于 泉 雷林龍 張浩楠

（北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，北京 100144）

交通標(biāo)志是道路交通控制中重要的組成部分，向道路使用者傳遞規(guī)則的信息。設(shè)置公路交通標(biāo)志是交通安全設(shè)施中性價比較高的一種交通安全改善手段。有研究探討了道路交通安全改造措施最佳收益成本比率，結(jié)果顯示交通標(biāo)志是道路交通安全改造措施中投資最小、收益最好的手段之一[1]。交通標(biāo)志的發(fā)展可以分為3個階段，早期交通標(biāo)志以逆反射的方式傳遞交通標(biāo)志的信息，包括早期的內(nèi)部照明和現(xiàn)在使用的反光膜材料，目的都是通過視覺對比的差異，將有效信息提供給駕駛?cè)?。隨著電子化的技術(shù)和駕駛?cè)藢煌ㄐ畔⑿枨蟮陌l(fā)展，二極管發(fā)光技術(shù)被應(yīng)用到交通標(biāo)志中，有效提高了交通標(biāo)志的視認(rèn)性能[2]。隨著汽車輔助駕駛系統(tǒng)的發(fā)展，學(xué)者們提出了機器視覺識別、無線通信指令識別等車載系統(tǒng)傳遞交通標(biāo)志的設(shè)計。交通標(biāo)志識別系統(tǒng)基于圖像識別技術(shù)對標(biāo)志圖像分類識別，目前在一些車型已經(jīng)開始應(yīng)用。本文總結(jié)交通標(biāo)志最新研究進展，分析交通標(biāo)志智能化、數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 基于駕駛?cè)艘曈X識別的交通標(biāo)志

1.1 駕駛?cè)艘曈X特性

駕駛?cè)嗽隈{駛的過程中主要依靠視覺獲取行車信息。動視力、色視覺、視野是評價駕駛?cè)艘曈X能力的重要指標(biāo)。

交通標(biāo)志視認(rèn)過程如圖1所示。

圖1 交通標(biāo)志視認(rèn)過程

袁偉等[3]研究發(fā)現(xiàn)，車速的增加會使駕駛?cè)艘暳γ黠@下降，駕駛?cè)嗽隈{駛的過程中需要保持一定的視認(rèn)距離，因此在標(biāo)志距離的選址時要充分考慮二者的關(guān)系。不同顏色會對駕駛?cè)水a(chǎn)生不同的心理作用[4]，交通標(biāo)志的顏色設(shè)計色彩的配置要充分考慮駕駛?cè)说姆磻?yīng)。

1.2 逆反射交通標(biāo)志的構(gòu)成

逆反射方式傳遞信息的標(biāo)志包括早期的內(nèi)部照明和目前使用的反光膜材料[5]，目的都是通過視覺對比的差異，使駕駛?cè)艘曈X接收有效信息。交通標(biāo)志板面的構(gòu)成包括顏色、形狀和圖形符號。

標(biāo)志的不同顏色表示不同的控制意義，每個道路使用者都應(yīng)該擁有基本的交通控制規(guī)則的意識。通過不同的顏色以及不同顏色的組合明確要表達(dá)的交通信息，顏色組合與標(biāo)志設(shè)置是重點考慮的方向。標(biāo)志的圖形被分為三角形、圓形、正方形和長方形等，不同的形狀代表不同的交通信息。文字和圖形配置應(yīng)在駕駛?cè)说慕邮招畔⒆畲箝撝祪?nèi)[6]，結(jié)合實際道路交通情況提供駕駛?cè)诵枰男畔?，避免信息堆砌給駕駛?cè)诵畔⑦^載帶來事故風(fēng)險。交通標(biāo)志的布設(shè)應(yīng)該符合駕駛?cè)说钠谕M量避免與其他街道設(shè)施造成視覺模糊，保證駕駛?cè)四芸焖偾逦刈x取到交通標(biāo)志。

1.3 電子化交通標(biāo)志的構(gòu)成

目前，電子化交通標(biāo)志主要包括點陣式和背光式。張國輝等[7]的研究顯示，在一般城市道路指路標(biāo)志中，背光式LED主動發(fā)光標(biāo)志的視認(rèn)性最好。陸鍵等[8]從光照強度、閃爍頻率、發(fā)光形式等因素的影響對交通標(biāo)志的視認(rèn)性進行研究，認(rèn)為在外部光線良好的情況下，主動發(fā)光LED標(biāo)志視認(rèn)性能提升有限，在夜間提升效果明顯。閃爍發(fā)光沒有視認(rèn)性能提升，發(fā)光的亮度過高會導(dǎo)致視認(rèn)性下降，需要根據(jù)周圍環(huán)境調(diào)整發(fā)光亮度。彭一川等[9]在雨霧天氣下對主動發(fā)光標(biāo)志視認(rèn)性進行了研究，發(fā)現(xiàn)視認(rèn)性主動發(fā)光標(biāo)志優(yōu)于逆反射標(biāo)志，交通標(biāo)志的視認(rèn)性的提升需要對光源的漫反射現(xiàn)象進行改善，增強聚光和穿透性。

1.4 逆反射和電子化交通標(biāo)志應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，反光膜交通標(biāo)志使用最多，技術(shù)也非常成熟，無論是在工程實施還是駕駛?cè)死斫夥矫?，都積累了長久的經(jīng)驗。但目前仍存在一些問題，例如標(biāo)志的統(tǒng)一性和標(biāo)志信息連續(xù)性、布設(shè)的位置發(fā)生遮擋、標(biāo)志信息量過載、標(biāo)志反光系數(shù)不達(dá)標(biāo)、標(biāo)志后期養(yǎng)護等問題。

電子化交通標(biāo)志的主動發(fā)光和可變信息提高了交通標(biāo)志的視認(rèn)性，也為實時交通動態(tài)管控提供了條件。但電子化標(biāo)志的應(yīng)用仍存在很多問題，國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)還不夠細(xì)致，針對標(biāo)志的工藝、設(shè)計、設(shè)置、驗收等規(guī)范幾乎沒有。

2 基于人機混合識別的交通標(biāo)志

由于駕駛的復(fù)雜性和信息技術(shù)研發(fā)不斷深入，未來將是各種不同等級的自動化駕駛車輛并行，駕駛?cè)伺c自動化系統(tǒng)共同對車輛進行駕駛，即人機混合駕駛[10]。

2.1 機器識別技術(shù)

智能駕駛系統(tǒng)利用安裝在車上的傳感器識別道路交通標(biāo)志。目前使用車載相機采集交通標(biāo)志，經(jīng)過圖像預(yù)處理識別和智能車輛與路側(cè)單元無線通信完成標(biāo)志信息的傳遞。機器識別交通標(biāo)志能夠避免駕駛?cè)朔中模o助駕駛?cè)烁玫伛{駛。

伍曉暉等[11]對交通標(biāo)志的檢測和交通標(biāo)志的識別分別進行了綜述，總結(jié)了原理和目前研究的難題。陳飛等[12]對復(fù)雜環(huán)境下的交通標(biāo)志檢測和識別方法進行總結(jié)，認(rèn)為深度學(xué)習(xí)對交通標(biāo)志的識別有較大提升空間。在暴雨、大霧以及光線昏暗等復(fù)雜環(huán)境下，拍攝到的圖像往往會被遮擋、變得模糊，不僅影響圖像的質(zhì)量，還會給后期標(biāo)志的檢測與識別帶來巨大的困難。

2.2 無線通信識別技術(shù)

智能駕駛系統(tǒng)通過車載終端和智能化交通標(biāo)志實時通信獲取交通信息。Farah等[13]研究表明使用V2I系統(tǒng)能夠有效改善駕駛員的駕駛行為，縮短駕駛員反應(yīng)時間，特別是對大齡駕駛員的影響更明顯。密歇根交通運輸部與3M合作，雙方正在為奧克蘭郡I-75州際公路的3英里場的延伸段配置車輛和基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）技術(shù)。在I-75現(xiàn)代化項目中，在道路兩旁配置了專用的短程通信設(shè)備，為車輛提供有價值的信息。同時配置了先進的全天候車道標(biāo)記及鏡片反射式智能標(biāo)志，不僅方便駕駛員進行查看，還擴寬了車載交通標(biāo)志識別系統(tǒng)的視野，有助于提升駕駛員的安全意識。

2.3 混合階段智能化交通標(biāo)志

在混合駕駛階段，交通標(biāo)志的設(shè)計需要同時滿足智能駕駛系統(tǒng)和駕駛?cè)恕Ｖ悄芑煌?biāo)志需要實時檢測路段天氣、交通流運行情況，并對檢測的數(shù)據(jù)進行分析計算后傳遞給駕駛?cè)恕?/p>

對氣象數(shù)據(jù)的檢測：通過濕度傳感器、能見度傳感器、環(huán)境照度傳感器和結(jié)冰積水檢測等，作為小型氣象檢測站實時檢測道路環(huán)境變化，可提供道路沿線的線性氣候數(shù)據(jù)。

對交通數(shù)據(jù)的檢測：對車輛速度、車輛位置、區(qū)間車輛分布、交通流量統(tǒng)計、基礎(chǔ)事件感知等進行實時全面采集。

實時數(shù)據(jù)計算：通過道路交通流數(shù)據(jù)的實時采集，分析常態(tài)交通流狀態(tài)下，不同快慢車道、不同車型、不同時間段、各種類型的交通數(shù)據(jù)，建立各個路段的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檔案，定性、定量地描述路網(wǎng)運行情況。

顯示屏發(fā)布圖像：LED顯示屏通過圖文發(fā)布的形式向駕駛?cè)藗鬟f路況擁堵、車道關(guān)閉等信息。

智能化交通標(biāo)志是各種信息技術(shù)的集成體，需要對道路交通信息實時采集，接收交通管理中心的信息，與路面車輛通信為駕駛?cè)藗鬟f交通信息。

智能化交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能化交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)

人機混合駕駛階段智能駕駛系統(tǒng)輔助可以有效地避免僅由駕駛?cè)艘曈X識別存在的問題，智能化標(biāo)志通過通信指令將信息傳遞給車輛和駕駛?cè)?。機器視覺識別技術(shù)容易受到外界環(huán)境的干擾，導(dǎo)致標(biāo)志在檢測和識別的過程中出現(xiàn)準(zhǔn)確率不穩(wěn)定的情況，還需要進一步研究。V2X（車對外界的信息交換）技術(shù)逐漸落地，各地都在對車路協(xié)同技術(shù)進行實地測試，為智能化交通標(biāo)志的應(yīng)用提供了適宜環(huán)境，是目前研究的熱點。

3 結(jié)語

新技術(shù)的發(fā)展推動交通標(biāo)志技術(shù)的進步，交通標(biāo)志作為交通控制的重要手段，對車輛的安全運行具有重要作用，交通標(biāo)志的智能化有助于智能駕駛的發(fā)展。目前的研究重點為人機混合駕駛階段，需要同時考慮駕駛?cè)撕椭悄荞{駛系統(tǒng)的需求，保障駕駛?cè)说陌踩鲂小?/p>