一种提升高速公路隧道内部瓶颈路段通行能力的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种提升高速公路隧道内部瓶颈路段通行能力的控制方法，属于智能交通控制技术领域。该方法包括：感知识别高速公路隧道内部道路瓶颈，划分路段控制区域并对车道进行编号，对控制区各车道CAC和CHV进行编号，将道路瓶颈处车流流量信息反馈给各控制区，在投影调节区进行缩减车道车流的投影预换道，在实际换道区控制车流换道至预定位置，在跟驰巡航区调节车流巡航速度和间距至理想范围，其中期望速度和间距与车流流量信息相关联。本发明专利技术针对高速公路隧道场景车流特点，为改善其通行效率和安全性问题提供了新途径。和安全性问题提供了新途径。和安全性问题提供了新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种提升高速公路隧道内部瓶颈路段通行能力的控制方法


[0001]本专利技术属于智能交通控制
，涉及一种提升高速公路隧道内部瓶颈路段通行能力的控制方法。

技术介绍

[0002]随着自动驾驶等级不断提升以及蜂窝移动通信系统的C
‑
V2X技术不断完善，可以预见，智能网联汽车(CAV)和网联人驾车(CHV)组成的混合交通模式即将出现。同时，高速公路隧道的比例逐年提升，其事故发生率明显高于普通高速路段。在因事故导致内部道路缩减形成道路瓶颈的情况下容易引发拥堵或二次事故。因此有必要针对高速公路隧道内部瓶颈路段的安全高效通行问题设计优化改善方法。
[0003]在现有技术中，针对道路瓶颈问题，相关学者将变限速控制(VaribleSpeedLimit,VSL)作为一种经典的速度协调控制方法，对于道路缩减瓶颈问题具有一定作用。但是，可变限速信息板的大范围铺设，经济性差，而且VSL控制方法高度依赖驾驶人对变速诱导信息的遵从度。公开号为CN114999158A的专利申请公开了一种抑制快速路瓶颈负效应的混合交通众从节流控制方法，该方法在混合交通场景下依托可控CAV的节流控制方法，通过在瓶颈路段上游形成CAV节流车组，缓和车流对瓶颈路段的直接冲击来保障瓶颈路段的通行能力。该方法取得了一定成效，但并不适用于高速公路隧道场景。
[0004]因此，需要一种能够有效改善高速公路隧道内部道路瓶颈通行效率和安全性的混合交通流协同控制方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种提升高速公路隧道内部瓶颈路段通行能力的控制方法，针对高速公路隧道场景车流特点，给出了一种适应高速公路隧道内部道路瓶颈通行的协同控制方法，为改善其通行效率和安全性问题提供了新途径。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种提升高速公路隧道内部瓶颈路段通行能力的控制方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1：感知高速公路隧道内部道路瓶颈的出现，并辨识瓶颈类型和具体位置；
[0009]S2：将高速公路隧道内部道路瓶颈往上游延伸设定距离的道路从上游向下游划分控制区域，分别为投影调节区、实际换道区、跟驰巡航区和瓶颈区，并对高速公路隧道N个车道按车辆行驶方向从左至右编号为第1车道、第2车道、
…
、第N车道；
[0010]S3：在投影调节区，对N个车道上的CAV、CHV分别编号为1号CAV、2号CHV、
…
；其中，CAV是网联自动车，CHV是网联人驾车；
[0011]S4：获取设定时间间隔内瓶颈区的车流流量信息；
[0012]S5：在投影调节区，按照投影算法将缩减车道上的车辆投影至可通行车道形成PV，并对可通行车道上车流速度和间距进行预调节；其中，PV是投影车辆；
[0013]S6：在实际换道区，按照所设计的换道规则控制缩减车道上的车流换道至预定位
置；
[0014]S7：在跟驰巡航区，控制换道后的混合车流按照设定的跟驰规则执行群体巡航速度调节和车流形态调节。
[0015]进一步，步骤S2中，根据算法执行时长结合瓶颈区车流道路数据，分别设置投影调节区、实际换道区和跟驰巡航区的长度为X,Y,Z，单位m；
[0016]投影调节区定义为：将道路瓶颈上游(Y+Z)m至(X+Y+Z)m处设置为投影调节区；在该区域内根据所设计的顺序投影算法，将右侧(N
‑
1)个车道混合车流中的CAV和CHV按照空间位置顺序投影至可通行第1车道，并对应调节第1车道原有车辆的跟车间距，便于在实际换道区更加顺畅地实现换道；具体实现为：先将该区域内中间车道的车辆按照前后位置顺序插空投影至可通行的第1车道形成投影车辆(PV2
‑
1)，形成虚拟车流，在此基础上再按照该方法将最右侧车道车流投影至左侧可通行车道，形成投影车辆(PVN
‑
1)；投影算法的实现能够在很短的时间内完成，在此投影换道区域更多的时间和空间是为了预先调整一车道所形成的虚拟车流的跟车间距，便于在实际换道区域其它车道车流换道驶入。工作原理图如图2所示。
[0017]实际换道区定义为：将道路瓶颈上游Ym至(Y+Z)m处划分为实际换道区；在投影调节区所做工作的基础上，第2、3、
…
、N车道上的车流按照所优化的换道规则进行换道；具体实现为：中间车道车辆直接执行换道至左侧可通行第1车道；右侧第N车道车辆先换道至中间第(N
‑
1)车道过渡，再多次执行换道规则，直至左侧可通行第1车道；工作原理图如图2所示。
[0018]跟驰巡航区定义为：将道路瓶颈上游0至Z处划分为跟驰巡航区；该区域主要执行跟驰算法，将完成换道后的车流调节至预置的跟车间距和队列巡航速度；因为在通过瓶颈路段时，可能会因为驾驶环境变差，驾驶人心理紧张等原因致使通行车流减速，所以为了降低道路瓶颈处后车对前车的冲击，保证车流通过的稳定性，在跟驰调节区提前调节跟车间距和巡航速度至理想范围。
[0019]进一步，步骤S5中，借助信息物理系统(CPS)理念，在投影调节区，将缩减车道上的车辆投影至可通行车道形成PV，并对投影完成后在可通行车道形成的虚拟车流的速度和间距调节，具体是：通过广泛采集投影调节区域各车道车辆位置和速度数据，结合道路瓶颈类型数据和车流流量数据，形成数字层(cyber system)，通过中央数据处理器进行计算并做出决策，并对投影调节区车辆和道路形成的物理层(pysical system)进行闭环控制。
[0020]进一步，步骤S6中，所设计的换道规则是针对高速公路隧道车流特征，考虑了换道动机、换道安全条件、换道概率和具体换道模型；
[0021]所述换道动机为：
[0022]d0＞d
i
[0023][0024]其中，d0表示当前车道车辆与左侧相邻车道前车的车头间距；d
i
表示当前车道车辆与本车道前车的车头间距，len
car
表示车辆车身长度，d
i
‑
len
car
表示车辆间的纵向安全距离；V(t)表示当前车辆速度，表示车辆最大速度值；该式表示当前车道前方受阻而左侧相邻车道有更大的安全空间时，会产生换道动机；
[0025]所述换道安全条件为：
[0026]d
h
‑
len
car
＞V(t)
h
[0027]其中，d
h
表示当前车道车辆与左侧车道后方车辆的安全间距，V(t)
h
表示左侧车道后方车辆的当前速度；该式表示车辆换道行为对于左侧车道后方来车不会造成威胁，换道安全条件满足；
[0028]当车辆同时满足换道动机和换道安全条件时，车辆将会以一定概率换道；所述具体换道模型为：
[0029][0030]d
_l_f
＞d
i
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升高速公路隧道内部瓶颈路段通行能力的控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：感知高速公路隧道内部道路瓶颈的出现，并辨识瓶颈类型和具体位置；S2：将高速公路隧道内部道路瓶颈往上游延伸设定距离的道路从上游向下游划分控制区域，分别为投影调节区、实际换道区、跟驰巡航区和瓶颈区，并对高速公路隧道N个车道按车辆行驶方向从左至右编号为第1车道、第2车道、
…
、第N车道；S3：在投影调节区，对N个车道上的CAV、CHV分别编号为1号CAV、2号CHV、
…
；其中，CAV是网联自动车，CHV是网联人驾车；S4：获取设定时间间隔内瓶颈区的车流流量信息；S5：在投影调节区，按照投影算法将缩减车道上的车辆投影至可通行车道形成PV，并对可通行车道上车流速度和间距进行预调节；其中，PV是投影车辆；S6：在实际换道区，按照所设计的换道规则控制缩减车道上的车流换道至预定位置；S7：在跟驰巡航区，控制换道后的混合车流按照设定的跟驰规则执行群体巡航速度调节和车流形态调节。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S2中，根据算法执行时长结合瓶颈区车流道路数据，分别设置投影调节区、实际换道区和跟驰巡航区的长度为X,Y,Z；投影调节区定义为：将道路瓶颈上游(Y+Z)至(X+Y+Z)处设置为投影调节区；在该区域内根据所设计的顺序投影算法，将右侧(N
‑
1)个车道混合车流中的CAV和CHV按照空间位置顺序投影至可通行第1车道，并对应调节第1车道原有车辆的跟车间距，便于在实际换道区更加顺畅地实现换道；具体实现为：先将该区域内中间车道的车辆按照前后位置顺序插空投影至可通行的第1车道形成投影车辆(PV2
‑
1)，形成虚拟车流，在此基础上再按照该方法将最右侧车道车流投影至左侧可通行车道，形成投影车辆(PVN
‑
1)；实际换道区定义为：将道路瓶颈上游Y至(Y+Z)处划分为实际换道区；在投影调节区所做工作的基础上，第2、3、
…
、N车道上的车流按照所优化的换道规则进行换道；具体实现为：中间车道车辆直接执行换道至左侧可通行第1车道；右侧第N车道车辆先换道至中间第(N
‑
1)车道过渡，再多次执行换道规则，直至左侧可通行第1车道；跟驰巡航区定义为：将道路瓶颈上游0至Z处划分为跟驰巡航区；该区域执行跟驰算法，将完成换道后的车流调节至预置的跟车间距和队列巡航速度。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S5中，借助信息物理系统理念，在投影调节区，将缩减车道上的车辆投影至可通行车道形成PV，并对投影完成后在可通行车道形成的虚拟车流的速度和间距调节，具体是：采集投影调节区域各车道车辆位置和速度数据，结合道路瓶颈类型数据和车流流量数据，形成数字层，通过中央数据处理器进行计算并做出决策，并对投影调节区车辆和道路形成的物理层进行闭环控制。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤S6中，所设计的换道规则是针对高速公路隧道车流特征，考虑了换道动机、换道安全条件、换道概率和具体换道模型；所述换道动机为：d0＞d
i
其中，d0表示当前车道车辆与左侧相邻车道前车的车头间距；d
i
表示当前车道车辆与本
车道前车的车头间距，len
car
表示车辆车身长度，d
i
‑
len
car
表示车辆间的纵向安全距离；V(t)表示当前车辆速度，表示车辆最大速度值；该式表示当前车道前方受阻而左侧相邻车道有更大的安全空间时，会产生换道动机；所述换道安全条件为：d
h
‑
len
car
＞V(t)
h
其中，d
h
表示当前车道车辆与左侧车道后方车辆的安全间距，V(t)
h
表示左侧车道后方车辆的当前速度；该式表示车辆换道行为对于左侧车道后方来车不会造成威胁，换道安全条件满足；当车辆同时满足换道动机和换道安全条件时，车辆将会以一定概率换道；所述具体换道模型为：d
_l_f
＞d
i
d
_l_h
‑
len
car
＞V(t)
h
rand(1)≤P
lc
其中，d
_l_f
表示左侧车道前方车辆与当前车道车辆的车头间距；d
_l_h

【专利技术属性】
技术研发人员：林景栋，章家伟，曹南锡，黎杨，贺启程，张天赐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：