智能網(wǎng)聯(lián)汽車在道路上越來(lái)越多，并且朝著更加自動(dòng)化的方向發(fā)展。2017年，SNCF（Société nationale des chemins de fer fran?ais，法國(guó)國(guó)家鐵路公司）創(chuàng)新研究部開(kāi)發(fā)了一個(gè)項(xiàng)目，將平交道口改造成與道路車輛互聯(lián)相通的十字路口?；谠擁?xiàng)目的成果，SNCF 與法雷奧合作發(fā)起了一項(xiàng)新挑戰(zhàn)。SNCF 互聯(lián)平交道口項(xiàng)目經(jīng)理 Virginie Taillandier 探討了這種合作伙伴關(guān)系如何為自動(dòng)駕駛和自動(dòng)駕駛汽車的出現(xiàn)做好準(zhǔn)備和保護(hù)平交道口。
雖然自動(dòng)駕駛或自動(dòng)駕駛汽車似乎在科幻小說(shuō)領(lǐng)域，但許多汽車，如特斯拉汽車，已經(jīng)提供了第一級(jí)自動(dòng)化，允許駕駛員控制速度和方向。目前，駕駛員仍必須監(jiān)控環(huán)境并在必要時(shí)重新獲得控制權(quán)。然而，幾家汽車制造商已經(jīng)宣布即將發(fā)布的汽車提供更大范圍的自動(dòng)化，這將使汽車能夠分析其周圍環(huán)境并采取相應(yīng)的行動(dòng)。
平交道口是鐵路和公路的交叉口。99% 的平交道口事故是由于違反交通規(guī)則造成的；它是鐵路事故死亡的第三大原因。2017年，SNCF創(chuàng)新研究部啟動(dòng)了技術(shù)更新項(xiàng)目，將平交道口轉(zhuǎn)變?yōu)榕c道路車輛互聯(lián)相通的十字路口。2018 年，原型的開(kāi)發(fā)表明，平交道口可以在合作智能交通系統(tǒng) (C-ITS) 生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
2019 年，SNCF 作為合作伙伴加入了 C-Roads 項(xiàng)目。平交道口與 5G（Wi-Fi）和 4G（蜂窩）混合通信集成到 C-ITS 架構(gòu)中（見(jiàn)圖 1）。目標(biāo)是向車輛 (V2X) 發(fā)送有關(guān)平交道口狀態(tài)（關(guān)閉、打開(kāi)、正在進(jìn)行中、故障）及其特征（高度、寬度、重量、速度或地面的限制）的消息。
圖1
驗(yàn)證測(cè)試于 2019 年和 2020 年在位于布列塔尼的平交道口進(jìn)行，包括 C-Roads 項(xiàng)目的國(guó)家和歐洲合作伙伴。
2020 年，自動(dòng)駕駛/自動(dòng)駕駛汽車出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)。我們的信念是自動(dòng)駕駛/自動(dòng)駕駛汽車可以進(jìn)一步減少平交道口的事故數(shù)量，這一信念促成了 HERMES 項(xiàng)目的成立。HERMES 項(xiàng)目是 SNCF 和法雷奧之間的合作伙伴關(guān)系，結(jié)合了鐵路和汽車專業(yè)知識(shí)。HERMES 項(xiàng)目有兩個(gè)目標(biāo)，為自動(dòng)駕駛汽車的到來(lái)準(zhǔn)備平交道口，以及通過(guò)將平交道口作為道路上的用例來(lái)為汽車世界做好準(zhǔn)備。
HERMES項(xiàng)目方法論
該項(xiàng)目于 2020 年開(kāi)始，對(duì)法國(guó)的平交道口進(jìn)行分類，即描述設(shè)備及其特性，允許自動(dòng)/自動(dòng)車輛識(shí)別平交道口（標(biāo)志、燈、障礙物）以及現(xiàn)有的道路配置 . 因此，從這些元素中，自動(dòng)駕駛汽車可以區(qū)分它在路上遇到的東西。
已進(jìn)行初步初步危害分析 (PHA) 以確定自動(dòng)駕駛系統(tǒng) ADS 的危險(xiǎn)行為（稱為不良事件）。然后并行進(jìn)行了三種不同類型的可靠性研究：功能安全研究、預(yù)期功能安全性 (SOTIF) 研究和網(wǎng)絡(luò)安全研究。目標(biāo)是識(shí)別和評(píng)估由隨機(jī)硬件故障、性能限制、網(wǎng)絡(luò)攻擊/惡意人類行為引起的 ADS 危險(xiǎn)行為所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，并確定能夠在合理水平上降低此類風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策。 該項(xiàng)目的重點(diǎn)是由于 ADS 對(duì)道路和平交道口的感知功能障礙導(dǎo)致的危險(xiǎn)行為。 這三項(xiàng)研究使用的方法框架（分別）基于 ISO 26262、ISO 21448 和 ISO 21434。
然后在三種類型的對(duì)策之間進(jìn)行了一個(gè)調(diào)解階段，以確保它們之間是一致的、不矛盾的和互補(bǔ)的。
HERMES項(xiàng)目演示
演示活動(dòng)于 2021 年在 Brec'h（法國(guó)布列塔尼）的第 449 號(hào)平交道口舉行，這是一個(gè)配備閃光燈和兩個(gè)半護(hù)欄的活動(dòng)平交道口。
平交道口管理系統(tǒng)連接到路邊單元 (RSU)，負(fù)責(zé)通過(guò)無(wú)線通信（V2X 通信）向自動(dòng)駕駛車輛發(fā)送有關(guān)平交道口區(qū)域的信息（V2X 消息），根據(jù) ETSI ITS 通信進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議棧。
自動(dòng)駕駛汽車還配備了 V2X 連接（參見(jiàn)圖 2），并且除了此類 V2X 鏈接外，還可以通過(guò)使用其外部感知傳感器（例如攝像頭）和數(shù)字地圖來(lái)特別檢測(cè)平交道口。
圖2
在演示過(guò)程中，進(jìn)行了幾種場(chǎng)景來(lái)測(cè)試兩個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)稱模式和降級(jí)模式，包括：
*車輛自動(dòng)穿過(guò)開(kāi)放的平交道口
*如果平交道口關(guān)閉，車輛將停在平交道口入口處，車輛等待道閘完全重新打開(kāi)后才能通過(guò)。
*如果車輛無(wú)法通過(guò)平交道口，則車輛會(huì)請(qǐng)求駕駛員收回控制權(quán)。如果駕駛員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（演示期間 10 秒）沒(méi)有做出反應(yīng)，車輛會(huì)在平交道口前停下（見(jiàn)圖 3，場(chǎng)景 1）
圖3
*遇到交通擁堵，當(dāng)接近開(kāi)放的平交道口時(shí)，自動(dòng)駕駛汽車會(huì)停下來(lái)等待平交道口區(qū)域完全暢通后才能進(jìn)入（見(jiàn)圖4，場(chǎng)景2和3）
*如果在鐵路軌道上檢測(cè)到障礙物，車輛將停下，不會(huì)進(jìn)入鐵路區(qū)域的危險(xiǎn)區(qū)域。
自動(dòng)駕駛汽車已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)場(chǎng)景，在功能和安全方面具有預(yù)期的性能（即沒(méi)有危險(xiǎn)行為）。特別是，平交道口通過(guò) V2X 通信鏈路帶來(lái)的幫助對(duì)于確保平交道口感知的冗余性特別有用。
結(jié)論
這些測(cè)試使我們能夠驗(yàn)證 SNCF 和法雷奧之間做出的各種假設(shè)，特別是在功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全方面。
SNCF 面臨的挑戰(zhàn)包括在歐洲層面實(shí)現(xiàn)平交道口用例的標(biāo)準(zhǔn)化，以及在自動(dòng)/自動(dòng)車輛批準(zhǔn)中創(chuàng)建車輛通過(guò)平交道口的標(biāo)準(zhǔn)能力。
對(duì)于 SNCF 來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)在其鐵路周邊之外、在國(guó)際上大放異彩的新機(jī)會(huì)，以便汽車和道路部門考慮平交道口安全的主題。
