CN116052455B - 智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法和系统。其中,方法包括:获取高速公路上车道数量减小后的平稳区车速V 平稳;当车辆驶入所述平稳区上游一定区域时,实时确定每一时刻对应的第二驾驶员反应区、第二减速区和第二过渡区;当车辆位置与一时刻对应的第二驾驶员反应区的起始位置重合时,提醒驾驶员减速;当车辆位置与另一时刻对应的第二减速区的起始位置重合时,检测车辆在所述另一时刻的减速度是否为0;如果是,再次提醒驾驶员减速;当车辆位置与又一时刻对应的第二过渡区的起始位置重合时,检测车辆在所述又一时刻的速度是否达到V 平稳,如果否,直接控制车辆进行减速。本实施例实现车辆的精准减速控制。
Description
技术领域
本发明实施例涉及智能交通控制技术领域,尤其涉及一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法和系统。
背景技术
随着5G、人工智能、大数据、云计算、传感器、自动驾驶、车路协同和车联网等技术的发展成熟,车辆的智能化、网联化程度越来越高,智能网联车辆在实际道路的占比逐步提升,若将来所有车辆均具备网联功能,在道路通行能力保持不变的情况下,可使得道路的通行效率有所提升。但对于车道变窄路段,由于其道路通行能力的减小,在上游路段交流量不变的情况下,若不能对车辆速度进行合理的控制,则更易存在较大的安全风险,进而导致事故的发生。
CN203070533U提供了一种高速公路瓶颈路段可变限速控制系统,当高速公路出现瓶颈路段时,分路段设置可变限速标志牌,由交通控制机 根据检测的实时交通流量利用二次规划算法结合速度约束条件求解各路段的最优限速值发送给各可变限速标志牌进行显示,以提醒司机合理安排车速。CN110619758A提供了一种自动驾驶车辆的车道选择方法、系统及车辆,在匝道变窄的情况下对自动驾驶车辆的车道选择进行规划,使所选车道更加符合人的驾驶习惯,避免大幅度跨道。
其中,CN203070533U仅对路段实现了可变限速提醒,同一路段内所有车辆的提醒策略是一样的;而CN110619758A仅实现了车道选择,并未涉及车辆的速度控制。两件专利均没有实现对车辆减速的精确控制,且并不能保证减速到安全速度。
发明内容
本发明实施例提供一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法和系统,针对车道变窄区域的上游车辆,根据每一辆车的行驶信息为车辆提供精准减速策略,确保车辆及时减速到安全速度。
第一方面,本发明实施例提供了一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法,其中,在高速公路车道数量减小的路段,将上游用于控制车辆减速到特定速度的区域划分为驾驶员反应区、减速区和过渡区,其中,减速区反映了车辆在及时减速的情况下减速到特定速度需要的距离,过渡区反映了车辆在未及时减速的情况下、驶出减速区后继续减速到特定速度需要的距离:
所述方法包括:
获取高速公路上车道数量减小后的平稳区车速V 平稳;
当车辆驶入所述平稳区上游一定区域时,对车辆开启减速控制,使车辆减速到V 平稳后驶入所述平稳区,其中,所述一定区域包括根据最高车速和最低减速度确定的第一驾驶员反应区、第一减速区和第一过渡区,且能够为车辆减速到V 平稳提供充足的距离,所述最低减速度指减速度大于0时的最小值;
具体的减速控制方式包括:
根据实际车速和最低减速度,实时确定每一时刻对应的第二驾驶员反应区、第二减速区和第二过渡区;
当一时刻的车辆位置与所述一时刻对应的第二驾驶员反应区的起始位置重合时,提醒驾驶员减速;
车辆继续行驶,当另一时刻的车辆位置与所述另一时刻对应的第二减速区的起始位置重合时,检测车辆在所述另一时刻的减速度是否为0;如果是,再次提醒驾驶员减速;
车辆继续行驶,当又一时刻的车辆位置与所述又一时刻对应的第二过渡区的起始位置重合时,检测车辆在所述又一时刻的速度是否达到V 平稳,如果否,直接控制车辆进行减速。
第二方面,本发明实施例提供一种控制设备,包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现上述的智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法。
第三方面,本发明实施例提供一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制系统,包括:
车载设备,用于提供车辆信息,包括车辆位置、车速、减速度;
路侧设备,用于提供道路信息,包括道路车道数量;
上述控制设备,用于根据所述车辆信息和道路信息,辅助控制车辆运行;
通信设备,用于实现所述控制设备、车载设备和路侧设备之间的通信。
本发明实施例本提供一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法,根据车辆行驶规律将车道变窄路段上游的车辆减速区划分为驾驶员反应区、减速区和过渡区,对车辆进行分阶段、分区域减速控制,充分保证车辆以安全速度驶入平稳区。具体的,首先根据当前路段的最高车速和最低减速度计算长度最长的三个区域,确定对车辆进行减速控制相关计算的开启时机,实现减速控制策略与路段的匹配;然后实时计算每一时刻对应的三个区域,在不同区域执行不同的减速控制,实现了减速控制策略与车辆、时刻的匹配;从而对特定路段、每一车辆、每一时刻进行精准减速控制,有效降低车道变窄路段安全风险,缓解交通拥堵,有效提升路网运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制系统的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法的流程图。
图3为本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法。为了说明该方法,优先介绍实现该方法的系统架构。图1是本发明实施例提供的一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制系统的结构示意图。如图1所示,该系统包括车载设备、路侧设备、控制设备和通信设备,且当前路段下的所有车辆均为智能网联车辆。
其中,车载设备用于向控制设备提供车辆信息,包括车辆位置、车速、减速度等;车载设备可以为车内V2X设备。路侧设备用于向控制设备提供道路信息,包括道路车道数量等;路侧设备可以为路侧智能摄像头。控制设备用于根据所述车辆信息和道路信息,辅助控制车辆运行;控制设备可以为边缘计算设备。通信设备用于实现所述控制设备、车载设备和路侧设备之间的通信,通信设备可以为5G基站。
本发明实施例的智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法由所述控制设备执行,目的是在高速公路车道数量减小的情况下,在减小路段上游提前为每辆车提供精准的减速控制策略,将驾驶员控制和云端控制相结合,辅助每辆车在到达车道数量减小的区域前平稳减速到安全速度,避免由于车道变窄带来的安全风险。如图1所示,该减速控制策略中将车道数量减小后的路段称为平稳区,对应图1中的DE路段,此区域内各车辆的车速基本调整完毕,能够有序平稳前行。平稳区的开始位置可以通过路侧摄像头上传的车道数量信息来确定,从车道数减少处开始算起至下游1km处。平稳区上游用于控制车辆减速的区域,被划分为依次排列的驾驶员反应区、减速区和过渡区三个区域。
具体的,驾驶员反应区对应图1中的AB路段,指驾驶员从接收到减速提醒到执行减速操作的时段内车辆行驶的区间。所述驾驶员反应区长度L 反应的计算公式为:
其中,V 实际表示当前时刻的实际车速,T 反应为驾驶员反应时间,即认为:在驾驶员反应时间内,车辆以实际车速V 实际均速行驶。
减速区对应图1中的BC路段,指从驾驶员执行减速操作到减速到安全车速的时段内车辆行驶的区间,其中,安全车速可以取平稳区的平均车速。减速区反映了车辆在及时减速的情况下减速到安全速度需要的距离,所述减速区长度的计算公式为:
过渡区对应图1中的CD路段,对于在减速区内未将车速减速至安全车速的车辆,可以在过渡区内在此减速,保障车辆最终以安全车速进入平稳区。过渡区反映了车辆在未及时减速的情况下、驶出减速区后继续减速到安全速度需要的距离,所述过渡区长度L 过渡的计算公式为:
其中, 过渡表示过渡区的减速度,表征了车辆在过渡区确实采取了减速措施时至少能够达到的减速效果。采用公式(3)计算过渡区长度,默认车辆在减速区内并没有进行减速,计算得到L 过渡是偏大的,为二次减速预留了充足的距离。
基于以上三个区域的概念和计算方法,图2是本发明实施例提供的一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法的流程图,适用于在车道变窄路段提前对车辆进行减速控制的情况。该方法图1中的控制设备执行,如图2所示,具体包括如下步骤。
S110、获取高速公路上车道数量减小后的平稳区车速V 平稳。
控制设备根据车辆上传的位置和车速,计算平稳区内的平均车速V 平稳。可选的,公式如下:
其中,N表示平稳区内车辆数量,V i 表示第i辆车的车速。此速度即为车辆行驶到平稳区的安全速度,用于作为减速控制的目标。
S120、当车辆驶入所述平稳区上游一定区域时,对车辆开启减速控制,使车辆减速到V 平稳后驶入所述平稳区,其中,所述一定区域能够为车辆减速到V 平稳提供充足的距离。
具体的,所述一定区域是基于驾驶员反应区、减速区和过渡区的概念,通过最高车速和最低减速度预先计算得到的,表征了提前对车辆进行减速控制的最早时机。本实施例将减速情况下的减速度作为一个正值,值越大,减速越快;加速情况下的减速度为负或为空。最低减速度指减速度大于0时的最小值。通过该方法计算得到的所述一定区域为车辆减速预留了充足的距离,本实施例仅关注该区域内车辆,更上游区域的车辆距离变窄路段尚远,无需过早监控。
可选的,所述一定区域的确定过程包括如下步骤:
步骤一、从所述平稳区开始逐步向上游延伸,依次获取各路段的平均车速。也就是说,将平稳区上游的区域划分为多个更小的路段,依次统计各路段内的平均车速。由于车道变窄区域会引起拥堵,因此从平稳区域向上游延伸,各路段的平均车速是逐路段增大的。
步骤二、如果出现多个连续路段的平均车速保持稳定,将所述多个连续路段识别为拥堵开始的位置。当出现连续多个路段的平均车速不再继续减小,而是稳定在某一车速上下时,表明更上游的区域没有受到拥堵的影响,当前车速平稳的区域就是拥堵开始的区域。这时可以将所述多个连续路段的平均位置作为拥堵开始的位置。
步骤三、根据所述拥堵开始的位置,确定上游车辆减速到所述平稳区的最低减速度。拥堵开始的位置能够反映车辆开始减速的大致区间,实际行驶中车辆从该位置到平稳区并非持续减速的,可能时而减速、时而匀速行驶。因此在车辆从所述拥堵开始的位置,以恒定的、非0的减速度持续减速到所述平稳区的情况下,减速时间最长,减速最慢,对应的减速度是最低的。据此可以根据公式(4),计算上游车辆减速到所述平稳区的最低减速度 min:
其中,S表示所述拥堵开始的位置到所述平稳区的距离,V S 表示所述拥堵开始的位置的平均车速。
值得一提的是,由于拥堵情况下车辆加速的概率比较小,即便加速其加速度不会很大,因此本实施例中认为拥堵路段内(包括驾驶员反应区、减速区和过渡区),车辆要么减速、要么匀速行驶,忽略加速的情况。
步骤四、将最高车速作为V 实际、所述最低减速度作为 减速和/> 过渡代入公式(1)(2)(3),得到一组驾驶员反应区、减速区和过渡区的长度。可选的,最高车速取高速公路当前路段的最高限速。从公式(1)(2)(3)的表达式可以看出,V 实际越大,/> 减速和/> 过渡越小,三个区域的距离越长。因此以最高车速作为V 实际、所述最低减速度作为/> 减速和/> 过渡,计算得到的各区域长度是最长的,在进入这三个连续区域时开启减速控制的相关计算,足以保证车辆的减速时间。
进一步的,当车辆进入第一驾驶员反应区后,对车辆进行减速控制的具体方式包括如下步骤:
S121、根据实际车速和最低减速度,实时确定每一时刻对应的第二驾驶员反应区、第二减速区和第二过渡区。可选的,当检测到车辆驶入所述一定区域时,控制设备根据车辆的实际车速和最低减速度,以一定时间间隔周期性计算每一时刻对应的一组驾驶员反应区、减速区和过渡区长度。
由公式(1)(2)(3)的表达式可以看出,当车速、车辆减速度发生变化时,三个区域的长度也是动态变化的。为了便于区分和描述,将上述步骤一到步骤四得到的一组驾驶员反应区、减速区和过渡区称为第一驾驶员反应区、第一减速区和第一过渡区,该组区域的位置和长度是固定不变的,用于确定开启减速控制相关计算的时机;同时,将本步骤得到的一组驾驶员反应区、减速区和过渡区称为第二驾驶员反应区、第二减速区和第二过渡区,该组区域的位置和长度是随时间动态变化的,每一时刻对应一组第二驾驶员反应区、第二减速区和第二过渡区。
在一具体实施方式中,对于任一时刻而言,将所述时刻的实际车速作为V 实际代入公式(1),可以得到所述时刻对应的第二驾驶员反应区长度;将所述时刻的实际车速作为V 实际、将 min作为/> 减速和/> 过渡分别代入公式(2)(3),得到计算所述时刻对应的第二减速区长度和第二过渡区长度。
步骤二、当一时刻t 1的车辆位置与t 1时刻对应的第二驾驶员反应区的起始位置重合时,提醒驾驶员减速。参照图1,第一驾驶员反应区、第一减速区和第一过渡区的长度是最长的,车辆在t 0时刻驶入所述第一驾驶员反应区后距离t 0时刻的第二驾驶员反应区还有一定距离。这时,继续观测车辆位置并动态更新第二驾驶员反应区的起始位置,当t 1时刻的车辆正好驶入t 1时刻的第二驾驶员反应区时,控制设备提醒驾驶员开始减速。
步骤三、车辆继续行驶,当另一时刻t 2的车辆位置与t 2时刻的第二减速区的起始位置重合时,检测车辆在所述t 2时刻的减速度是否为0。如果为0,表明驾驶员已进入减速区却未及时减速,则再次提醒驾驶员减速;如果不是,表明驾驶员已开始减速,则不进行任何操作。
步骤四、车辆继续行驶,当又一时刻t 3的车辆位置与所述t 3时刻对应的第二过渡区的起始位置重合时,检测车辆在t 3时刻的速度是否达到V 平稳。如果是,表明车辆已减速到位,可以保持V 平稳继续行驶直到平稳区。如果否,表明车辆在减速区未减速到位,需要通过过渡区的继续减速来达到V 平稳。这时,控制设备可以在提醒驾驶员的同时,直接控制车辆速度,通过驾驶员和控制设备的配合,共同控制达到减速目标。可选的,当 实际小于/> min时,直接控制车辆以/> min进行减速,确保车辆一定能在过渡区内减速到V 平稳。
需要说明的是,随着时间的推移,后一时刻对应的第二驾驶员反应区、第二减速区和第二过渡区的长度,是分别小于前一时刻对应的三个区域长度的,因此t 0<t 1<t 2<t 3。这是由“拥堵路段下车辆保持减速或匀速行驶,加速概率极小”这一事实规律决定的,后一时刻的V 实际≤前一时刻的V 实际,且 减速=/> 过渡=/> min,再结合公式(1)(2)(3)的表达式,即可得出上述结论。小概率的加速情况可视为某些时刻的计算误差,且拥堵路段下加速度不会很大,不影响算法的整体执行。
在上述控制流程之外,控制设备还可以根据车辆与前后车之间的TTC监控碰撞风险;如果风险程度达到设定程度,可以直接控制车辆加速或减速,该措施作为高风险情况下的紧急措施,属于拥堵路段下概率极小的加速情况。如果这些情况对算法某一时刻的规律发生扰动,可以在后续多个时刻的连续运算中逐步消除,不影响算法的整体执行。
本实施例提供一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法,根据车辆行驶规律将车道变窄路段上游的车辆减速区划分为驾驶员反应区、减速区和过渡区,对车辆进行分阶段、分区域减速控制,充分保证车辆以安全速度驶入平稳区。具体的,首先通过对车道变窄路段的速度统计,确定发生拥堵的开始位置并估算出整个拥堵路段内的最低减速度,实现减速策略与路段的匹配;然后根据最低减速度得出对车辆开启减速控制相关计算的时机,并实时计算每一时刻的三个区域,在不同区域执行不同的减速控制,实现了减速控制策略对车辆和时间的匹配;从而实现了对特定路段、每一车辆、每一时刻的精准减速控制,有效降低车道变窄路段安全风险,缓解交通拥堵,有效提升路网运行效率。
图3为本发明实施例提供的一种控制设备的结构示意图,如图3所示,该设备包括处理器50、存储器51、输入装置52和输出装置53;设备中处理器50的数量可以是一个或多个,图3中以一个处理器50为例;设备中的处理器50、存储器51、输入装置52和输出装置53可以通过总线或其他方式连接,图3中以通过总线连接为例。
存储器51作为一种计算机可读存储介质,可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块,如本发明实施例中的智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法对应的程序指令/模块。处理器50通过运行存储在存储器51中的软件程序、指令以及模块,从而执行设备的各种功能应用以及数据处理,即实现上述的智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法。
存储器51可主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序;存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外,存储器51可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中,存储器51可进一步包括相对于处理器50远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置52可用于接收输入的数字或字符信息,以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置53可包括显示屏等显示设备。
Claims (10)
1.一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法,其特征在于,在高速公路车道数量减小的路段,将上游用于控制车辆减速到特定速度的区域划分为依次排列的驾驶员反应区、减速区和过渡区,其中,减速区反映了车辆在及时减速的情况下减速到特定速度需要的距离,过渡区反映了车辆在未及时减速的情况下、驶出减速区后继续减速到特定速度需要的距离:
所述方法包括:
当车辆驶入所述平稳区上游一定区域时,对车辆开启减速控制,使车辆减速到后驶入所述平稳区,其中,所述一定区域包括根据最高车速和最低减速度确定的第一驾驶员反应区、第一减速区和第一过渡区,所述最低减速度指减速度大于0时的最小值;所述第一驾驶员反应区、第一减速区和第一过渡区分别为长度最长的驾驶员反应区、减速区和过渡区,在进入这三个连续区域时开启减速控制的相关计算,能够为车辆减速到/>提供充足的距离;
具体的,当车辆进入第一驾驶员反应区后对车辆进行减速控制的方式包括如下步骤:
根据实际车速和最低减速度,实时确定每一时刻对应的第二驾驶员反应区、第二减速区和第二过渡区;
当一时刻的车辆位置与所述一时刻对应的第二驾驶员反应区的起始位置重合时,提醒驾驶员减速;
车辆继续行驶,当另一时刻的车辆位置与所述另一时刻对应的第二减速区的起始位置重合时,检测车辆在所述另一时刻的减速度是否为0;如果是,再次提醒驾驶员减速;
6.根据权利要求1所述的方法,所述最高车速为高速公路的最高限速。
7.根据权利要求1所述的方法,所述直接控制车辆进行减速,包括:
当车辆实际减速度小于所述最低减速度时,直接控制车辆以所述最低减速度进行减速。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述具体的控制方式还包括:
根据车辆与前后车之间的TTC监控碰撞风险;
如果风险程度达到设定程度,直接控制车辆加速或减速。
9.一种控制设备,其特征在于,包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序,
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一所述的智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制方法。
10.一种智能网联环境下车道变窄路段风险预警控制系统,其特征在于,包括:
车载设备,用于提供车辆信息,包括车辆位置、车速、减速度;
路侧设备,用于提供道路信息,包括道路车道数量;
如权利要求9所述的控制设备,用于根据所述车辆信息和道路信息,辅助控制车辆运行;
通信设备,用于实现所述控制设备、车载设备和路侧设备之间的通信。
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