CN115909738A - 智能网联环境下紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能网联环境下紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法,适用于道路基本路段上紧急车辆的优先通行,该智能网联环境为道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆,该方法根据紧急车辆的移动安全区间与前车车头间距之间的关系,及时控制相应车辆与周围车辆相互配合完成协同换道,以保证紧急车辆的优先通行;以流量平衡和间距平衡为调控原则,对紧急车辆上游路段的车辆进行调控,使紧急车辆上游交通流均匀分布,从而能提高道路交通流的整体通行效率。
Description
技术领域
本发明属于智能交通管控领域,具体是一种智能网联环境下紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法。
背景技术
近十几年来,随着道路交通的迅速发展,交通事故也频繁发生,当道路发生交通事故后,紧急救援车辆(比如消防车、救护车、警车或其他紧急呼叫车辆)如果不能在第一时间到达事故现场,则会增加事故的死亡率,对事故相关人员的人身财产造成巨大损失。
目前关于紧急车辆优先通行的研究,在城市道路交叉口处,以对紧急车辆实施信号优先控制为主。对路段而言,以紧急车辆避让前方障碍物,为其规划最优行驶路径为主。现有研究很少从微观层面去研究路段上的常规车辆如何避让紧急车辆,且也未考虑避让紧急车辆后如何快速恢复到正常的交通,容易发生避让紧急车辆后道路上交通流分布不均的现象,从而降低道路整体的通行能力。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的不足之处,提供一种智能网联环境下紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法,以期能及时控制紧急车辆前方车辆与周围车辆相互配合完成协同换道,保证紧急车辆的优先通行,同时对紧急车辆上游路段的车辆进行调控,使紧急车辆上游交通流均匀分布,从而能提高道路交通流的整体通行效率。
本发明为达到上述发明目的,采用如下技术方案:
本发明一种智能网联环境下紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法,所述智能网联环境为道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆,且行驶在单向双车道上;令紧急车辆EV所行驶的车道为车道a,则另一车道为车道o,其中,所述车道o未达到道路饱和流量,即存在满足车辆换入的间隙,以紧急车辆EV的行驶方向为正方向,且所述紧急车辆EV的行驶速度高于道路上的其他车辆,其特点在于,所述协同调控方法包括以下步骤:
步骤1获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内的车辆信息,包括:车辆位置、速度、车头间距,其中,xEV,a(t)为t时刻车道a上紧急车辆EV在行驶方向上的位置,Sc为避让紧急车辆调控区域的长度;
获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上任意车辆i在行驶方向上的位置xi,a(t)、行驶速度vi,a(t),i=1,2,3…na(t),na(t)表示t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上的车辆总数;
获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道o上任意车辆k在行驶方向上的位置xk,o(t)、行驶速度vk,o(t),k=1,2,3…no(t),no(t)表示t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道o上的车辆总数;
式(1)中,vEV,a(t)为t时刻紧急车辆EV在车道a上的行驶速度,且vEV,a(t)>vi,a(t);t0表示车辆完成换道所需时间;表示为满足车道a上车辆i安全换道间距的所需时间,并由式(2)获得;ht为最小车头时距;S0表示停车安全距离;
式(2)中,表示车道a上的车辆i在车道o上的前车j加速到满足车辆i安全换道条件的时间,若则令否则,利用式(3)获得 表示车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1减速到满足车辆i安全换道条件的时间,若则令否则,利用式(4)获得
式(3)和式(4)中,xj,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的前车j在行驶方向上的位置;xj+1,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1在行驶方向上的位置;vj,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的前车j的行驶速度;vj+1,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1的行驶速度;表示t时刻车道a上的车辆i换道的前安全距离,并由式(5)获得;表示t时刻车道a上的车辆i换道的后安全距离,并由式(6)获得;b1表示车辆的舒适加速度;b2表示车辆的舒适减速度;
式(5)和式(6)中,Δt表示采集车辆信息的时间间隔,lveh表示车辆长度;
步骤3确定t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上需要换道的车辆;
步骤3.1令i=1;
步骤3.3将i+1赋值给i,返回步骤3.2继续确定t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上的下一辆车的行驶状态,直至i>na(t);
步骤4获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内的车辆信息,包括:车辆位置、速度、车头间距,L为流量恢复区域的长度;
获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道a上任意车辆μ在行驶方向上的位置xμ,a(t)、行驶速度vμ,a(t),μ=1,2,3…ma(t),ma(t)表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道a上的车辆总数;
获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上任意车辆γ在行驶方向上的位置xγ,o(t)、行驶速度vγ,o(t),γ=1,2,3…mo(t),mo(t)表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆总数;
步骤5当ma(t)<mo(t)时,则继续执行步骤6;否则,表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆不需要进行换道,并继续执行步骤10;
步骤6利用式(8)计算t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆需要向车道a换道的车辆数No→a(t);
步骤7利用式(9)确定t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆以安全间距换道到车道a的可行换道车辆集合Ro→a(t):
式(9)中,xβ,a(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的前车β在行驶方向上的位置;xβ+1,o(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的后车β+1在行驶方向上的位置;vβ+1,o(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的后车β+1的行驶速度;表示t时刻车道o上的车辆γ换道的前安全距离;表示t时刻车道o上车辆γ换道的后安全距离;
步骤8若Pt≤No→a(t),则令可行换道车辆集合Ro→a(t)中的全部车辆由车道o换道至车道a上;若Pt>No→a(t),则执行步骤9;其中,Pt表示t时刻可行换道车辆集合Ro→a(t)中可行换道车辆的数量;
步骤9根据步骤4中所获取的t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内的车辆信息确定可行换道车辆集合Ro→a(t)中全部车辆与车道o上前车的车头间距,并按照车头间距对Ro→a(t)进行升序排列,得到排序后的可行换道车辆集合R′o→a(t),从而选R′o→a(t)中的前Pt辆车换道至车道a上;
步骤10将t+Δt赋值给t,返回步骤1顺序执行,继续对t+Δt时刻避让紧急车辆调控区域和流量恢复区域的车辆进行调控,直至紧急车辆EV驶达到目的地。
本发明一种电子设备,包括存储器以及处理器,其特点在于,所述存储器用于存储支持处理器执所述的交通流协同调控方法的程序,所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
本发明一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,其特点在于,所述计算机程序被处理器运行时所述的交通流协同调控方法的步骤。
与已有技术相比,本发明的有益技术效果体现在:
1、本发明在智能网联环境下,提供一种紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法,该方法根据紧急车辆的移动安全区间与前车车头间距之间的关系,及时控制紧急车辆前方相应车辆与周围车辆相互配合完成协同换道,保证了紧急车辆的优先通行,提高了紧急车辆的通行效率。
2、本发明以流量平衡和间距平衡为调控原则,对紧急车辆上游流量恢复区域的车辆进行调控,使紧急车辆上游交通流均匀分布,从而提高了道路交通流的整体通行效率。
3、本发明利用网联自动驾驶车辆信息实时共享的优越性,实时获取紧急车辆附近的交通状态信息,从而保证了协同调控的精确性。
附图说明
图1为本发明的总体流程图;
图2为本发明的场景示意图。
具体实施方式
本实施例中,一种智能网联环境下紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法,适用于道路基本路段上紧急车辆的优先通行,如图2所示,智能网联环境为道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆,且行驶在单向双车道上,智能网联车辆安装了集成传感器可以感知周围交通环境变化;令紧急车辆所行驶的车道为车道a,则另一车道为车道o,其中,车道o未达到道路饱和流量,即存在满足车辆换入的间隙,以紧急车辆EV的行驶方向为正方向,且紧急车辆EV的行驶速度高于道路上的其他车辆;
如图1所示,紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法按照以下步骤执行:
步骤1如图2所示,通过安装在道路上的智能路侧设备获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内的车辆信息,包括:车辆位置、速度、车头间距,其中,xEV,a(t)为t时刻车道a上紧急车辆EV在行驶方向上的位置,Sc为避让紧急车辆调控区域的长度,一般可取网联自动驾驶车辆的通信距离;
获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上任意车辆i在行驶方向上的位置xi,a(t)、行驶速度vi,a(t),i=1,2,3…na(t),na(t)表示t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上的车辆总数;
获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道o上任意车辆k在行驶方向上的位置xk,o(t)、行驶速度vk,o(t),k=1,2,3…no(t),no(t)表示t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道o上的车辆总数;
式(1)中,vEV,a(t)为t时刻紧急车辆EV在车道a上的行驶速度,且vEV,a(t)>vi,a(t);t0表示车辆完成换道所需时间;表示为满足车道a上车辆i安全换道间距的所需时间,并由式(2)获得;ht为最小车头时距;S0表示停车安全距离;
式(2)中,表示车道a上的车辆i在车道o上的前车j加速到满足车辆i安全换道条件的时间,若则令否则,利用式(3)获得 表示车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1减速到满足车辆i安全换道条件的时间,若则令否则,利用式(4)获得
式(3)和式(4)中,xj,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的前车j在行驶方向上的位置;xj+1,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1在行驶方向上的位置;vj,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的前车j的行驶速度;vj+1,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1的行驶速度;表示t时刻车道a上的车辆i换道的前安全距离,并由式(5)获得;表示t时刻车道a上的车辆i换道的后安全距离,并由式(6)获得;b1表示车辆的舒适加速度;b2表示车辆的舒适减速度;
式(5)和式(6)中,Δt表示采集车辆信息的时间间隔,lveh表示车辆长度;
步骤3根据紧急车辆的移动安全区间对其避让紧急车辆调控区域内的前方车辆进行遍历,确定t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上需要换道的车辆;具体步骤按步骤3.1-3.3执行;
步骤3.1令i=1;
步骤3.3将i+1赋值给i,返回步骤3.2继续确定t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上的下一辆车的行驶状态,直至i>na(t);
步骤4如图2所示,通过安装在道路上的智能路侧设备获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内的车辆信息,包括:车辆位置、速度、车头间距,L为流量恢复区域的长度;
获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道a上任意车辆μ在行驶方向上的位置xμ,a(t)、行驶速度vμ,a(t),μ=1,2,3…ma(t),ma(t)表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道a上的车辆总数;
获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上任意车辆γ在行驶方向上的位置xγ,o(t)、行驶速度vγ,o(t),γ=1,2,3…mo(t),mo(t)表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆总数;
步骤5当ma(t)<mo(t)时,则继续执行步骤6;否则,表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆不需要进行换道,并继续执行步骤10;
步骤6根据车道流量平衡原则利用式(8)计算t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆需要向车道a换道的车辆数No→a(t);
步骤7利用式(9)确定t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆以安全间距换道到车道a的可行换道车辆集合Ro→a(t):
式(9)中,xβ,a(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的前车β在行驶方向上的位置;xβ+1,o(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的后车β+1在行驶方向上的位置;vβ+1,o(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的后车β+1的行驶速度;表示t时刻车道o上的车辆γ换道的前安全距离;表示t时刻车道o上车辆γ换道的后安全距离;
步骤8若Pt≤No→a(t),则令可行换道车辆集合Ro→a(t)中的全部车辆由车道o换道至车道a上;若Pt>No→a(t),则执行步骤9;其中,Pt表示t时刻可行换道车辆集合Ro→a(t)中可行换道车辆的数量;
步骤9根据步骤4中所获取的t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内的车辆信息确定可行换道车辆集合Ro→a(t)中全部车辆与车道o上前车的车头间距,并按照车头间距对Ro→a(t)进行升序排列,得到排序后的可行换道车辆集合R′o→a(t),从而选R′o→a(t)中的前Pt辆车换道至车道a上;
步骤10将t+Δt赋值给t,返回步骤1顺序执行,继续对t+Δt时刻避让紧急车辆调控区域和流量恢复区域的车辆进行调控,直至紧急车辆EV驶达到目的地。
本实施例中,一种电子设备,包括存储器以及处理器,该述存储器用于存储支持处理器执行上述交通流协同调控方法的程序,该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
本实施例中,一种计算机可读存储介质,是在计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器运行时执行上述交通流协同调控方法的步骤。
Claims (3)
1.一种智能网联环境下紧急车辆优先通行的交通流协同调控方法,所述智能网联环境为道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆,且行驶在单向双车道上;令紧急车辆EV所行驶的车道为车道a,则另一车道为车道o,其中,所述车道o未达到道路饱和流量,即存在满足车辆换入的间隙,以紧急车辆EV的行驶方向为正方向,且所述紧急车辆EV的行驶速度高于道路上的其他车辆,其特征在于,所述协同调控方法包括以下步骤:
步骤1获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内的车辆信息,包括:车辆位置、速度、车头间距,其中,xEV,a(t)为t时刻车道a上紧急车辆EV在行驶方向上的位置,Sc为避让紧急车辆调控区域的长度;
获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上任意车辆i在行驶方向上的位置xi,a(t)、行驶速度vi,a(t),i=1,2,3…na(t),na(t)表示t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上的车辆总数;
获取t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道o上任意车辆k在行驶方向上的位置xk,o(t)、行驶速度vk,o(t),k=1,2,3…no(t),no(t)表示t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道o上的车辆总数;
式(1)中,vEV,a(t)为t时刻紧急车辆EV在车道a上的行驶速度,且vEV,a(t)>vi,a(t);t0表示车辆完成换道所需时间;表示为满足车道a上车辆i安全换道间距的所需时间,并由式(2)获得;ht为最小车头时距;S0表示停车安全距离;
式(2)中,表示车道a上的车辆i在车道o上的前车j加速到满足车辆i安全换道条件的时间,若则令否则,利用式(3)获得 表示车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1减速到满足车辆i安全换道条件的时间,若则令否则,利用式(4)获得
式(3)和式(4)中,xj,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的前车j在行驶方向上的位置;xj+1,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1在行驶方向上的位置;vj,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的前车j的行驶速度;vj+1,o(t)为t时刻车道a上的车辆i在车道o上的后车j+1的行驶速度;表示t时刻车道a上的车辆i换道的前安全距离,并由式(5)获得;表示t时刻车道a上的车辆i换道的后安全距离,并由式(6)获得;b1表示车辆的舒适加速度;b2表示车辆的舒适减速度;
式(5)和式(6)中,Δt表示采集车辆信息的时间间隔,lveh表示车辆长度;
步骤3确定t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上需要换道的车辆;
步骤3.1令i=1;
步骤3.3将i+1赋值给i,返回步骤3.2继续确定t时刻避让紧急车辆调控区域[xEV,a(t),xEV,a(t)+Sc]内车道a上的下一辆车的行驶状态,直至i>na(t);
步骤4获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内的车辆信息,包括:车辆位置、速度、车头间距,L为流量恢复区域的长度;
获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道a上任意车辆μ在行驶方向上的位置xμ,a(t)、行驶速度vμ,a(t),μ=1,2,3…ma(t),ma(t)表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道a上的车辆总数;
获取t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上任意车辆γ在行驶方向上的位置xγ,o(t)、行驶速度vγ,o(t),γ=1,2,3…mo(t),mo(t)表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆总数;
步骤5当ma(t)<mo(t)时,则继续执行步骤6;否则,表示t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆不需要进行换道,并继续执行步骤10;
步骤6利用式(8)计算t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆需要向车道a换道的车辆数No→a(t);
步骤7利用式(9)确定t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内车道o上的车辆以安全间距换道到车道a的可行换道车辆集合Ro→a(t):
式(9)中,xβ,a(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的前车β在行驶方向上的位置;xβ+1,o(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的后车β+1在行驶方向上的位置;vβ+1,o(t)为t时刻车道o上的车辆γ在车道a上的后车β+1的行驶速度;表示t时刻车道o上的车辆γ换道的前安全距离;表示t时刻车道o上车辆γ换道的后安全距离;
步骤8若Pt≤No→a(t),则令可行换道车辆集合Ro→a(t)中的全部车辆由车道o换道至车道a上;若Pt>No→a(t),则执行步骤9;其中,Pt表示t时刻可行换道车辆集合Ro→a(t)中可行换道车辆的数量;
步骤9根据步骤4中所获取的t时刻流量恢复区域[xEV,a(t)-L,xEV,a(t)]内的车辆信息确定可行换道车辆集合Ro→a(t)中全部车辆与车道o上前车的车头间距,并按照车头间距对Ro→a(t)进行升序排列,得到排序后的可行换道车辆集合R′o→a(t),从而选R′o→a(t)中的前Pt辆车换道至车道a上;
步骤10将t+Δt赋值给t,返回步骤1顺序执行,继续对t+Δt时刻避让紧急车辆调控区域和流量恢复区域的车辆进行调控,直至紧急车辆EV驶达到目的地。
2.一种电子设备,包括存储器以及处理器,其特征在于,所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1所述的交通流协同调控方法的程序,所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
3.一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1所述的交通流协同调控方法的步骤。
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2022
- 2022-11-22 CN CN202211464482.7A patent/CN115909738B/zh active Active
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