CN113299061A - 一种智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法。统计双车道高速公路的车道资源配置区域的匝道数量，记为N‑1；将双车道高速公路的车道资源配置区域空间分成N段；将双车道高速公路的车道资源配置区域时间分成M段；采集道路交通信息数据；确定车道资源配置策略；确定车道资源配置策略的实施区域长度与过渡段。本发明通过对需要进行车道资源配置的高速公路区域进行时间与空间的分段，针对每个分段的智能网联汽车比例确定车道资源配置策略，实现对高速公路车道的控制管理。

Description

一种智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法
技术领域
本发明属于道路交通车道控制领域，特别涉及了一种高速公路车道资源配置方法。
背景技术
交通领域的核心难点与痛点是交通拥堵常发及交通事故频发。交通拥堵与交通安全问题目前已引起了整个社会的关注。非常多的交通学者与行业企业为了缓解甚至解决上述问题也做出了巨大的努力，提出了多种多样的新方法与新技术。其中，智能网联交通技术被认为是未来解决交通问题的重要技术手段。
智能网联是指未来车辆与交通发展的两个方向的融合，即智能化与网联化，通过搭载先进的传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与人、车与车、车与路、路与路之间的智能信息交换共享，达到交通系统安全、舒适、节能、高效运行的目的。
目前，国家在智能网联交通技术方面已经进行了大量投入，在北京、长沙、重庆、无锡等地也陆续建设了封闭、半封闭、开放式的智能网联试验场/试验区/实验路。可以预见，随着智能网联交通技术的推广，高速公路上将长期行驶着智能网联汽车与传统人工驾驶汽车，形成新的混合交通流。在这一背景下，两种不同汽车的混合行驶，将会相互影响，并引发新的交通问题。
实际上，通过对高速公路车道资源的配置，引导智能网联汽车与传统人工驾驶汽车使用不同的道路资源，将有助于缓解混合交通流引发的各种问题，发挥智能网联交通技术的先进性。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，通过对需要进行车道资源配置的高速公路区域进行时间与空间的分段，针对每个分段的智能网联汽车比例确定车道资源配置策略，实现对高速公路车道的控制管理。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，包括以下步骤：
(1)统计双车道高速公路的车道资源配置区域的匝道数量，记为N-1；
(2)将双车道高速公路的车道资源配置区域空间分成N段；
(3)将双车道高速公路的车道资源配置区域时间分成M段，其中M为大于等于1的整数；
(4)采集道路交通信息数据；
(5)确定车道资源配置策略；
(6)确定车道资源配置策略的实施区域长度与过渡段。
进一步地，在步骤(2)中，第1段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的起点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第1个匝道与高速公路主线的交点；第i段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第i-1个匝道与高速公路主线的交点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第i个匝道与高速公路主线的交点；第N段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第N个匝道与高速公路主线的交点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的终点；其中，i为2至N-1之间的整数。
进一步地，在步骤(4)中，所述道路交通信息数据包括：双车道高速公路的车道资源配置区域第j段空间的长度Lj、双车道高速公路的车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的智能网联汽车占总交通流量的平均比例
Figure BDA0003049496660000031
其中，j为双车道高速公路的车道资源配置区域的空间分段的序号，j为1至N-1之间的整数，k为双车道高速公路的车道资源配置区域的时间分段的序号，j为1至M之间的整数。
进一步地，在步骤(5)中，根据
Figure BDA00030494966600000315
确定双车道高速公路需要进行车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的车道资源配置策略：
若
Figure BDA0003049496660000032
或
Figure BDA0003049496660000033
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道；
若
Figure BDA0003049496660000034
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为人工驾驶汽车专用道、混行车道；
若
Figure BDA0003049496660000035
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道；
若
Figure BDA00030494966600000314
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为智能网联汽车专用道、混行车道。
进一步地，在步骤(6)中：
若
Figure BDA0003049496660000036
或
Figure BDA0003049496660000037
或
Figure BDA0003049496660000038
或
Figure BDA0003049496660000039
车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj，此时不设置过渡段；
若
Figure BDA00030494966600000310
此时分为三种情况：当
Figure BDA00030494966600000311
时，车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj，此时不设置过渡段；当
Figure BDA00030494966600000312
且Lj小于等于1.0千米时，车道资源配置策略的实施区域长度等于0，将第j段空间全部设置为过渡段，过渡段由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道；当
Figure BDA0003049496660000041
且Lj大于1.0千米时，车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj减去1千米，此时需要在第j段的起点至起点下游1千米设置过渡段，过渡段由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道。
进一步地，在步骤(4)中，采用第j段空间内、第k段时间开始前15分钟的智能网联汽车占总交通流量的平均值作为
Figure BDA0003049496660000042
的取值。
进一步地，在每个时间分段的开始第1分钟不进行车道管理，将全部车道设置为混行车道。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明通过对需要进行车道资源配置的高速公路区域进行时间与空间的分段，针对每个分段的智能网联汽车比例确定车道资源配置策略，可以有效分离智能网联汽车与人工驾驶汽车，在充分利用智能网联环境下的道路资源的同时，也能提升智能网联环境下道路交通运行效率，并降低由于车辆混行所引发的安全隐患。
与现有的高速公路车道、专用道管理方法相比，本发明创新地提出了时间与空间分段的思想，进一步拓展了高速公路车道资源的概念，提升了车道资源的利用效率；同时，本发明根据智能网联汽车的比例不同，提出了三种类型的车道形式：人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道、混行车道，通过对车道类型的组合，更加合理的进行车道资源的配置。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是实施例中的道路示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，如图1所示，步骤如下：
步骤1)统计双车道高速公路的车道资源配置区域的匝道数量，记为N-1；
步骤2)将双车道高速公路的车道资源配置区域空间分成N段；
步骤3)将双车道高速公路的车道资源配置区域时间分成M段，其中M为大于等于1的整数；
步骤4)采集道路交通信息数据；
步骤5)确定车道资源配置策略；
步骤6)确定车道资源配置策略的实施区域长度与过渡段。
优选地，在上述步骤2)中，第1段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的起点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第1个匝道与高速公路主线的交点；第i段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第i-1个匝道与高速公路主线的交点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第i个匝道与高速公路主线的交点；第N段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第N个匝道与高速公路主线的交点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的终点；其中，i为2至N-1之间的整数。
优选地，在上述步骤4)中，所述道路交通信息数据包括：双车道高速公路的车道资源配置区域第j段空间的长度Lj、双车道高速公路的车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的智能网联汽车占总交通流量的平均比例
Figure BDA0003049496660000051
其中，j为双车道高速公路的车道资源配置区域的空间分段的序号，j为1至N-1之间的整数，k为双车道高速公路的车道资源配置区域的时间分段的序号，j为1至M之间的整数。
优选地，在上述步骤5)中，根据
Figure BDA0003049496660000061
确定双车道高速公路需要进行车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的车道资源配置策略：
若
Figure BDA0003049496660000062
或
Figure BDA0003049496660000063
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道；
若
Figure BDA0003049496660000064
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为人工驾驶汽车专用道、混行车道；
若
Figure BDA0003049496660000065
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道；
若
Figure BDA0003049496660000066
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为智能网联汽车专用道、混行车道。
优选地，在上述步骤6)中：
若
Figure BDA0003049496660000067
或
Figure BDA0003049496660000068
或
Figure BDA0003049496660000069
或
Figure BDA00030494966600000610
车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj，此时不设置过渡段；
若
Figure BDA00030494966600000611
此时分为三种情况：当
Figure BDA00030494966600000612
时，车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj，此时不设置过渡段；当
Figure BDA00030494966600000613
且Lj小于等于1.0千米时，车道资源配置策略的实施区域长度等于0，将第j段空间全部设置为过渡段，过渡段由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道；当
Figure BDA00030494966600000614
且Lj大于1.0千米时，车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj减去1千米，此时需要在第j段的起点至起点下游1千米设置过渡段，过渡段由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道。
优选地，在上述步骤4)中，采用第j段空间内、第k段时间开始前15分钟的智能网联汽车占总交通流量的平均值作为
Figure BDA0003049496660000071
的取值。
优选地，在每个时间分段的开始第1分钟不进行车道管理，将全部车道设置为混行车道。
下文通过一个实施例对本发明进行具体说明。
在某条双车道高速公路的城市A至城市B之间的区域，采用本发明提出的智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法进行车道资源配置，按照本发明方法的步骤执行操作，具体如下：
步骤(1-1)高速公路车道资源配置区域匝道统计，统计得到该条双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内，上匝道和下匝道的数量为4个，此时统计结果记为N-1＝4，即N＝5，此高速公路的示意如图2所示，其中车流的方向为从左至右，编号1和3的匝道为下匝道，编号2和4的匝道为上匝道。
步骤(1-2)高速公路车道资源配置区域空间分段设置，将双车道高速公路需要进行车道资源配置区域空间分成N＝5段，其中，第1段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的起点(城市A)、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第1个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为1的位置)，第2段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第1个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为1的位置)、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第2个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为2的位置)，第3段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第2个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为2的位置)、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第3个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为3的位置)，第4段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第3个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为3的位置)、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第4个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为4的位置)，第5段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第4个匝道与高速公路主线的交点(图2中编号为4的位置)、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的终点(城市B)。
步骤(1-3)高速公路车道资源配置区域时间分段设置，将需要进行车道资源配置区域的时间进行分段，以小时为单位，将资源配置区域的时间分成M＝2段，其中第一段为早上8点～9点，第二段为早上9点～10点。
步骤(1-4)道路交通信息数据采集，所述道路交通信息数据采集包括：双车道高速公路需要进行车道资源配置区域第j段空间的长度Lj、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的智能网联汽车占总交通流量的平均比例
Figure BDA0003049496660000082
具体如下表1和表2：
表1
L<sub>1</sub> L<sub>2</sub> L<sub>3</sub> L<sub>4</sub> L<sub>5</sub>
6.5千米 1.0千米 20.0千米 1.0千米 10.5千米
表2
Figure BDA0003049496660000081
步骤(1-5)车道资源配置策略确定，双车道高速公路需要进行车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的车道资源配置策略，需要根据所述步骤(1-4)采集得到的比例
Figure BDA0003049496660000083
确定，具体如下：
第一个时间段：
第一段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、混行车道；第二段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道；第三段空间：双向车道由内侧向外依次为智能网联汽车专用道、混行车道；第四段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道；第五段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道。
第二个时间段：
第一段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、混行车道；第二段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、混行车道；第三段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道；第四段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道；第五段空间：双向车道由内侧向外依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道。
步骤(1-6)车道资源配置策略的实施区域长度与过渡段确定，所述步骤(1-5)车道资源配置策略确定后，需要确定策略的长度与过渡段，具体如下。
第一个时间段：
第一段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于6.5千米，此时不设置过渡段；第二段空间：全部调整为过渡段，长度为1千米，过渡段由内侧向外依次为混行车道、混行车道；第三段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于20千米，此时不设置过渡段；第四段空间：全部调整为过渡段，长度为1千米，过渡段由内侧向外依次为混行车道、混行车道；第五段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于10.5千米，此时不设置过渡段。
第二个时间段：
第一段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于6.5千米，此时不设置过渡段；第二段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于1千米，此时不设置过渡段；第三段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于19千米，此时需要在第3段的起点至起点下游1千米设置过渡段，过渡段由内侧向外依次为混行车道、混行车道；第四段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于1千米，此时不设置过渡段；第五段空间：车道资源配置策略的实施区域长度等于10.5千米，此时不设置过渡段。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)统计双车道高速公路的车道资源配置区域的匝道数量，记为N-1；
(2)将双车道高速公路的车道资源配置区域空间分成N段；
(3)将双车道高速公路的车道资源配置区域时间分成M段，其中M为大于等于1的整数；
(4)采集道路交通信息数据；
(5)确定车道资源配置策略；
(6)确定车道资源配置策略的实施区域长度与过渡段。
2.根据权利要求1所述智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，其特征在于，在步骤(2)中，第1段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的起点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第1个匝道与高速公路主线的交点；第i段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第i-1个匝道与高速公路主线的交点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第i个匝道与高速公路主线的交点；第N段空间的起点、终点分别为双车道高速公路需要进行车道资源配置区域内的第N个匝道与高速公路主线的交点、双车道高速公路需要进行车道资源配置区域的终点；其中，i为2至N-1之间的整数。
3.根据权利要求1或2所述智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述道路交通信息数据包括：双车道高速公路的车道资源配置区域第j段空间的长度Lj、双车道高速公路的车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的智能网联汽车占总交通流量的平均比例
Figure FDA0003049496650000011
其中，j为双车道高速公路的车道资源配置区域的空间分段的序号，j为1至N-1之间的整数，k为双车道高速公路的车道资源配置区域的时间分段的序号，j为1至M之间的整数。
4.根据权利要求3所述智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，其特征在于，在步骤(5)中，根据
Figure FDA0003049496650000021
确定双车道高速公路需要进行车道资源配置区域第j段空间内第k段时间的车道资源配置策略：
若
Figure FDA0003049496650000022
或
Figure FDA0003049496650000023
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道；
若
Figure FDA0003049496650000024
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为人工驾驶汽车专用道、混行车道；
若
Figure FDA0003049496650000025
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为人工驾驶汽车专用道、智能网联汽车专用道；
若
Figure FDA0003049496650000026
此时需要进行车道资源配置区域第j段空间内、第k段时间内，双向车道由内侧向外侧依次为智能网联汽车专用道、混行车道。
5.根据权利要求4所述智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，其特征在于，在步骤(6)中：
若
Figure FDA0003049496650000027
或
Figure FDA0003049496650000028
或
Figure FDA0003049496650000029
或
Figure FDA00030494966500000210
车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj，此时不设置过渡段；
若
Figure FDA00030494966500000211
此时分为三种情况：当
Figure FDA00030494966500000212
时，车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj，此时不设置过渡段；当
Figure FDA00030494966500000213
且Lj小于等于1.0千米时，车道资源配置策略的实施区域长度等于0，将第j段空间全部设置为过渡段，过渡段由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道；当
Figure FDA0003049496650000031
且Lj大于1.0千米时，车道资源配置策略的实施区域长度等于Lj减去1千米，此时需要在第j段的起点至起点下游1千米设置过渡段，过渡段由内侧向外侧依次为混行车道、混行车道。
6.根据权利要求3所述智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，其特征在于：在步骤(4)中，采用第j段空间内、第k段时间开始前15分钟的智能网联汽车占总交通流量的平均值作为
Figure FDA0003049496650000032
的取值。
7.根据权利要求1所述智能网联环境双车道高速公路车道资源配置方法，其特征在于：在每个时间分段的开始第1分钟不进行车道管理，将全部车道设置为混行车道。
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