可能不确定小车在行驶时的确切速度。制动后的汽车速度将比前一辆汽车的速度慢。如果车辆之间的距离大于驾驶员的心理安全距离，驾驶员将提高车速。VISSIM软件可以反复用作交通流量模拟实验的平台，以便进行交通安全的研究。软件具有良好的优点：1.无需实际系统的加入，具有方便实用的优点。适用于研究尚不存在的交通系统的行为。2.清楚了解哪些变量对交通流量及其交互方式很重要。3.运输系统中可能存在某些危险情况或灾难性后果。4.可以供给相同的道路交通状况，以便于可以选择不同的规划和设计方案。5.它可以连续改变系统的运行条件，从而可以预测不同条件下道路交通系统的行为。4.2评价道路的安全指标有雾的条件下，可视距离范围会减小，并且在高速公路上常常发生车辆追尾事故。为了减少追尾事故的发生，通常分别考虑前后车辆是否相对距离足够远，以确保在紧急情况下后方车辆减速并不碰撞到前方车辆，或前后车辆和后方车辆的速度差和距离差。分别考虑前后车辆之间的距离，前后车辆之间的距离越小，当前后车辆不足以在该距离范围之内刹车时车辆在遇到意外情况时更容易发生追尾事故。如果分开考虑前后车辆之间的速度差，则前后车辆之间的速度差越大，则车辆速度越大。而等效最小安全距离可以实现将前方车辆与后方车辆的距离和速度差相结合，又同时考虑了距离和速度两个因素对交通事故安全性的影响。终而确定MSDE作为评价道路安全的指标。公式如下所示：(4-1)公式中：前车车速，（mph）；后车速度，（mph）；车头时距（S）；后车感应和反应时间（S）；路面摩擦力系数道路纵坡等效最小安全距离随着车头距离的减小、前车车头速度减小以及后车头速度的增大而减小。当等效最小安全距离大于0时，则表示两车之间的距离是安全的。等效最小安全距离小于等于0时，说明两车之间的距离安全问题存在危险，负值越大，行车风险越大，事故发生几率越大。4.3仿真结果分析通过下面示例介绍应用交通仿真方法进行道路安全性评价的基本过程。假设江苏九江绕城高速公路可视距离为80米,该路段上的小时交通量为2000辆，主要交通类型为小汽车、卡车和大客车三种车型，它们所占比例分别为70%、20%和10%。在这一路况条件下限速值对道路安全性的影响，限速值分别取40km/h,

60km/h,

80km/h,

120km/h,对上述几种限速值利用VISSIM进行仿真试验，在进行仿真试验的过程中，仿真软件能够采集交通流和车辆等在仿真中的各种动态参数，这些参数可以作为仿真结果输出，以备事后进一步的分析，对输出的数据由式(3-14)求解，进而得到四种限速值下的MSDE值，然后对其值进行比较，分析。1.理论计算由第三章（3-14）计算可视距离为80米的限速值，设摩擦系数为0.3，值为2000，为80m。代入公式得：=49km/h2.仿真结果把VISSIM输出的数据进行计算处理后，得到各自情况下的MSDE值。表4-1可视距离为80m时不同限速取值对应的（MSDE）值限速取值等效最小安全值（MSDE）40km60km80km120km9.5501018.0748728.8743055.511624.72656611.129974.09257657.41757.029242-6.39929-6.14189017.2549212.7662618.37114-118.52511.2507617.342510.1354896.75644-2.0982-18.9312-30.558-52.617910.2438612.6531346.66967130.51278.96828310.9654317.97144-48.3968-1.5108-20.4432-46.2515-71.06211.150328-6.3588905.51479819.2464914.2620546.2514954.703544.44373723.406145.654015-2.71598-1.6945-12.4269-15.91785.429949-1.13619-10.9769-26.142113.539529.032929-3.155210.235645.6565913.3069712.5723210.5686-83.6454-2.186915.5335915.38739-66.1291-2.5736-26.5273-30.1366123.03752将上方数据表格，制作成数据图表，便于数据分析。图4-1可视距离为80m时不同限速取值对应的（MSDE）值由图可得在可视距离为80m的仿真实验得到的数据，当限速的速度值等于40km/h的时候，等效最小安全值变化平稳，没有太大的反应，为负值时，基本也在0值之间。当限速的速度等于60km/h、80km/h、120km/h时，等效最小安全值的波动有了变化，负值多于正值，并且负值的绝对值也多于正值，由图可以看出，波动明显的是当速度等于120km/h的时候，等效最小安全值相比于其他限速值波动幅度异常明显，负值的绝对值同时也会变大。由等效最小安全值含义可得当等效最小安全距离大于0时，则表示两车之间的距离是安全的。等效最小安全距离小于等于0时，说明两车之间的距离安全问题存在危险，负值越大，行车风险越大，事故发生机率越大。当可视距离等于80km/h时，限速的速度是40km/h，是属于安全的，当然，伴随限速值得增大，事故不安全性将会提高。根据理论计算，限制的速度为49km/h。但是，此值是在极端条件下计算得出的，当我们将S3安全距离视为0时所获得的值，这意味着当前后两端辆汽车停止制动时，并且在停止时恰好是前后两端相接的。但是，如果两车按实际情况前和后都完全停止，则安全距离为0，这是非常危险的。这会使驾驶员非常紧张，躁动不安，并导致意外发生，最好避免这种情况。因此，在进行速度选择时，速度极限应略低于理论值。综合理论计算和模拟实验结果，可视距离为80m，限速为40km/h时，是相对安全的。再以20m的可视距离更进一步讨论仿真软件和安全评估指标的应用。道路和交通状况与可视距离80m相同，通过理论计算得知，当可视距离为20m时，限制速度为20km/h，因此限制速度取值为20km/h，40km/h，60km/h，120km/h进行比较。表格4-2可视距离为20米时不同限速取值对应的（MSDE）值限速值等效最小安全值（MSDE）20km40km60km120km5.53512609.68378858.35083-2.36008-3.5600817.5647262.885832.3600763.560076-7.95366-2.711946.20464611.735616.36697-104.551-1.2046518.356779.48984896.40296.204646-1.13215-15.8568-49.2695-2.31159-10.22469.538333100.56622.3115914.9542717.29806-24.2075-1.539041.136187-25.7154-81.87352.30553-7.25490-30.47580.764479.2591927.88295574.36795-1.5390415.89247-20.2593213.610232.305538.903636-18.68885.4299490.76447-15.9464-9.4534818.94119-1.530963.444924-7.933460-0.76851-5.70113620.52194-90.160804.5245453.126919-30.5425-1.543083.372197-6.26192147.59054.605-3.560089.68378858.350833.061923.56007617.5647262.885832.2994711.73561-7.95366-2.71194将上方数据表格，制作成数据图表，便于数据对比分析。图4-2可视距离为20米时不同限速取值对应的（MSDE）值对比分析过程如上图所示。当可视距离为20m且限制的速度为20km/h时，等效最小安全距离的波动变化小。当等效最小安全距离为负值时，则绝对值也接近于0。当≥40km/h时，等效最小安全距离的绝对值后负值相对较大，特别是在高速公路上没有车速限制时，当速度为120km/h时，等效最小安全距离的波动变换程度更大更明显，负值的绝对值非常大。说明如果可视距离为20m，则限制的速度为20km/h，高速公路属于安全状态。但是，如果限制的速度为20km/h，则高速公路车辆的拥堵和减速程度非常明显，如上图所示。通常，当天气条件非常恶劣时，可视距离非常低时，尤其是当限制的速度小于20km/h时，在恶劣天气下行驶时，为了安全起见，应关闭高速公路。因此，当可见距离为20米时，建议关闭高速公路，该结果与高速公路的实际相符。4.4本章小结本章介绍了VISSIM仿真软件，根据综合考虑前后车辆的距离和前后车辆的速度差双重因素对高速公路安全的影响，确定了等效最小安全距离MSDE为道路安全评价指标，进行了交通仿真，利用交通仿真软件和道路安全评价模型及限速值的理论计算确定了可视距离为80米时及20米的限速值，得出了与实际相符的安全行车速度。第五章雾区智能诱导技术5.1诱导系统的背景目前，交警在大雾地区应对有雾的路段所采取的交通管制措施相对简单。通常，采取路线封闭，并且使用其他策略来限制车辆的通过。常规标志的标记，监视系统以及路段区域的天气监测和雾区警告可以在一定程度上提高雾中驾驶的安全性，但是不能智能地解决浓雾中车辆交通的安全和效率问题。大雾导致视线受阻并且车辆驾驶员无法预判车速时，才导致交通事故的发生。预防大雾引起的道路交通事故是一个新的重大问题。在雾气严重的地区，简单的技术难以解决行车诱导问题。为了解决雾区管理和雾区道路安全问题，需要整合多种技术并形成明确的引导画面，该系统可以更有效地解决雾区道路安全保护问题。在这种情况下，创建了基于激光感应检测的雾区智能感应系统[29]。5.2诱导系统的功能为了使系统具有广阔的应用发展，研究团队考虑了许多在系统开发过程中影响其功能的主要因素，并创建了常规监视系统无法相比的功能。该系统还具有引导和距离控制、路面显示、自动引导、太阳能供电等功能，适用于恶劣天气并使用自动控制方法为道路驾驶员提供合适的驾驶引导服务[28]。（1）路面显示：在道路上安装主动发光的诱导灯。诱导灯同时闪烁或亮起，可以有效地形成主动明亮的道路指引，以增加行车安全的距离。（2）合理引导：大雾等恶劣环境条件下，道路环境使视线变得模糊不清。如果使用一直发亮的诱导灯，将在模糊的环境中“淹没”。当大气能见度降低时，有必要使用适于恶劣环境的主动引导技术。同步闪烁的主动引导技术和照明引导设备，安装在道路的两旁，通过高精准度，同步闪烁的方式指示道路方向，在视线范围内是可以判断和具有延展性的。该技术可以有效地提高驾驶员在低能见度和较低的大气透明度环境下的安全预测距离。（3）防撞提醒：在低能见度的环境中，视线处在断层区域内，缩短了前方车辆的安全预测距离。每个进入提示区的车辆都设有动态跟随车辆的“尾迹”提示，可以补偿由于视线中断而造成的安全预测距离。可以自动识别过往的车辆，并在尾部有限的距离内照亮警告灯，警示灯的数量已参数化并固定并跟随车辆同行而进行动态同步点亮。由于警示灯的点亮数量是参数化的，所以对后车的警示距离也就可以实现参数化设置。动态警示灯（尾迹）为后车提供了前车精确位置提示，该技术不管后车是否可目测前车均能够为后车提供有效的防撞预警信息，填补了低能见度条件下预测安全距离的空缺。5.3诱导系统控制模式用于在有雾地区行驶安全的智能引导系统通过安装在道路两侧的发光装置用来实现在道路上安全引导车辆。发光控制系统使用发光亮度和发光颜色组成，实施有针对性的诱导策略，为驾驶员提供明确的道路轮廓信息，主动引导驾驶，追尾碰撞警告，安全信息以自适应交通环境功能的其他控制和服务功能，有效并减少防止车辆在能见度差的情况下发生道路以及车辆前后发生的碰撞，避免了在高速公路上的连续碰撞中发生的交通事故。在大雾地区，用于驾驶安全的智能引导系统主要用于道路交通。包括能见度检测器，用于实时监控路线上的能见度；主动发光引导装置，用于在道路上安全引导车辆；车辆检测器，用于检测车辆是否通过；通过交通状况、行驶高峰等信息的可变信息板；以实现该功能的局域网控制器和上位主控制器，控制是系统数据处理和设备控制。智能灯标行车诱导系统响应分为4级图5-1诱导系统分级策略一级状态为：能见度＞500米时，诱导灯关闭，设备处于关闭模式。二级状态为：能见度＞400米＜500米时，系统处于道路轮廓强化模式。三级状态为：能见度＞300米＜400米时，系统处于行车主动诱导模式。四级状态为：能见度＜200米时，系统处于防止追尾警示模式，使用红色和黄色灯光交替用来警示后方车辆前方有车辆行驶，注意保持行车离距，小心驾驶。道路轮廓强化模式当可视距离降低或夜间亮度很低时，照明控制系统在街道的两侧处于运行状态。打开黄色指示灯，关闭红色指示灯，即在能见度较差的道路和环境通过反差的方式实现诱导。该诱导系统无论在白天还是黑夜，都可在距离较长的道路上提供高精度、高分辨率的诱导，以确保车辆在大雾天中都具有更安全的行驶环境。图5-2控制范围显示图2.行车主动诱导模式主动发光诱导装置黄色诱导灯伴随并闪烁，红色诱导灯处于关闭状态，利用闪烁的灯光告知驾驶员注意路况信息，小心驾驶。3.雾区诱导防追尾警示模式能见度降低并达到设置的阈值时，就会启动防撞警告模式。车辆通过感应装置时，可以从感应装置上触发红色得警告灯，并形成红色车道，以警示后方车辆与前方车辆保持安全距离，不能进入红色车道。同时，感应设备的黄色灯光会同步进行闪烁。当车辆通过下一组感应装置向前行驶时，红色车道将与车辆同步向前行驶。单车辆通行仅有一辆车行驶通过，诱导灯显示红色警示灯标记汽车尾部，在警示灯范围之内的属于不安全距离，警示灯以外的距离，也就是黄色灯光区域范围的属于安全距离）。图5-3控制范围显示图多车辆通过道路有多辆汽车通过时，车辆可根据前方诱导灯来进行判断前方是否有车辆通过，后车只需要保持在安全范围之内行驶（黄色诱导灯范围），避免进入警告灯区域以保持与前方车辆的安全距离，从而降低追尾事故的风险。图5-4控制范围显示图5.1.2联机控制雾区诱导具有自适应网络功能，现场设备无需连接即可自动实现联网。雾区诱导系统可以对能见度监控系统实现自动控制，还可以对链路和上层控制系统网络进行远程控制。5.1.3车辆检测系统使用安装在街道两边的智能雾灯车辆检测器，它可以识别车辆是否行驶通过。根据设计间隔，将点按一定间隔放置。间隔时间可以根据实际技术情况进行调整。主动红外入侵检测器可以检测到该点。微波雷达检测还用于检测和触发经过的车辆，适用于雾霾，大雾，黑夜，雨天，雪天和其他能见度较差的环境中进行车辆检测。5.1.4能见度监测系统能见度监测系统主要包括能见度检测仪和信息采集处理器组成。利用空气中可见光的原理得以实现对道路能见度环境的实时监测，并根据能见度的级别对能见度进行分级，在工作中确定引导在能见度差的环境下，保证不同车辆行驶的安全性。图5-5能见度检测仪5.1.5声光信息警示系统系统对现场气象环境进行采集，实时监控，当数据超岀最大值时，前端警报会触发高级警报和语音提醒，并且具有可变速度限制的信息屏幕会自动切换标志和警告信息。通过声音和灯光信息的组成，来提醒驾驶员合理地控制速度，并保持前后车辆之间的距离，从而有效地减少了事故发生的频率。图SEQ图\*ARABIC5-6声光设备5.4本章小结本章简单的介绍了诱导系统的背景及其功能，对诱导系统的技术进行了相应的分析与实际应用，发现了诱导系统不仅有技术的强力支撑而且包括了行车环境条件，诱导系统中有着相对成熟的雾区检测技术、信息传递技术、广播发布技术，这些技术给交通带来便利、安全和降低事故发生的风险，提高了在雾天车辆行驶的安全诱导。第六章总结与展望本文参考国内外大量文献的基础上，通过分析得出以下结论：1.对环境