基于车路、车车通信的高速公路施工区交通协调控制方法技术

本发明专利技术基于车路、车车通信的高速公路施工区交通协调控制方法，该方法采用车车、车路通信技术，将前方道路施工及交通状态信息在施工区与车辆、车辆与车辆之间进行传输交换，车辆根据这些信息计算预测施工区前方车辆换道合流时可能引发的安全冲突和干扰，通过计算获取最优的交通协调控制策略，并通过声音或文字预警提示驾驶人员提前调整车辆的驾驶行为，使车辆间相互协作提前顺利换道合流，提高道路的通行效率，减少事故拥堵的发生的几率。本方法也适用于交通事故造成的车道封闭情况下的交通协调控制。本方法也可以与自动驾驶车辆结合，根据计算结果自动控制车辆驾驶行为。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属交通安全服务领域，涉及一种基于车路、车车通信技术进行高速公路施工区域交通协调控制的方法，提高施工区交通的通行效率和安全。本专利技术也适用于交通事故造成的部分车道封闭情况下的交通协调控制。
技术介绍
随着我国高速公路通车里程不断增加和交通量快速增长，高速公路养护、升级改造和扩建工程日益繁重。在高速公路养护施工过程中要封闭一部分车道，但交通并未中断，因此，极易导致公路施工作业区路段车辆运行环境恶化，发生事故、拥堵等现象，从而使施工作业区的行车安全和交通效率大幅度下降。2001～2010年美国交通事故死亡人数共293310人，其中养护施工区交通事故死亡人数共9198人，占总死亡人数的3.14％，近10年，施工区的死亡人数以每年34％的速度增加，此外，根据美国联邦公路管理局(FHWA)统计，施工区导致的交通拥挤，一般可占拥挤总量的24％。传统的提高施工区通行效率和安全的主要方法是采用多级限速的方式，即在公路施工工作区前连续设置限速标志，提醒车辆减速到限制速度。这种静态消极的控制方法不能根据实时交通情况来动态调节车辆的运行状态，难以从根本上解决施工区的通行效率和安全问题。车路、车车通信技术的出现为施工区通行效率和安全的提升提供了有效的技术手段。它通过车路、车车通信，在车辆间和车路间的高速移动中为用户提供安全预警等各种服务。美国白宫2015年10月发布的新的美国创新战略中将先进汽车技术作为一项重要的技术创新，车联网是其中一个重要的组成部分。美国交通运输部2015年发布的智能交通战略研究计划中，基于5.9GHz专用短程通信的车车、车路互联技术提高道路交通的安全性是其中最重要的内容，预计通过车联网技术可以降低82％潜在的道路安全事故。变道合流是高速公路施工路段一个最重要行车特性。由于占道施工部分车道被迫关闭，车辆在封闭作业区前必须转移到未封闭车道上，越接近作业区，可供合流的机会越小，合流越困难。施工区交通事故主要是由强行合流引起，封闭车道车辆换道时干扰目标车道车辆行驶，易与目标车道车辆发生冲突，其中强行合流造成的事故占60％。同时也会由于车辆的驶入造成非封闭车道行车缓慢形成拥堵。因此，本专利技术针对即将进入施工区车辆的换道合流情况进行协调控制方法进行设计，提高施工区区域交通通行效率和安全。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于车路、车车通信进行施工区交通协调控制的新方法。本专利技术也适用于交通事故造成的部分车道封闭情况下的交通协调控制。该方法采用车车、车路通信技术，将前方道路施工及交通状态信息在施工区与车辆、车辆与车辆之间进行传输交换，车辆根据这些信息通过控制协调算法计算并预测施工区前方车辆换道合流时可能引发的安全冲突和干扰，通过声音或文字预警提示驾驶人员提前调整车辆的驾驶行为，使车辆提前顺利换道合流，提高道路的通行效率，减少事故拥堵的发生的几率。本方法也可以与自动驾驶车辆结合，根据计算结果自动控制车辆驾驶行为。本专利技术是在满足车路、车车通信环境下实现的，通信范围为1000米，通信频率为10次/秒。施工区入口位置安装有支持定位和通信功能的路侧设备，施工区路侧设备通过车路通信实时向即将进入施工区的车辆发送施工区预警信息，包括施工区入口位置，车道封闭等信息；道路车辆安装有支持车辆定位和车车、车路通信的车载终端，车载终端实时采集车辆行驶信息，车辆通过车车通信向周边车辆发送自己的位置、速度等信息。车辆在接收到其它车辆传来的信息后，按照本专利技术专利描述的协调控制方法进行信息处理。将处理得到的行驶建议通过车载终端对驾驶人员进行预警，使驾驶人员及时调整驾驶行为，提高通行效率和减少安全风险。定义施工区协调控制区域长度为LG，封闭车道车辆A沿道路方向相对施工区入口位置为LA，车长为dA，车速为VA；非封闭(目标)车道车辆B沿道路方向相对施工区入口位置为LB，车长为dB，速度为VB。车辆A与目标车道后车的安全车距dAF,与目标车辆前车的安全车距dAL，车辆间安全车距为LS。SB和SA分别为在T时间内车辆B和车辆A的移动距离。车辆A相对于车辆B移动的距离为SAB。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，该方法包括以下工作流程：步骤一、施工区入口路侧设备通过车路通信以10次/秒的频率向即将进入施工区的车辆发送施工区预警信息，包括施工区入口位置、封闭车道信息、封闭时间及对车辆提示注意前方有施工区域等预警信息；步骤二、车载终端实时采集车辆行驶信息，通过车车通信以10次/秒的频率向周围车辆发送信息，信息包括：位置、车辆长度、所在车道、速度、方向角、时间等；步骤三、车辆通过车路通信收到施工区发送的预警信息，车载终端根据施工区信息判断自己的位置，如果车辆当前处于施工区过渡区域内LA≤LG，则预警驾驶人员前方有施工区，注意安全；如果车辆当前处于封闭车道，则提醒驾驶人员向邻近非封闭车道变道，执行步骤四；否则，返回步骤二；步骤四、计算判断目标车道换道空间是否有车辆存在，如果目标车道换道空间有车辆存在，则对车辆变道合流有影响，需要进一步判断，执行步骤五；否则，变道车辆向目标车道换道合流；变道车辆A通过车车通信获取目标车道换道空间范围内的车辆信息，判断车辆A的换道空间，以车辆A的位置以基准进行判断，如果车辆B存在LA-dA-dAF≤LB≤LA+dAL，则需要进一步判断，执行步骤五；否则，变道合流。步骤五、计算判断是否需要对目标车道换道空间内车辆进行协调控制。如果目标车道车辆在施工区入口前能够让出换道空间，则不进行协调控制。这样可以做到最大限度的减少对正常车流的影响；否则，需要进行协调控制，执行步骤六；变道车辆根据自身和目标车道换道空间内车辆所处的位置、行驶速度等信息，结合距施工区入口的距离进行计算。在施工区入口前一定距离内如果目标车道车辆在正常驾驶条件下相对变道车辆的移动距离大于两车的安全车距SB-SA-dB-(LB-LA)＝LB-VA·LB/VB-dB-(LB-LA)≥LS，即如果车辆B车速满足目标车道车辆可以为换道车辆空出换道空间，则不需要对目标车道换道空间车辆进行协调控制。步骤六、计算判断是否可以通过对目标车道车辆协调控制实现变道车辆汇入合流，即目标车道车辆在当前行驶状态下通过协调控制是否满足让出换道空间的要求。如果当前车速满足，则计算最佳建议速度，对目标车道车辆进行协调控制；否则，执行步骤七；对目标车道车辆进行协调控制的判断原则是目标车道车辆在施工区入口前能否通过正常本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于车路、车车通信的高速公路施工区交通协调控制方法，本方法是在满足车路、车车通信环境下实现的，通信范围为1000米，通信频率为10次/秒；施工区入口位置安装有支持定位和通信功能的路侧设备，施工区路侧设备通过车路通信实时向即将进入施工区的车辆发送施工区预警信息，包括施工区入口位置，车道封闭等信息；道路车辆安装有支持车辆定位和车车、车路通信的车载终端，车载终端实时采集车辆行驶信息，车辆通过车车通信向周边车辆发送自己的位置、速度等信息；车辆在接收到其它车辆传来的信息后，按照本专利技术专利描述的协调控制方法进行信息处理；将处理得到的行驶建议通过车载终端对驾驶人员进行预警，使驾驶人员及时调整驾驶行为，提高通行效率和减少安全风险；定义施工区协调控制区域长度为LG，封闭车道车辆A沿道路方向相对施工区入口位置为LA，车长为dA，车速为VA；非封闭(目标)车道车辆B沿道路方向相对施工区入口位置为LB，车长为dB，速度为VB；车辆A与目标车道后车的安全车距dAF,与目标车辆前车的安全车距dAL，车辆间安全车距为LS；SB和SA分别为在T时间内车辆B和车辆A的移动距离；车辆A相对于车辆B移动的距离为SAB；其特征在于：该方法包括以下工作流程：步骤一、施工区入口路侧设备通过车路通信以10次/秒的频率向即将进入施工区的车辆发送施工区预警信息，包括施工区入口位置、封闭车道信息、封闭时间及对车辆提示注意前方有施工区域等预警信息；步骤二、车载终端实时采集车辆行驶信息，通过车车通信以10次/秒的频率向周围车辆发送信息，信息包括：位置、车辆长度、所在车道、速度、方向角、时间等；步骤三、车辆通过车路通信收到施工区发送的预警信息，车载终端根据施工区信息判断自己的位置，如果车辆当前处于施工区过渡区域内LA≤LG，则预警驾驶人员前方有施工区，注意安全；如果车辆当前处于封闭车道，则提醒驾驶人员向邻近非封闭车道变道，执行步骤四；否则，返回步骤二；步骤四、计算判断目标车道换道空间是否有车辆存在，如果目标车道换道空间有车辆存在，则对车辆变道合流有影响，需要进一步判断，执行步骤五；否则，变道车辆向目标车道换道合流；变道车辆A通过车车通信获取目标车道换道空间范围内的车辆信息，判断车辆A的换道空间，以车辆A的位置以基准进行判断，如果车辆B存在LA‑dA‑dAF≤LB≤LA+dAL，则需要进一步判断，执行步骤五；否则，变道合流；步骤五、计算判断是否需要对目标车道换道空间内车辆进行协调控制；如果目标车道车辆在施工区入口前能够让出换道空间，则不进行协调控制；这样做到最大限度的减少对正常车流的影响；否则，需要进行协调控制，执行步骤六；变道车辆根据自身和目标车道换道空间内车辆所处的位置、行驶速度等信息，结合距施工区入口的距离进行计算；在施工区入口前一定距离内如果目标车道车辆在正常驾驶条件下相对变道车辆的移动距离大于两车的安全车距SB‑SA‑dB‑(LB‑LA)＝LB‑VA·LB/VB‑dB‑(LB‑LA)≥LS，即如果车辆B车速满足目标车道车辆可以为换道车辆空出换道空间，则不需要对目标车道换道空间车辆进行协调控制；步骤六、计算判断是否可以通过对目标车道车辆协调控制实现变道车辆汇入合流，即目标车道车辆在当前行驶状态下通过协调控制是否满足让出换道空间的要求；如果当前车速满足，则计算最佳建议速度，对目标车道车辆进行协调控制；否则，执行步骤七；对目标车道车辆进行协调控制的判断原则是目标车道车辆在施工区入口前能否通过正常驾驶行为改变让出换道空间；在目标车道车辆车速较快的一些情况下，难以通过正常的车速调整在施工区入口前让出换道空间，如果采用剧烈的车速调整则容易引起安全隐患；因此需要判断当前的目标车道车辆速度是否满足协调控制的条件；在施工区入口前，车辆A相对于车辆B移动的距离为SAB，SAB＝SA+(LB‑LA)‑SB‑dA，其中，将SAB和LS进行比较，如果SAB大于或等于安全距离SAB≥LS，则通过协调控制在车辆A到达施工区入口前车辆B能够为车辆A空出换道空间，根据速度公式VBT＝VB+αBT，计算车辆B在T时间所要达到的速度VBT，通过语音或文字提示驾驶人员减少到VBT；否则执行步骤七；步骤七、计算判断是否可以通过对变道车辆协调控制实现变道车辆汇入合流，即变道车辆在当前行驶状态下通过协调控制是否满足汇入换道空间的要求；如果当前车速满足，则计算最佳建议速度，对变道车辆进行协调控制；否则返回执行步骤四；通过前面步骤的计算判断，目标车道车辆不能满足为变道车辆提供换道空间的条件，即通过对目标车道进行车辆协调控制来实现变道车辆顺利换道合流；所以本专利在本步骤中采取对变道车辆进行协调控制；车辆A相对于车辆B移动的距离为SAB，SAB＝SB‑SA‑dB‑(LB‑LA)，其中将SAB和LS进行比较，如果SAB大于安全距离...

【技术特征摘要】
1.基于车路、车车通信的高速公路施工区交通协调控制方法，本方法是在
满足车路、车车通信环境下实现的，通信范围为1000米，通信频率为10次/秒；
施工区入口位置安装有支持定位和通信功能的路侧设备，施工区路侧设备通过车
路通信实时向即将进入施工区的车辆发送施工区预警信息，包括施工区入口位置，
车道封闭等信息；道路车辆安装有支持车辆定位和车车、车路通信的车载终端，
车载终端实时采集车辆行驶信息，车辆通过车车通信向周边车辆发送自己的位置、
速度等信息；车辆在接收到其它车辆传来的信息后，按照本发明专利描述的协调
控制方法进行信息处理；将处理得到的行驶建议通过车载终端对驾驶人员进行预
警，使驾驶人员及时调整驾驶行为，提高通行效率和减少安全风险；
定义施工区协调控制区域长度为LG，封闭车道车辆A沿道路方向相对施工区
入口位置为LA，车长为dA，车速为VA；非封闭(目标)车道车辆B沿道路方向
相对施工区入口位置为LB，车长为dB，速度为VB；车辆A与目标车道后车的安
全车距dAF,与目标车辆前车的安全车距dAL，车辆间安全车距为LS；SB和SA分别
为在T时间内车辆B和车辆A的移动距离；车辆A相对于车辆B移动的距离为SAB；
其特征在于：该方法包括以下工作流程：
步骤一、施工区入口路侧设备通过车路通信以10次/秒的频率向即将进入施
工区的车辆发送施工区预警信息，包括施工区入口位置、封闭车道信息、封闭时
间及对车辆提示注意前方有施工区域等预警信息；
步骤二、车载终端实时采集车辆行驶信息，通过车车通信以10次/秒的频率
向周围车辆发送信息，信息包括：位置、车辆长度、所在车道、速度、方向角、
时间等；
步骤三、车辆通过车路通信收到施工区发送的预警信息，车载终端根据施工
区信息判断自己的位置，如果车辆当前处于施工区过渡区域内LA≤LG，则预警
驾驶人员前方有施工区，注意安全；如果车辆当前处于封闭车道，则提醒驾驶人
员向邻近非封闭车道变道，执行步骤四；否则，返回步骤二；
步骤四、计算判断目标车道换道空间是否有车辆存在，如果目标车道换道空
间有车辆存在，则对车辆变道合流有影响，需要进一步判断，执行步骤五；否则，
变道车辆向目标车道换道合流；
变道车辆A通过车车通信获取目标车道换道空间范围内的车辆信息，判断车
辆A的换道空间，以车辆A的位置以基准进行判断，如果车辆B存在
LA-dA-dAF≤LB≤LA+dAL，则需要进一步判断，执行步骤五；否则，变道
合流；
步骤五、计算判断是否需要对目标车道换道空间内车辆进行协调控制；如果
目标车道车辆在施工区入口前能够让出换...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳艳，王东柱，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11