一种高速公路风险点的交通态势调控方法及系统与流程

本发明涉及高速公路风险监控，尤其涉及一种高速公路风险点的交通态势调控方法及系统。

背景技术：

1、近年来我国高速公路网络建设持续推进，通车总里程不断攀升，同时社会机动车保有量也保持稳定增长，高速公路日常通行流量持续升高，路网运行压力不断增大，各类潜在安全风险也随之增多。高速公路受地形、气象、通行条件等因素影响，存在不少事故高发的固有风险点，如团雾多发路段、连续长下坡路段、弯道盲区路段，此外临时施工区域、突发交通事故点也会形成动态风险点。这类风险点的交通态势变化快、不确定因素多，若不能及时进行动态调控，疏解聚集车流，极易引发二次事故或大范围交通拥堵，严重威胁通行安全与路网运行效率。

2、当前针对高速公路风险点的管控大多以静态预警、人工调度为主，部分管控方案未能实现对风险点交通态势的多维度实时感知，也难以根据风险等级的动态变化自动匹配差异化调控策略，容易出现预警滞后、管控力度与实际风险不匹配的问题，无法从整体层面协同调配风险点上下游的通行资源，难以实现对风险点交通态势的主动、精准调控，无法满足当前高速公路智慧化安全管控的发展需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中风险调控方法整体层面协同调配效果不佳的缺点，而提出的一种高速公路风险点的交通态势调控方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明在第一方面提供了一种高速公路风险点的交通态势调控方法，所述调控方法包括：

4、获取高速公路沿线的多源感知信息；

5、根据高速公路沿线的多源感知信息，评估高速公路沿线各路段的路况信息，获得各路段的综合风险状态；

6、对既往驾驶行为数据进行分析，预测驾驶员在不同风险场景下对调控指令的实际响应行为，确定驾驶员的行为响应约束信息；

7、根据高速公路沿线的多源感知信息，并结合各路段的综合风险状态和驾驶员的行为响应约束信息，构建高速公路沿线的时空风险场；

8、根据高速公路沿线的时空风险场，构建上层管理者与下层驾驶员群体的双层博弈调控架构，输出包含可变限速值和匝道调节率的调控指令；

9、其中，所述双层博弈调控架构包括：上层管理者以最小化最坏情况下的风险期望为目标制定调控策略；所述下层驾驶员群体基于所述调控策略进行速度响应并达到群体均衡；

10、根据调控指令，对高速公路沿线进行车道动态重构与应急资源调度，获得高速公路沿线的实时调控状态；

11、根据高速公路沿线的实时调控状态，并结合高速公路沿线的多源感知信息，对高速公路沿线的时空风险场进行不同调控时序状态校正；

12、当风险解除后，采用变阻尼二阶恢复策略逐级解除限速管控。

13、在一种可行的方案中，所述获得各路段的综合风险状态，包括：

14、构建气象-路面多物理场耦合模型，所述气象-路面多物理场耦合模型包括能见度时空动态演化方程和/或路面附着系数时空退化方程；

15、具体的，所述能见度时空动态演化方程为：

16、，式1；

17、在式1中，为空间位置在时刻的时空能见度场，为偏微分算子，为空间梯度算子，为风速矢量，为湍流扩散系数，为拉普拉斯算子，为雾滴沉降系数，为雾滴数密度，为气溶胶密度，为车辆扬尘导致的局地能见度恶化源项；

18、其中，

19、，式2；

20、在式2中，为扬尘系数，为交通流量，为事故点位置，为影响半径，为自然对数的底数；

21、所述路面附着系数时空退化方程为：

22、，式3；

23、在式3中，为空间位置在时刻的时空路面附着系数，为干燥路面附着系数，为碎屑覆盖导致的最大附着系数衰减量，为泥浆在路面铺开的黏性时间常数，为塌方中心位置，为摩擦退化影响半径，为降雨对附着系数的侵蚀系数，为降雨强度，为累计降雨量。

24、在一种可行的方案中，所述确定驾驶员的行为响应约束信息，包括：

25、获取既往驾驶行为数据，对既往驾驶行为数据进行驾驶员行为分析，获得驾驶员的驾驶状态执行情况；

26、根据各路段的综合风险状态，并结合驾驶员的驾驶状态执行情况，确定驾驶员实际期望速度；

27、基于驾驶员实际期望速度，并结合各路段的综合风险状态，预测驾驶员按照实际期望速度的驾驶碰撞概率；

28、基于驾驶员按照实际期望速度的驾驶碰撞概率，对驾驶员实际期望速度进行约束，获得驾驶员的行为响应约束信息。

29、在一种可行的方案中，所述确定驾驶员实际期望速度，包括：

30、，式4；

31、在式4中，为驾驶员在时刻下空间位置的实际期望速度，为发布的可变限速值，为速度偏差幅度，为驾驶员对碰撞概率的感知权重函数，为驾驶员感知碰撞概率，为驾驶员固有不耐烦系数，为车路协同信息影响系数，为驾驶员对路侧发布信息的信任度。

32、在一种可行的方案中，所述构建高速公路沿线的时空风险场，包括：

33、将高速公路沿线划分为连续空间域和时间域，其中，，为高速公路沿线总长度，构建各向异性风险场：

34、，式5；

35、在式5中，为空间位置在时刻的时空风险场值，为风险场随时间的变化率，为动态扩散系数，为风险场的空间梯度，为风险场的空间二阶导数，为风险移动速度矢量，为塌方激励函数，为交通事故激励函数，为风险消散系数，为当前时空位置的风险场值。

36、在一种可行的方案中，所述上层管理者以最小化最坏情况下的风险期望为目标制定调控策略，包括：

37、基于距离构建驾驶员响应分布的模糊集，并以最小化最坏情况下的风险期望为目标，构建分布式鲁棒优化模型：

38、，式6；

39、在式6中，为对调控策略向量求最小值，包括可变限速值 和匝道调节率，为分布集合上求上确界，为驾驶员响应概率分布，为预测时域，为第时刻的综合风险场值，为控制代价权重矩阵，表示在分布下的期望，为第时刻的调控策略向量，为控制代价权重矩阵；

40、另外，所述分布式鲁棒优化模型满足机会约束：

41、；

42、；

43、在式中，为在分布下求下确界（最坏情况），为概率测度，为驾驶员实际执行速度；、分别为速度下界和上界；为最大允许风险值；为允许的约束违反概率。

44、在一种可行的方案中，所述下层驾驶员群体基于所述调控策略进行速度响应并达到群体均衡，包括：

45、构建下层驾驶员群体均衡的变分不等式条件：

46、，，式7；

47、在式7中，为驾驶员速度分布向量，为均衡速度分布向量，为向量差的转置，为速度交互矩阵，为速度偏好向量，为控制输入矩阵，为拉格朗日乘子，为矩阵的转置，为可行速度集合，表示所有满足可行条件的驾驶员速度分布向量。

48、在一种可行的方案中，对高速公路沿线进行车道动态重构，包括：

49、构建车道动态重构下的宏观交通流扩展模型：

50、，式8；

51、在式8中，为交通流密度，为实际执行速度，为第条车道的开启/关闭状态，为总车道数，为匝道汇入源项，为狄拉克函数，为事故点位置；为阻塞车道状态。

52、在一种可行的方案中，对高速公路沿线进行应急资源调度，包括：

53、，式9；

54、，式10；

55、在式9中，为资源分配给事故的决策变量，为应急资源数量，为事故点数量，为行程时间成本，为距离，为救援车辆速度，为准备时间，为风险暴露权重系数；为到达时间，为清障完成时间，为事故点在时刻的综合风险场值。

56、本发明在第二方面还提供了一种高速公路风险点的交通态势调控系统，采用了如第一方面中任一项所述的调控方法，所述调控系统还包括：

57、数据采集模块，所述数据采集模块用于采集高速公路沿线的多源感知信息；

58、风险评估模块，所述风险评估模块用于根据多源感知信息计算各路段的综合风险状态，构建高速公路时空风险场；

59、行为分析模块，所述行为分析模块用于基于历史驾驶数据挖掘不同风险场景下的驾驶员响应规律，生成行为响应约束信息；

60、双层博弈调控模块，所述双层博弈调控模块用于构建上下层双层博弈架构，求解得到包含可变限速值与匝道调节率的最优调控指令；

61、动态校正模块，所述动态校正模块用于结合实时更新的感知数据对时空风险场进行动态校正，更新调控策略；

62、渐变恢复模块，所述渐变恢复模块用于在风险解除后通过变阻尼二阶恢复策略逐级恢复限速，完成管控退出。

63、本发明的有益效果为：

64、本发明通过融合气象、路面、交通流多维度感知信息实现对风险状态的定量化时空建模，同时引入驾驶员行为响应约束与双层博弈机制，充分考虑管控指令落地过程中的实际通行特性，能够针对动态变化的风险状态输出匹配性最优的调控方案。相较于传统静态管控方案，本发明的调控方法可实现对高速公路风险点态势的主动闭环式动态管控，既能有效降低风险点区域的碰撞事故概率，也能避免过度管控导致不必要的通行效率损失，兼顾通行安全与路网运行效率。