CN115311838B - 一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，该方法包括以下步骤：步骤1)确定隧道入口区域车辆理想行驶速度；步骤2)计算单个车辆瞬时一致性定量值步骤3)；计算隧道入口区域车辆协同一致性定量值步骤；4)评价隧道入口区域车车协同效果，本发明的一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，可根据隧道入口区域的特点，确定了隧道入口区域车辆的理想速度，使得提出的一致性评价方法更具有针对性，同时，考虑了隧道入口区域车辆协同行驶过程中，位于不同位置的车辆对整体一致性的影响，可以使本发明建立的一致性评价方法更加贴合实际情况。

Description

一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法

技术领域

本发明属于交通数据分析及处理领域，涉及一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法。

背景技术

隧道在空间上可分为入口段、过渡段、中间段、出口段四个部分。在隧道事故空间分布中，隧道入口段的事故率显著高于其它路段。事实上，车辆协同效果不佳是导致该区域交通事故发生的重要原因，而车辆行驶的一致性又是刻画车车协同性能的重要途径。因此，隧道入口区域车车协同行驶系统中车辆行驶过程的一致性程度是衡量协同性能的关键。确定隧道入口区域车辆协同行一致性评价方法，有利于探明车车协同行驶系统在隧道入口区域的行驶规律，为优化该区域车车协同行驶性能和工程实践提供理论指导。

专利CN202010414005.4公开了一种混合交通场景下基于车路协同的车队一致性控制方法，能够使网联车辆在纵向上实现车队间距和速度的一致性。但是该方法主要是侧重于对车辆队列一致性的控制，缺乏对车辆间一致性的整体描述，因此并不适用于评价隧道入口区域的车辆协同一致性，专利CN113468675A公开了一种隧道入口交通环境建模方法、车载设备及存储介质，能够通过势能场理论得到隧道入口交通环境的总势场力及总势场力模型。然而该方法更侧重于隧道入口区域环境条件对车辆行驶的综合影响，并未涉及对该区域车辆协同一致性的评价方法研究，因此，需要提供一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，该方法包括以下四个步骤，包括如下步骤：

步骤1)确定隧道入口区域车辆理想行驶速度：

在隧道入口区域，由于受到交通环境变化的影响，尤其是限速条件的改变，车辆在该区域的行驶具有显著的减速特征，具体体现为：车辆在减速段之前几乎保持隧道外的最大限速匀速行驶，在减速段起点之后到隧道入口前，车辆的速度平滑下降，在进入隧道之后，车辆的速度基本维持在隧道内的最大限速匀速行驶，将上述车辆速度变化作为隧道入口区域车辆的理想速度；

步骤2)计算单个车辆瞬时一致性定量值：

车辆在隧道入口区域行驶的瞬时一致性会受到诸多因素的影响，一方面，车辆在隧道入口区域行驶时与前车之间的速度差和间距会发生改变，进而影响单个车辆的瞬时一致性，另一方面，由于车辆在隧道入口区域行驶时具有理想的速度曲线，因此其实际速度与理想速度之间的差值亦可以反映单个车辆的一致性程度，此外，鉴于车车协同系统中，多前车信息也会影响车辆的行驶状态，因此在单个车辆的瞬时一致性中也应适当考虑；

步骤3)计算隧道入口区域车辆协同一致性定量值：

对于车车协同系统而言，系统整体的一致性由各个车辆的瞬时一致性组成，而处于不同位置的车辆对整个系统一致性的影响程度也不相同，相较于其他位置，位于车流上游的车辆状态对车车协同系统状态的影响更大，对车车协同系统的一致性影响程度也更大，这表明在计算车车协同系统的整体一致性时，需要着重考虑系统中上游车辆的影响；

步骤4)评价隧道入口区域车车协同效果：

从步骤3)中的隧道入口区域车辆协同一致性定量值的计算过程可以看出，Π(t)的大小与车车协同系统中的车辆数量N强相关，因此可以利用车辆数量N设置合适的隧道入口区域车辆协同效果等级的划分标准，鉴于此，根据步骤3)计算得到的车车协同系统定量评价指标Π(t)，将隧道入口区域的车辆协同效果分为A、B、C、D四个等级，具体如下：

以上等级中，协同效果从好到差的顺序为：A、B、C、D，车车协同系统可根据实际计算的定量评价指标Π(t)，并结合以上分类标准确定车辆协同效果对应的等级。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1)中汽车的理想速度计算公式为：

其中，设置隧道入口所处位置坐标为0，v_w表示车辆在隧道入口区域的理想速度，v_tun为隧道内的限速值，v_ext为隧道外的限速值，s表示隧道入口区域减速段的长度，ε为调整系数。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2)中针对隧道入口区域的单个车辆瞬时一致性的定量计算公式为：

其中，||·||表示欧式范数，表示整个协同系统中所有辆的平均速度，m表示车辆能感知到的前车数量，v_w表示根据步骤1确定的隧道入口区域车辆理想行驶速度。

作为本发明的一种优选技术方案，所述对隧道入口区域的单个车辆瞬时一致性的定量计算公式中，Dim(V_n)和Dim(ΔX_n)的计算方式如下：

Dim(V_n)＝[ξ₁dim(v_n-v_n+1) ... ξ_mdim(v_n-v_n+m)]

Dim(ΔX_n)＝[ξ₁dim(Δx_n-Δx_n+1) ... ξ_mdim(Δx_n-Δx_n+m)]

相关系数的计算方式如下：

作为本发明的一种优选技术方案，根据隧道入口区域单个车辆瞬时一致性定量值计算公式可知，当目标车辆与多前车的速度相同，车间距相等，且速度为理想速度时，其γ_n(t)的计算结果最小，与其他车辆之间的一致性程度最高，换言之，γ_n(t)的值越小，表明在隧道入口区域，目标车辆与其他车辆的协同效果越好。

作为本发明的一种优选技术方案，基于所述步骤3)中的分析，隧道入口区域车车协同系统一致性定量计算公式为：

式中的N表示整个车车协同系统中的车辆总数，μ为调整系数，γ(t)为单个车辆瞬时一致性定量值。

作为本发明的一种优选技术方案，观察隧道入口区域车车协同系统一致性定量计算方式可知，车车协同系统一致性的定量描述是单个车辆瞬时一致性的加权和，并且越处于上游的车辆权重系数越大，同时，车车协同系统定量评价指标Π(t)越小，表明处于隧道入口区域的车车协同系统的一致性程度越高，整个系统的协同效果越好，反之则协同效果越差。

本发明的技术效果和优点：

本发明提出一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，可根据隧道入口区域的特点，确定了隧道入口区域车辆的理想速度，使得提出的一致性评价方法更具有针对性，同时，考虑了隧道入口区域车辆协同行驶过程中，位于不同位置的车辆对整体一致性的影响，可以使本发明建立的一致性评价方法更加贴合实际情况。

附图说明

图1为本发明的隧道入口区域分段示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1所示，本发明提供了一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，该方法包括以下四个步骤，包括如下步骤：

步骤1)确定隧道入口区域车辆理想行驶速度：

在隧道入口区域，由于受到交通环境变化的影响，尤其是限速条件的改变，车辆在该区域的行驶具有显著的减速特征，具体体现为：车辆在减速段之前几乎保持隧道外的最大限速匀速行驶，在减速段起点之后到隧道入口前，车辆的速度平滑下降，在进入隧道之后，车辆的速度基本维持在隧道内的最大限速匀速行驶，将上述车辆速度变化作为隧道入口区域车辆的理想速度；

步骤2)计算单个车辆瞬时一致性定量值：

车辆在隧道入口区域行驶的瞬时一致性会受到诸多因素的影响，一方面，车辆在隧道入口区域行驶时与前车之间的速度差和间距会发生改变，进而影响单个车辆的瞬时一致性，另一方面，由于车辆在隧道入口区域行驶时具有理想的速度曲线，因此其实际速度与理想速度之间的差值亦可以反映单个车辆的一致性程度，此外，鉴于车车协同系统中，多前车信息也会影响车辆的行驶状态，因此在单个车辆的瞬时一致性中也应适当考虑；

步骤3)计算隧道入口区域车辆协同一致性定量值：

对于车车协同系统而言，系统整体的一致性由各个车辆的瞬时一致性组成，而处于不同位置的车辆对整个系统一致性的影响程度也不相同，相较于其他位置，位于车流上游的车辆状态对车车协同系统状态的影响更大，对车车协同系统的一致性影响程度也更大，这表明在计算车车协同系统的整体一致性时，需要着重考虑系统中上游车辆的影响；

步骤4)评价隧道入口区域车车协同效果：

从步骤3)中的隧道入口区域车辆协同一致性定量值的计算过程可以看出，Π(t)的大小与车车协同系统中的车辆数量N强相关，因此可以利用车辆数量N设置合适的隧道入口区域车辆协同效果等级的划分标准，鉴于此，根据步骤3)计算得到的车车协同系统定量评价指标Π(t)，将隧道入口区域的车辆协同效果分为A、B、C、D四个等级，具体如下：

以上等级中，协同效果从好到差的顺序为：A、B、C、D，车车协同系统可根据实际计算的定量评价指标Π(t)，并结合以上分类标准确定车辆协同效果对应的等级。

作为本发明的一种优选实施例，所述步骤1)中汽车的理想速度计算公式为：

进一步地，其中，设置隧道入口所处位置坐标为0，v_w表示车辆在隧道入口区域的理想速度，v_tun为隧道内的限速值，v_ext为隧道外的限速值，s表示隧道入口区域减速段的长度，ε为调整系数。

作为本发明的一种优选实施例，所述步骤2)中针对隧道入口区域的单个车辆瞬时一致性的定量计算公式为：

进一步地，其中，||·||表示欧式范数，表示整个协同系统中所有辆的平均速度，m表示车辆能感知到的前车数量，v_w表示根据步骤1确定的隧道入口区域车辆理想行驶速度；

进一步地，所述对隧道入口区域的单个车辆瞬时一致性的定量计算公式中，Dim(V_n)和Dim(ΔX_n)的计算方式如下：

Dim(V_n)＝[ξ₁dim(v_n-v_n+1) ... ξ_mdim(v_n-v_n+m)]

Dim(ΔX_n)＝[ξ₁dim(Δx_n-Δx_n+1) ... ξ_mdim(Δx_n-Δx_n+m)]

相关系数的计算方式如下：

更进一步地，根据隧道入口区域单个车辆瞬时一致性定量值计算公式可知，当目标车辆与多前车的速度相同，车间距相等，且速度为理想速度时，其γ_n(t)的计算结果最小，与其他车辆之间的一致性程度最高，换言之，γ_n(t)的值越小，表明在隧道入口区域，目标车辆与其他车辆的协同效果越好。

作为本发明的另一种优选实施例，基于所述步骤3)中的分析，隧道入口区域车车协同系统一致性定量计算公式为：

式中的N表示整个车车协同系统中的车辆总数，μ为调整系数，γ(t)为单个车辆瞬时一致性定量值，观察隧道入口区域车车协同系统一致性定量计算方式可知，车车协同系统一致性的定量描述是单个车辆瞬时一致性的加权和，并且越处于上游的车辆权重系数越大，同时，车车协同系统定量评价指标Π(t)越小，表明处于隧道入口区域的车车协同系统的一致性程度越高，整个系统的协同效果越好，反之则协同效果越差。

综上所述，本发明的方法针对目前对高速公路异常事件下的交通诱导分流研究较少，同时已有研究对于诱导分流启动条件、节点选取多采取定性分析的方法，还尚未形成一套完整的诱导分流体系的现状，提出了高速公路异常事件下的上游分流调控方案，对诱导分流启动条件进行了定量化分析，并制定了确定分流节点优先级的方法，对实现分流方案所需要的交通参数进行了分析；本发明能够为交通管理者进行交通疏导提供重要的决策支持，便于其及时制定有效的应急组织方案，从而能够保障异常事件下高速公路快速恢复畅行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，其特征在于，该方法包括以下四个步骤，包括如下步骤：

步骤1)确定隧道入口区域车辆理想行驶速度：

在隧道入口区域，由于受到交通环境变化的影响，车辆在该区域的行驶具有显著的减速特征，具体体现为：车辆在减速段之前几乎保持隧道外的最大限速匀速行驶，在减速段起点之后到隧道入口前，车辆的速度平滑下降，在进入隧道之后，车辆的速度基本维持在隧道内的最大限速匀速行驶，将上述车辆速度变化作为隧道入口区域车辆的理想速度；

所述步骤1)中汽车的理想速度计算公式为：

其中，设置隧道入口所处位置坐标为0，v_w表示车辆在隧道入口区域的理想速度，v_tun为隧道内的限速值，v_ext为隧道外的限速值，s表示隧道入口区域减速段的长度，ε为调整系数；

步骤2)计算单个车辆瞬时一致性定量值：

车辆在隧道入口区域行驶的瞬时一致性会受到诸多因素的影响，一方面，车辆在隧道入口区域行驶时与前车之间的速度差和间距会发生改变，进而影响单个车辆的瞬时一致性，另一方面，由于车辆在隧道入口区域行驶时具有理想的速度曲线，因此其实际速度与理想速度之间的差值亦可以反映单个车辆的一致性程度，此外，鉴于车车协同系统中，多前车信息也会影响车辆的行驶状态，因此在单个车辆的瞬时一致性中也应适当考虑；

所述步骤2)中针对隧道入口区域的单个车辆瞬时一致性的定量计算公式为：

其中，||·||表示欧式范数，表示整个协同系统中所有辆的平均速度，m表示车辆能感知到的前车数量，v_w表示根据步骤1确定的隧道入口区域车辆理想行驶速度；

步骤3)计算隧道入口区域车辆协同一致性定量值：

对于车车协同系统而言，系统整体的一致性由各个车辆的瞬时一致性组成，而处于不同位置的车辆对整个系统一致性的影响程度也不相同，相较于其他位置，位于车流上游的车辆状态对车车协同系统状态的影响更大，对车车协同系统的一致性影响程度也更大，这表明在计算车车协同系统的整体一致性时，需要着重考虑系统中上游车辆的影响；

所述对隧道入口区域的单个车辆瞬时一致性的定量计算公式中，Dim(V_n)和Dim(ΔX_n)的计算方式如下：

Dim(V_n)＝[ξ₁dim(v_n-v_n+1) ... ξ_mdim(v_n-v_n+m)]

Dim(ΔX_n)＝[ξ₁dim(Δx_n-Δx_n+1) ... ξ_mdim(Δx_n-Δx_n+m)]

相关系数的计算方式如下：

步骤4)评价隧道入口区域车车协同效果：

从步骤3)中的隧道入口区域车辆协同一致性定量值的计算过程可以看出，Π(t)的大小与车车协同系统中的车辆数量N强相关，因此可以利用车辆数量N设置合适的隧道入口区域车辆协同效果等级的划分标准，鉴于此，根据步骤3)计算得到的车车协同系统定量评价指标Π(t)，将隧道入口区域的车辆协同效果分为A、B、C、D四个等级，具体如下：

以上等级中，协同效果从好到差的顺序为：A、B、C、D，车车协同系统可根据实际计算的定量评价指标Π(t)，并结合以上分类标准确定车辆协同效果对应的等级；

基于所述步骤3)中的分析，隧道入口区域车车协同系统一致性定量计算公式为：

式中的N表示整个车车协同系统中的车辆总数，μ为调整系数，γ(t)为单个车辆瞬时一致性定量值。

2.根据权利要求1所述的一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，其特征在于，根据隧道入口区域单个车辆瞬时一致性定量值计算公式可知，当目标车辆与多前车的速度相同，车间距相等，且速度为理想速度时，其γ_n(t)的计算结果最小，与其他车辆之间的一致性程度最高，换言之，γ_n(t)的值越小，表明在隧道入口区域，目标车辆与其他车辆的协同效果越好。

3.根据权利要求1所述的一种隧道入口区域车辆协同一致性评价方法，其特征在于，观察隧道入口区域车车协同系统一致性定量计算方式可知，车车协同系统一致性的定量描述是单个车辆瞬时一致性的加权和，并且越处于上游的车辆权重系数越大，同时，车车协同系统定量评价指标Π(t)越小，表明处于隧道入口区域的车车协同系统的一致性程度越高，整个系统的协同效果越好，反之则协同效果越差。