交叉口进口车道动态监测与优化配置方法及系统

技术领域

本发明属于交通运输工程技术领域，具体涉及一种交叉口进口车道动态监测与优化配置方法及系统。

背景技术

美国市场研究机构勒克斯研究报告显示，预计2030年全球范围内将出售约1.2亿辆自动驾驶汽车，中国约占35％，人机混合驾驶时代即将来临。自动驾驶也为解决交通拥堵问题提供了一种途径，但道路交通拥堵疏解的关键在交叉口。进口车道功能是优化交叉口信号相位与配时方案、评价交叉口通行能力的基础核心参数，在道路交通控制系统中有着十分重要的作用。尽管已有发明专利提出过人机混合驾驶环境下交叉口进口道车道功能重构方法，但这种方法存在两方面缺陷：(1)以信号周期为单位频繁切换交叉口进口车道功能，难以及时清空功能已改变车道上的人工驾驶车，如一条进口车道当前信号周期为人工驾驶车+自动驾驶车混合通行车道，而下一信号周期需切换成自动驾驶车专用车道，因缺乏有效的车道功能切换保护机制与信号控制参数约束条件，无法保证当前信号周期结束后该车道上的人工驾驶车完全清空，导致该车道的功能在下一信号周期无法顺利实现；(2)该方法以等效车道流率比相近为原则来配置交叉口各进口车道的功能与属性，存在多解的情况，没有给出最优的车道功能配置方案。

基于此，需要一种交叉口进口车道动态监测与优化配置方法，以完善既有方法存在的缺陷，为人机混合驾驶环境下交叉口空间资源优化配置提供理论依据和操作方法。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出一种交叉口进口车道动态监测与优化配置方法及系统。

本发明涉及一种交叉口进口车道动态监测与优化配置方法，包括如下步骤：

步骤一、构建交叉口进口车道功能优化配置的目标函数；

步骤二、构建交叉口进口车道利用效率的动态监测机制；

步骤三、采取交通流预测方法实现交叉口进口车道功能的分配；

步骤四、建立进口车道功能切换的保护机制。

进一步地，步骤一中，以交叉口全部车道组饱和流率最大为目标、同一车道组内不同功能车道流率比均衡为约束，建立交叉口进口车道功能优化配置的目标函数：

当车道组l中的车道条数不小于2且b

b

式中：b

进一步地，步骤二中，定义绿灯时间有效利用率(e

(1)当车道组l中有自动驾驶专用车道时

e

式中：h

转换指数确立如下：

CI

式中：ε

当第k周期车道组l中车道b的e

(2)当车道组l中无自动驾驶专用车道时

e

转换指数确立如下：

进一步地，步骤三中，当CI

进一步地，步骤四中，一旦确定交叉口进口车道功能需要切换，在当前信号周期结束时，立即开启车道功能指示灯。但下一信号周期仍执行当前信号周期的相位及信号配时方案作为交通信号控制方案的过渡，以清空当前信号周期各进口车道滞留的车辆，从第二个信号周期才实行新的相位及信号配时方案。

本发明还涉及一种用于实施交叉口进口车道动态监测与优化配置方法的系统，所述系统包括车辆信息采集子系统、数据传输子系统和数据管理与分析子系统。

有益效果

本发明提供一种人机混合驾驶环境下，交叉口进口车道动态监测与优化配置方法，通过实时监测进口车道过高或过低的车道利用率是否具有持续性来动态开启进口车道功能的优化配置，可以提升交叉口通行效率。本发明适用于全网联道路交通环境，即无论人工驾驶车还是自动驾驶车，均具备联网通信功能且能与交通信号控制机交换信息，应用十分广泛。

附图说明

图1为本发明优化实施的流程图，图2为本发明交叉口进口车道功能示意与指示图。

具体实施方式

以下结合图1和2对本实施方式进行具体说明。

本发明提供一种人机混合驾驶环境下交叉口进口车道动态监测与优化配置方法，流程概述如下：

首先，构建人机混合驾驶环境下交叉口进口车道功能优化配置的目标函数及约束条件，实现在一定交通及交叉口几何条件下各进口车道功能的最优配置；

其次，建立一种动态的监测机制来实时评估是否需要启动交叉口各进口车道功能的重分配；

然后，采取交通流预测的方法，基于预测结果和优化目标函数重新配置交叉口各进口车道的功能；

最后，设计一种进口车道功能切换的保护机制，顺利完成进口车道功能的变化。

本发明的人机混合驾驶环境下交叉口进口车道动态监测与优化配置方法，优化流程见图1，具体步骤如下：

步骤一：构建交叉口进口车道功能优化配置的目标函数

以交叉口全部车道组饱和流率最大为目标、同一车道组内不同功能车道流率比均衡为约束，建立交叉口进口车道功能优化配置的目标函数如下：

当车道组l中的车道条数不小于2且b

b

式中：b

若图2所示交叉口预测得到下一个5分钟的交通条件见表1所示，直行自动驾驶车的右转比例为5％，人工驾驶左转车道的饱和流率为1600pcu/h，自动驾驶左转专用车道的饱和流率为3200pcu/h，人工驾驶直行车道的饱和流率为1800pcu/h，自动驾驶直行专用车道的饱和流率为3600pcu/h，混合驾驶车道的饱和流率为2000pcu/h，则满足约束条件的各个进口车道功能优化配置结果为：1条混合驾驶左转车道、1条自动驾驶专用直行车道、1条人工驾驶直行车道和1条混合驾驶直右车道。

表1交通运行条件(pcu/5min)

步骤二：构建交叉口进口车道利用效率的动态监测机制

定义绿灯时间有效利用率(e

(1)当车道组l中有自动驾驶专用车道时

e

式中，h

转换指数确立如下：

CI

式中，ε

当第k周期车道组l中车道b的e

根据以上规则，在三个信号周期结束时，CI

(2)当车道组l中无自动驾驶专用车道时

e

转换指数确立如下：

以表1中东进口左转交通条件为例，假设信号周期时长分别为90s、95s和93s，三个信号周期混合驾驶左转车道到达的交通量分别为6pcu、8pcu和8pcu，饱和车头时距为1.5s，所在相位的绿灯时长分别为10s、13s和13s，则三个信号周期东进口左转车道组的e

步骤三：采取交通流预测方法实现交叉口进口车道功能的分配

因重新分配的进口车道功能是服务于未来各信号周期的，需与未来各信号周期到达交通状况对车道功能的需求相一致。未来各信号周期到达交通状况只能通过交通流预测的方法得到，包括未来一段时间各车道组的交通流量和自动驾驶车渗透率。满足精度要求的预测模型其预测的时间步长一般不小于5分钟，预测结果如表1所示。为避免在一个时间步长内重复预测，重新开启车道功能分配的时间间隔应不小于预测数据的一个时间步长。因此，转换指数的阈值取3。当CI

步骤四：建立进口车道功能切换的保护机制

一旦确定交叉口进口车道功能需要切换，在当前信号周期结束时，立即开启车道功能指示灯，见图2所示。下一信号周期仍执行当前信号周期的相位及信号配时方案作为交通信号控制方案的过渡，以清空当前信号周期各进口车道滞留的车辆，从第二个信号周期才实行新的相位及信号配时方案。

本发明的上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。