一种智能网联环境道路专用道设置方法及系统

技术领域

本发明涉及一种智能网联环境道路专用道设置方法及系统，属于道路交通车道设计领域。

背景技术

传统的交通优化围绕交通组织与基础设施扩建这两个方面，但是随着研究的深入，基于两者的交通流优化已到达瓶颈阶段，很难再有新的突破。智能网联汽车(CAV)在自动驾驶汽车的基础上发展而来，除了具备自动驾驶的功能，智能网联汽车还增加了车辆与车辆(V2V)以及车辆与交通设施(V2I)之间的信息感知与交互。随着计算机、信息通讯、车辆控制等技术的发展，智能网联汽车目前成为了交通领域研究的热点与前沿，是未来交通发展的趋势。

智能网联汽车的发展目前尚处于起步阶段，在未来发展方向以及人们接受程度等方面仍有待进一步探讨。智能网联汽车的全方面普及是一件非常遥远的事情，因此，我们目前应该着重考虑智能网联汽车与普通汽车(MV)混合运行的情况。研究表明，在CAV与MV混合运行的情况下，设置CAV与MV的专用道能够提升路网的通行能力。有许多的因素可能对CAV与MV混合专用道设置情况下的通行能力造成影响，其中道路中不同的CAV比例以及专用道设置方法会对道路的通行能力产生较大的影响。

CAV与MV相混合的道路通行情况是未来必定会出现且有可能长期持续存在的情况。因此，在智能网联的环境下为了改善车辆的机动性、提升交通的安全性以及减少出行成本，对于CAV与MV混合专用道设置方法的探究具有较强的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能网联环境道路专用道设置方法及系统，可以动态实现混合专用道设置方案的最优匹配，提升智能网联环境下混行交通流的通行效率以及安全性，从而适应未来智能网联环境下自动驾驶车辆与普通车辆混行的情况。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种1.一种智能网联环境道路专用道设置方法，包括如下步骤：

步骤1，确定需设置专用道的区域范围、需设置专用道的起点以及需设置专用道的区域范围内的单向道路车道数N；

步骤2，确定专用道的长度L以及设置于专用道上游的过渡区域的长度L

步骤3，获取需设置专用道的区域范围内的道路交通信息数据，包括需设置专用道的起点上游L

步骤4，根据第i小时的小时交通量Q

步骤5，根据第i小时的智能网联汽车占总流量的比例p

作为本发明方法的一种优选方案，所述专用道的长度L，通过以下公式计算得到：

其中，x

作为本发明方法的一种优选方案，所述过渡区域的长度L

其中，x

作为本发明方法的一种优选方案，所述步骤4的具体过程如下：

步骤41，确定道路理论通行能力，若第i小时的小时交通量Q

步骤42，根据单向道路车道数N的不同，将[0,1]划分为多个区间，并确定每个区间内单向道路的专用道方案，具体分为以下三种情况：

当N＝2时，将[0,1]划分为[0,a

当N＝3时，将[0,1]划分为[0,b

当N＝4时，将[0,1]划分为[0,c

所述混行车道即智能网联汽车和人工驾驶汽车共用车道，a

作为本发明方法的一种优选方案，所述区间阈值通过如下方式得到：

1)采用TS元胞自动机模型构建智能网联汽车和人工驾驶汽车的运行仿真系统，对不同的单向道路车道数N、不同的智能网联汽车占总流量的比例p

当N＝2时，测试如下方案：①道路均为混行车道，②道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，③道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、混行车道；

当N＝3时，测试如下方案：①道路均为混行车道，②道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，③道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，④道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、混行车道；

当N＝4时，测试如下方案：①道路均为混行车道，②道路由内侧向外依次为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，③道路由内侧向外依次为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、混行车道；

2)按照p

3)当出现最优专用道方案转换时，记录此时的p

一种智能网联环境道路专用道设置系统，该系统包括数据采集设备、中央处理设备、信息发布设备和专用道监测诱导设备；

所述数据采集设备安装在需设置专用道的起点上游L

所述中央处理设备设置于道路管理中心，用于接收道路交通信息数据，并根据道路交通信息数据确定专用道方案，并将专用道方案发送至信息发布设备和专用道监测诱导设备；

所述信息发布设备安装在过渡区域道路上方，用于接收专用道方案并发布专用道方案，提醒车辆前方的专用道设置情况，提醒车辆提前换道；

所述专用道监测诱导设备安装在需设置专用道的区域范围道路上方，用于接收专用道方案，监测每一个专用道上的误驶入车辆，并诱导误驶入车辆驶离其所在的专用道。

作为本发明系统的一种优选方案，所述数据采集设备为感应线圈，感应线圈布设于过渡区域的每个车道上，且相邻两个感应线圈的间隔为500米。

作为本发明系统的一种优选方案，所述专用道监测诱导设备，当且仅当其收到专用道方案后才开启，否则都处于待机准备状态。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明提出一种智能网联环境下的专用道设置方法，动态地更新、实施与发布专用道的设置方案。在实现对于车辆诱导与实时警示的同时，提升了道路的通行能力，减低了普通车辆与智能网联汽车之间的干扰，提升了交通的安全性。随着技术的完善，在不久的将来智能网联车辆逐渐普及，普通车辆与智能网联车辆的混合亦将会成为长期持续的交通现象，因而本发明具备适度的超前性以及很强的现实意义。届时本发明将在理论指导与实际运用层面优化智能网联环境下的道路交通控制。

附图说明

图1是本发明一种智能网联环境道路专用道设置方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供一种智能网联环境道路专用道设置方法，该方法能够根据实际交通流动态更新并实施专用道设置方案，并实现对于交通信息的发布与车辆的诱导。具体流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，确定需设置专用道的区域范围、需设置专用道的起点以及需设置专用道的区域范围内的单向道路车道数N；单向道路车道数N可以直接通过和道路管理部门索取或者现场调查。

步骤2，确定专用道的长度L以及设置于专用道上游的过渡区域的长度L

专用道长度L通过以下公式计算得到：

其中，L为专用道的长度，min{}为取最小值，x

过渡区域设置在专用道的上游，其长度L

其中，

步骤3，获取需设置专用道的区域范围内的道路交通信息数据，包括需设置专用道的起点上游L

步骤4，根据第i小时的小时交通量Q

步骤4-1，专用道方案启动时机判断，当小时交通量Q

步骤4-2，确定专用道的方案，根据采集的单向道路车道数N的不同，分成如下三种情况：

当N＝2时：若p

当N＝3时：若p

当N＝4时：若p

这里的区间阈值0.2、0.6、0.2、0.4、0.7、0.2、0.7通过如下方式得到：

1)采用TS元胞自动机模型(参见L.Ye and T.Yamamoto,“Modeling connectedand autonomous vehicles in heterogeneous traffic flow,”Physica A:StatisticalMechanics and Its Applications,vol.490,pp.269–277,2018)构建智能网联汽车和人工驾驶汽车的运行仿真系统，测试不同的单向道路车道数N、不同的智能网联汽车占总流量的比例p

其中，仿真系统的相关参数设置如下：

人工驾驶汽车参数

T为模型中的有效安全时间间隔，a为加速度，b

智能网联汽车参数

CR为智能网联汽车的连接范围，T

具体测试时，有如下专用道设置方案需要测试：

当N＝2时，测试如下方案：①道路均为混行车道，②道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，③道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、混行车道；

当N＝3时，测试如下方案：①道路均为混行车道，②道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，③道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，④道路由内侧向外依次设置为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、混行车道；

当N＝4时，测试如下方案：①道路均为混行车道，②道路由内侧向外依次为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道、人工驾驶汽车专用道，③道路由内侧向外依次为智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、智能网联汽车专用道、混行车道；

2)按照p

3)当出现最优专用道设置方案转换时，记录此时的p

步骤5，将专用道设置方案上传至智能网联环境道路专用道设置系统中，启用专用道方案的同时，设定1小时后重新执行本方法，实现专用道方案的更新与切换。

本发明还提供了一种智能网联环境道路专用道设置系统，通过采集交通数据的传感器，获取混行交通流中CAV车辆占比与交通流量等信息。通过中央计算设备，实现专用道设置方案的动态更新与匹配。通过信息发布设备将方案运用到路网中并实现对于车辆的诱导。

该系统包括数据采集设备、中央处理设备、信息发布设备、专用道监测诱导设备。

其中，数据采集设备安装在需设置专用道的起点的上游L

中央处理设备安装在道路管理中心，用于计算与确定专用道方案，并将方案传递至信息发布设备、专用道监测及发布设备。

信息发布设备安装在过渡区域，用于提醒车辆前方的专用道设置情况，提醒车辆提前换道。采用悬架式可变情报板进行专用道设置信息的发布。信息发布计算机制定的发布信息(包括文字和图片等)通过网络存放在服务器的数据库中，服务器利用通信计算机把待发布的信息发送给现场的主控微机，主控微机控制显示屏显示相应的信息。

专用道监测诱导设备安装在专用道区域，包含视频车辆检测器与门架式可变情报板。视频车辆检测器选用高清球形摄像机，每台视频车辆检测器覆盖300米左右的视频监测距离，与感应线圈相联动，用于识别车辆类型以及监测每一个专用车道的误驶入车辆。采用门架式可变情报板实现专用道误驶入车辆的诱导，通过可变情报板向误驶入车辆发布信息，提醒其尽快驶离。

专用道监测诱导设备，当且仅当专用道方案启用后才开启，否则都处于待机准备状态。

实施例

采用本发明方法对长三角某城市的内环快速路高架进行智能网联环境道路专用道设置。

步骤1，确定需设置专用道的区域范围、需设置专用道的起点以及需设置专用道的区域范围内的单向道路车道数N＝2。

步骤2，确定专用道的长度L以及设置于专用道上游的过渡区域的长度L

本实施例中，x

本实施例中，

步骤3，获取需设置专用道的区域范围内的道路交通信息数据，包括需设置专用道的起点的上游L

步骤4，专用道方案确定，所述专用道方案确定包含如下步骤：

步骤4-1，专用道方案启动时机判断，当小时交通量Q

此步骤的判断结果如下：

步骤4-2，确定专用道的方案：若p

此步骤的专用道的方案如下：

步骤5，专用道方案切换，在第7小时时，不启动专用道；第8小时时，由内到外的车道依次为智能网联汽车专用道、人工驾驶汽车专用道；第9小时时，由内到外的车道依次为智能网联汽车专用道、混行车道。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。