雾天高速公路实时交通事故风险分析及可变限速控制方法

Fog has a negative impact on freeway safety and mobility. Variable speed limit system can decrease speed discreteness by adjusting road sections’ speed limits dynamically according to visibility in fog, which is conducive to improve traffic safety and efficiency. The existing calculation methods of speed limits are mainly based on the stopping sight distance, which ignore the influence of speed limits difference on traffic safety, and might increase accident risk when fog density is inhomogeneous. The previous researches have not revealed operation rules of freeway traffic flow in fog, and the optimization method of variable speed limit for foggy weather should be developed. This project will collect traffic and weather data, analyze characters of drive behavior and traffic flow, and set up traffic flow models under foggy conditions. Then, the relationship between traffic conflicts, visibility and traffic flow parameters shall be investigated, and a evaluation model of real-time traffic accident risk will be built up. The dynamic traffic flow models under foggy conditions will be proposed considering impact of variable speed limit on freeway traffic status. After that, the control models of variable speed limit in foggy weather should be created, using model predictive control and multi-objective optimization method, and the experiments shall be conducted. The research production can provide theoretical support to improve freeway safety in foggy weather.

雾对高速公路交通安全和通行效率具有明显的负面影响。可变限速控制系统可根据雾天能见度动态调整各路段限速值，降低车速离散程度，从而改善雾天交通安全和运行效率。目前基于停车视距的雾天限速值计算方法未考虑各路段限速值差异对交通安全的影响，在雾浓度分布不均时可能会增加事故风险。现有研究尚未充分揭示雾天高速公路交通流运行规律，针对雾天环境的可变限速控制方法亟待发展。本项目在广泛收集雾天高速公路交通和气象数据基础上，分析雾天不同能见度下驾驶行为特性和交通流特征，建立雾天高速公路交通流模型；研究交通冲突与能见度和交通流参数之间的关系，建立雾天高速公路实时交通事故风险评价方法和模型；解析可变限速控制对雾天高速公路交通流传播过程的影响，提出雾天高速公路动态交通流模型；运用模型预测控制和多目标优化方法，建立雾天高速公路可变限速控制方法和模型，并开展实验验证。研究成果可以为保障雾天高速公路安全运行提供理论依据。

雾是一种常见的天气现象，可导致能见度大幅下降，从而严重影响高速公路行车安全。限制车辆行驶速度是保障雾天高速公路交通安全的有效手段，运用可变限速控制技术，根据雾天能见度和交通流变化情况，对高速公路限速值进行动态调整，有助于实现雾天高速公路安全、通畅运行。目前基于停车视距的雾天限速值计算方法未考虑各路段限速值差异对交通安全的影响，在雾浓度分布不均时可能会增加事故风险。本项目针对雾天高速公路可变限速控制问题，广泛收集雾天环境下高速公路交通和气象数据，分析了雾天不同能见度下高速公路驾驶行为和交通流特性，建立了雾天高速公路微观和宏观交通流模型；研究了雾天环境下交通冲突与交通流运行状态之间的关系，提出了雾天高速公路实时交通事故风险评价方法和模型；解析可变限速控制对雾天高速公路交通流动态传播过程的影响程度和规律，建立了雾天可变限速控制条件下高速公路动态交通流模型；在综合考虑交通安全和通行效率基础上，以整条高速公路控制效益最大化为原则，建立了雾天高速公路可变限速控制方法和模型；开发了雾天高速公路可变限速控制系统原型软件，并开展了实验测试和验证，结果表明，本项目建立的雾天可变限速协同控制方法可明显减少高速公路交通冲突数量和路段车速差，降低交通事故风险。项目成果可在雾天多发的山区和平原高速公路进行推广应用，预期可取得显著的社会效益和经济效益。