一种面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法与流程

1.本发明涉及一种道路交通流控制方法，特别是涉及一种面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法，属于智能交通技术领域。


背景技术：

2.随着我国道路交通流量日益增加，道路交通拥堵现象频发，道路车辆通行延误剧增，车辆在道路上的平均运行车速越来越低。对此，越来越多的道路开始利用智能交通手段、自动驾驶技术来提升道路通行效率，并通过设置专用车道来保障重点车流通行、调配道路交通资源，力求提升道路交通运行效率。然而，目前在针对自动驾驶专用车道车流运行控制方面的措施还不完善，需分析自动驾驶车辆在专用道上、出口路段、入口路段等车流通过能力，确定不同道路交通运行环境下专用道车流控制方法，从而保证专用道的交通流正常运行，降低车辆在行驶过程中的延误，提高车辆运行效率，缓解交通拥堵。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法，能够降低道路发生交通拥堵的概率，减少车辆行驶过程中的延误，提高行车效率，缓解交通拥堵，极具产业上的利用价值。
4.为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法，包括以下步骤：
6.1)划分面向自动驾驶的专用车道路段；
7.对于面向自动驾驶的专用车道交通流量的控制，需要对专用车道进行路段划分，可划分为出口路段、进口路段及常规路段；
8.2)计算专用车道常规路段、出口路段和进口路段断面车流通过能力；
9.结合专用车道设计车速与专用车道自动驾驶车辆车头间距，计算专用道常规路段断面车流的通过能力；
10.计算车辆驶出专用车道额外占用道路空间，同时将全天车辆运行时间划分为不同的时段，并对各时段车辆驶出专用车道过程中额外占用道路空间均值进行计算，从而计算得到专用车道出口路段断面车流的通过能力；
11.对车辆驶入专用车道额外占用道路空间以及各时段车辆驶入专用车道过程额外占用道路空间均值计算，从而计算得到专用车道进口路段断面车流的通过能力；
12.3)对专用车道各类路段交通流量进行控制；
13.通过检测专用车道进、出口路段上游断面流量，并将其与专用车道进口、出口路段断面车流通过能力进行比较，判断专用车道各路段的饱和程度，根据各路段的饱和程度，对专用车道各类路段交通流量进行控制。
14.本发明进一步设置为：所述步骤1)划分面向自动驾驶的专用车道路段，具体包括以下三个路段的划分，
15.1-1)出口路段划分
16.将出口区域起点上游lu处至出口区域终点划分为出口路段，一般来说lu取300-500米；
17.1-2)进口路段划分
18.将进口区域起点上游lu处至进口区域终点划分为进口路段，一般来说lu取300-500米；
19.1-3)常规路段划分
20.将被进口路段、出口路段分隔开的路段划分为常规路段。
21.本发明进一步设置为：所述步骤2)计算专用车道常规路段断面车流通过能力，具体为，
22.2-1)结合专用车道设计车速vr(单位：米/秒)与专用车道自动驾驶车辆车头间距(单位：米)，计算专用道常规路段断面车流的通过能力如下
[0023][0024]
其中，当设计车速为120公里/小时，自动驾驶车辆跟车间距可减少到30米左右。
[0025]
本发明进一步设置为：所述步骤2)计算专用车道出口路段断面车流通过能力，具体为，
[0026]
2-2a)计算车辆驶出专用车道额外占用道路空间
[0027]
通过统计历史时段连续d天(一般d可取值为30)，每天24小时所有驶出车辆在专用车道出口路段范围内的运行时变车速，计算车辆驶出专用车道额外占用道路空间如下
[0028][0029]
其中，将每天按小时划分为m个时段，m＝1,2,3,
…
,24，为第m个时段、第k辆驶出车辆到达出口区域起点的时刻，为第m个时段、第k辆驶出车辆完成换道的时刻，为第m个时段、第k辆驶出车辆在驶出专用车道过程的时变车速，vr为专用车道设计车速；
[0030]
2-2b)计算各时段车辆驶出专用车道过程额外占用道路空间均值
[0031]
利用连续d天中所有k辆自动驾驶车辆驶出专用车道额外占用道路空间，计算出单日中第m时段自动驾驶车辆驶出专用车道的平均额外占用道路空间如下
[0032][0033]
2-2c)计算专用车道出口路段断面车流的通过能力
[0034]
在常规路段断面通过能力的基础上，去掉自动驾驶车辆驶出专用车道的平均额外占用道路空间，即可计算出第m时段专用车道出口路段断面车流的通过能力如下
[0035][0036]
其中，为专用车道自动驾驶车辆车头间距。
[0037]
本发明进一步设置为：所述步骤2)计算专用车道进口路段断面车流通过能力，具体为，
[0038]
2-3a)计算车辆驶入专用车道额外占用道路空间
[0039]
通过统计历史时段连续d天，每天24小时所有驶入车辆在专用车道进口路段范围内的运行时变车速，计算车辆驶入专用车道额外占用道路空间如下
[0040][0041]
其中，将每天按小时划分为m个时段，m＝1,2,3,
…
,24，为第m个时段、第n辆驶入车辆到达进口区域终点的时刻，为第m个时段、第n辆驶入车辆开始换道进入专用车道的时刻，为第m个时段、第n辆驶入车辆在驶入专用车道过程的时变车速，vr为专用车道设计车速；
[0042]
2-3b)计算各时段车辆驶入专用车道过程额外占用道路空间均值
[0043]
利用连续d天中所有n辆自动驾驶车辆驶入专用车道额外占用道路空间，计算出单日中第m个时段自动驾驶车辆驶入专用车道的平均额外占用道路空间如下
[0044][0045]
2-3c)计算专用车道进口路段断面车流的通过能力
[0046]
在常规路段断面通过能力的基础上，去掉自动驾驶车辆驶入专用车道的平均额外占用道路空间，即可计算出第m个时段专用车道进口路段断面车流的通过能力如下
[0047][0048]
其中，为专用车道自动驾驶车辆车头间距。
[0049]
本发明进一步设置为：所述步骤3)确定专用车道各类路段交通流量控制方法，具体为，
[0050]
3-1)判断专用车道各路段饱和程度
[0051]
对于专用车道进口、出口路段来说，由于车流汇入、驶出过程中会产生换道、并对专用道上游车流产生影响，所以专用车道进口、出口路段易出现拥堵，而常规路段由于不涉及车辆换道，其发生拥堵概率明显小于进口、出口路段，故在此主要分析专用车道进口、出口路段交通流量控制方法。
[0052]
通过检测专用车道进口、出口路段上游(一般可取换道起点上游lh处，一般来说lh取100-200米)断面流量和对比专用车道进口、出口路段断面车流通过能力和
若实际流量小于通过能力则为畅通、反之为拥堵；
[0053]
3-2)计算拥堵路段引出车流量
[0054]
对于第m时段的拥堵路段，可通过引出车流缓解专用车道拥堵程度，所引出车流量在驶出专用车道时、需减速等待临近车道出现换道间隙，故将额外占用专用道的空间资源，则引出车流等效流量为
[0055][0056]
对于第m时段的拥堵进口路段，引入车流的等效流量需满足
[0057][0058]
其中，为专用车道拥堵的进口路段上游设定距离处的断面流量；
[0059]
因此，对于第m时段的拥堵进口路段，需引出的最小车流为
[0060][0061]
同理，对于第m时段的拥堵出口路段，需引出的最小车流为
[0062][0063]
其中，为专用车道拥堵的出口路段上游设定距离处的断面流量；
[0064]
3-3)计算畅通路段引入车流量
[0065]
对于第m时段的畅通路段，可通过引入车流提高专用车道的利用效率，所引入的车流量在汇入专用车道时，将影响专用车道车流、并额外占用专用道的空间资源，则引入车流的等效流量为
[0066][0067]
对于第m时段的畅通进口路段，引入车流的等效流量需满足
[0068][0069]
其中，为专用车道畅通的进口路段上游设定距离处的断面流量；
[0070]
因此，对于第m时段的畅通进口路段，最大的可引入车流为
[0071][0072]
同理，对于第m时段的畅通出口路段，最大的可引入车流为
[0073][0074]
其中，为专用车道畅通的出口路段上游设定距离处的断面流量。
[0075]
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
[0076]
本发明提供的一种面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法，将面向自动驾驶的专用车道划分为出口路段、进口路段及常规路段，分别计算专用车道中出口路段、进口路段及常规路段断面车流通过能力，通过检测专用车道进口、出口路段上游断面流量，并与专用车道进口、出口路段断面车流通过能力进行比较，得到各路段的饱和程度，根据其饱和程度，计算拥堵路段需引出的车流量以及畅通路段可引入的车流量，从而实现对面向自动驾驶的专用车道交通流量的控制；因此本发明可以对面向自动驾驶的专用车道交通流量进行控制，保证道路上交通流的正常运行，降低交通拥堵的概率，也可以提高道路的利用率，提高车辆的运行效率以及专用车道的服务水平。
[0077]
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
[0078]
图1是本实施例的流程图；
[0079]
图2是本实施例步骤1)中专用车道整体布局示意图；
[0080]
图3是本实施例步骤1)中专用车道各路段划分示意图；
[0081]
图4是本实施例步骤3)中所对应的车辆位置示意图；
[0082]
图5是本实施例步骤4)中所对应的车辆位置示意图；
[0083]
图6是本实施例步骤5)中专用车道进口路段上游断面流量检测位置示意图；
[0084]
图7是本实施例步骤5)中专用车道出口路段上游断面流量检测位置示意图。
具体实施方式
[0085]
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0086]
实施例1：
[0087]
本发明提供一种面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0088]
如图2所示为专用车道整体布局示意图：图中用剖面线填充的道路“内侧”车道即为自动驾驶车辆专用车道，在上、下匝道处以及服务区附近会产生进、出口路段，在此以服务区在下匝道的下游位置为例进行分析，专用道上虚线框的部分代表进、出口区域，其中实
线箭头方向为车辆驶入专用车道的方向，虚线箭头为车辆驶出专用车道的方向。
[0089]
1)划分面向自动驾驶的专用车道路段；
[0090]
对于面向自动驾驶的专用车道交通流量的控制，需要对专用车道进行路段划分，可划分为出口路段、进口路段及常规路段；
[0091]
具体为，
[0092]
1-1)出口路段划分
[0093]
将出口区域起点上游lu处至出口区域终点划分为出口路段，一般来说lu取300-500米；
[0094]
1-2)进口路段划分
[0095]
将进口区域起点上游lu处至进口区域终点划分为进口路段，一般来说lu取300-500米；
[0096]
1-3)常规路段划分
[0097]
将被进口路段、出口路段分隔开的路段划分为常规路段，如图3所示。
[0098]
2)计算专用车道常规路段、出口路段和进口路段断面车流通过能力；
[0099]
2-1)结合专用车道设计车速与专用车道自动驾驶车辆车头间距，计算专用道常规路段断面车流的通过能力；
[0100]
具体为，
[0101]
结合专用道设计车速vr(单位：米/秒)与专用车道自动驾驶车辆车头间距(单位：米)，计算专用道常规路段断面车流的通过能力如下
[0102][0103]
其中，当设计车速为120公里/小时，自动驾驶车辆跟车间距可减少到30米左右。
[0104]
2-2)计算专用车道出口路段断面车流通过能力；
[0105]
计算车辆驶出专用车道额外占用道路空间，同时将全天车辆运行时间划分为不同的时段，并对各时段车辆驶出专用车道过程中额外占用道路空间均值进行计算，从而计算得到专用车道出口路段断面车流的通过能力；
[0106]
具体为，
[0107]
2-2a)计算车辆驶出专用车道额外占用道路空间
[0108]
通过统计历史时段连续d天(一般d可取值为30)，每天24小时所有驶出车辆在专用车道出口路段范围内的运行时变车速，计算车辆驶出专用车道额外占用道路空间如下
[0109][0110]
其中，将每天按小时划分为m个时段，m＝1,2,3,
…
,24，为第m个时段、第k辆驶出车辆到达出口区域起点的时刻，为第m个时段、第k辆驶出车辆完成换道的时刻，如图4所示，为第m个时段、第k辆驶出车辆在驶出专用车道过程的时变车速，vr为专用车道设计车速；
[0111]
2-2b)计算各时段车辆驶出专用车道过程额外占用道路空间均值
[0112]
利用连续d天中所有k辆自动驾驶车辆驶出专用车道额外占用道路空间，计算出单日中第m时段自动驾驶车辆驶出专用车道的平均额外占用道路空间如下
[0113][0114]
2-2c)计算专用车道出口路段断面车流的通过能力
[0115]
在常规路段断面通过能力的基础上，去掉自动驾驶车辆驶出专用车道的平均额外占用道路空间，即计算出第m时段专用车道出口路段断面车流的通过能力如下
[0116][0117]
其中，为专用车道自动驾驶车辆车头间距。
[0118]
2-3)计算专用车道进口路段断面车流通过能力；
[0119]
对车辆驶入专用车道额外占用道路空间以及各时段车辆驶入专用车道过程额外占用道路空间均值计算，从而计算得到专用车道进口路段断面车流的通过能力；
[0120]
具体为，
[0121]
2-3a)计算车辆驶入专用车道额外占用道路空间
[0122]
通过统计历史时段连续d天每天24小时所有驶入车辆在专用车道进口路段范围内的运行时变车速，计算车辆驶入专用车道额外占用道路空间如下
[0123][0124]
其中，将每天按小时划分为m个时段，m＝1,2,3,
…
,24，为第m个时段、第n辆驶入车辆到达进口区域终点的时刻，为第m个时段、第n辆驶入车辆开始换道进入专用车道的时刻，如图5所示，为第m个时段、第n辆驶入车辆在驶入专用车道过程的时变车速，vr为专用车道设计车速；
[0125]
2-3b)计算各时段车辆驶入专用车道过程额外占用道路空间均值
[0126]
利用连续d天中所有n辆自动驾驶车辆驶入专用车道额外占用道路空间，计算出单日中第m个时段自动驾驶车辆驶入专用车道的平均额外占用道路空间如下
[0127][0128]
2-3c)计算专用车道进口路段断面车流的通过能力
[0129]
在常规路段断面通过能力的基础上，去掉自动驾驶车辆驶入专用车道的平均额外占用道路空间，即可计算出第m个时段专用车道进口路段断面车流的通过能力如下
[0130]
[0131]
其中，为专用车道自动驾驶车辆车头间距。
[0132]
3)确定专用车道各类路段交通流量控制方法；
[0133]
通过检测专用车道进、出口路段上游断面流量，并将其与专用车道进口、出口路段断面车流通过能力进行比较，判断专用车道各路段的饱和程度，根据各路段的饱和程度，确定专用车道各类路段交通流量的控制方法；
[0134]
具体为，
[0135]
3-1)判断专用车道各路段饱和程度
[0136]
对于专用车道进口、出口路段来说，由于车流汇入、驶出过程中会产生换道、并对专用道上游车流产生影响，所以专用车道进口、出口路段易出现拥堵，而常规路段由于不涉及车辆换道，其发生拥堵概率明显小于进口、出口路段，故在此主要分析专用车道进口、出口路段交通流量控制方法。
[0137]
通过检测专用车道进口、出口路段上游(一般可取换道起点上游lh处，一般来说lh取100-200米)断面流量和如图6、7所示，对比专用车道进口、出口路段断面车流通过能力和若实际流量小于通过能力则为畅通、反之为拥堵；
[0138]
3-2)计算拥堵路段引出车流量
[0139]
对于第m时段的拥堵路段，可通过引出车流缓解专用道拥堵程度，所引出车流量在驶出专用道时、需减速等待临近车道出现换道间隙，故将额外占用专用道的空间资源，则引出车流等效流量为
[0140][0141]
对于第m时段的拥堵进口路段，引入车流的等效流量需满足
[0142][0143]
其中，为专用车道拥堵的进口路段上游设定距离处的断面流量；
[0144]
因此，对于第m时段的拥堵进口路段，需引出的最小车流为
[0145][0146]
同理，对于第m时段的拥堵出口路段，需引出的最小车流为
[0147][0148]
其中，为专用车道拥堵的出口路段上游设定距离处的断面流量；
[0149]
3-3)计算畅通路段引入车流量
[0150]
对于第m时段的畅通路段，可通过引入车流提高专用车道的利用效率，所引入的车
流量在汇入专用车道时，将影响专用车道车流、并额外占用专用道的空间资源，则引入车流的等效流量为
[0151][0152]
对于第m时段的畅通进口路段，引入车流的等效流量需满足
[0153][0154]
其中，为专用车道畅通的进口路段上游设定距离处的断面流量；
[0155]
因此，对于第m时段的畅通进口路段，最大可引入的车流为
[0156][0157]
同理，对于第mm时段的畅通出口路段，最大可引入的车流为
[0158][0159]
其中，为专用车道畅通的出口路段上游设定距离处的断面流量。
[0160]
实施例2：
[0161]
通过一个实例对本发明面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法给出进一步说明，如图2所示为专用车道的整体结构示意图，且上下匝道处及服务区附近的进出口路段车辆的通过能力计算方法相同，车道上各个路段的通过能力不因服务区与上下匝道的相对位置的变化而变化，因此本实施例以服务区在下匝道处的下游位置为例计算上下匝道处进出口路段以及常规路段的通过能力，来分析面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方法。下面根据本发明车辆在面向自动驾驶的专用车道运行过程中的交通流量控制方法具体步骤，计算获得面向自动驾驶的专用车道交通流量控制方案。
[0162]
s1：划分面向自动驾驶的专用车道路段。
[0163]
s11：自动驾驶车辆专用道以道路“内侧”车道为例，本实施例将出口区域起点上游300米处到出口区域终点划分为出口路段；
[0164]
s12：本实施例将进口区域起点上游300米处到进口区域终点划分为进口路段；
[0165]
s13：本实施例将被进口、出口路段分隔开的路段划分为常规路段。
[0166]
s2：计算专用车道常规路段断面、出口路段和进口路段车流通过能力。
[0167]
本实施例取自动驾驶专用道的设计车速为33.3米/秒(即120公里/小时)，则专用车道上自动驾驶车辆的车头间距可取为30米，计算得到专用道常规路段断面车流的通过能力为4000(辆/小时)。
[0168]
s22a：计算车辆驶出专用车道额外占用道路空间；
[0169]
本实施例通过统计自动驾驶车辆在2021年6月1日-2021年6月30日连续30天(每天
24小时)中所有驶出车辆在专用车道上的运行数据，以所有车辆驶出专用车道过程的时变车速各个时段中不同驶出车辆到达出口区域起点的时刻以及驶出车辆完成换道的时刻为例分析车辆驶出专用车道额外占用道路空间的计算方法，计算可得到车辆驶出专用道额外占用道路空间具体信息如表1所示(列举部分数据)；
[0170][0171]
表1
[0172]
s22b：计算各时段车辆驶出专用车道过程额外占用道路空间均值；
[0173]
利用s22a计算得到的车辆驶出专用道额外占用道路空间，以第1个时段为例，计算出单日第1时段自动驾驶车辆驶出专用车道的平均额外占用道路空间为158.6米；
[0174]
s22c：计算专用车道出口路段断面车流的通过能力；
[0175]
在常规路段断面通过能力的基础上，去掉s22b中计算得到的自动驾驶车辆驶出专用车道的平均额外占用道路空间，即可计算出第1个时段专用车道出口路段断面车流的通过能力为3991(辆/小时)。
[0176]
s23a：计算车辆驶入专用车道额外占用道路空间；
[0177]
本实施例通过统计自动驾驶车辆在2021年6月1日-2021年6月30日连续30天(每天24小时)中所有驶入车辆在专用车道上的运行数据，以所有车辆驶入专用车道过程的时变车速各个时段中不同驶入车辆到达进口区域终点的时刻以及驶入车辆完成换道的时刻为例分析车辆驶入专用车道额外占用道路空间的计算方法，计算可得到车辆驶入专用道额外占用道路空间具体信息如表2所示(列举部分数据)；
[0178]
[0179][0180]
表2
[0181]
s23b：计算各时段车辆驶入专用车道过程额外占用道路空间均值；
[0182]
利用s23a得到的车辆驶入专用道额外占用道路空间，以第1个时段为例，计算出单日第1时段自动驾驶车辆驶入专用车道的平均额外占用道路空间为139.2米；
[0183]
s23c：计算专用车道进口路段断面车流的通过能力；
[0184]
在常规路段断面通过能力的基础上，去掉s23b中计算得到的自动驾驶车辆驶入专用车道的平均额外占用道路空间，即可计算出第1个时段专用车道进口路段断面车流的通过能力为3992(辆/小时)。
[0185]
s3：确定专用车道各类路段交通流量控制方法。
[0186]
s31：本实施例通过检测得到专用车道进口路段上游(进口区域起点上游100米处)断面流量为4100(辆/小时)、出口路段上游(出口区域起点上游100米处)断面流量为3800(辆/小时)，通过比较可知，进口路段的实际流量大于其通过能力为拥堵路段，而出口路段的实际流量小于其通过能力为畅通路段；
[0187]
s32：根据s31中对各个路段饱和程度的判断，可知进口路段为拥堵路段，则可计算出第1时段的拥堵进口路段最小需要引出的车流为110(辆/小时)；
[0188]
s33：根据s31对各个路段饱和程度的判断，可知出口路段为畅通路段，则可以计算
出第1时段的畅通出口路段最大可引入的车流为189(辆/小时)，即实现对面向自动驾驶的专用车道的交通流量控制，保证道路交通流的正常运行，提高交通效率。