一种面向公路交织区的车辆主动诱导和智能管控方法与流程

本发明属于交通管控，具体涉及一种面向公路交织区的车辆主动诱导和智能管控方法。

背景技术：

1、公路交织区，是指城市快速高架路相邻较近的同侧上下匝道区或高速公路小间距互通立交相邻较近的同侧进出高速公路区，交织区特点是驶入主线道路匝道与驶出主线道路匝道距离较近，该区域车辆进出主线道路交织频繁，交通冲突严重。

2、目前各种针对公路短距离交织区交通冲突问题提出的解决方案，仅在单一交通状态下在一定程度上解决了交织区交通冲突问题，但在适用性上存在不足，尤其在大交通流量时，在解决交织区交通冲突时，常常易造成交织区交通拥堵，区域路网道路通行效率较低。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种面向公路交织区的车辆主动诱导和智能管控方法，可有效解决上述问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种面向公路交织区的车辆主动诱导和智能管控方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，交织区交通流量判定：

5、实时获取交织区上游侧的主线外侧车道车辆排队长度 l zp、交织区入口匝道车辆排队长度 l rp以及交织区出口匝道车辆排队长度 l cp；

6、如果主线外侧车道车辆排队长度 l zp=0，并且，交织区入口匝道车辆排队长度 l rp=0，并且，交织区出口匝道车辆排队长度 l cp<交织区出口匝道车辆最大可允许排队长度 l cmp，代表主线外侧车道和交织区入口匝道无排队车辆，并且，交织区出口匝道车辆未达到饱和状态，判定此时交织区为小交通流量状态，执行步骤s2；

7、如果主线外侧车道车辆排队长度 l zp≠0，或者，交织区入口匝道车辆排队长度 l rp≠0，或者，交织区出口匝道车辆排队长度 l cp≥交织区出口匝道车辆最大可允许排队长度 l cmp，判定此时交织区为大交通流量状态，执行步骤s3；

8、步骤s2，交织区小交通流量状态时，执行主动诱导模型：在交织区换道区域设置主动诱导单元，引导主线外侧车道车辆和交织区入口匝道车辆在交织区换道区域的选定换道位置进行换道，避免交通冲突发生；

9、步骤s3，交织区大交通流量状态时，执行交织区车辆智能联动管控模型：综合交织区入口匝道后信号交叉口和交织区出口匝道前信号交叉口的信号灯控制策略，以及交织区出口匝道交通情况，对交织区上游侧的主线信号控制点o和交织区入口匝道信号控制点z的信号灯进行控制，指示主线外侧车道车辆和交织区入口匝道车辆按信号灯指示通过交织区换道区域，最大限度降低交织区交通拥堵。

10、优选的，步骤s2具体为：

11、步骤s2.1，在交织区上游侧的主线外侧车道的主线车辆检测点（a）位置安装主线车辆检测单元；在交织区入口匝道，按车辆行驶方向，依次在入口匝道车辆检测点（b）位置和提示位置点（x）位置安装入口匝道车辆检测单元和可变限速显示单元；交织区换道区域的两端点分别为起始点（c）和终点（d）；

12、步骤s2.2，主线车辆检测单元实时检测通过主线车辆检测点（a）的主线车辆 i的行驶速度 v i和通过时间 t i；

13、步骤s2.3，预估主线车辆 i进入交织区换道区域进行换道的时间范围[ t min_i， t max_i]，其中， t min_i为主线车辆 i在交织区换道区域进行换道的时间最小值， t max_i为主线车辆 i在交织区换道区域进行换道的时间最大值；

14、步骤s2.4，由于入口匝道车辆检测单元实时检测通过入口匝道车辆检测点（b）的入口匝道车辆的行驶速度和通过时间，因此，当主线车辆检测单元检测到主线车辆 i通过主线车辆检测点（a）时，获得距离通过时间 t i最近时刻的入口匝道车辆通过入口匝道车辆检测点（b）的行驶速度和通过时间，记为：入口匝道车辆 j，其通过入口匝道车辆检测点（b）的行驶速度为 v j，通过时间为 t j；

15、预估得到入口匝道车辆 j进入交织区换道区域进行换道的时间范围[ t min_j， t max_j]，其中， t min_j为入口匝道车辆 j在交织区换道区域进行换道的时间最小值， t max_j为入口匝道车辆 j在交织区换道区域进行换道的时间最大值；

16、步骤s2.5，判断时间范围[ t min_i， t max_i]和时间范围[ t min_j， t max_j]是否存在交集，如果不存在，表示主线车辆 i和入口匝道车辆 j在交织区换道区域不存在冲突，主线车辆 i和入口匝道车辆 j可以在交织区换道区域的任意位置进行换道；如果存在，则执行步骤s2.6；

17、步骤s2.6，预估得到主线车辆 i在交织区换道区域的中部进行换道的时间 t mid_i，其中， t mid_i=（ t min_i+ t max_i）/2；

18、预估得到入口匝道车辆 j在交织区换道区域的中部进行换道的时间 t mid_j，其中， t mid_j=（ t min_j+ t max_j）/2；

19、采用下式，预估主线车辆 i和入口匝道车辆 j到达交织区换道区域中部的时间间距△ t ij：△ t ij= t mid_i- t mid_j；进一步判断时间间距△ t ij是否大于等于驾驶员发现异常到车辆发生制动的时长 t 0，如果是，表明主线车辆 i和入口匝道车辆 j在交织区换道区域中部换道时不存在冲突，引导主线车辆 i和入口匝道车辆 j均在交织区换道区域中部换道；如果否，执行步骤s2.7；

20、步骤s2.7，进一步比较时间 t mid_i和时间 t mid_j，如果 t mid_i< t mid_j，表明主线车辆 i到达交织区换道区域的中部的时间，早于入口匝道车辆 j到达交织区换道区域的中部的时间，执行步骤s2.8：如果 t mid_i p≥ t mid_j，表明主线车辆 i到达交织区换道区域的中部的时间，晚于入口匝道车辆 j到达交织区换道区域的中部的时间，执行步骤s2.9；

21、步骤s2.8：引导主线车辆 i在交织区换道区域的后段区域换道，入口匝道车辆 j在交织区换道区域的中段区域换道；

22、步骤s2.9，对主线车辆 i的行车速度不进行干扰，对入口匝道车辆 j的行车速度进行干扰，方法为：

23、获取入口匝道规定的限速值 v z；比较入口匝道车辆 j的行驶速度 v j是否大于等于限速值 v z，如果是，则对入口匝道车辆 j执行减速避让行为，并引导入口匝道车辆 j在交织区换道区域的后段区域进行换道；如果否，则对入口匝道车辆 j执行加速通行行为，并引导入口匝道车辆 j在交织区换道区域的前段区域进行换道。

24、优选的，步骤s2.3中， t min_i和 t max_i采用以下公式确定：

25、 t min_i= l1/ v i

26、 t max_i= l1/ v i+2 l2/( v i+ v n)

27、其中：

28、 l1代表主线车辆检测点（a）到交织区换道区域的起始点（c）的距离；

29、 l2代表交织区换道区域的起始点（c）到终点（d）的距离；

30、 v n代表主线车辆进入交织区换道区域的最高限速。

31、优选的，步骤s2.4中， t min_j和 t max_j采用以下公式确定：

32、 t min_j=2 l3/( v j+ v m)

33、 t max_j= l3/ v j+2 l2/( v j+ v m)

34、其中：

35、 l 3代表入口匝道车辆检测点（b）到交织区换道区域的起始点（c）之间的距离；

36、 v m代表入口匝道车辆进入交织区换道区域的最低限速。

37、优选的，步骤s2.9中，对入口匝道车辆 j执行减速避让行为时，采用以下方法得到减速时建议车速 v new0 _ j:

38、1）采用下式，得到入口匝道车辆 j从入口匝道车辆检测点（b）减速行驶到达交织区换道区域的起始点（c）所需与主线车辆 i不冲突的安全时间长度△ t new0 _ j ：

39、 t new0 _ j=△ t ij+ l 3/ v j

40、其中： l 3代表入口匝道车辆检测点（b）到交织区换道区域的起始点（c）之间的距离；

41、2）采用下式，得到减速时建议车速 v new0 _ j:

42、 v new0 _ j= l 3/ t new0 _ j

43、步骤s2.9中，对入口匝道车辆 j执行加速通行行为时，采用以下方法得到加速时建议车速 v new1 _ j:

44、1）采用下式，得到入口匝道车辆 j从入口匝道车辆检测点（b）加速行驶到达交织区换道区域的起始点（c）所需与主线车辆 i不冲突的安全时间长度△ t new1 _ j ：

45、 t new1 _ j =l 3/ v j- t 0+△ t ij

46、2）采用下式，得到加速时建议车速 v new1 _ j:

47、 v new1 _ j= l 3/ t new1 _ j

48、由此得到入口匝道车辆 j的建议车速。

49、优选的，步骤s3具体为：

50、步骤s3.1，如果满足条件：交织区入口匝道车辆排队长度 l rp<交织区入口匝道车辆最大可允许排队长度 l rpm，并且，交织区出口匝道车辆排队长度 l cp<交织区出口匝道车辆最大可允许排队长度 l cpm，表明交织区入口匝道后信号交叉口未出现溢流现象，同时，交织区出口匝道排队长度未处于饱和状态，此时，执行步骤s3.2的交织区单区域控制模式；否则，执行步骤s3.3的交织区区域联动控制模式；

51、步骤s3.2，交织区单区域控制模式：根据交织区出口匝道交通情况，对主线信号控制点o和交织区入口匝道信号控制点z进行信号控制；

52、步骤s3.3，交织区区域联动控制模式：根据交织区入口匝道后信号交叉口和交织区出口匝道前信号交叉口的信号灯控制策略，对交织区上游侧的主线信号控制点o和交织区入口匝道信号控制点z的信号灯进行联动控制，指示主线外侧车道车辆和交织区入口匝道车辆按信号灯指示通过交织区换道区域。

53、优选的，步骤s3.2具体为：

54、步骤s3.2.1，采用下式，得到交织区出口匝道当前可继续容纳的车辆数量 n容：

55、 n容=( l cpm- l cp)/ △ l

56、其中：△ l为单个车辆排除时平均所占道路长度；

57、步骤s3.2.2，采用下式，得到主线信号控制点o位置放行 n容个车辆的预估放行时间长度△t1：

58、△t1= f( n容)

59、其中： f()代表主线信号控制点o车辆放行数量与放行时间长度的关系函数；

60、步骤s3.2.3，根据交织区入口匝道车辆排队长度 l rp和主线外侧车道车辆排队长度 l zp的比例关系，获得交织区入口匝道信号控制点z的预估理想放行时间长度△t2：

61、△t2=△t1* l rp/ l zp

62、步骤s3.2.4，判断△t1与△t2的和，是否大于等于交织区信号控制所允许的最小放行时长 t cmin;如果是，则执行第一种信号控制策略：首先，主线信号控制点o按预估放行时间长度△t1放行车辆，此时间段内交织区入口匝道信号控制点z禁止车辆通行；然后，交织区入口匝道信号控制点z按预估理想放行时间长度△t2放行车辆，此时间段内主线信号控制点o禁止车辆通行，至此完成一轮信号控制；

63、如果否，则执行第二种信号控制策略：主线信号控制点o按预估放行时间长度△t1放行车辆，此时间段内交织区入口匝道信号控制点z禁止车辆通行；然后，交织区入口匝道信号控制点z按 t cmin-△t1放行车辆，此时间段内主线信号控制点o禁止车辆通行，至此完成一轮信号控制。

64、优选的，步骤s3.3具体为：

65、步骤s3.3.1，如果满足条件：交织区入口匝道车辆排队长度 l rp<交织区入口匝道车辆最大可允许排队长度 l rpm，并且，交织区出口匝道车辆排队长度 l cp≥交织区出口匝道车辆最大可允许排队长度 l cpm，则执行步骤s3.3.2的第一种联动控制模式；

66、如果满足条件：交织区入口匝道车辆排队长度 l rp≥交织区入口匝道车辆最大可允许排队长度 l rpm，并且，交织区出口匝道车辆排队长度 l cp<交织区出口匝道车辆最大可允许排队长度 l cpm，则执行步骤s3.3.3的第二种联动控制模式；

67、如果满足条件：交织区入口匝道车辆排队长度 l rp≥交织区入口匝道车辆最大可允许排队长度 l rpm，并且，交织区出口匝道车辆排队长度 l cp≥交织区出口匝道车辆最大可允许排队长度 l cpm，则执行步骤s3.3.4的第三种联动控制模式；

68、步骤s3.3.2，第一种联动控制模式：

69、此种情况时，交织区入口匝道排队不饱和，交织区出口匝道排队饱和，根据交织区出口匝道前信号交叉口信号控制策略，对主线信号控制点o和交织区入口匝道信号控制点z的信号灯进行控制；

70、步骤s3.3.3，第二种联动控制模式：

71、此种情况时，交织区入口匝道排队饱和，交织区出口匝道排队不饱和，根据交织区入口匝道后信号交叉口信号控制策略，对主线信号控制点o和交织区入口匝道信号控制点z的信号灯进行控制；

72、步骤s3.3.4，第三种联动控制模式：

73、此种情况时，交织区入口匝道排队饱和，交织区出口匝道排队饱和，综合交织区出口匝道前信号交叉口信号控制策略和交织区入口匝道后信号交叉口信号控制策略，对主线信号控制点o和交织区入口匝道信号控制点z的信号灯进行控制。

74、优选的，步骤s3.3.2，第一种联动控制模式具体为：

75、步骤s3.3.2.1，计算得到交织区出口匝道车辆排队消散所需时长 t cz；

76、步骤s3.3.2.2，获取交织区出口匝道前信号交叉口信号控制策略为：在出口第1信号时长△t出1，放行交织区出口匝道排除车辆；在出口第2信号时长△t出2，禁止放行交织区出口匝道排除车辆；△t出1和△t出2形成一轮信号控制；

77、步骤s3.3.2.3，当交织区出口匝道前信号交叉口开始执行出口第1信号时长△t出1对应的放行策略时，从开始执行的起点时刻滞后时长 t cz，对主线信号控制点o执行车辆放行信号，持续时长等于△t出1，此时交织区入口匝道信号控制点z执行车辆禁止放行信号；

78、当交织区出口匝道前信号交叉口开始执行出口第2信号时长△t出2对应的禁止放行策略时，从开始执行的起点时刻滞后时长 t cz，对交织区入口匝道信号控制点z执行车辆放行信号，持续时长等于△t出2，此时长内主线信号控制点o执行车辆禁止放行信号；

79、步骤s3.3.3，第二种联动控制模式具体为：

80、步骤s3.3.3.1，计算得到交织区入口匝道排队车辆消散所需时长 t rz；

81、步骤s3.3.3.2，获取交织区入口匝道后信号交叉口信号控制策略为：在入口第1信号时长△t入1，放行驶向交织区入口匝道的车辆；在入口第2信号时长△t入2，禁止放行驶向交织区入口匝道的车辆；△t入1和△t入2形成一轮信号控制；

82、步骤s3.3.3.3，在交织区入口匝道后信号交叉口每次执行入口第1信号时长△t入1对应的放行策略时，从开始执行的起点时刻提前时长 t rz，对交织区入口匝道信号控制点z执行车辆放行信号，持续时长等于△t入1，此时长内主线信号控制点o执行车辆禁止放行信号；

83、在交织区入口匝道后信号交叉口每次执行入口第2信号时长△t入2对应的禁止放行策略时，从开始执行的起点时刻提前时长 t rz，对主线信号控制点o执行车辆放行信号，持续时长等于△t入2，此时长内交织区入口匝道信号控制点z执行车辆禁止放行信号；

84、步骤s3.3.4，第三种联动控制模式具体为：

85、步骤s3.3.4.1，计算得到交织区入口匝道排队车辆消散所需时长 t rz以及交织区出口匝道车辆排队消散所需时长 t cz；

86、步骤s3.3.4.2，获取交织区出口匝道前信号交叉口信号控制策略为：在出口第1信号时长△t出1，放行交织区出口匝道排除车辆；在出口第2信号时长△t出2，禁止放行交织区出口匝道排除车辆；△t出1和△t出2形成一轮信号控制；

87、获取交织区入口匝道后信号交叉口信号控制策略为：在入口第1信号时长△t入1，放行驶向交织区入口匝道的车辆；在入口第2信号时长△t入2，禁止放行驶向交织区入口匝道的车辆；△t入1和△t入2形成一轮信号控制；

88、步骤s3.3.4.3，当交织区出口匝道前信号交叉口开始执行出口第1信号时长△t出1对应的放行策略时，从开始执行的起点时刻滞后时长 t cz，对主线信号控制点o执行车辆放行信号，持续时长等于△t出1，此时长内交织区入口匝道信号控制点z执行车辆禁止放行信号；

89、在交织区入口匝道后信号交叉口每次执行入口第1信号时长△t入1对应的放行策略时，从开始执行的起点时刻提前时长 t rz，对交织区入口匝道信号控制点z执行车辆放行信号，持续时长等于△t入1和△t出2的较大值，此时长内主线信号控制点o执行车辆禁止放行信号。

90、本发明提供的一种面向公路交织区的车辆主动诱导和智能管控方法具有以下优点：

91、本发明公开了一种面向公路交织区的车辆主动诱导和智能管控方法及系统，立足区域路网通行最优目标，以缓解交织区车辆冲突为目的，通过对小流量和大流量交通判定，提出交织区车辆运行安全估测及主动诱导方法，以及交织区车辆智能联动管控方法，通过小流量交通车辆主动诱导和大流量交通智能联动管控，实现公路交织区车辆的快速且安全地通行，减少公路交织区交通冲突，提升区域路网道路通行效率，在道路交通管理与控制方面具有实际的应用价值。