一种高速公路的车辆引导方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种高速公路的车辆引导方法、装置及系统。


背景技术：

2.高速公路堵塞一直都是困扰出行人群和交通管理者的难题，目前传统的消除高速公路堵塞风险的方法主要是在宏观层面使用的可变速度限制方法(vsls，vehicle speed limiters)，此方法通过自动检测道路交通中车辆的运行状态，针对道路中车辆流通状态的变化情况，通过一定地数值计算得出当前道路中的合理限速值，并将计算得出的限速值发送到被检测道路上的每个车辆中。通过合理的改变不同时间不同路段上汽车的限速，使得消除道路上的堵塞波，来实现降低高速堵塞的风险。
3.目前，可变速度限制方法在现实中的应用并不完善，对合理限速值的计算方法多有争议，某些计算方法得出的限速策略甚至可能导致事故风险增加，所以所述计算方法需要先在仿真模型中进行模拟训练。又因仿真模型往往与真实情况存在差别。导致现有技术存在实用性不高，无法高效的对高速公路拥堵风险进行预估并减少高速公路拥堵风险的弊端。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种高速公路的车辆引导方法、装置及系统，能够实现对高速公路拥堵风险进行有效地预测，并通过引导车辆来减轻或消除高速公路拥堵的风险。
5.第一方面，本技术提供了一种高速公路的车辆引导方法，包括：
6.当检测到监测路段上存在车辆的车速低于所述监测路段上车辆平均车速的预设比例时，将所述车速低于平均车速预设比例的车辆确定为异常车辆，同时将所述异常车辆所在的车道确定为异常车道；
7.根据所述监测路段上各车道行车的平均速度和车流密度，判断是否存在拥堵风险；
8.当确定存在交通拥堵风险时，根据所述各车道的车流密度，获取异常车辆后预设距离内每一个车道中各个车辆的引导方案；
9.分别向所述预设距离内每个车辆发送各自的引导方案，以使异常车辆后预设距离内异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道变道、各非异常车道中的车辆根据各自的引导方案行驶，继而使监测路段上各个非异常车道的车流密度满足预设要求。
10.这样，由于道路拥堵时车流平均速度会减低，车流密度会增加，导致车间距会缩小。所以通过对路段平均车速和车流密度来对路段的拥堵风险进行预估具有很高的准确性。当确定存在交通拥堵风险时及时指引在异常车道中的非异常车辆向其他道路变道，并向各非异常车辆发送各自的引导方案，使得监测路段上除异常车道的其他车道的车流密度快速达到相等，消除异常车辆对监测路段的影响。相比于现有技术的可变速度限制方法，本
发明技术方案不仅可以进行道路拥堵风险的预测，还可以在风险出现后及时计算出非异常车辆的引导方案，通过规划每一个非异常车辆的行驶方案，引导车辆行驶，达到快速精确的解决高速公路出现的车辆拥堵问题的效果。
11.进一步的，根据所述监测路段上各车道行车的平均速度和车流密度，判断是否存在拥堵风险，具体为：
12.通过所述监测路段上各车道的车流密度，获取所述异常车道的非异常车辆在向相邻车道变道后，所述相邻车道的平均行车间距。对比预估所述异常车道中的非异常车辆向所述相邻车道变道后而发生改变的平均行车间距和所述路段的安全行车间距。
13.若所述平均行车间距小于等于所述安全行车间距，则确定所述监测路段存在拥堵风险。否则，确定所述监测路段不存在拥堵风险。
14.这样将各车道的车辆平均速度和车流密度转化为更加直观的平均行车间距，且与安全行车间距进行对比，从而在保证准确率的前提下提高了判断的效率。
15.进一步的，通过所述监测路段上各车道的车流密度，获取所述异常车道的车辆在向相邻车道变道后的所述相邻车道的平均行车间距，具体是根据以下公式获得所述平均行车间距：
[0016][0017]
其中d
after
为所述异常车道的车辆在向相邻车道变道后的所述相邻车道的平均行车间距。ρ
before
为所述异常车道中的非异常车辆在向相邻车道变道前，相邻车道的车流密度。ρ0为所述异常车道的车流密度。d
before
为所述异常车道中的非异常车辆未向相邻车道换道前相邻车道的平均行车间距。a为车流密度分流量的系数。ρ
after
为所述出现异常车道的中非异常的车辆向所述相邻车道变道后而改变后车流密度的最终值。
[0018]
进一步的，所述异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道换道，是根据所述异常车道左侧和右侧的车道数量以及所述异常车道的左侧和右侧其他车道的车流密度，计算得到所述异常车道中异常车辆后预设距离内的非异常车辆向左相邻车道变道的车辆数和向右相邻车道变道的车辆数。根据所述异常车道中向左相邻车道变道的车辆数和向右相邻车道变道的车辆数获取异常车道中异常车辆后预设距离内的每一辆非异常车辆的引导方案。向异常车道中所述预设距离内的非异常车辆发送车辆引导方案，指引异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道换道。
[0019]
若所述异常车道的非异常车辆中同时存在需向左相邻车道变道的车辆和向右相邻车道变道的车辆时，确定在异常车道中连续的两辆非异常车辆向不同侧相邻车道变道。
[0020]
这样引导异常车道中异常车辆后面的车辆进行变道，可以快速降低异常车辆对道路的影响。相比于现有技术，本发明可以精确的对异常车辆后同车道的车辆进行指引变道，从而快速减少异常车道的车流密度，降低异常车辆对道路拥堵的影响，缓解高速公路中车辆拥堵的问题。
[0021]
根据以下公式获取所述需要向左侧变道的车辆数m
rcross
和需要向右侧变道的车辆数m
lcross
：
[0022][0023]
其中，l为异常车道中异常车辆后的预设距离、ρ0为所述异常车道的车流密度、ρ
lt
为异常车道中的非异常车辆变道前的异常车道左侧其他车道的总车流量密度、n
l
为左侧车道数、ρ
rt
为右侧其他车道的总车流量密度、nr为右侧车道数、ρ
t
为所述监测路段的所有车道总车流密度。
[0024]
进一步的，计算各非异常车道中车辆各自的引导方案，具体为：
[0025]
通过各个车道的车流密度获取所述异常车辆后各个非异常车道中预设距离内的需要变道的车辆数m
cross
。
[0026]
根据异常车辆后预设距离内的各个非异常车道中的每辆车与前后车的车间距大小，对所述非异常车道中同车道的车辆按从小到大进行排序，并选择前m
cross
个车辆作为待变道车辆，继而确定所述预设距离内的每个非异常车道中各个车辆的引导方向；其中，同一车道中未被选择的车辆作为继续行驶车辆。
[0027]
根据异常车辆后预设距离内的每个非异常车道中各个车辆的引导方向，确定所述预设距离内的每个车辆的引导方案；所述引导方案包括变道方案和继续行驶方案。
[0028]
向异常车辆后预设距离内的所有非异常车辆发送各自的引导方案，以使收到变道方案的车辆根据所述变道方案进行变道行驶，以及使收到继续行驶方案的车辆沿当前车道继续行驶。
[0029]
其中，选择前m
cross
个车辆作为待变道车辆，继而确定每个非异常车道中各个车辆的引导方向，具体为：
[0030]
根据待变道车辆未变道前所在的车道和各个车道的车流密度，确定待变道车辆的引导方向。
[0031]
其中，所述待变道车辆未变道前所在的车道确定为第一车道，所述待变道车辆变道后的所在的车道为第二车道。第二车道为车流密度小于所述第一车道车流密度且距离所述第一车道最近的车道。
[0032]
所述待变道车辆的引导方向为从第一车道向第二车道方向，继续行驶车辆的引导方向为继续直行。
[0033]
这样通过计算获得每个非异常车辆的引导方向，从而得出每辆车的引导方案，使得每一辆车根据各自的引导方案进行行驶。达到车辆精度的引导策略，从而解决高速公路的拥堵风险。
[0034]
其中，所述根据车流密度计算获取每个车道需要变道的车辆数，具体为：
[0035]
根据以下公式获得所述需要变道的车辆数m
cross
：
[0036][0037]
其中，l为异常车道中异常车辆后的预设距离，n为总车道数量，ρs为需要执行变道的车道当前车流量密度，ρ
t
为所有车道总车流密度。
[0038]
这样通过计算获取需要变道车辆的数量，平衡每条车道中的车流密度。通过引导
方案给予车辆明确的引导，使得此方法具有实用性，可以实际便利的对高速公路的拥堵风险进行预测和解决。
[0039]
第二方面，本技术提供了一种高速公路的车辆引导装置，包括：异常车辆认定模块、预测模块、计算模块和数据传输模块，具体为：
[0040]
所述异常车辆认定模块用于认定异常车辆当检测到监测路段上存在车辆的车速低于所述监测路段的平均车速时，将所述车辆确定为异常车辆，同时将所述异常车辆所在的车道确定为异常车道。
[0041]
所述预测模块用于根据所述监测路段上各车道行车的平均速度和车流密度，判断是否存在拥堵风险。
[0042]
所述计算模块用于根据所述各车道的车流密度计算异常车辆后预设距离内每一个车道中每个车辆的引导方案。
[0043]
所述数据传输模块用于根据每个车辆当前行驶的车道，分别向每个车辆发送引导方案，以使异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道换道、各非异常车辆根据各自的车辆引导方案行驶，继而使监测路段上各个非异常车道之间车流密度的差距减小。
[0044]
第三方面，本技术还提供了一种高速公路的车辆引导系统，包括服务器、若干个路测设备和若干个车载设备；其中，所述服务器执行如第一方面中任何一项所述的高速公路的车辆引导方法；
[0045]
所述若干个路测设备用于获取所述监测路段中车辆的平均速度和每一辆车的实时车速，并将所述获取的数据传送给服务器；
[0046]
所述若干个车载设备用于接收服务器中计算获得的车辆引导方案。
附图说明
[0047]
图1是本发明提供的一种高速公路的车辆引导方法的一种实施例的流程示意图；
[0048]
图2是本发明实施例提供的一种高速公路的车辆引导装置的模块结构图；
[0049]
图3是本发明实施例提供的一种高速公路的车辆引导系统的结构框图。
具体实施方式
[0050]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
实施例一
[0052]
请参照图1，为本发明实施例提供的一种应对高速公路拥堵风险的车辆引导方法的流程示意图，包括步骤s1至步骤s4，各步骤具体如下：
[0053]
步骤s1：当检测到监测路段上存在车辆的车速低于所述监测路段上车辆平均车速的预设比例时，将所述车速低于平均车速预设比例的车辆确定为异常车辆，同时将所述异常车辆所在的车道确定为异常车道。
[0054]
在本实施例中，获取监测路段中车辆信息的设备为一般的路测设备包括摄像机、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、地磁传感器、路侧单元rsu的车路协同功能等。路测设
备用于获取所述监测路段中车辆的平均速度和每一辆车的实时车速。
[0055]
作为优选方案，所述检测到有车辆车速低于所述路段的平均车速的预设比例时，具体为当路测设备检测到有车辆车速低于所述路段的平均车速的百分之五十时，再认定异常车辆和进行步骤s2。
[0056]
这样提高确定异常车辆的标准，提高了进行判断路段是否拥堵的条件，可以减少判断的次数，增加了预测道路拥堵风险的效率和准确性。
[0057]
步骤s2：根据所述监测路段上各车道行车的平均速度和车流密度，判断是否存在拥堵风险。
[0058]
其中具体判断标准为：通过各车道车流密度和各车道平均车间距预估异常车道的车辆在向相邻车道变道后所述相邻车道的平均行车间距。
[0059]
对比预估所述异常车道中的非异常车辆向所述相邻车道变道后而发生改变的平均行车间距和所述路段的安全行车间距。
[0060]
其中高速公路安全行驶车距由各国相关部门规定。
[0061]
若是所述平均行车间距小于或等于安全行车间距，则确定所述路段存在拥堵风险，否则，确定所述监测路段不存在拥堵风险。
[0062]
若存在拥堵风险则继续进行s3步骤，否则继续进行步骤s1。
[0063]
所述车流密度ρ的计算方式为：
[0064]
根据获取各车道的车流密度ρ，即
[0065]
所述各车道的车流量q为每秒所述监测路段上的各车道的车辆数，v
平均
为各车道上车辆的平均速度。
[0066]
其中车流量q的单位为：车辆数/s，行车平均速度v
平均
单位为：km/h，车流密度单位为：辆/km。
[0067]
其中具体预估异常车道的车辆在向相邻车道变道后所述相邻车道的平均行车间距d
after
的方法为：
[0068]
根据预估异常车道的相邻车道的交通状况发生变化的公式：
[0069][0070]
获取因所述异常车道中的非异常车辆向所述相邻车道变道，而发生改变后的所述相邻车道的平均行车间距的最终值d
after
。
[0071]
其中ρ
before
为所述异常车道中的非异常车辆在向相邻车道变道前，相邻车道的车流密度，ρ0为所述异常车道的车流密度。
[0072]
各车道平均行车间距d为统计30s内经过路测设备的车辆时间间隔与每一个间隔内前车车速的乘积值的和取平均值得到，单位为米。d
before
为所述异常车道中的非异常车辆未向相邻车道换道前相邻车道的平均行车间距。
[0073]
a为车流密度分流量的系数为常数，若发生异常的车道为最右侧车道或最左侧车道，a＝1；若发生异常的车道为中间车道，a＝0.5。
[0074]
ρ
after
为所述出现异常车道的中非异常的车辆向所述相邻车道变道后而改变后车
流密度的最终值。
[0075]
步骤s3：当确定存在交通拥堵风险时，根据所述各车道的车流密度，获取每一个车道中各个车辆的引导方案。
[0076]
在本实施例中，所述监测路段中的警报器还会对监测路段上异常车辆后续3km内的所有车道中的车辆发出预警，并向异常车道相邻的车道中的车辆发送勿向异常车道换道的信息。
[0077]
这样可以防止非异常车道中的车辆再向异常车道变道，保证异常车道中车辆变道的作用，防止车辆的重复变道。
[0078]
进一步的，根据所述异常车道左侧和右侧的车道数量以及所述异常车道的左侧和右侧其他车道的车流密度，计算得到所述异常车道中异常车辆后3km内的非异常车辆向左相邻车道变道的车辆数和向右相邻车道变道的车辆数。
[0079]
其中，计算获取异常车道中需要向左侧变道的非异常车辆数m
rcross
和需要向右侧变道的非异常车辆数m
lcross
的计算公式为：
[0080][0081]
其中异常车道中的非异常车辆变道前的异常车道左侧其他车道的总车流量密度表示为ρ
lt
、左侧车道数表示为n
l
、右侧其他车道的总车流量密度表示为ρ
rt
、右侧车道数为表示nr，所有车道总车流密度表示为ρ
t
。
[0082]
进一步的，根据所述异常车道中向左相邻车道变道的车辆数和向右相邻车道变道的车辆数获取异常车道中每一辆非异常车辆的指引方案。向异常车道中的非异常车辆发送车辆指引方案，指引异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道换道。
[0083]
其中，若所述异常车道的非异常车辆中同时存在需向左相邻车道变道的车辆和向右相邻车道变道的车辆时，确定在异常车道中连续的两辆非异常车辆向不同侧相邻车道变道。
[0084]
在获取异常车道中的非异常车辆的引导方案的同时计算非异常车道中所有车辆的引导方案。
[0085]
其中，非异常车道中所有车辆的引导方案的计算方法具体为：
[0086]
通过获取所述各个非异常车道中需要变道的车辆数m
cross
；
[0087]
根据各个非异常车道中异常车辆后3千米内的每辆车与前后车的车间距大小，对所述非异常车道中同车道的车辆按从小到大进行排序，并选择前m
cross
个车辆作为待变道车辆，继而确定每个非异常车道中各个车辆的引导方向；其中，同一车道中未被选择的车辆作为继续行驶车辆。根据每个非异常车道中各个车辆的引导方向，确定每个车辆的引导方案。
[0088]
引导方案包括变道方案和继续行驶方案。
[0089]
所述待变道车辆未变道前所在的车道确定为第一车道，所述待变道车辆变道后的所在的车道为第二车道。第二车道为车流密度小于所述第一车道车流密度且距离所述第一
车道最近的车道。
[0090]
其中变道方案中车辆的引导方向为从第一车道向第二车道变道，继续行驶方案中车辆的引导方向为继续直行。
[0091]
步骤s4：分别向每个车辆发送各自的引导方案，以使异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道变道、各非异常车道中的车辆根据各自的引导方案行驶，继而使监测路段上各个非异常车道的车流密度满足预设要求。
[0092]
在本实施例中，持续给予车辆指引方案，使得车辆在非异常车道的相邻车道间从车流密度大的车道向车流密度小的车道变道，直到除异常车道外所有车道的车流密度满足预设要求相等后，停止向所述监测路段上的非异常车辆发送引导方案。
[0093]
其中预设要求为各非异常车道的车流密度相等、各非异常车道的车流密度趋向相等或各个非异常车道之间车流密度的差距减小等。
[0094]
并通过声音信号、光信号、震动信号、语音信号等多种形式向驾驶员进行预警和引导以确保有效性。
[0095]
本发明实施例提供的高速公路的车辆引导方法，通过检测到监测路段出现低速行驶的车辆，认定异常车辆和异常车道，根据各车道的车流密度和平均行车间距预估高速公路的拥堵风险，从而准确的预测高速公路的拥堵风险，当存在风险时再根据各车道的车流密度和平均行车间距计算异常车辆后3km内所有非异常车辆的引导方案，并根据引导方案使异常车辆后预设距离内异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道变道、各非异常车道中的车辆根据各自的引导方案行驶，继而使所述监测路段上除异常车道外所有车道的车流密度相等，从而高效的解决高速公路的拥堵风险。
[0096]
实施例二
[0097]
参加图2，图2是本发明实施例提供的一种高速公路的车辆引导装置的模块结构图。
[0098]
该装置包括：异常车辆认定模块210、预测模块220、计算模块230和数据传输模块240。
[0099]
所述异常车辆认定模块210用于认定异常车辆当检测到监测路段上存在车辆的车速低于所述监测路段的平均车速时，将所述车辆确定为异常车辆，同时将所述异常车辆所在的车道确定为异常车道。
[0100]
预测模块220用于根据所述监测路段上各车道行车的平均速度和车流密度，判断是否存在拥堵风险。
[0101]
计算模块230用于根据所述各车道的车流密度计算异常车辆后预设距离内每一个车道中每个车辆的引导方案。
[0102]
数据传输模块240用于根据每个车辆当前行驶的车道，分别向每个车辆发送引导方案，以使异常车道中的非异常车辆向所述异常车道的相邻车道换道、各非异常车辆根据各自的车辆引导方案行驶，继而使监测路段上各个非异常车道的车流密度满足预设要求。
[0103]
其中所述异常车辆认定模块210包括速度比对单元211和异常认定单元212。
[0104]
所述速度比对单元211，用于将所述监测路段中每辆车辆的实时车速和当前所述路段的平均车速进行比对。
[0105]
所述异常认定单元212，用于对速度比对单元211的比对结果进行认定，当所述比
对结果为存在车辆的车速低于所述监测路段的平均车速时，异常认定单元212将所述车辆确定为异常车辆，同时将所述异常车辆所在的车道确定为异常车道。
[0106]
进一步的，预测模块220还包括距离预估单元221和距离比对单元222。具体为：
[0107]
所述距离预估单元221，用于根据所述监测路段上各车道行车的平均速度和车流密度，获取所述异常车道的非异常车辆在向相邻车道变道后，所述相邻车道的平均行车间距。
[0108]
所述距离比对单元222，用于将从距离预估单元获取的平均行车间距和安全行车间距进行比对，若所述平均行车间距小于等于所述安全行车间距，则确定所述监测路段存在拥堵风险；否则，确定所述监测路段不存在拥堵风险。
[0109]
进一步的，所述计算模块230包括车辆选择单元231，变道车辆计算单元232和引导方向计算单元233。
[0110]
所述车辆选择单元231，用于当异常车道不是最左侧或最右侧车道时，选择异常车道中异常车辆后的非异常车辆向左侧或右侧变道。
[0111]
所述变道车辆计算单元232，用于计算异常车辆后预定距离内的每个非异常车道中需要变道的车辆数。具体为根据各个车道的车流密度获取所述各个非异常车道中需要变道的车辆数。
[0112]
所述引导方向计算单元233，用于根据变道车辆计算单元232得出的每个非异常车道中需要变道的车辆数和各个非异常车道中的每辆车与前后车的车间距大小选择出待变道车辆和继续行驶车辆，并根据各个车道的车流密度得出每个待变道车辆的引导方向。
[0113]
进一步的，所述数据传输模块240包括数据发送单元241和车流密度比对单元242。
[0114]
所述数据发送单元241，用于将计算模块230中获取的引导方案发送给相应的车辆。
[0115]
所述车流密度比对单元242，用于根据比对各个非异常车道的车流密度，当满足预设要求时，停止进行车辆引导。
[0116]
这样本实施例公开的高速公路的车辆引导装置可以完全实现本发明高速公路的车辆引导方法的全部步骤，达到实施例一的技术效果。
[0117]
可以理解的是，上述装置项实施例是与本发明方法项实施例相对应的，其可以实现本发明上述方法项实施例提供的高速公路的车辆引导方法。
[0118]
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。所述示意图仅仅是高速公路的车辆引导装置的示例，并不构成对车辆引导装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
[0119]
实施例三
[0120]
参加图3，图3是本发明实施例提供的一种高速公路的车辆引导系统的结构框图。
[0121]
本发明实施例提供的一种引导系统包括服务器321、x个路测设备311至路测设备
31x和y个车载设备331至车载设备33y，所述服务器可实现所述的高速公路的车辆引导方法。
[0122]
所述服务器实现上述高速公路的车辆引导方法实施例中的步骤，例如图1所示的高速公路的车辆引导方法的所有步骤。
[0123]
所述x个路测设备311至路测设备31x对监测路段进行监测，获取所述监测路段中车辆的平均速度、车流密度和每一辆车的实时车速。并将所述获取的数据传输给服务器321。
[0124]
所述y个车载设备331至车载设备33y用于获取所述服务器321所计算出的每辆车辆的引导方案。
[0125]
此外路测设备可以包括摄像机、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达、地磁传感器、路侧单元rsu的车路协同功能等。
[0126]
本发明实施例的高速公路的车辆引导系统是与本发明方法项实施例相对应的其可以实现本发明上述方法项实施例提供的高速公路的车辆引导方法。
[0127]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。