一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法
阅读说明：本技术 一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法 (Dynamic regulation and control method for network connection vehicle special lane based on permeability ) 是由 张卫华 王昌胜 郭永乐 丁恒 谭昶 梁子君 宋军军 冯忠祥 刘慧文 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法,其步骤包括：1采集当前时间段内进入各车道的总体车辆数和网联车辆数；2判断当前时间段是否需要设置网联车专用车道；3通过算法判断当前时间段内作为网联车专用车道的车道编号；4将网联车专用车道编号发送给路段上的网联车辆,同时控制相应车道标线上的智能发光道钉发光；5循环上述步骤,判断下一时间段内的网联车专用车道的车道编号。本发明能实时根据各车道的网联车渗透率来动态选择网联车专用车道的位置,降低车辆的必要换道次数,减少车辆之间的换道冲突,提高交通流运行的安全性和交通流运行效率。(The invention discloses a permeability-based dynamic regulation and control method for a lane special for internet connection, which comprises the following steps of: 1, collecting the total number of vehicles entering each lane and the number of networked vehicles in the current time period; 2, judging whether a special lane for the internet connection vehicle needs to be set in the current time period; judging the lane number serving as a special lane for the internet connection vehicle in the current time period through an algorithm; 4, sending the serial number of the special lane of the internet vehicle to the internet vehicle on the road section, and simultaneously controlling the intelligent light-emitting spike on the corresponding lane marking to emit light; and 5, circulating the steps, and judging the lane number of the special lane for the internet vehicle in the next time period. The invention can dynamically select the position of the special lane of the internet connection vehicle according to the internet connection vehicle permeability of each lane in real time, reduce the necessary lane changing times of vehicles, reduce the lane changing conflicts among the vehicles and improve the safety of traffic flow operation and the traffic flow operation efficiency.)
技术领域
本发明属于智能网联驾驶应用领域，具体是一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法。
背景技术
随着5G的实现和网联自动驾驶技术的发展，道路交通正处于传统交通向交通完全智能化发展的过程中，网联车辆的占有比例在未来交通组成中逐渐增加，但由于受客观条件的影响，网联车辆与人驾车辆混行的状态将在未来一定时间内存在，这导致网联自动驾驶技术的优势短期内难以体现。且在混合交通环境中，由于网联车辆和人驾车辆之间频繁的交互作用，一方面影响了网联车辆性能的发挥，降低了预期的通行能力；另一方面网联车辆与人驾车辆之间由于换道存在大量的冲突，增加了交通事故的发生率。
专用车道通过隔离网联车辆和人驾车辆，减少了网联车辆和人驾车辆之间的冲突，提高了交通运行的安全性，同时网联车专用车道可以充分发挥网联车辆的优势，网联车辆相比人驾车辆在跟车时保持更小的车头间距，有助于提高道路的整体通行能力。
目前大多数网联车专用车道的设置都是静态的，静态网联车专用车道不能实时根据网联车渗透率来动态选择专用车道的位置，一方面当网联车渗透率较低时，设置网联车专用车道容易造成对道路资源的浪费；另一方面当网联车专用车道的位置不匹配各车道当前的网联车渗透率时，容易造成车辆换道冲突的增多，降低了交通流运行的安全性。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法，以期望实时根据各车道的网联车渗透率来动态选择网联车专用车道位置，降低车辆必要换道次数，减少车辆之间的换道冲突，从而提高交通流运行的安全性和交通流运行效率。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法的特点在于，包括以下步骤：
步骤1通过地磁车辆检测器采集以T0为固定时间间隔的当前时间段内进入每条车道的总体车辆数，记为{Qi|i＝1,2,…,n}，其中，i表示车道的编号，n表示车道的总个数，Qi表示当前时间段内进入第i条车道的总体车辆数；
步骤2通过智能路侧设备采集当前时间段内进入每条车道的网联车辆数，记为{qi|i＝1,2,…,n}，其中，qi表示当前时间段内进入第i条车道的网联车辆数；以qi与Qi之比作为第i条车道网联车的渗透率；
步骤3利用式(1)判断当前时间段内是否需要设置网联车专用车道，若式(1)成立，则表明当前时间段内需要设置网联车专用车道，并执行步骤4；否则，表明当前时间段内不需要设置网联车专用车道，并执行步骤7；
式(1)中，表示所有车道上网联车的总体渗透率，δ表示需要设置网联车专用车道时网联车渗透率的下限，表示需要设置网联车专用车道时网联车渗透率的上限；
步骤4判断当前时间段内网联车专用车道的车道编号；
步骤4.1初始化车道编号k＝1，车辆的必要换道次数f＝+∞，网联车专用车道的车道编号m＝0；所述车辆必要换道次数为人驾车辆从网联车专用车道换道至其他车道的换道次数以及网联车辆从其他车道换道至网联车专用车道的换道次数之和；
步骤4.2利用式(2)计算当第k条车道作为网联车专用车道时，所有车道上游路段中全部车辆的必要换道次数fk：
式(2)中，Qk表示当前时间段内进入第k条车道的总体车辆数，qk表示当前时间段内进入第k条车道的网联车辆数；
步骤4.3判断fk＜f是否成立，若成立，则执行步骤4.4；否则，执行步骤4.5；
步骤4.4令f＝fk，m＝k，从而更新f和m的值；
步骤4.5判断k＜n是否成立，若成立，则执行步骤4.6；否则，执行步骤4.7；
步骤4.6令k+1赋值给k后，返回步骤4.2顺序执行；
步骤4.7输出网联车专用车道的车道编号m；
步骤5利用式(3)建立当前时间段内进入所有车道的网联车总体数量与网联车专用车道单位时间的最大通行能力S之间的关系式：
若式(3)成立，则通过智能路侧设备将网联车专用车道的车道编号m发送给所有车道的上游路段中的全部网联车辆，使得全部网联车辆驶入网联车专用车道m；否则，通过智能路侧设备将网联车专用车道的车道编号m值发送给所有车道的上游路段中的靠近车道编号m的前S·T0辆网联车辆，使得S·T0辆网联车辆驶入网联车专用车道m，其他网联车辆则继续在原有车道上行驶；
步骤6控制当前时间段内网联车专用车道m上的智能发光道钉发光，用于提示道路上正在该车道行驶的人驾车辆驶出车道m以及在其他车道上行驶的人驾车辆避免驶入车道m；
步骤7返回步骤1顺序执行，从而继续采集以T0为固定时间间隔的下一时间段内进入各车道总体车辆数和网联车辆数，并判断下一时间段网联车专用车道的车道编号。
本发明所述的一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法的特点也在于，所述地磁车辆检测器均匀安装在每个车道的上游路段。
所述智能路侧设备均匀分布在道路两侧，并通过短程无线通讯方式与设置在网联车上的车-路通信系统进行交互。
所述步骤6中的智能发光道钉均匀分布在各车道的交通标线上，所述智能发光道钉包括：太阳能供电模块、道钉WiFi模块、LED发光模块、控制器；
所述太阳能供电模块通过接收太阳能用来给所述智能发光道钉供电；
所述道钉WiFi模块接收网联车专用车道的车道编号并发送给所述控制器，从而控制所述LED发光模块发光。
与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：
1、本发明在网联车辆和人驾车辆混合行驶的环境下，利用车路协同技术，提供了一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法，可以实时根据网联车渗透率来动态选择专用车道的位置，一方面避免了当网联车渗透率较低时，设置网联车专用车道容易造成对道路资源的浪费；另一方面避免了当网联车专用车道的位置不匹配各车道当前的网联车渗透率时，造成的车辆换道冲突的增多。通过降低车辆的必要换道次数，减少车辆之间的换道冲突，有助于提高交通流运行的安全性，同时通过降低车辆由于频繁换道造成的车辆延误，有助于提高道路的通行能力。
2、与现有技术相比，本发明通过获取各车道实时的网联车渗透率来计算每一车道作为网联车专用车道时的车辆的必要换道次数，从而选取车辆必要换道次数最少的一种方案作为本阶段的网联车专用车道，有助于更好地发挥网联车专用车道的性能，同时本发明所需数据的采集和处理的方法比较方便，具有实际工程应用价值。
3、与现有技术相比，本发明将网联车专用车道的动态位置信息通过均匀安装在各车道的交通标线上的智能发光道钉传递给人驾车辆，可以让道路上行驶的人驾车辆更加直观及时地接收到网联车专用车道的动态位置，避免了信息传递不及时、不准确而造成的网联车辆与人驾车辆之间的相互干扰，提高了交通流运行的安全性和交通流的运行效率。
4、与现有技术相比，本发明通过设置专用车道能够达到隔离效果，从而减少了冲突提高交通运行的安全性，因此解决了人驾车辆与网联车辆之间的冲突问题，并充分发挥了网联车辆的优势，提高了道路的整体通行能力。
附图说明
图1为本发明的总体流程图；
图2为本发明的决策方法流程图；
图3为本发明的网联车专用车道动态调控示意图。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，一种基于渗透率的网联车专用车道动态调控方法是按照以下步骤进行的：
步骤1在各车道的交通标线上均匀分布智能发光道钉，该智能发光道钉包括：太阳能供电模块、道钉WiFi模块、LED发光模块、控制器；太阳能供电模块通过接收太阳能用来给智能发光道钉供电；
在每个车道的上游路段距网联车专用车道设置区域L处均匀安装地磁车辆检测器，通过地磁车辆检测器采集以T0为固定时间间隔的当前时间段内进入每条车道的总体车辆数，记为{Qi|i＝1,2,…,n}，其中，i表示车道的编号，n表示车道的总个数，Qi表示当前时间段内进入第i条车道的总体车辆数；
步骤2在道路两侧均匀分布智能路侧设备，并通过短程无线通讯方式与设置在网联车上的车-路通信系统进行交互，从而通过智能路侧设备采集当前时间段内进入每条车道的网联车辆数，记为{qi|i＝1,2,…,n}，其中，qi表示当前时间段内进入第i条车道的网联车辆数；以qi与Qi之比作为第i条车道网联车的渗透率；具体实施中的网联车辆为网联自动驾驶车辆；网联自动驾驶车辆相比人驾车辆在跟车时可以保持更小的跟车间距和更快的行驶速度，有助于提高道路通行能力；
步骤3利用式(1)判断当前时间段内是否需要设置网联车专用车道，若式(1)成立，则表明当前时间段内需要设置网联车专用车道，并执行步骤4；否则，表明当前时间段内不需要设置网联车专用车道，并执行步骤7；
式(1)中，表示所有车道上网联车的总体渗透率，δ表示需要设置网联车专用车道时网联车渗透率的下限，表示需要设置网联车专用车道时网联车渗透率的上限；
步骤4，如图2所示，本发明通过获取各车道实时的网联车渗透率来计算每一车道作为网联车专用车道时的车辆的必要换道次数，从而选取车辆必要换道次数最少的一种方案作为本阶段的网联车专用车道，具体是按如下判断当前时间段内网联车专用车道的车道编号；
步骤4.1初始化车道编号k＝1，车辆的必要换道次数f＝+∞，网联车专用车道的车道编号m＝0；所述车辆必要换道次数为人驾车辆从网联车专用车道换道至其他车道的换道次数以及网联车辆从其他车道换道至网联车专用车道的换道次数之和；
步骤4.2利用式(2)计算当第k条车道作为网联车专用车道时，所有车道上游路段中全部车辆的必要换道次数fk：
式(2)中，Qk表示当前时间段内进入第k条车道的总体车辆数，qk表示当前时间段内进入第k条车道的网联车辆数；
步骤4.3判断fk＜f是否成立，若成立，则执行步骤4.4；否则，执行步骤4.5；
步骤4.4令f＝fk，m＝k，从而更新f和m的值；
步骤4.5判断k＜n是否成立，若成立，则执行步骤4.6；否则，执行步骤4.7；
步骤4.6令k+1赋值给k后，返回步骤4.2顺序执行；
步骤4.7输出网联车专用车道的车道编号m；
步骤5利用式(3)建立当前时间段内进入所有车道的网联车总体数量与网联车专用车道单位时间的最大通行能力S之间的关系式：
若式(3)成立，则通过智能路侧设备将网联车专用车道的车道编号m发送给所有车道的上游路段中的全部网联车辆，使得全部网联车辆驶入网联车专用车道m；否则，通过智能路侧设备将网联车专用车道的车道编号m发送给所有车道的上游路段中靠近车道编号m的S·T0辆网联车辆，使得S·T0辆网联车辆驶入网联车专用车道m，其他网联车辆则继续在原有车道上行驶；
步骤6道钉WiFi模块接收网联车专用车道的车道编号并发送给控制器，从而控制当前时间段内网联车专用车道m上的智能发光道钉发光，用于提示道路上正在该车道行驶的人驾车辆驶出车道m以及在其他车道上行驶的人驾车辆避免驶入车道m；
步骤7返回步骤1顺序执行，从而继续采集以T0为固定时间间隔的下一时间段内进入各车道总体车辆数和网联车辆数，并判断下一时间段网联车专用车道的车道编号。
如图3所示，本实施例以单向三车道为例，通过安装在各车道上游L＝500米处的地磁车辆检测器检测以T0＝0.5h为固定时间间隔的当前时间段内进入每条车道的总体车辆数分别为Q1＝630辆、Q2＝400辆、Q3＝510辆；通过均匀分布在道路两侧的智能路侧设备采集以T0＝0.5h为固定时间间隔的当前时间段内进入每条车道的网联车辆数分别为q1＝180辆、q2＝160辆、q3＝95辆；根据单向三车道的交通条件和交通管理需求取需要设置网联车专用车道时的渗透率的下限δ＝25％，需要设置网联车专用车道时的渗透率的上限网联车专用车道的最大通行能力S＝2000辆/小时。
接下来判断当前时间内是否需要设置网联车专用车道；
由于当前时间段内所有车道上网联车的总体渗透率满足所以当前时间段内需要设置网联车专用车道。
接下来判断当前时间段内作为网联车专用车道的车道编号；
此时有三种专用车道设置的方案可供选择：
方案一：选择第一条车道作为网联车的专用车道，此时车辆的必要换到次数为：
方案二：选择第二条车道作为网联车的专用车道，此时车辆的必要换到次数为：
方案三：选择第三条车道作为网联车的专用车道，此时车辆的必要换到次数为：
此刻f3＞f1＞f2，故选择第二种方案，即选择第二条车道作为网联车专用车道。
由于辆；S·T0＝2000×0.5＝1000辆；满足
通过智能路侧设备将第二条车道作为网联车专用车道的信息发送给该路段上的全部网联车辆并控制全部网联车辆驶入第二条车道，同时控制第二条车道上的智能发光道钉在当前时间段内发光以提示道路上正在该车道行驶的人驾车辆驶出该车道以及在其他车道上行驶的人驾车辆避免驶入该车道。
本实施例中，T0＝0.5h、L＝500米、δ＝25％、S＝2000辆/小时仅表示本车道配置条件下的数据，实际应用中T0、L、δ、S等参数的具体数值还需要根据实际道路交通条件等影响因素而确定。
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