張睿 張文弢 焦鵬飛 李杰 王研州

摘 要：設(shè)計(jì)一種可控制變化的智能車(chē)道線(xiàn)，將車(chē)道線(xiàn)的位置變?yōu)橐粔K可顯示區(qū)域，針對(duì)不同的交通環(huán)境，通過(guò)系統(tǒng)控制完成對(duì)車(chē)道線(xiàn)顯示形態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而更好的緩解交通壓力，規(guī)劃行車(chē)軌跡，提高行駛的安全性。

關(guān)鍵詞：交通工程;可行性研究;智慧交通;潮汐車(chē)道;道路安全

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的不斷增加，交通壓力日益增大，擁堵與事故頻發(fā)。早、晚高峰時(shí)期車(chē)流量急劇增加，道路雙向通行能力的不均衡，呈現(xiàn)出交通流時(shí)間、空間分布不均的交通狀態(tài)。本文通過(guò)研究“智能車(chē)道線(xiàn)”的可行性，旨在提高道路的空間資源、克服傳統(tǒng)車(chē)道線(xiàn)的不足與弊端、緩解交通壓力。

1 傳統(tǒng)車(chē)道線(xiàn)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)車(chē)道標(biāo)線(xiàn)的缺陷有：易磨損，并且在磨損度較大的路段，可辨別性較差;在能見(jiàn)度較低的氣候條件下不易識(shí)別;面對(duì)潮汐車(chē)流，變更車(chē)道標(biāo)線(xiàn)所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，效率較低。

針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，我們提出智能車(chē)道線(xiàn)這一研究方向，同時(shí)也針對(duì)交通流導(dǎo)流預(yù)防二次交事故提出了相關(guān)措施。

2 智能車(chē)道線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)

智能車(chē)道線(xiàn)采用模塊化組合拼接的形式，對(duì)不同的路況設(shè)計(jì)搭載不同功能的模塊。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)定或者人工控制實(shí)現(xiàn)車(chē)道線(xiàn)顯示模式的轉(zhuǎn)換，從而規(guī)劃合理的行車(chē)運(yùn)行軌跡，緩解交通壓力，及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況，使得道路更加通暢。

2.1 主要功能及原理

2.1.1 潮汐車(chē)道

智能車(chē)道線(xiàn)可根據(jù)早晚交通流量的不同情況，自動(dòng)變換車(chē)道兩旁的車(chē)道線(xiàn)的顯示方式，實(shí)現(xiàn)車(chē)道行駛方向的變更，以拓寬車(chē)流量大的方向的車(chē)道數(shù)量。

為考究智能車(chē)道線(xiàn)作為潮汐車(chē)道的可行性，建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。針對(duì)周期性某時(shí)段路段通行能力不均衡所導(dǎo)致的單向擁堵問(wèn)題，分析了潮汐車(chē)道的設(shè)置條件與方向分布系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，從路網(wǎng)系統(tǒng)的角度出發(fā)，建立潮汐車(chē)道設(shè)置方案的雙層規(guī)劃模型，上層模型用于路網(wǎng)車(chē)道分配，以系統(tǒng)總延誤及潮汐車(chē)道交通流優(yōu)化比的和最優(yōu)為目標(biāo)，下層模型為路徑選擇行為符合Wardrop用戶(hù)平衡準(zhǔn)則的用戶(hù)均衡分配模型?；谶z傳算法和Frank-Wolfe算法進(jìn)行算例分析，并將優(yōu)化前、后的方向分布系數(shù)與路段飽和度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：該模型可合理緩解潮汐交通現(xiàn)象，降低路網(wǎng)系統(tǒng)總延誤。

（1）模型假設(shè)：

1）道路無(wú)中央隔離帶。

2）路段的雙向車(chē)道總數(shù)不變。

3）車(chē)道數(shù)至少為三車(chē)道，其中主干道至少為五車(chē)道。

4）交通量約束指重交通流方向與輕交通流之比即方向分布系數(shù)要大于臨界方向分布系數(shù)，臨界方向分布系數(shù)一般在之間。

（2）上層目標(biāo)函數(shù)。在城市交通網(wǎng)絡(luò)中，定義，其中為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集;為路段集。記路段的車(chē)道數(shù)為，即：，，其中，

，路段的通行能力為。若潮汐車(chē)道設(shè)置合理，潮汐車(chē)道交通流優(yōu)化比大于1，反之則小于1。由于潮汐車(chē)道交通流優(yōu)化比與車(chē)輛總延誤單位量綱的差異性，引入匹配系數(shù)，在目標(biāo)函數(shù)中，取潮汐車(chē)道交通流優(yōu)化比的倒數(shù)，即路網(wǎng)車(chē)輛總延誤與潮汐車(chē)道交通流優(yōu)化比倒數(shù)的和最小為上層目標(biāo)函數(shù)：

（3）下層目標(biāo)函數(shù)。在假設(shè)出行者的路徑選擇遵循Wardrop用戶(hù)平衡準(zhǔn)則的前提下，根據(jù)用戶(hù)平衡配流模型對(duì)出行者的出行選擇行為進(jìn)行分析。即在任意時(shí)段內(nèi)，交通網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部流量達(dá)到均衡時(shí)，被選擇的路徑走行時(shí)間相等，相比未被選擇的路徑走行時(shí)間短。采用如下用戶(hù)平衡配流模型對(duì)任意時(shí)段下的道路進(jìn)行交通量分配：

2.1.2 提高紅路燈可視性與通行效率

在車(chē)輛駛?cè)爰t綠燈等待區(qū)時(shí)，若前方出現(xiàn)大型車(chē)輛，后方小車(chē)的視線(xiàn)就會(huì)被遮擋，使駕駛員無(wú)法觀測(cè)到路口信號(hào)燈變化，綠燈通行末期，此現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致誤闖紅燈的情況;視線(xiàn)受阻也會(huì)對(duì)某些駕駛員心理和行為產(chǎn)生影響，且個(gè)體之間存在較大差異，包括綠燈通行末期搶秒沖行或是提前放棄通行。

智能車(chē)道線(xiàn)通過(guò)同步紅綠燈信號(hào)，將原本容易被遮擋的上方視線(xiàn)，轉(zhuǎn)移至地面，提升信號(hào)燈的可視性，縮小駕駛員在通行末期的行為差異化，也能一定程度上提高通行效率。

2.1.3 提高道路對(duì)復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)對(duì)能力

某車(chē)在行駛過(guò)程中發(fā)生交通事故或車(chē)輛發(fā)生故障，當(dāng)駕駛員已經(jīng)失去行動(dòng)能力無(wú)法樹(shù)立警示標(biāo)志時(shí)，后方車(chē)輛易對(duì)駕駛員造成二次傷害。

管控部門(mén)通過(guò)高速路監(jiān)控?cái)z像頭確認(rèn)事故位置后，通過(guò)系統(tǒng)控制對(duì)應(yīng)車(chē)道線(xiàn)顯示模式轉(zhuǎn)變?yōu)槭疽馕ｋU(xiǎn)的紅色，并將靠近相對(duì)安全的一側(cè)的車(chē)道線(xiàn)的一半顯示為綠色，以此來(lái)警示后車(chē)減速并提醒向一側(cè)變更車(chē)道，避免事故路段發(fā)生二次事故或?qū)е陆煌ǖ膿矶?，保證駕駛員的安全，提升道路安全性。

在城市內(nèi)，救護(hù)車(chē)、消防車(chē)等特種車(chē)輛在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，通過(guò)智能車(chē)道線(xiàn)規(guī)劃路線(xiàn)，并將特殊車(chē)輛符號(hào)顯示在車(chē)道線(xiàn)上提前告知車(chē)輛避讓?zhuān)ＷC任務(wù)車(chē)輛快速通行。

2.1.4 配合車(chē)輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛

當(dāng)前的自動(dòng)駕駛技術(shù)是基于圖像識(shí)別的，當(dāng)路面狀況不佳或車(chē)流過(guò)于復(fù)雜時(shí)，車(chē)輛容易發(fā)生誤判或誤操作?！爸悄苘?chē)道線(xiàn)”配合“車(chē)聯(lián)網(wǎng)”，通過(guò)運(yùn)算，為路面上所有車(chē)輛規(guī)劃好路徑，并通過(guò)智能車(chē)道線(xiàn)反饋電子信號(hào)，由車(chē)輛接收并進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而實(shí)現(xiàn)整齊有序規(guī)劃的車(chē)流。

3 智能車(chē)道線(xiàn)的弊端

智能車(chē)道線(xiàn)投入使用后將長(zhǎng)期暴露于室外，其材料對(duì)防水，抗壓，電源都有較高的要求，尤其是常有重型車(chē)輛駛過(guò)的路段，若沒(méi)有合適的選材，將會(huì)使養(yǎng)護(hù)成本加劇。且智能車(chē)道線(xiàn)需要在道路上預(yù)留相應(yīng)的槽位和管線(xiàn)，施工成本較高。

4 市場(chǎng)評(píng)估

4.1 市場(chǎng)現(xiàn)狀

大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，構(gòu)建智慧城市是未來(lái)現(xiàn)代化城市的發(fā)展方向。融合了大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能交通系統(tǒng)將會(huì)是智慧城市的重要組成部分，也是未來(lái)智能交通事業(yè)的前進(jìn)方向。

4.2 目標(biāo)市場(chǎng)

通過(guò)智能車(chē)道線(xiàn)對(duì)路面資源的合理分配，減少人力物力的支出;減少道路時(shí)空資源的浪費(fèi);完成潮汐車(chē)道的快速變線(xiàn);實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事故的預(yù)警;提醒后方來(lái)車(chē)注意安全;防止二次事故發(fā)生;智能車(chē)道線(xiàn)規(guī)劃緊急路線(xiàn)供消防車(chē)、救護(hù)車(chē)行駛，以便能過(guò)快速實(shí)現(xiàn)營(yíng)救，減少人員傷亡;與車(chē)路協(xié)同技術(shù)相結(jié)合，減少駕駛員因操作失誤導(dǎo)致的交通事故。智能車(chē)道線(xiàn)主要的投放市場(chǎng)是城市快速路、主干路、道路交叉口、高速公路等事故多發(fā)區(qū)，車(chē)路協(xié)同技術(shù)將運(yùn)用于車(chē)載裝置以及車(chē)載系統(tǒng)的更新?lián)Q代。

5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

5.1 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

將電子元件設(shè)置在道路路面內(nèi)，需考慮受力情況、防水性、溫度穩(wěn)定性對(duì)其工作穩(wěn)定性和使用壽命的問(wèn)題。其次，如今知識(shí)更迭速度快以及現(xiàn)代技術(shù)日新月異，新技術(shù)的快速產(chǎn)生有可能會(huì)將本產(chǎn)品替代。這就致使本產(chǎn)品會(huì)被提前淘汰而造成損失。

5.2 市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)

市面上未有與本產(chǎn)品智能車(chē)道線(xiàn)相似的產(chǎn)品，但考慮到市場(chǎng)的接受能力，本產(chǎn)品可能會(huì)被拒絕。考慮市場(chǎng)的接受能力的不確定性以及實(shí)際的適用性。這樣使得本產(chǎn)品會(huì)在前期宣傳推廣的資金因投入時(shí)間周期過(guò)長(zhǎng)而無(wú)法收回。

6 結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前道路時(shí)空資源分配不均，道路應(yīng)變能力差、傳統(tǒng)車(chē)道線(xiàn)存在不足等問(wèn)題，提出了一種“智能車(chē)道線(xiàn)”的新型車(chē)道線(xiàn)建設(shè)策略，并建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證其總體可行。

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