一种减少博弈时间的城市快速路交织区管控及评估方法

本发明属于快速路通行管控的，具体涉及一种减少博弈时间的城市快速路交织区管控及评估方法。

背景技术：

1、城市快速路作为城市中最重要的基础设施之一，扮演着至关重要的角色，对提高整个城市的交通安全、运输效率，以及有效缓解城市内部交通拥堵，拓展城市发展空间等具有重要意义。在城市快速通道区域，一旦发生两车之间的博弈，将导致车辆换道时间变长，进而降低快速路通行能力。因此，通过减少车辆换道的博弈时间，提高快速路的通行能力显得尤为重要。

2、近年来，随着车辆保有量的增多，道路上行驶的车辆数量也越来越多。与普通的城市道路不同，快速路交织区无信号控制，导致车辆变道行为无序，缺乏规则约束。驾驶员接近交织区进行换道时，由于不清楚固定的换道策略，可能与其他车辆发生互不相让，导致后续车辆无法及时通行。这一问题的根源在于缺乏明确的交织区换道规则和管理策略。

3、一些研究人员提出在具体位置进行更改道路标线，来改善交织区的车辆换道情况。然而，这些研究在实际应用中面临挑战，例如车辆一旦越过特定变道位置就无法再次变道，以及部分交织区长度有限。因此，本发明旨在研究快速路交织区车辆的博弈情况，制定方法策略。

4、其中，博弈时间：相邻两条车道的车辆因换道而发生互不相让的状态开始直到此状态结束所用的时长。

5、博弈路段：具有相邻两条车道的车辆在进行换道时发生互不相让状态可能性的路段。

6、通行能力：在一定的道路和交通条件下，道路上某一路段或某交叉口单位时间内通过某一断面的最大车辆数。

7、交通流量：指在单位时间内，通过道路上的某一地点或者某一断面实际车辆数。

8、现有技术一、一种城市快速路交织区道路标线设置方法：该方法以城市快速路交织区作为研究对象的道路标线设置，利用元胞自动机仿真模型，分析不同交通需求下，利用白色实线和虚线相结合的方式分离分流和合流交通的道路标线，其具体包括以下内容：

9、步骤1、在城市快速路交织区的进出口处安装四个交通流监测设备，其中两个位于快速道路上、两个位于与快速路相连的城市道路上；

10、步骤2、获取交织区道路几何设计变量：交织区长度lw，交织区内只允许车辆从快速路驶入城市道路的分流段长度ld，只允许城市道路汇入快速路的合流段长度lm；

11、步骤3、获取交织区内车辆行驶数据，获取交织区内交通需求数据；

12、步骤4、建立仿真跟驰规则：基于ns元胞自动机模型，建立车道1和车道2上每辆车辆的跟驰规则；

13、步骤5、建立分离、合流变道位置的道路标线下车辆的换道规则；

14、步骤6、在建立的元胞自动机仿真模型中，比较相同的交通需求下各种道路标线对交织区内的最大排队长度和通行能力的影响，将最大排队长度最小以及通行能力最大对应的道路标线确定为最终的交织区道路标线；

15、步骤7、建立允许分、合流车辆在交织区内任意位置变道的道路标线下车辆的换道规则：对于分、合流车辆，当其在t时刻的位置时允许变道。

16、该现有技术的缺点为：

17、1、该方案所提出的道路标线设置方法，当处于高峰期时，分流车通过分流段驶入辅道时，与匝道车发生博弈情况无法进行有效改善。

18、2、使用该方案使用的交通流监测设备固定于快速路道路上和与快速路相连的城市道路上，投入设备的成本高，且与无人机监测相对迟滞。

19、3、该方案道路标线设置路段固定，在车道数较少的快速路交织区，由于道路标线固定，会导致需变道的车辆排队数过长。

20、现有技术二、一种面向快速路交织区车道动态划分控制方法：该方法针对快速路交织区，提出基于实际交通状态，通过信号指示标志将交织区车道动态划分为交织区域车道和非交织区域车道两部分，其具体包括以下内容：

21、步骤1、基于实际交通状态，将快速路交织区划分为交织车道和非交织车道；

22、步骤2、利用交织车道，实现上下匝道交通与主线交通的交织；

23、步骤3、利用非交织车道，为快速路主线非交织车流提供专用路权；从而提高交织区的通行能力及缓解因出口匝道拥堵导致的交织区拥堵问题；

24、步骤4、交织区车道功能的动态划分包括：将车辆行进方向左侧的一个或多个车道从交织区主线上游直至主线下游进行隔离，作为非交织车道，限制车道功能为直行，只允许快速路主线非交织车辆行驶，在交织区内，其余车道为可交织车道，车道功能不受限制，允许各流量车流行驶；

25、步骤5、根据实时交织流量比qr的不同值，将交织区总车道数n划分隔离为不允许交织行为的非交织车道部分及允许交织行为的交织车道部分，其车道数分别为nnw及nw，并调整各部分车道数，以使交织区总通行能力达到最大。

26、该现有技术的缺点为：

27、1、该方案使用信号控制车辆变道，信号控制可能会导致交通流中断，特别是在高峰时段，车辆可能需要等待多个信号周期，从而增加了通行时间和延误，在变道期间的博弈车辆情况也未发生改善。

28、2、使用该方案使用的交通流监测设备布设在交织区主线及匝道上游，投入设备的成本高，且与无人机监测相对迟滞。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种减少博弈时间的城市快速路交织区管控及评估方法，以解决现有快速路缺乏明确的交织区换道规则和管理策略，导致车辆无法及时通行的问题。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种减少博弈时间的城市快速路交织区管控及评估方法，其包括以下步骤：

4、s1、采用无人机采集快速路交织区交通数据，获取快速路交织区的几何设计参数；

5、s2、根据快速路交织区交通数据，获取快速路交织区车辆博弈信息；

6、s3、计算初始快速路交织区通行能力；

7、s4、基于快速路交织区车辆博弈信息，计算博弈路段车流量，并对车流量进行显著性检验；

8、s5、根据快速路交织区的几何设计参数和车流量显著性检验结果，制定快速路交织区的管控策略；

9、s6、对所述管控策略进行模拟仿真，并基于初始快速路交织区通行能力，计算因车辆博弈时间减少整个快速路交织区提高的通行能力。

10、进一步地，步骤s1中快速路交织区的几何设计参数包括：主线车道数n、匝道数r、辅道数a、交织区的长度ed和车道宽度w。

11、进一步地，步骤s2中快速路交织区车辆博弈信息包括：

12、博弈路段sn，博弈路段sn下、由主线变道至辅道车辆数cean，以及由辅道变道至主线车辆数caen；

13、其中，博弈路段sn指辅道变道至主线或者主线变道至辅道的博弈车辆开始点至结束点。

14、进一步地，步骤s4包括以下步骤：

15、s4.1、计算博弈路段sn下主线变道至辅道车流量qean，以及由辅道变道至主线车流量qaen：

16、车流量qean＝变道车辆数cean/采集信息时间车流量qaen＝变道车辆数caen/采集信息时间

17、s4.2、采用独立样本t检验方法对博弈路段sn下的车流量qean和车流量qaen进行显著性检验。

18、进一步地，步骤s4.2中显著性检验包括：

19、采用spss统计分析软件进行t检验：当显著性p值大于0.05，车流量qean和车流量qaen之间不存在显著差异；当显著性p值小于0.05，车流量qean和车流量qaen之间存在显著差异。

20、进一步地，s5中快速路交织区的管控策略，包括：

21、规则一、当快速路主线车道数n>＝2时，则只在主线行驶的车辆，优先使用主线车道3，其次使用主线车道2；

22、规则二、当博弈路段sn的车流量qean和车流量qaen经t检验不存在显著差异时，则车辆交替通行；

23、规则三、当博弈路段sn车流量qean和车流量qaen经t检验存在显著差异时，执行如下规则：

24、若车流量qean大于车流量qaen，在博弈路段sn下主线变道至辅道的车辆优先通行；

25、若车流量qean小于车流量qaen，在博弈路段sn下辅道变道至主线车道的车辆优先通行。

26、进一步地，步骤s6包括：

27、将快速路交织区路网信息输入到netedit，由python生成车辆信息，计算sumo仿真中快速路交织区的通行能力fp，并基于初始快速路交织区通行能力f，计算因车辆博弈时间减少整个快速路交织区提高的通行能力fs：

28、fs＝f-fp。

29、本发明提供的减少博弈时间的城市快速路交织区管控及评估方法，具有以下有益效果：

30、1、本发明针对快速路主线车道数大于等于2、博弈路段交通流量是否出现明显变化以及主辅道交通流量对比时三种情况，制定了车辆变道规则。本发明制定的车辆编到规则，能够实现对不同情况下车辆博弈的动态策略管理，从而减少车辆博弈时间，而提高道路通行能力。

31、2、本发明可通过制定的三条规则，即快速路交织区的管控方法，灵活处理不同条件下的车辆博弈问题，减少快速路交织区车辆博弈时间，提高道路的通行能力。此外，本发明适用于多种快速路交织区，可根据不同快速路交织区灵活采用车辆行驶规则。同时，本发明利用无人机采集快速路交织区数据，能够减少设备成本。