多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制系统及方法，属于智能交通领域。本发明专利技术通过在主线分流区上游设置边缘计算控制单元，发布前方分流区分车道交通状态、车道功能划分方案、车道标线施划方案和车辆提前变道建议位置，提醒驶离主线驾驶员提前选择合适的变道位置，并通过硬路肩动态开放控制以提升分流区通行能力，降低分流区交织冲突，均衡分流区各车道流量，避免分流区车辆连续多次变道，保障分流区安全顺畅运行。保障分流区安全顺畅运行。保障分流区安全顺畅运行。

【技术实现步骤摘要】
多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制系统及方法


[0001]本专利技术属于智能交通领域，涉及一种基于边缘计算的多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制系统及方法。

技术介绍

[0002]快速路、高速公路主线一般提前2km预告出口位置，且预告信息只有地名信息和距离信息，由于驾驶员无法提前获知分流区标线施划方案和交通运行状态，导致临近分流区后驾驶员才紧急变道，存在一定安全隐患，特别是多车道快速路、高速公路可能存在车辆连续多次变道。为提升分流区运行效率，部分快速路、高速公路将分流区外侧一车道或者外侧两车道分界线施划为实线，但由于没有提前预告，导致内侧车道驾驶员无法准确判断需提前变道位置，使得管控策略应用效果不佳。
[0003]因此，亟需一种提前换道控制系统及方法，用于克服多车道快速路分流区中车辆连续多次变道、频繁变道、车流严重交织、驾驶员因不能提前获知前方分流区标线施划方案及交通运行状态导致无法选择合适的提前变道位置等问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于边缘计算的多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制系统及方法，克服多车道快速路分流区中车辆连续多次变道、频繁变道、车流严重交织、驾驶员因不能提前获知前方分流区标线施划方案及交通运行状态导致无法选择合适的提前变道位置等问题，避免驾驶员在多车道快速路分流区突然变道，保证分流区交通运行安全，同时减少变道车辆之间相互交织以提升分流区通行能力，提高多车道快速路分流区精细化管理水平。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]方案1：一种基于边缘计算的多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制方法，具体包括以下步骤：
[0007]S1：建立基于边缘计算的多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制系统，在快速路分流区上游3～5km范围内，每隔200～500m设置一组边缘计算控制单元，各组边缘计算控制单元之间利用光纤、4G、5G等通信技术连接以进行组网控制；
[0008]S2：根据行车方向从右往左将各车道分别标记为第1车道、第2车道、
…
、第N车道，各组边缘计算控制单元根据数据采集模块实时检测的快速路不同断面间的不同车道上车辆速度、流量、密度等交通流数据，实现车道级的道路交通状态监测；并与车载终端进行连接查询车辆行驶路线，通过边缘计算控制单元获取建议的车道功能划分方案(小客车道、客车道、客货车道、货车道等)、车道标线施划方案(实线、虚线、虚实线)、车辆提前变道位置及是否启用硬路肩动态开放控制方案；
[0009]S3：各组边缘计算控制单元发布相应断面的车道功能划分方案、车道标线施划方案和硬路肩动态控制方案，并将各方案发送给方案发布模块，指引相应区域车辆提前向左
或者向右变道。
[0010]进一步，步骤S2具体包括以下步骤：
[0011]S21：获取所有边缘计算控制单元断面区域的车道级交通流数据和车辆预计行驶路线；
[0012]S22：利用各车道车辆速度、流量、密度等交通流数据，以及预计往外侧车道变道的流量，分别确定第2车道往第1车道、
…
、第N车道往第(N
‑
1)车道完成变道过程所需行驶距离L2、
…
、L
N
以及减速车道起点至分流鼻端长度L1；
[0013]S23：通过边缘计算控制单元获取建议的车道功能划分方案，将提前换道起点至分流鼻端的驶离主线变道影响区范围内车道功能从左往右分别划分为小客车道、客车道和客货车道，各种类型车道数量由车型组成确定，以确保各车道密度均衡，同时不设置货车道，避免驶离主线车辆受客货分离措施的影响，不敢变道至外侧货车道驶离主线，造成指引信息冲突形成行车安全隐患；第一个边缘计算控制单元至提前换道起点的区域，其车道功能划分方案建议与上游主线车道功能保持一致；驶离主线变道影响区长度计算如下：
[0014][0015]其中，L为提前换道起点至分流鼻端的驶离主线变道影响区长度(m)；L0为车道功能划分方案由一般路段往分流区切换的过渡区域长度(m)，一般取1～2km。
[0016]S24：通过边缘计算控制单元获取是否建议启用硬路肩动态开放控制；
[0017]S25：通过边缘计算控制单元获取建议车辆提前变道位置，分别在距分流鼻端上游的位置，建议第N车道与第(N
‑
1)车道、
…
、第2车道与第1车道，驶离主线车辆提前向右变道，其余车辆往左变道。
[0018]进一步，步骤S24中，当满足下列条件之一，则建议启用硬路肩动态开放控制：驶离主线流量超过匝道通行能力的α倍，驶离主线流量与第1车道流量之和超过第1车道通行能力的β倍，第1车道大型车比例超过阈值驶离主线车辆行驶速度小于主线自由流速度的δ倍，建议启用硬路肩，启用范围为分流鼻端至上游距离L的范围；
[0019]q
u
≥αc
r
(2)
[0020]q
u
+q1≥βc1(3)
[0021][0022]υ
u
≤δυ
free
(5)
[0023]其中，q
u
为驶离主线交通流量(pcu/h)；q1为行驶在第1车道上的交通流量(pcu/h)；c
r
为出口匝道通行能力(pcu/h)；c1为第1车道通行能力(pcu/h)；p
l
为第1车道大型车比例；υ
u
为驶离主线车辆行驶速度(km/h)；υ
free
为主线自由流速度(km/h)；α,β,δ,为阈值。
[0024]进一步，步骤S25中，车辆提前变道位置的计算方法为：
[0025]车辆变道所需最小变道长度l1为：
[0026][0027]其中，R为车辆变道半径(m)；w为变道前后相邻车道行驶轨迹线距离的一半(m)；
[0028]在第i车道中车辆跟车行驶所需最小安全停车距离l
2,i
为：
[0029][0030]其中，υ
i
为在第i车道中车辆行驶速度(m/s)；t
re
为驾驶员反应时间(s)；μ为路面摩擦系数；p为坡度；g为重力加速度；d1为跟车安全间隔距离(m)；
[0031]从第i车道往第(i
‑
1)车道变道的车辆所需临界车头间距l
min,i
为：
[0032][0033]从第i车道往第(i
‑
1)车道变道的车辆等待相邻车道可插入间隙时间t
i
由相邻车道流量q
i
‑1、变道车辆所需临界车头间距l
min,i
及两条车道中的车辆行驶速度υ
i
,υ
i
‑1决定，如下：
[0034][0035]从第i车道往第(i
‑
1)车道变道的车辆寻找可插入间隙以完成变道过程所需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：在快速路分流区上游3～5km范围内，每隔200～500m设置一组边缘计算控制单元，各组边缘计算控制单元之间利用通信技术连接以进行组网控制；S2：根据行车方向从右往左将各车道分别标记为第1车道、第2车道、
…
、第N车道，各组边缘计算控制单元根据数据采集模块实时检测的快速路不同断面间的不同车道的交通流数据，实现车道级的道路交通状态监测；并与车载终端进行连接查询车辆行驶路线，通过边缘计算控制单元获取建议的车道功能划分方案、车道标线施划方案、车辆提前变道位置及是否启用硬路肩动态开放控制方案；S3：各组边缘计算控制单元发布相应断面的车道功能划分方案、车道标线施划方案和硬路肩动态控制方案，并将各方案发送给方案发布模块，指引相应区域车辆提前向左或者向右变道。2.根据权利要求1所述的多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S21：获取所有边缘计算控制单元断面区域的车道级交通流数据和车辆预计行驶路线；S22：利用各车道车辆速度、流量、密度的交通流数据，以及预计往外侧车道变道的流量，分别确定第2车道往第1车道、
…
、第N车道往第(N
‑
1)车道完成变道过程所需行驶距离L2、
…
、L
N
以及减速车道起点至分流鼻端长度L1；S23：通过边缘计算控制单元获取建议的车道功能划分方案，将提前换道起点至分流鼻端的驶离主线变道影响区范围内车道功能从左往右分别划分为小客车道、客车道和客货车道，各种类型车道数量由车型组成确定，以确保各车道密度均衡；第一个边缘计算控制单元至提前换道起点的区域，其车道功能划分方案建议与上游主线车道功能保持一致；驶离主线变道影响区长度计算如下：其中，L为提前换道起点至分流鼻端的驶离主线变道影响区长度；L0为车道功能划分方案由一般路段往分流区切换的过渡区域长度；S24：通过边缘计算控制单元获取是否建议启用硬路肩动态开放控制；S25：通过边缘计算控制单元获取建议车辆提前变道位置，分别在距分流鼻端上游的位置，建议第N车道与第(N
‑
1)车道、
…
、第2车道与第1车道，驶离主线车辆提前向右变道，其余车辆往左变道。3.根据权利要求2所述的多车道快速路分流区阶梯式提前换道控制方法，其特征在于，步骤S24中，当满足下列条件之一，则建议启用硬路肩动态开放控制：驶离主线流量超过匝道通行能力的α倍，驶离主线流量与第1车道流量之和超过第1车道通行能力的β倍，第1车道大型车比例超过阈值驶离主线车辆行驶速度小于主线自由流速度的δ倍，建议启用硬路肩，启用范围为分流鼻端至上游距离L的范围；q
u
≥αc
r
(2)
q
u
+q1≥βc1(3)υ
u
≤δυ
free
(5)其中，q
u
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶青，宋浪，王少飞，朱湧，骆中斌，周欣，谢耀华，俞山川，安文娟，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：