一种网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法，包括：1、确定移动瓶颈影响区范围；2、采集t时刻下移动瓶颈影响区内两车道的车辆信息；3、确定第二条车道允许第一条车道转入的车辆数；4、确定第一条车道车辆的可行换道集合，并计算得出第一条车道车辆的允许换道集合；5、在第一条车道车辆的允许换道集合中选出符合要求的车辆完成换道；6、根据移动瓶颈影响区变化情况，循环上述步骤。本发明专利技术能通过网联环境获取移动瓶颈及影响区内车辆的相关参数，实时根据移动瓶颈在道路上的行驶状态，动态调整移动瓶颈影响区内第一条车道车辆换道至第二条车道，避免发生交通拥堵，节省车辆行驶时间，提高交通流运行效率。提高交通流运行效率。提高交通流运行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法


[0001]本专利技术属于智能网联车辆交通控制领域，尤其涉及移动瓶颈其后车辆换道领域，具体是一种网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法。

技术介绍

[0002]在道路中，移动瓶颈的现象经常出现，大大限制了道路的通行效率，特别是在交通流量较大的情况下，移动瓶颈造成了道路的通行效率折减，影响严重的情形下还会产生大面积的拥堵。由于移动瓶颈具有随机性和移动性，在传统的人工驾驶车辆的交通环境下，需要驾驶员观察周边车辆和交通环境，做出换道决策，也增加了换道行为危险性。因此，对其优化管理具有相当大的难度。
[0003]目前国内外的研究主要是面向固定瓶颈，对于涉及移动瓶颈方面的研究主要是对移动瓶颈现象的观测和分析，而对其交通流控制方面的研究还是比较缺乏的。
[0004]随着5G和车路协同技术的发展，车辆正不断网联化和自动化，未来道路上行驶的车辆将全部是网联自动驾驶车辆。网联自动驾驶车辆不但可以车辆之间进行相互通信，而且可以与道路上的智能交通设备进行互联以获取道路实时信息。车联网下车辆换道则为自动驾驶换道，车辆通过无线通信等技术能够及时获取周边环境信息上传到云端进行云计算，从而做出换道决策，提高车辆换道的舒适性和安全性，因此，对于网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法的研究是很有必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服现有技术存在的不足之处，提出了一种网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法，以期能在保证车辆安全行驶的前提下，考虑移动瓶颈对其后车辆的影响，选取影响区内换道效益最大的车辆完成换道，以减少车辆排队，并避免发生交通拥堵，从而能提高交通流运行的安全性和交通流运行效率。
[0006]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法的特点在于，是应用于单向通行的两条车道上，并包括以下步骤；
[0008]步骤1、假设在第一条车道上存在匀速行驶的移动瓶颈，则以移动瓶颈为起始位置，以移动瓶颈对两条车道上后续车辆产生的反向波传播的极限位置为终点位置，构成两条车道的移动瓶颈影响区；
[0009]步骤2、利用式(1)确定移动瓶颈的影响区长度c(t)；
[0010]c(t)＝w
×
(t
‑
t0)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0011]式(1)中，w表示移动瓶颈对所述移动瓶颈影响区内车辆的反向减速波的速度，并由式(2)计算得到，t为移动瓶颈在第一条车道行驶过程中的某一时刻，t0为移动瓶颈驶入第一条车道的时刻；
[0012][0013]式(2)中，Q0表示移动瓶颈影响区的最大交通量，k0表示移动瓶颈影响区的最大交通量时的交通密度，Q1表示移动瓶颈未驶入第一条车道之前，两条车道正常行驶时的交通量，k1表示移动瓶颈未驶入第一条车道之前，两条车道正常行驶时的密度；
[0014]步骤3、利用智能网联路侧设施获取t时刻下移动瓶颈影响区的第一条车道的车辆数m1(t)，第二条车道的车辆数m2(t)，以及移动瓶颈影响区内的所有车辆的位置、速度、加速度；
[0015]以移动瓶颈所在位置为原点，反向波传播方向为x轴正方向，将移动瓶颈影响区内第一条车道上车辆的位置横坐标存入集合X1(t)，车辆速度存入集合V1(t)；将移动瓶颈影响区内第二条车道上车辆的位置的横坐标存入集合X2(t)，车辆速度存入集合V2(t)；
[0016]步骤4、确定t时刻下移动瓶颈影响区内第二条车道允许第一条车道转入的车辆数N(t)：
[0017]步骤4.1、利用式(3)计算t时刻移动瓶颈影响区内第二条车道的车辆密度k(t)；
[0018][0019]步骤4.2、利用式(4)计算移动瓶颈影响区内第二条车道的最佳密度k
m
，即第二条车道流量达到极大时的密度；
[0020][0021]式(4)中，Q
m
为移动瓶颈影响区内第二条车道的极大流量，v
m
为第二条车道的临界速度，即流量达到极大时的速度；
[0022]步骤4.3、判断k(t)＜k
m
是否成立，若成立，则允许第一条车道车辆转入第二条车道，并执行步骤4.4，否则，不允许移动瓶颈影响区内第一条车道车辆转入第二条车道，并执行步骤8；
[0023]步骤4.4、利用式(5)计算t时刻下移动瓶颈影响区内第二条车道允许第一条车道转入的车辆数N(t)；
[0024]N(t)＝k
m
c(t)
‑
m2(t)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0025]步骤5、确定第一条车道的可行换道集合P(t)，计算车辆换道的安全间距：
[0026]步骤5.1、令t时刻下移动瓶颈影响区内第一条车道上的第i辆车记为将处于第二条车道上，且相对于第一条车道上第i辆车的后一辆车记为将处于第二条车道上，且相对于第一条车道上第i辆车的前一辆车记为
[0027]步骤5.2、判断t时刻下第一条车道上的第i辆车是否满足式(6)所示的安全换道条件，若满足，则将第i辆车加入到可行换道集合P(t)中；否则，表示第i辆车不能以安全间距转入第二条车道，第i辆车继续在第一条车道上行驶，从而得到可行换道集合P(t)；
[0028][0029]式(6)中，x
1,i
(t)表示的位置横坐标；x
2,j
(t)表示的位置横坐标；x
2,j+1
(t)表示的位置横坐标；L
2,j
表示与的安全换道间距；L
2,j+1
表示与的安全换道间距；v
2,j
(t)表示的速度，v
2,j+1
(t)表示的速度；l
veh
表示车身长度；Δt表示移动瓶颈影响区更新的时间间隔；
[0030]步骤6、计算第一条车道可行换道集合P(t)中第u辆车的换道节省时间，以判断是否允许第u辆车换道行驶：
[0031]步骤6.1、利用车载信息系统获取移动瓶颈影响区内第一条车道可行换道集合P(t)中第u辆车在单向双车道的道路上剩余行驶距离L
1,u
(t)，从而利用式(7)计算移动瓶颈影响区内第一车条道上的第u辆车保持原速度继续行驶至离开单向双车道的道路所需时间t
1,u
；
[0032][0033]式(7)中，v
1,u
(t)为第一条车道可行换道集合P(t)中第u辆车的速度；
[0034]步骤6.2、利用式(8)计算移动瓶颈影响区内第一条车道上的第u辆车换道至第二条车道并超越移动瓶颈行驶至离开单向双车道的道路所需时间t
d,u
′
；
[0035][0036]式(8)中，t1→2为第u辆车从第一条车道换道至第二条车道所用时间，t
u
′
为第u辆车超越移动瓶颈行驶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网联环境下考虑道路移动瓶颈的交通流控制方法，其特征在于，是应用于单向通行的两条车道上，并包括以下步骤；步骤1、假设在第一条车道上存在匀速行驶的移动瓶颈，则以移动瓶颈为起始位置，以移动瓶颈对两条车道上后续车辆产生的反向波传播的极限位置为终点位置，构成两条车道的移动瓶颈影响区；步骤2、利用式(1)确定移动瓶颈的影响区长度c(t)；c(t)＝w
×
(t
‑
t0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，w表示移动瓶颈对所述移动瓶颈影响区内车辆的反向减速波的速度，并由式(2)计算得到，t为移动瓶颈在第一条车道行驶过程中的某一时刻，t0为移动瓶颈驶入第一条车道的时刻；式(2)中，Q0表示移动瓶颈影响区的最大交通量，k0表示移动瓶颈影响区的最大交通量时的交通密度，Q1表示移动瓶颈未驶入第一条车道之前，两条车道正常行驶时的交通量，k1表示移动瓶颈未驶入第一条车道之前，两条车道正常行驶时的密度；步骤3、利用智能网联路侧设施获取t时刻下移动瓶颈影响区的第一条车道的车辆数m1(t)，第二条车道的车辆数m2(t)，以及移动瓶颈影响区内的所有车辆的位置、速度、加速度；以移动瓶颈所在位置为原点，反向波传播方向为x轴正方向，将移动瓶颈影响区内第一条车道上车辆的位置横坐标存入集合X1(t)，车辆速度存入集合V1(t)；将移动瓶颈影响区内第二条车道上车辆的位置的横坐标存入集合X2(t)，车辆速度存入集合V2(t)；步骤4、确定t时刻下移动瓶颈影响区内第二条车道允许第一条车道转入的车辆数N(t)：步骤4.1、利用式(3)计算t时刻移动瓶颈影响区内第二条车道的车辆密度k(t)；步骤4.2、利用式(4)计算移动瓶颈影响区内第二条车道的最佳密度k
m
，即第二条车道流量达到极大时的密度；式(4)中，Q
m
为移动瓶颈影响区内第二条车道的极大流量，v
m
为第二条车道的临界速度，即流量达到极大时的速度；步骤4.3、判断k(t)＜k
m
是否成立，若成立，则允许第一条车道车辆转入第二条车道，并执行步骤4.4，否则，不允许移动瓶颈影响区内第一条车道车辆转入第二条车道，并执行步骤8；步骤4.4、利用式(5)计算t时刻下移动瓶颈影响区内第二条车道允许第一条车道转入的车辆数N(t)；N(t)＝k
m
c(t)
‑
m2(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)步骤5、确定第一条车道的可行换道集合P(t)，计算车辆换道的安全间距：
步骤5.1、令t时刻下移动瓶颈影响区内第一条车道上的第i辆车记为将处于第二条车道上，且相对于第一条车道上第i辆车的后一辆车记为将处于第二条车道上，且相对于第一条车道上第i辆车的前一辆车记为步骤5.2、判断t时刻下第一条车道上的第i辆车是否满足式(6)所示的安全换道条件，若满足，则将第i辆车加入到可行换道集合P(t)中；否则，表示第i辆车不能以安全间距转入第二条车道，第i辆车继续在第一条车道上行驶，从而得到可行换道集合P(t)；式(6)中，x
1,i
(t)表示的位置横坐标；x
2,j
(t)表示的位置横坐标；x
2,j+1
(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文娟，陈会婷，张卫华，丁恒，柏海舰，董婉丽，汪春，田立斌，倪太峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：