CN112102627A - 一种基于车路协同的可变车道控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车路协同的可变车道控制方法，包括路口信号控制设备，路口信号控制设备内装载车路协同装置，车路协同装置通过在信号控制设备内集成路侧通信装置，在车辆内集成车载装置，为信号控制机装载通信和感知能力。其技术方案要点是，具体实现方式如下：左转相位与直行相位，左转相位：L1‑L2＞4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期；L1‑L2≤4，可变车道默认方式已经为直行；直行相位：L1‑L2＞4，确认直行排队较长，可变车道默认方式已经为直行；L1‑L2≤4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期，两个采集周期都出现上述情况1和情况4，同时L2大于设定阈值，则开始进行可变车道变换。

Description

一种基于车路协同的可变车道控制方法

技术领域

本发明涉及交通可变车道领域，特别涉及一种基于车路协同的可变车道控制方法。

背景技术

近年来，随着城市人口和机动车保有量迅猛增长，城市交通问题进一步加剧，智能化交通信号控制可以科学分配通行权利，改善通行秩序，提高道路交叉口的通行能力和通行效率，减少交通延误和资源浪费，提升区域和城市路网的承载能力，有效缓解交通拥堵。

可变车道是近几年非常流行的交通控制方式，我们知道，道路越宽、车道越多，道路通行能力越强。但是随着汽车保有量的增加，很多情况下，原有道路所设计的车道数已经无法满足通行要求，道路通行能力已经趋于饱和，针对这些路口和道路，进行道路改造花费的资金和时间成本都是巨大的。可变车道控制方法可以从一定程度上缓解这种问题，再进一步提升道路通行能力，具体是将部分车道的车道属性变成动态属性，在指定情况下进行车道属性的变化，如某车道在早高峰时为左转车道，平峰时变为直行车道。可变车道控制方法可以很好的根据指定路口的实际通行需求进行车道需求的对应，从而缓解车辆拥堵。

目前现有可变车道控制方法绝大多数是通过定时设置的方式，即根据平时观察总结，在固定时间段进行车道属性变化，如一个四车道路口，设置一个左转车道，一个可变车道，一个直行车道及一个直右车道，早晚高峰时，直行通行需求增大，将可变车道属性变为直行；平峰时左转需求较大，将可变车道设置为左转，该方式虽然一定程度上符合对应路口交通通行规律，但是无法真正实时掌握路口通行需求，从而做出最准确的车道属性变化，效果就大打折扣了，我们提出一种基于车路协同的可变车道控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于车路协同的可变车道控制方法，采用结合相位放行方式，解决了分离左转和直行车道的交通流数据的难题，对应不同方向的车辆通行需求，契合可变车道关键应用需求；通过排队长度为主，车道平均车速为辅的交通流数据运用方式，保证可变车道控制的准确性，来解决背景技术中对于无法真正实时掌握路口通行需求，从而做出最准确的车道属性变化的技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于车路协同的可变车道控制方法，包括包括路口信号控制设备，所述路口信号控制设备内装载车路协同装置，实现全时空动态交通信息采集与融合，所述车路协同装置通过在信号控制设备内集成路侧通信装置，在车辆内集成车载装置，为信号控制机装载通信和感知能力，实现与车辆的多通道，高密度数据交互，高位车道指示牌一般设定在车道实线的末端，车辆进入路口的信号控制机自组网范围内，与信号控制机进行通讯，将距离路口的距离信息，当前车辆速度发送置信号控制机。

进一步的，所述信号机控制车道包括有4个相位，1号相位为南北方向的直行，2号相位南北方向的左转，3号相位东西方向的的直行，4号相位为东西方向的左转；通过4个相位的组合，实现路口一个周期内各个方向的放行，1号相位和2号相位涵盖北方向车辆的放行，在1号相位的放行时间内，只有直行车辆和少部分右转车辆可以进行通行，同理，2号相位的放行时间内，只有左转车辆和少部分右转车辆可以进行通行。

进一步的，在对应相位的放行时间内进行车辆速度的采集，同时进行加权平均，即可分别掌握直行平均车速V1和左转平均车速V2，在1号相位与2号相位开始和结束时，分别进行排队长度检测，由于每辆车辆都可以通过车路协同方式将行驶方向和距离路口距离发送至信号机，排队长度的检测取该方向距离路口最远的距离数值，该数值就等于该方向排队最长的一个车道的排队长度。

进一步的，所述在1号相位与2号相位开始和结束时，分别进行排队长度检测，由于每辆车辆都可以通过车路协同方式将行驶方向和距离路口距离发送至信号机，排队长度的检测取该方向距离路口最远的距离数值，该数值就等于该方向排队最长的一个车道的排队长度。

进一步的，所述1号相位开始时，取得的排队长度为L1，结束时候取得的排队长度为L2，分两种情况进行讨论，L1-L2＜4，说明排队长度无变化，这里取4是因为一辆车的长度大于4米，若有车辆通过停止线，L1与L2之差大于4，由于1号相位为直行放行相位，所以直行车道的车辆在该相位时间内肯定有放行，排队长度之差肯定小于4，所以此时的排队是左转车道的排队，同理，若L1-L2大于4，说明此时排队为直行车道排队，由于2号相位为左转放行相位，所以左转车道的车辆在该相位时间内肯定有放行，排队长度之差肯定小于4，所以此时的排队是直行车道的排队，同理，若L1-L2大于4，说明此时排队为左转车道排队。

进一步的，以上解决了直行和左转车辆平均速度获取以及直行道和左转道的车辆排队长度的两大问题，可变车道控制方式采用标志牌默认一种放行方向，具体实现方式如下所述：

1.根据实施可变车道控制的路口方向与信号控制机进行放行相位关联，左转相位与直行相位。

2.每间隔30分钟，进行一次排队长度采集，分别采集左转和直行相位开始与结束时排队长度，计算步骤如下所示：

步骤一：左转相位

1)L1-L2＞4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期；

2)L1-L2≤4，确认直行排队较长，可变车道默认方式已经为直行，可变车道不做变化。

步骤二：直行相位

3)L1-L2＞4，确认直行排队较长，可变车道默认方式已经为直行，可变车道不做变化。

4)L1-L2≤4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期，

两个采集周期都出现上述情况1和情况4，同时L2大于设定阈值，则开始进行可变车道变换。

3.在每个周期对应进行直行平均车速V1和左转平均车速V2的采集，V1和V2均设定阈值Vm，

V1≤Vm，可变车道属性判定，可变车道为直行，不做处理；可变车道为左转，立刻触发在下一周期对应相位进行排队长度采集，按照步骤2进行处理，

V1＞Vm，认为平均速度理想，不做处理，

V2≤Vm，可变车道属性判定，可变车道为左转，不做处理；可变车道为直行，立刻触发在下一周期对应相位进行排队长度采集，按照步骤2进行处理，

V2＞Vm，认为平均速度理想，不做处理。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.全天候覆盖的动态自适应可变车道控制：车路协同模式的新应用，实现了全天候根据交通流通行需求的不同进行可变车道的车道属性自动转变，满足日益复杂的交通状况的应用，最大限度提升路口通行能力；

2.所采集的交通流数据准确性高：车辆速度与流量信息基于车路协同模式的主动通信，实现了车辆交通流信息的主动上报，所获取的交通流信息更加丰富更加准确，取得了交通流数据质量上的突破。所以计算出的平均车速以及排队长度具有高准确性和高数据价值；

3.车道级的交通流数据分离：结合相位放行方式，解决了分离左转和直行车道的交通流数据的难题，对应不同方向的车辆通行需求，契合可变车道关键应用需求。

附图说明

图1是本发明一种基于车路协同的可变车道控制方法的整体结构图；

图2是本发明一种基于车路协同的可变车道控制方法中1号相位的放行策略图；

图3是本发明一种基于车路协同的可变车道控制方法中2号相位的放行策略图；

图4是本发明一种基于车路协同的可变车道控制方法中3号相位的放行策略图；

图5是本发明一种基于车路协同的可变车道控制方法中4号相位的放行策略图；

图6是本发明一种基于车路协同的可变车道控制方法中左转相位流程图；

图7是本发明一种基于车路协同的可变车道控制方法中直行相位流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1所示，为本发明较优实施例中一种基于车路协同的可变车道控制方法，包括路口信号控制设备，所述路口信号控制设备内装载车路协同装置，实现全时空动态交通信息采集与融合，所述车路协同装置通过在信号控制设备内集成路侧通信装置，在车辆内集成车载装置，为信号控制机装载通信和感知能力，实现与车辆的多通道，高密度数据交互，

该技术在动态可变车道控制上的应用如下所述：

如图1所示，方向为上北下南左西右东，以南方向为例，南方向有4条车道，其中第2车道为可变车道，高位车道指示牌一般设定在车道实线的末端，车辆进入路口的信号控制机自组网范围内，与信号控制机进行通讯，将距离路口的距离信息，当前车辆速度发送置信号控制机。

若要实现对可变车道的精准控制，必须获取精确到车道级别的车辆交通流数据，所以必须解决几个重要问题：

1、分别精准获取直行和左转车辆平均速度；

2、分别获取直行道和左转道的车辆排队长度。

实际场景下，虽然利用车路协同技术，可以获取每辆进入路口自组网范围内车辆的交通流信息，如车速，距离路口距离等等，但是车道与车道之间的区分无法简单的通过车辆所发送的交通流数据实现。

此时，我们引入信号控制机进行辅助决策，信号控制机负责路口红绿灯的放行，通过多个相位的组合实现路口按照周期的方式进行各个方向的车辆放行。

综合图2-5所示，所述信号机控制车道包括有4个相位，1号相位为南北方向的直行，2号相位南北方向的左转，3号相位东西方向的的直行，4号相位为东西方向的左转；通过4个相位的组合，实现路口一个周期内各个方向的放行，1号相位和2号相位涵盖北方向车辆的放行，在1号相位的放行时间内，只有直行车辆和少部分右转车辆可以进行通行，同理，2号相位的放行时间内，只有左转车辆和少部分右转车辆可以进行通行，所以，在对应相位的放行时间内进行车辆速度的采集，同时进行加权平均，即可分别掌握直行平均车速V1和左转平均车速V2，

在1号相位与2号相位开始和结束时，分别进行排队长度检测，由于每辆车辆都可以通过车路协同方式将行驶方向和距离路口距离发送至信号机，排队长度的检测取该方向距离路口最远的距离数值，该数值就等于该方向排队最长的一个车道的排队长度，

所述1号相位开始时，取得的排队长度为L1，结束时候取得的排队长度为L2，分两种情况进行讨论，L1-L2＜4，说明排队长度无变化，这里取4是因为一辆车的长度大于4米，若有车辆通过停止线，L1与L2之差大于4，由于1号相位为直行放行相位，所以直行车道的车辆在该相位时间内肯定有放行，排队长度之差肯定小于4，所以此时的排队是左转车道的排队，同理，若L1-L2大于4，说明此时排队为直行车道排队，由于2号相位为左转放行相位，所以左转车道的车辆在该相位时间内肯定有放行，排队长度之差肯定小于4，所以此时的排队是直行车道的排队，同理，若L1-L2大于4，说明此时排队为左转车道排队，

综合图6和图7所示，以上解决了直行和左转车辆平均速度获取以及直行道和左转道的车辆排队长度的两大问题，可变车道控制方式采用标志牌默认一种放行方向，具体实现方式如下所述：

1.根据实施可变车道控制的路口方向与信号控制机进行放行相位关联，左转相位与直行相位。

2.每间隔30分钟，进行一次排队长度采集，分别采集左转和直行相位开始与结束时排队长度，计算步骤如下所示：

步骤一：左转相位

1)L1-L2＞4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期；

2)L1-L2≤4，确认直行排队较长，可变车道默认方式已经为直行，可变车道不做变化。

步骤二：直行相位

3)L1-L2＞4，确认直行排队较长，可变车道默认方式已经为直行，可变车道不做变化。

4)L1-L2≤4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期，

两个采集周期都出现上述情况1和情况4，同时L2大于设定阈值，则开始进行可变车道变换。

3.在每个周期对应进行直行平均车速V1和左转平均车速V2的采集，V1和V2均设定阈值Vm，

V1≤Vm，可变车道属性判定，可变车道为直行，不做处理；可变车道为左转，立刻触发在下一周期对应相位进行排队长度采集，按照步骤2进行处理，

V1＞Vm，认为平均速度理想，不做处理，

V2≤Vm，可变车道属性判定，可变车道为左转，不做处理；可变车道为直行，立刻触发在下一周期对应相位进行排队长度采集，按照步骤2进行处理，

V2＞Vm，认为平均速度理想，不做处理。

全天候覆盖的动态自适应可变车道控制：车路协同模式的新应用，实现了全天候根据交通流通行需求的不同进行可变车道的车道属性自动转变，满足日益复杂的交通状况的应用，最大限度提升路口通行能力；

所采集的交通流数据准确性高：车辆速度与流量信息基于车路协同模式的主动通信，实现了车辆交通流信息的主动上报，所获取的交通流信息更加丰富更加准确，取得了交通流数据质量上的突破。所以计算出的平均车速以及排队长度具有高准确性和高数据价值；

车道级的交通流数据分离：结合相位放行方式，解决了分离左转和直行车道的交通流数据的难题，对应不同方向的车辆通行需求，契合可变车道关键应用需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于车路协同的可变车道控制方法，其特征在于：包括路口信号控制设备，所述路口信号控制设备内装载车路协同装置，所述车路协同装置通过在信号控制设备内集成路侧通信装置，在车辆内集成车载装置，为信号控制机装载通信和感知能力，高位车道指示牌一般设定在车道实线的末端，车辆进入路口的信号控制机自组网范围内，与信号控制机进行通讯，当前车辆速度发送置信号控制机。

2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同的可变车道控制方法，其特征在于：所述路口信号控制设备包括有4个相位，1号相位为南北方向的直行，2号相位南北方向的左转，3号相位东西方向的的直行，4号相位为东西方向的左转；所述1号相位和2号相位涵盖北方向车辆的放行，在1号相位的放行时间内，直行车辆和少部分右转车辆进行通行，同理，2号相位的放行时间内，左转车辆和少部分右转车辆进行通行。

3.根据权利要求2所述的一种基于车路协同的可变车道控制方法，其特征在于：所述车载装置在对应相位的放行时间内进行车辆速度的采集，同时进行加权平均，即可分别掌握直行平均车速V1和左转平均车速V2，在1号相位与2号相位开始和结束时，分别进行排队长度检测，由于每辆车辆都可以通过车路协同方式将行驶方向和距离路口距离发送至信号机，排队长度的检测取该方向距离路口最远的距离数值，该数值就等于该方向排队最长的一个车道的排队长度。

4.根据权利要求3所述的一种基于车路协同的可变车道控制方法，其特征在于：所述在1号相位与2号相位开始和结束时，分别进行排队长度检测，由于每辆车辆都可以通过车路协同方式将行驶方向和距离路口距离发送至信号机，排队长度的检测取该方向距离路口最远的距离数值，该数值就等于该方向排队最长的一个车道的排队长度。

5.根据权利要求4所述的一种基于车路协同的可变车道控制方法，其特征在于：所述1号相位开始时，取得的排队长度为L1，结束时候取得的排队长度为L2，分两种情况进行讨论，L1-L2＜4，说明排队长度无变化，这里取4是因为一辆车的长度大于4米，若有车辆通过停止线，L1与L2之差大于4，排队长度之差肯定小于4，说明此时排队为直行车道排队，由于2号相位为左转放行相位，所以左转车道的车辆在该相位时间内放行，排队长度之差肯定小于4。

6.根据权利要求5所述的一种基于车路协同的可变车道控制方法，其特征在于：所述可变车道控制方法采用标志牌默认一种放行方向，具体实现方式如下：根据实施可变车道控制的路口方向与信号控制机进行放行相位关联，左转相位与直行相位，每间隔30分钟，进行一次排队长度采集，分别采集左转和直行相位开始与结束时排队长度，计算步骤如下所示：

步骤一：左转相位

1)L1-L2＞4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期；

2)L1-L2≤4，确认直行排队较长，可变车道默认方式已经为直行，可变车道不做变化；

步骤二：直行相位

3)L1-L2＞4，确认直行排队较长，可变车道默认方式已经为直行，可变车道不做变化；

4)L1-L2≤4，确认左转排队较长，记录L2，进入下一采集周期，

两个采集周期都出现上述情况1和情况4，同时L2大于设定阈值，则开始进行可变车道变换。

7.根据权利要求6所述的一种基于车路协同的可变车道控制方法，其特征在于：在每个周期对应进行直行平均车速V1和左转平均车速V2的采集，V1和V2均设定阈值Vm，

V1≤Vm，可变车道属性判定，可变车道为直行，不做处理；可变车道为左转，立刻触发在下一周期对应相位进行排队长度采集，按照步骤2进行处理，

V1＞Vm，认为平均速度理想，不做处理，

V2≤Vm，可变车道属性判定，可变车道为左转，不做处理；可变车道为直行，立刻触发在下一周期对应相位进行排队长度采集，按照步骤2进行处理，

V2＞Vm，认为平均速度理想，不做处理。

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