一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法技术

本发明专利技术公开了一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法，通过在隧道出入口上游及下游路段关键断面布设连续、多组视频交通流检测设备以及电子情报板，实现车辆行为信息采集和控制指令发布，从而最大程度上提升隧道出入口时空范围内的交通安全水平。本发明专利技术克服了以往针对隧道出入口交通控制没有考虑连续空间断面事故风险且无法实现事故风险最小化的缺陷，核心算法旨在最小化控制区域内交通事故风险，从而最大程度上提升隧道出入口区域的交通安全水平，在我国道路隧道出入口附近事故黑点的处置与交通事故预防具有良好的工程应用价值和广泛的应用前景。

A method of dynamic speed induction for tunnel entrance and exit of traffic accident risk minimization

【技术实现步骤摘要】
一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法
本专利技术涉及智能交通管理领域，基于驾驶员视觉特性和交通流运动波时空演化规律，在连续空间断面内植入交通事故风险实时监测模型，提供一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法。
技术介绍
隧道作为一种特殊的道路组成部分，与普通路段相比具有一定的特殊性，主要体现在交通环境特征以及驾驶员的视觉环境特征方面。由相关研究可知人眼在光线急剧变化时需要暗适应或明适应的生理过程，会降低视功能和视舒适性，无法准确判别与前车的间距。一旦前方车辆发生拥堵减速行驶，当后方司机视线度过适应期发现并减速时，后方车辆与前方减速车辆间距较正常情况下偏小，当车辆间距不足时，极易导致严重的事故发生。目前对隧道出入口可变限速控制的研究仅考虑了路段的交通事故风险，缺乏针对车辆间碰撞风险的思考，没有考虑隧道出入口连续空间断面的事故风险且无法实现事故风险最小化，这些技术缺陷增加了长隧道出入口路段追尾事故的发生概率和严重程度。
技术实现思路
本专利技术为针对以往对隧道出入口可变限速控制的研究仅考虑了路段的交通事故风险，缺乏针对车辆间碰撞风险的思考，没有考虑隧道出入口连续空间断面的事故风险且无法实现事故风险最小化，缺乏对多个可变限速值的协调控制，本专利技术提出一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法，考虑到驾驶员视觉经历暗适应或明适应的盲期和交通流波动演化规律，基于实时计算得到的隧道出入口时空范围内车辆间事故发生风险判断是否启动动态车速诱导技术，克服了以往针对隧道出入口安全提升没有考虑连续空间断面事故风险且无法实现事故风险最小化的缺点。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法，包括以下步骤：步骤一：在隧道出入口区域布设交通流检测器和电子情报板，对于隧道出入口时空范围内至少设置3组交通流检测器和路侧电子情报板，设置位置包括在长隧道出入口上、下游位置和在长隧道出入口区域内；步骤二：确定隧道出入口路段特性和驾驶员的视觉盲期：采集隧道出入口上下游的交通流速度、流量和占有率数据，获取隧道出入口路段内几何特性数据，包括车道数、隧道坡度和隧道出入口光照特性，以确定驾驶员视觉盲期；步骤三：确定两相邻车辆可能发生碰撞的条件，碰撞发生的条件如下：其中，v1为前车经历减速过程后的速度；v2为后车的速度；ta为后车的视觉反应时间；a为车辆的最大加速度值；d为当后车观察到前车的低速时，两辆车辆之间的距离；步骤四：基于步骤三的车辆发生碰撞的条件及隧道出入口区域各组交通流检测器检测到的交通流数据，对各路段车辆的实时交通事故风险进行计算，事故风险的计算公式如下：其中，TTC为事故风险值，xi-1(t)为t时刻第i-1辆车的位置；xi(t)为t时刻第i辆车的位置；vi-1(t)为t时刻第i-1辆车的速度；vi(t)为t时刻第i辆车的速度；步骤五：判断是否启动动态车速诱导算法并计算当前时刻各位置可变限速控制指示牌显示的限速值：根据步骤四中得到的实时车辆的交通事故风险，若车辆交通事故风险小于启动阈值，则根据计算的交通事故风险较大车辆的位置，启动瓶颈处上游可变限速标志的可变限速控制，逐步将限速值调整至目标安全限速值；反之，若车辆交通事故风险大于启动阈值，则可变限速值逐步恢复到默认值；在确定了各路段内限速值后，计算当前交通事故风险较大车辆的位置的可变限速标志与相邻上游可变限速标志的限速值差，若差值大于预设的相邻路段最大允许限速值差，则启动相邻上游可变限速标志的可变限速控制，更新发布相邻上游可变限速标志的限速值；将确定的限速值反馈给指挥控制中心，指挥控制中心通过设于长隧道出入口时空范围内设置的路侧电子情报板，向上游行驶来的车辆发布当前时刻隧道出入口路段实时限速的速度值；步骤六：继续实时监测数据计算交通事故风险，重复以上检测操作。进一步的，步骤一具体包括：1.1)在长隧道出入口上游位置设置第一组视频交通流检测器和路侧电子情报板，与出入口距离的计算公式如下：其中，vf为长隧道出入口上游路段实际测量的自由流速度；vp为长隧道出入口上游路段限制的最小车流速度；a为车辆减速时的加速度值；1.2)在长隧道出入口下游位置设置第二组视频交通流检测器和路侧电子情报板，其与长隧道出入口的距离的计算公式如下：其中，v为车辆减速前的均速行驶速度；Δta为驾驶员的视觉适应时间；为驾驶员反应时间；a为车辆减速时的加速度值；vs为拥堵波的传播速度；1.3)在长隧道出入口区域内其他位置设置视频交通流检测器和路侧电子情报板，两相邻视频交通流检测器和路侧电子情报板的间距根据隧道长度、路面湿度、隧道内灯光强弱、事故易发路段位置进行确定。进一步的，步骤五具体包括：5.1)根据公式(9)计算得到实时车辆的交通事故风险，若车辆交通事故风险小于启动阈值，则根据计算的交通事故风险较大车辆的位置，启动瓶颈处上游路段的动态车速诱导控制，逐步将限速值调整至目标安全限速值，反之，若车辆交通事故风险大于启动阈值，则可变限速值逐步恢复到默认值，具体公式如下：其中，TTC为事故风险值，TTC*为事故风险指标的阈值，VSL(default)为隧道路段的默认限速值；ΔvSL(xi,t)为位置xi的可变限速标志在t时刻的变化步长；依据式(11)计算动态车速诱导算法启动后位置xi的可变限速标志在t时刻的变化步长值：其中，ΔV为隧道路段限速值变化步长；TVSL为目标安全限速值；5.2)在步骤5.1)中确定了各路段内限速值后，计算位置xi的可变限速标志与相邻上游可变限速标志的限速值差，若差值大于预设的相邻路段最大允许限速值差，启动相邻上游路段的动态车速诱导控制，依据式(12)计算限速值改变步长并更新发布相邻上游可变限速标志的限速值：其中，Δv′为相邻路段最大限速值差；相邻路段最大限速值差Δv′依据下式确定：其中，ΔL为两相邻电子信息板的间距；5.3)将确定的限速值反馈给指挥控制中心，指挥控制中心通过设于长隧道出入口区域内设置的电子情报板，向上游行驶来的车辆发布当前时刻隧道出入口路段实时限速的速度值。进一步的，步骤五中隧道路段限速值变化步长取值从5km/h到20km/h。进一步的，步骤一中两相邻交通流检测器和路侧电子情报板的间距ΔL满足：其中，L为隧道总长度。有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术充分考虑了隧道出入口附近驾驶员视觉经历暗适应或明适应的盲期，基于交通流运动波时空演化规律实时计算交通事故发生风险，通过在隧道出入口上游及下游路段关键断面布设连续、多组视频交通流检测设备以及电子情报板，对即将驶入或驶出隧道口的驾驶员进行动态车速诱导，最小化隧道出入口范围内的总交通事故风险，最大程度上提升隧道出入口区域的交通安全水平的优势。附图说明图1为本专利技术隧道出入口时空范围内的动态车速诱导技术流程图。图2为本专利技术为交通流检测器及电子信息牌布设位置示意图。图3为拥堵状况下车辆发生碰撞的情况；其中：图a为相邻两车的初始轨迹图；图b为反应时间内相邻两车的轨迹图；图c为制动减速时间内相邻两车的轨迹图。图4为车辆间事故风险示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术是面向隧道出入口时空范围内事故风险最小化的动态车速诱导技术，考虑到驾驶员视觉经历暗适应或明适应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：在隧道出入口区域布设交通流检测器和电子情报板，对于隧道出入口时空范围内至少设置3组交通流检测器和路侧电子情报板，设置位置包括在隧道出入口上、下游位置和在隧道出入口区域内；步骤二：确定隧道出入口路段特性和驾驶员的视觉盲期：采集隧道出入口上下游的交通流速度、流量和占有率数据，获取隧道出入口路段内几何特性数据，包括车道数、隧道坡度和隧道出入口光照特性，以确定驾驶员视觉盲期；步骤三：确定两相邻车辆发生碰撞的条件，碰撞发生的条件如下：

【技术特征摘要】
1.一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：在隧道出入口区域布设交通流检测器和电子情报板，对于隧道出入口时空范围内至少设置3组交通流检测器和路侧电子情报板，设置位置包括在隧道出入口上、下游位置和在隧道出入口区域内；步骤二：确定隧道出入口路段特性和驾驶员的视觉盲期：采集隧道出入口上下游的交通流速度、流量和占有率数据，获取隧道出入口路段内几何特性数据，包括车道数、隧道坡度和隧道出入口光照特性，以确定驾驶员视觉盲期；步骤三：确定两相邻车辆发生碰撞的条件，碰撞发生的条件如下：其中，v1为前车经历减速过程后的速度；v2为后车的速度；ta为后车的视觉反应时间；a为车辆的最大加速度值；d为当后车观察到前车的低速时，两辆车辆之间的距离；步骤四：基于步骤三的车辆发生碰撞的条件及隧道出入口区域各组交通流检测器检测到的交通流数据，对各路段车辆的实时交通事故风险进行计算，事故风险的计算公式如下：其中，TTCi(t)为车辆i的交通事故风险值，xi-1(t)为t时刻第i-1辆车的位置；xi(t)为t时刻第i辆车的位置；vi-1(t)为t时刻第i-1辆车的速度；vi(t)为t时刻第i辆车的速度；步骤五：判断是否启动动态车速诱导算法并计算当前时刻各位置可变限速控制指示牌显示的限速值：根据步骤四中得到的实时车辆的交通事故风险，若车辆交通事故风险小于启动阈值，则根据计算的交通事故风险较大车辆的位置，启动瓶颈处上游可变限速标志的可变限速控制，逐步将限速值调整至目标安全限速值；反之，若车辆交通事故风险大于启动阈值，则可变限速值逐步恢复到默认值；在确定了各路段内限速值后，计算当前交通事故风险较大车辆的位置的可变限速标志与相邻上游可变限速标志的限速值差，若差值大于预设的相邻路段最大允许限速值差，则启动相邻上游可变限速标志的可变限速控制，更新发布相邻上游可变限速标志的限速值；将确定的限速值反馈给指挥控制中心，指挥控制中心通过设于长隧道出入口时空范围内设置的路侧电子情报板，向上游行驶来的车辆发布当前时刻隧道出入口路段实时限速的速度值；步骤六：继续实时监测数据计算交通事故风险，重复以上检测操作。2.根据权利要求1所述的一种交通事故风险最小化的隧道出入口动态车速诱导方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：1.1)在长隧道出入口上游位置设置第一组视频交通流检测器和路侧电子情报板，与出入口距离的计算公式如下：其中，vf为长隧道出入口上游路段实际测量的自由流速度；vp为长隧道出入口上游路段限制的最小车流速度；a为车辆减速时的加速度值；1.2)在长隧道出入口下游位置设置第二组视频交通流检测器和路侧电子情报板，其与长隧道出入口的距离的计算公式如下：其中，v为车辆减速前的均速行驶速度；Δta为驾驶员的视觉适应时间；为驾驶员反应时间；a为车辆减速时的加速度值；vs为拥堵波的传播速度；1.3)在长隧道出入口区域内其他位置设置视频交通流检测器和路侧电子情报板，两相邻视频交通流检测器和路侧电子情报...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志斌，陈烨，罗雨婷，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32