本发明专利技术提出了一种基于车联网的动态应急车道清空方法。针对城市道路交叉口上游路段，当道路检测到应急车辆时，首先采集应急车辆和路段的相关数据；然后首先将路段离散化为若干网格并计算动态清空路段的长度；接着在启发式算法和清空总成本最小的原则下，计算路段中车辆的最佳清空位置及驶离车道的最佳清空方案；最后根据车辆的最佳清空方案，基于应急车道开启清空成本最小的原则，计算动态清空路段的最佳开始清空时间。网联车便可根据清空方案进行移动以完成应急车道清空。本发明专利技术以交叉口上游路段为清空目标，考虑排队长度的影响，通过动态清空应急车道前方道路空间，保障应急车辆在道路上安全高效的行驶，同时尽可能减小对网联车的干扰。车的干扰。
【技术实现步骤摘要】
一种基于车联网的动态应急车道清空方法
[0001]本专利技术属于交通控制
，尤其涉及一种基于车联网的动态应急车道清空方法。
技术介绍
[0002]应急车辆作为交通流中一种流量较少但优先级极高的一种车流，是城市交通规划与管理不可忽视的重要部分，这些应急车辆在执行任务时，享有道路优先通行权，可以不受行驶速度、行驶路线、行驶方向和指挥灯信号的限制。
[0003]为了保障应急车辆的优先通行，通常依靠信号优先控制以及其他非应急车辆的主动避让来实现应急车辆的快速行驶，但这种方式极度依赖与各行驶车辆内司机的主观判断以及个人经验，局限性较大，且各行驶车辆之间难以彼此配合，难以做到应急车道快速清空。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供了一种基于车联网的动态应急车道清空方法，能够确保应急车辆可以安全高效的在道路上行驶，该方法包括如下步骤：
[0005]步骤1：采集并输入交叉口信号灯相位配时；应急车辆的速度、位置及所在方向的集结波速度和消散波速度；应急车辆前方需清空路段的车道数、应急车辆位置、网联车位置将路段离散化为若干网格；
[0006]步骤2：基于排队长度估算原则确定动态清空路段的长度；
[0007]步骤3：基于启发式算法和清空步数最小的原则，计算最佳清空方案；
[0008]步骤4：基于应急车道开启清空成本最小的原则，计算最佳开始清空时间。
[0009]在其中一种可能的实施方式中，本专利技术提供的基于车联网的动态应急车道清空方法，所述步骤2：基于排队长度估算原则确定动态清空路段的长度，包括如下步骤：
[0010]步骤21：路段检测到应急车辆的时间为t，与交叉口距离为L，应急车辆速度为v
e
，计算应急车辆到达交叉口时的信号周期时刻t
c
，计算方法如公式(1)所示：
[0011]t
c
＝(t+(L/v
e
))％C (11)
[0012]其中C表示交叉口信号周期长度；
[0013]步骤22：应急车辆所在方向的集结波速度为v1，消散波速度为v2，计算应急车辆到达交叉口时的估算排队长度L
q
，计算方法如公式(2)所示：
[0014][0015]其中t0表示排队最大时刻，t1表示排队消散时刻，计算方法如公式(3)和(4)所示：
[0016]v1t0＝
‑
v2(t1‑
t0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0017]R＝2t0‑
t1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0018]其中R表示信号周期的红灯时间；
[0019]步骤22：交叉口上游禁止变道路段长度为L
f
，计算动态清空路段长度L
x
，计算方法如公式(5)所示：
[0020]L
x
＝min(L
‑
L
q
，L
‑
L
f
)
ꢀꢀꢀ
(15)
[0021]在其中一种可能的实施方式中，本专利技术提供的基于车联网的动态应急车道清空方法，所述步骤3：基于启发式算法和清空步数最小的原则，计算最佳清空方案，包括如下步骤：
[0022]步骤31：根据步骤1离散化后的网格建立平面直角坐标系，横轴代表车道，用x表示，纵轴代表网格长度，用y表示；则应急车辆用E表示，应急车辆所在的网格用G
E
表示，当前所在网格坐标用(x
e
，y
e
)表示，坐标系中网联车数量用n表示，网联车用i(1，2，...，n)表示，网联车所在的网格用G
i
表示，网联车当前所在网格坐标用(x
i
，y
i
)表示；
[0023]步骤32：单个车辆清空成本用c
i
表示，清空总成本用C表示；根据坐标系，计算单个车辆清空成本c
i
，即应急车道上的网联车从当前网格移动到其他车道中未被车辆占据的网格时所需要的成本，计算方法如公式(6)所示：
[0024]c
i
＝|x
′
i
‑
x
i
|+|y
′
i
‑
y
i
|
ꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0025]其中(x
′
i
，y
′
i
)表示网联车移动的终点所在网格的坐标；
[0026]依次计算单个车辆清空成本c
i
，则清空总成本C如公式(7)所示：
[0027]C＝∑
i
c
i
ꢀꢀꢀ
(17)
[0028]步骤33：网联车的最佳清空位置的所在网格用表示，其坐标表示；由于清空方案有多个可行解，因此以清空总成本最小为目标，计算所得最优解，确定网联车的最佳清空位置
[0029]步骤34：网联车的清空路径用P
′
i
表示，路径P
′
i
为一系列网格所组成，用表示；基于启发式算法计算单个网联车清空路径路径表示自起始位置到清空位置所经过的网格顺序；
[0030]步骤35：网联车的最佳清空路径用P
i
表示，路径P
i
由一系列用表示的网格组成；由于单个清空路径有多个可行解，因此以总的清空步数最小为原则，根据全局寻优算法计算得到最优解，确定网联车的最佳清空路径
[0031]步骤36：根据步骤32所计算得到的最佳清空路径，计算当前步的清空方案，计算方式为：按倒序依次检索路径途径网格内是否有车辆，当某一网格内有车时，则当前步的车辆方案为这一网格内的车辆向清空路径中的下一网格移动；
[0032]步骤37：根据步骤33计算所得网联车当前步的清空方案更新清空路径，并计算下一步的清空方案，直至应急车道清空完成，此时即可得到网联车的清空方案和清空总成本C
m
，计算方法如公式(8)所示：
[0033][0034]其中K表示清空方案所需步数。
[0035]在其中一种可能的实施方式中，本专利技术提供的基于车联网的动态应急车道清空方法，所述步骤4：基于应急车道开启清空成本最小的原则，计算最佳开始清空时间，包括如下
步骤：
[0036]步骤41：根据步骤3得到的清空方案计算应急车辆开启清空成本C
s
，计算方法如公式(9)所示：
[0037][0038]其中L0表示路段开始清空时应急车辆距前方车辆的距离，V表示应急车辆与网联车的相对速度；
[0039]步骤42：计算成本最小时的路段开始清空时应急车辆距前方车辆的距离L0，如公式(10)所示：
[0040]minC
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于车联网的动态应急车道清空方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采集并输入交叉口信号灯相位配时；应急车辆的速度、位置及所在方向的集结波速度和消散波速度；应急车辆前方需清空路段的车道数、应急车辆位置、网联车位置将路段离散化为若干网格；步骤2：基于排队长度估算原则确定动态清空路段的长度；步骤3：基于启发式算法和清空步数最小的原则，计算最佳清空方案；步骤4：基于应急车道开启清空成本最小的原则，计算最佳开始清空时间。2.根据权利要求1所述的基于车联网的动态应急车道清空方法，其特征在于，所述步骤2：基于排队长度估算原则确定动态清空路段的长度，包括如下步骤：步骤21：路段检测到应急车辆的时间为t，与交叉口距离为L，应急车辆速度为v
e
，计算应急车辆到达交叉口时的信号周期时刻t
c
，计算方法如公式(1)所示：t
c
＝(t+(L/v
e
))％C
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中C表示交叉口信号周期长度；步骤22：应急车辆所在方向的集结波速度为v1，消散波速度为v2，计算应急车辆到达交叉口时的估算排队长度L
q
，计算方法如公式(2)所示：其中t0表示排队最大时刻，t1表示排队消散时刻，计算方法如公式(3)和(4)所示：v1t0＝
‑
v2(t1‑
t0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)R＝2t0‑
t1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中R表示信号周期的红灯时间；步骤22：交叉口上游禁止变道路段长度为L
f
，计算动态清空路段长度L
x
，计算方法如公式(5)所示：L
x
＝min(L
‑
L
q
,L
‑
L
f
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)。3.根据权利要求1所述的基于车联网的动态应急车道清空方法，其特征在于，所述步骤3：基于启发式算法和清空步数最小的原则，计算最佳清空方案，包括如下步骤：步骤31：根据步骤1离散化后的网格建立平面直角坐标系，横轴代表车道，用x表示，纵轴代表网格长度，用y表示；则应急车辆用E表示，应急车辆所在的网格用G
E
表示，当前所在网格坐标用(x
e
,y
e
)表示，坐标系中网联车数量用n表示，网联车用i(1,2,
…
,n)表示，网联车所在的网格用G
i
...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，贾英志，刘洋，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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