CN105761549A - 一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，该方法通过控制中心将主线与入口匝道的车辆进行车车联网，以实现车辆的及时减速与换道，从而减少高速公路入口匝道的交通事故率，提高高速公路的交通安全。本发明包括以下几个步骤：交通数据采集、控制中心收集车辆信息、碰撞风险判断、车辆安全减速与换道等步骤。本发明方法设计简单，易于计算；通过车车联网，能够精确地实现车辆速度控制与换道操作，减少道路交通事故，有效提高高速公路的交通安全。基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法在高速公路交通管理与控制方面具有非常实际的工程运用价值。

Description

一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法

技术领域

本发明属于智能交通管理与控制技术领域，特别涉及一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法。

背景技术

随着近些年来我国居民生活水平不断改善，经济快速发展，国内小汽车拥有量迅速增加。根据公安部相关数据显示，截止2012年底，我国机动车保有量达到2.4亿余量，机动车驾驶人数达到2.6亿，而且在不断增长。剧增的机动车带来了巨大的交通压力，同时也对交通安全造成了很大的影响。数据表明，仅2010年，全国就发生交通事故210821起，事故造成死亡人数达6.5万之多。而在众多事故中，高速公路入口匝道车辆汇入不当，造成主线车辆与入口匝道汇入车辆碰撞的事故占据了很大的比例，为人民生命财产安全带来了巨大损失。如何有效解决高速公路入口匝道汇入车辆与主线车辆的冲突以防止车辆碰撞这一问题，至关重要。

已有高速公路入口匝道车辆汇入控制方法，主要通过利用信号牌引导主线车辆提前换至内侧车道，以保障入口匝道汇入车辆的安全运行。然而，已有控制方法存在两个明显的缺陷，首先，通过信号牌引导主线车辆的方式过于被动，无法主动控制主线的车辆，存在部分车辆未能及时识别信号牌信息或者未遵守引导的现象，此时入口匝道若有汇入车辆极易引发严重的交通事故，在这种情况下控制效果就很难保障；其次，已有控制方法不考虑入口匝道是否有汇入车辆，统一引导主线车辆换入内侧车道以期避免碰撞事故，这种控制方法降低了外侧车道的利用效率，不利于充分利用高速公路的道路资源。

随着智能交通技术的迅猛发展，车车联网技术也得到了广泛关注。车车联网通过车辆-控制中心-车辆之间的无线连接，能够实现信息的无线传递与交通的实时控制，因此为高速公路入口匝道安全控制奠定了非常良好的基础。经过发明人的深入研究发现，将车车联网技术应用于高速公路入口匝道，通过车辆-控制中心-车辆之间的紧密衔接，能够很好的实现高速公路入口匝道的安全控制，解决已有研究中存在的巨大缺陷。因此，基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法对改善我国高速公路的交通安全现状具有非常重要的工程运用价值。

发明内容

为克服已有高速公路入口匝道安全控制的两大缺陷，有效降低道路交通事故率，改善交通安全，本发明的目的是提供一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，通过车辆-控制中心-车辆之间的信息传输与控制，来实现车辆的及时减速或换道；同时，通过车辆之间的实时信息传输，提高高速公路车道的利用效率，克服已有控制方法存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，由车辆发送实时速度与位置的信息至控制中心，控制中心根据车辆信息判断是否有碰撞风险，若有碰撞风险则控制车辆减速或换道，具体步骤为：

1)采集交通基础数据，包括：高速公路车辆最大安全减速度a，高速公路车辆最大安全加速度b，高速公路主线车辆最低速度限制值V₁，高速公路主线车辆最小安全间距K₁，高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂，临界安全时间Δt；

2)在高速公路主线与入口匝道上运行的车辆实时发送信息至控制中心，信息包括车辆实时速度、位置，控制中心收集上述信息；

3)控制中心判断入口匝道汇入主线的第一辆车B与主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A之间是否有碰撞风险，判断的标准为：

$\left|\frac{3.6L_1}{v_A}-\frac{3.6L_2}{v_B}\right|<\mathrm{\&Delta;}t$

其中：

L₁为车辆A至入口匝道汇入点的距离；

L₂为车辆B至入口匝道汇入点的距离；

v_A为车辆A的速度；

v_B为车辆B的速度；

Δt为临界安全时间；

若则车辆A与车辆B之间有碰撞风险，转入步骤4)；否则无事故风险，转入步骤9)；

4)根据步骤2)中统计的信息判断入口匝道车辆能否安全减速，具体步骤为：

4-1)判断入口匝道汇入主线的第一辆车B能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}\&le;L_2-K_2$

其中：

v_B为车辆B的速度；

K₂为高速公路入口匝道车辆最小安全间距；

若则转入步骤4-2)；否则，转入步骤5)；

4-2)判断入口匝道汇入主线的第二辆车D能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_D/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}-H_B\&le;S_2$

其中：

v_D为车辆D的速度；

H_B为车辆B的车身长度；

S₂为车辆B与车辆D之间的距离；

若则转入步骤7)；否则，转入步骤5)；

5)根据步骤2)中统计的数据判断主线外侧车道车辆能否安全减速，具体步骤为：

5-1)判断主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}\&le;L_1-K_1$

其中：

V₁为高速公路主线车辆最低速度限制值；

K₁为高速公路主线车辆最小安全间距；

若成立，则转入步骤5-2)；否则，转入步骤6)；

5-2)判断主线外侧车道驶向匝道的第二辆车C能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_C/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-H_A\&le;S_1$

其中：

v_C为车辆C的速度；

H_A为车辆A的车身长度；

S₁为车辆A与车辆C之间的距离；

若成立，则转入步骤8)；否则，转入步骤6)；

6)根据步骤2)中统计的数据，对主线内外侧车辆进行协同控制；

7)车辆B和车辆D按照减速度a减速行驶，转入步骤9)；

8)车辆A和车辆C按照减速度a减速行驶，转入步骤9)；

9)所有车辆安全运行，无碰撞风险。

步骤1)中，高速公路车辆最大安全减速度a、高速公路车辆最大安全加速度b、高速公路主线车辆最小安全间距K₁、高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂、以及临界安全时间Δt根据高速公路历年车辆数据进行分析获得；高速公路主线车辆最低速度限制值V₁为公路设计的标准值。

所述步骤6)的具体步骤为：

6-1)控制主线内侧车道车辆E按照最大安全加速度b加速行驶，转入步骤6-2)；

6-2)控制主线外侧车道车辆A按照减速度a减速并换至内侧车道，转入步骤6-3)；

6-3)控制主线外侧车道车辆C按照减速度a减速行驶，转入步骤9)。

有益效果：本发明提出了一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，该方法充分利用了车辆-控制中心-车辆之间相联网的优势，由车辆发送实时速度与位置等信息至控制中心，控制中心根据车辆信息判断是否有碰撞风险，若有碰撞风险则控制车辆减速或换道，从而提高了高速公路入口匝道车辆的运行安全。

与现有高速公路入口匝道安全控制方法相比，本发明解决了已有控制方法中的两大缺陷。首先，通过控制中心收集车辆的实时信息，判断是否存在风险，若不存在风险则不需要高速公路主线车辆换入内侧车道，从而提高了高速公路车道的利用效率；其次，若判断存在风险，则通过控制中心发送信号控制车辆进行减速或换道，可以有效地避免高速公路主线车辆未能及时识别信号牌信息或者未遵守引导的现象，提高高速公路入口匝道的车辆运行安全。

综上所述，本发明可以在有效避免高速公路入口匝道碰撞事故，改善交通安全的同时，提高高速公路车道的利用效率，因此具有很强的应用前景。

附图说明

图1为本发明的总体控制流程图；

图2为高速公路入口匝道车车联网示意图；

图2中，1-车辆A，2-车辆B，3-车辆C，4-车辆D，5-车辆E，6-控制中心。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

如图1和图2所示，本发明提出的基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，由车辆发送实时速度与位置等信息至控制中心，控制中心根据车辆信息判断是否有碰撞风险，若有碰撞风险则控制车辆减速或换道，从而提高了高速公路入口匝道车辆的运行安全，该方法的具体步骤为：

1)采集交通基础数据，包括：高速公路车辆最大安全减速度a，高速公路车辆最大安全加速度b，高速公路主线车辆最低速度限制值V₁，高速公路主线车辆最小安全间距K₁，高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂，临界安全时间Δt；其中，减速度a和加速度b的单位为米/秒²，最低速度限制值V₁的单位取千米/小时，最小安全间距K₁和K₂的单位取米，临界安全时间Δt的单位取秒；

在步骤1)中，高速公路车辆最大安全减速度a、高速公路车辆最大安全加速度b、高速公路主线车辆最小安全间距K₁、高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂，以及临界安全时间Δt根据高速公路历年车辆数据进行分析获得，详细方法可参考文献(王炜、过秀成著《交通工程学》)。高速公路主线车辆最低速度限制值V₁为公路设计的标准值，可参考文献(《公路工程技术标准(JTGB01-2014)》)。

2)在高速公路主线与入口匝道上运行的车辆实时发送信息至控制中心，信息包括车辆实时速度、位置，控制中心收集上述信息；

3)控制中心判断入口匝道汇入主线的第一辆车B与主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A之间是否有碰撞风险，判断的标准为车辆A和车辆B到达入口匝道汇入点的时间差是否小于临接安全时间，即：

$\left|\frac{3.6L_1}{v_A}-\frac{3.6L_2}{v_B}\right|<\mathrm{\&Delta;}t$

其中：

L₁为车辆A至入口匝道汇入点的距离，单位：米；

L₂为车辆B至入口匝道汇入点的距离，单位：米；

v_A为车辆A的速度，单位：千米/小时；

v_B为车辆B的速度，单位：千米/小时；

Δt为临界安全时间，单位：秒，一般取5秒；

若则车辆A与车辆B之间有碰撞风险，转入步骤4)；否则无事故风险，转入步骤9)；

4)根据步骤2)中统计的数据判断入口匝道车辆能否安全减速，具体步骤为：

4-1)判断入口匝道汇入主线的第一辆车B能否安全减速，判断标准为车辆B在入口匝道上能否安全减速，即：

$\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}\&le;L_2-K_2$

其中：

v_B为车辆B的速度，单位：千米/小时；

高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂，单位：米；

若则转入步骤4-2)；否则，转入步骤5)；

4-2)判断入口匝道汇入主线的第二辆车D能否安全减速，判断标准为车辆D与车辆B同时以最大减速度减速是否会碰撞，即：

$\frac{{(v_D/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}-H_B\&le;S_2$

其中：

v_D为车辆D的速度，单位：千米/小时；

H_B为车辆B的车身长度，单位：米；

S₂为车辆B与车辆D之间的距离，单位：米；

若则转入步骤7)；否则，转入步骤5)；

5)根据步骤2)中统计的数据判断主线外侧车道车辆能否安全减速，具体步骤为：

5-1)判断主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A能否安全减速，判断标准为车辆A能否以最大减速度安全减速至高速公路主线最低限速值，即：

$\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}\&le;L_1-K_1$

其中：

V₁为高速公路主线车辆最低速度限制值，单位：千米/小时；

K₁为高速公路主线车辆最小安全间距，单位：米；

若成立，则转入步骤5-2)；否则，转入步骤6)；

5-2)判断主线外侧车道驶向匝道的第二辆车C能否安全减速，判断标准为车辆C和车辆A能否同时以最大减速度减速至高速公路主线最低限速值且不发生碰撞，即：

$\frac{{(v_C/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-H_A\&le;S_1$

其中：

v_C为车辆C的速度，单位：千米/小时；

H_A为车辆A的车身长度，单位：米；

S₁为车辆A与车辆C之间的距离，单位：米；

若成立，则转入步骤8)；否则，转入步骤6)；

6)根据步骤2)中统计的数据，对主线内外侧车辆进行协同控制，具体步骤为：

6-1)控制主线内侧车道车辆E按照最大安全加速度b加速行驶，转入步骤6-2)；

6-2)控制主线外侧车道车辆A按照减速度a减速并换至内侧车道，转入步骤6-3)；

6-3)控制主线外侧车道车辆C按照减速度a减速行驶，转入步骤9)；

7)车辆B和车辆D按照减速度a减速行驶，转入步骤9)；

8)车辆A和车辆C按照减速度a减速行驶，转入步骤9)；

9)所有车辆安全运行，无碰撞风险。

实施例

下面给出一个具体实施例。图2所示为一高速公路入口匝道段，其中，图中各标号含义为：1-车辆A，2-车辆B，3-车辆C，4-车辆D，5-车辆E，6-控制中心，采用本发明对该高速公路入口匝道处进行控制。

步骤1，采集交通基础数据，包括：高速公路车辆最大安全减速度a＝2，高速公路车辆最大安全加速度b＝2，高速公路主线车辆最低速度限制值V₁＝40，高速公路主线车辆最小安全间距K₁＝5，高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂＝3，其中，减速度a和加速度b的单位为米/秒²，最低速度限制值V₁的单位取千米/小时，最小安全间距K₁和K₂的单位取米；

步骤2，在高速公路主线与入口匝道上运行的车辆实时发送信息至控制中心，控制中心收集车辆实时速度、位置等信息；

步骤3，控制中心判断入口匝道汇入主线的第一辆车B与主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A之间是否有碰撞风险，判断的标准为车辆A和车辆B到达入口匝道汇入点的时间差是否小于临接安全时间，即：

$\left|\frac{3.6L_1}{v_A}-\frac{3.6L_2}{v_B}\right|<\mathrm{\&Delta;}t$

其中：

L₁为车辆A至入口匝道汇入点的距离，L₁＝200米；

L₂为车辆B至入口匝道汇入点的距离，L₂＝75米；

v_A为车辆A的速度，v_A＝108千米/小时；

v_B为车辆B的速度，v_B＝54千米/小时；

Δt为临界安全时间，取5秒；

由车辆A与车辆B之间有碰撞风险，转入步骤4；

步骤4，根据步骤2中统计的数据判断入口匝道车辆能否安全减速，具

体步骤为：

步骤4-1，判断入口匝道汇入主线的第一辆车B能否安全减速，判断标准为车辆B在入口匝道上能否安全减速，即：

$\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}\&le;L_2-K_2$

由车辆B能够安全减速，转入步骤4-2；

步骤4-2判断入口匝道汇入主线的第二辆车D能否安全减速，判断标准为车辆D与车辆B同时以最大减速度减速是否会碰撞，即：

$\frac{{(v_D/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}-H_B\&le;S_2$

其中：

v_D为车辆D的速度，v_D＝60千米/小时；

H_B为车辆B的车身长度，H_B＝5米；

S₂为车辆B与车辆D之间的距离，S₂＝8米；

由车辆D无法安全减速，需要控制主线车辆，转入步骤5；

步骤5，根据步骤2中统计的信息判断主线外侧车道车辆能否安全减速，

具体步骤为：

步骤5-1，判断主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A能否安全减速，判断标准为车辆A能否以最大减速度安全减速至高速公路主线最低限速值，即：

$\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}\&le;L_1-K_1$

由成立，车辆A能安全减速，转入步骤5-2；

步骤5-2，判断主线外侧车道驶向匝道的第二辆车C能否安全减速，判断标准为车辆C和车辆A能否同时以最大减速度减速至高速公路主线最低限速值且不发生碰撞，即：

$\frac{{(v_C/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-H_A\&le;S_1$

其中：

v_C为车辆C的速度，v_C＝120千米/小时；

H_A为车辆A的车身长度，H_A＝5米；

S₁为车辆A与车辆C之间的距离，S₁＝45米；

由转入步骤6；

步骤6，根据步骤2中统计的信息，对主线内外侧车辆进行协同控制，

具体步骤为：

步骤6-1，控制主线内侧车道车辆E按照最大安全加速度b＝2加速行驶，转入步骤6-2；

步骤6-2控制主线外侧车道车辆A按照减速度a＝2减速并换至内侧车道，转入步骤6-3；

步骤6-3，控制主线外侧车道车辆C按照减速度a＝2减速行驶，转入步骤7；

步骤7，所有车辆安全运行，无碰撞风险。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，其特征在于：由车辆发送实时速度与位置的信息至控制中心，控制中心根据车辆信息判断是否有碰撞风险，若有碰撞风险则控制车辆减速或换道，具体步骤为：

1)采集交通基础数据，包括：高速公路车辆最大安全减速度a，高速公路车辆最大安全加速度b，高速公路主线车辆最低速度限制值V₁，高速公路主线车辆最小安全间距K₁，高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂，临界安全时间Δt；

2)在高速公路主线与入口匝道上运行的车辆实时发送信息至控制中心，信息包括车辆实时速度、位置，控制中心收集上述信息；

3)控制中心判断入口匝道汇入主线的第一辆车B与主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A之间是否有碰撞风险，判断的标准为：

$|\frac{3.6L_1}{v_A}-\frac{3.6L_2}{v_B}|<\mathrm{\&Delta;}t$

其中：

L₁为车辆A至入口匝道汇入点的距离；

L₂为车辆B至入口匝道汇入点的距离；

v_A为车辆A的速度；

v_B为车辆B的速度；

Δt为临界安全时间；

若则车辆A与车辆B之间有碰撞风险，转入步骤4)；否则无事故风险，转入步骤9)；

4)根据步骤2)中统计的信息判断入口匝道车辆能否安全减速，具体步骤为：

4-1)判断入口匝道汇入主线的第一辆车B能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}\&le;L_2-K_2$

其中：

v_B为车辆B的速度；

K₂为高速公路入口匝道车辆最小安全间距；

若则转入步骤4-2)；否则，转入步骤5)；

4-2)判断入口匝道汇入主线的第二辆车D能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_D/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_B/3.6)}^2}{2a}-H_B\&le;S_2$

其中：

v_D为车辆D的速度；

H_B为车辆B的车身长度；

S₂为车辆B与车辆D之间的距离；

若则转入步骤7)；否则，转入步骤5)；

5)根据步骤2)中统计的信息判断主线外侧车道车辆能否安全减速，具体步骤为：

5-1)判断主线外侧车道驶向匝道的第一辆车A能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}\&le;L_1-K_1$

其中：

V₁为高速公路主线车辆最低速度限制值；

K₁为高速公路主线车辆最小安全间距；

若成立，则转入步骤5-2)；否则，转入步骤6)；

5-2)判断主线外侧车道驶向匝道的第二辆车C能否安全减速，判断标准为：

$\frac{{(v_C/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-\frac{{(v_A/3.6)}^2-{(V_1/3.6)}^2}{2a}-H_A\&le;S_1$

其中：

v_C为车辆C的速度；

H_A为车辆A的车身长度；

S₁为车辆A与车辆C之间的距离；

若成立，则转入步骤8)；否则，转入步骤6)；

6)根据步骤2)中统计的信息，对主线内外侧车辆进行协同控制；

7)车辆B和车辆D按照减速度a减速行驶，转入步骤9)；

8)车辆A和车辆C按照减速度a减速行驶，转入步骤9)；

9)所有车辆安全运行，无碰撞风险。

2.根据权利要求1所述的基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，其特征在于：步骤1)中，高速公路车辆最大安全减速度a、高速公路车辆最大安全加速度b、高速公路主线车辆最小安全间距K₁、高速公路入口匝道车辆最小安全间距K₂、以及临界安全时间Δt根据高速公路历年车辆数据进行分析获得；高速公路主线车辆最低速度限制值V₁为公路设计的标准值。

3.根据权利要求1所述的基于车车联网的高速公路入口匝道安全控制方法，其特征在于：所述步骤6)的具体步骤为：

6-1)控制主线内侧车道车辆E按照最大安全加速度b加速行驶，转入步骤6-2)；

6-2)控制主线外侧车道车辆A按照减速度a减速并换至内侧车道，转入步骤6-3)；

6-3)控制主线外侧车道车辆C按照减速度a减速行驶，转入步骤9)。