CN116740943A - 一种智能网联外置左转车道动态控制方法及系统 - Google Patents

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CN116740943A CN202311001788.3A CN202311001788A CN116740943A CN 116740943 A CN116740943 A CN 116740943A CN 202311001788 A CN202311001788 A CN 202311001788A CN 116740943 A CN116740943 A CN 116740943A
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Abstract

本发明公开一种智能网联外置左转车道动态控制方法及系统，控制方法包括：监测周期时间内路段上的车辆位置、速度、行驶路线、车型种类；判断有左转需求的车辆能否顺利换道到左转车道；评估左转车辆对交通安全和运行效率的影响以及车辆路口范围完成左转操作的难度；决策是否启用外置左转车道，并调整相应的信号相位；为监测的车辆提供车速和车道引导，完成本周期的外置左转车道动态控制。控制系统包括车辆信息采集模块、数据传输和共享模块、数据分析和处理模块、交通控制模块、信息服务和导航模块。

Description

一种智能网联外置左转车道动态控制方法及系统
技术领域
本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种智能网联外置左转车道动态控制方法及系统。
背景技术
作为一种非常规的交通设计及交通管理方案，外置左转车道在国内得到了越来越多的实践应用，有效地减少了交叉口进口道附近的交通冲突，改善了信号交叉口交通运行状况。然而外置左转车道也具有不符合驾驶人驾驶习惯的缺点，会导致车辆误入车道的问题发生，加剧交通冲突并引发交通事故。因此合理的设置外置左转车道才能充分发挥外置左转车道的优势。
随着智能网联技术的发展，车路通信系统在逐渐完善，交通运行的信息来源也在逐渐丰富，应用智能网联交通系统对道路交通环境进行实时高精度感知，可以获取更为丰富的信息，对外置左转车道设置提出了更为精细化控制的要求。已公开的专利文献（CN102956109）以信号交叉口驾驶人选择外置左转车道的概率作为外置左转车道设置的依据；已公开的专利（CN 109377771）对道路左转、掉头以及相交道路右转的交通总流量进行统计，与设定的阈值进行比较作为外置左转设置的依据。已公开的专利和文献都是应用相对宏观的交通数据对外置左转车道的需求进行判定，不能适应实时的车况和路况的变化，对外置左转车道进行动态控制，且均未涉及路段上车辆运行间的干扰对外置左转车道设置的影响，难以规避微观的扰动对交通运行安全和效率的影响。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种智能网联外置左转车道动态控制方法及系统，可以有效解决上述问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种智能网联外置左转车道动态控制方法，包括：
S1.监测周期时间内路段上的车辆位置、速度、行驶路线、车型种类；
S2.判断有左转需求的车辆能否顺利换道到左转车道；
S3.评估左转车辆对交通安全和运行效率的影响以及车辆路口范围完成左转操作的难度；
S4.决策是否启用外置左转车道，并调整相应的信号相位；
S5.为监测的车辆提供车速和车道引导，完成本周期的外置左转车道动态控制。
进一步的，S2的具体步骤如下：
S200：基于监测获得的车辆行驶路线，识别出外侧车道有左转需求的车辆，生成左 转车辆换道需求集合；
S201：外侧车道有左转需求的车辆需要换道至内侧左转车道完成左转，车辆换道 过程中涉及的参与主体H包括换道车辆S、当前车道前车F、目标车道后车和目标车道前车，对换道车辆的换道可行性进行判别，具体公式如下：
（2-1）
式中，、、为换道车辆分别与目标车道后车、目标车道 前车以及当前车道前车换道时需要满足的最小纵向距离；为换道完成时车辆间需 满足的最小纵向间距；为车辆的宽度；为换道车辆与道路水平方向之间的夹角；、 、、为由换道开始至结束目标车道后车、换道车辆、目标车道前车以及当前车道 前车行驶的设计纵向距离；为换道车辆由换道开始至结束过程中涉及的参与主体行 驶的设计纵向距离；为车辆换道过程中涉及的参与主体换道时刻的行驶速度，为换 道车辆换道持续时间；
S202：外侧车道有左转需求的车辆的换道受到时空条件限制，若换道车辆能够 在当前位置直接换道或仅通过调整自身车速即可换道至内侧左转车道，则认定该车辆左转 换道条件为自由换道，归为集合；若换道车辆在换道过程中，需要目标车道上的 车辆调整车速礼让，以提供充足的换道空间，则认定该车辆换道条件为协同换道，归为集合；如果换道车辆在其他车辆的配合下仍然无法寻求到换道空间，则认定该车辆 换道条件为强迫换道，归为集合，具体的判别方式如下：
S2021：自由换道条件的产生分为两种情况：若当前时刻、、满足换道可行性的要求，则当前时刻换道车辆能够完成换道；否则需要综合考虑可 用换道空间、交叉口换道约束、以及车辆车速和加速度的限制，通过下述公式确定换道车辆 车速调整方案：
（2-2）
式中，、、分别为可用换道空间需满足的换道车辆分别与目标车道 后车、目标车道前车、当前车道前车的纵向距离，当换道车辆减速寻求位于后方的换道空间 时不等号右侧取正，反之取负；为换道车辆可用于寻求换道空间的纵向行驶距离，受限 于车辆位置、交织段长度以及路口车辆排队长度；、、、分别为换道车辆寻求换道空 间过程中目标车道后车、换道车辆、目标车道前车、当前车道前车行驶的设计纵向距离；为路口停止线的位置，为当前时刻换道车辆的位置，为路口实线长度，为 路口排队车辆占用的空间长度；为当前时刻换道车辆的行驶速度，为换道车辆行驶的 加速度；，分别为出于车辆性能、安全性、舒适性考虑设定的换道车辆加速度的最 大值和最小值；，分别为出于车辆运行效率和路段限速要求设定的换道车辆行驶 速度的最大值和最小值；为换道车辆寻求换道空间过程持续时间，为换道车辆寻求换道 空间过程中涉及但车速无需调整的参与主体，包括目标车道后车、目标车道前车、当前车道 前车；为换道车辆寻求换道空间过程中主体行驶的设计纵向距离；为主体当前时刻 的行驶速度；
求解公式（2-2），若公式有解说明换道车辆能够通过调整车速寻求到可用的换道空间，则将该换道需求划分为自由换道；
S2022：若公式无解，说明换道车辆不能仅通过调整自身车速寻求到换道空间，需要其他车辆协同配合才能完成换道，为控制换道行为造成干扰的车辆数量，设定换道车辆与当前车道前车以及目标车道邻近的前后车配合完成协同换道，通过式（2-3）确定其他车辆的车速和车道调整方案：
式中，为可用换道空间需满足的换道车辆与目标车道后方第二辆车的纵向 距离，和为决策变量代表目标车道后车是否执行换道操作，参照式（2-2）进行判定，M 为无穷大的值；、分别为换道车辆寻求换道空间过程中目标车道后方第二辆车和当前 车道前方第二辆车行驶的设计纵向距离；Gsafe为车辆跟驰行驶需保持的最小安全纵向距 离，、、分别为目标车道后车与目标车道前车、目标车道后方第二辆车与目 标车道后车、当前车道前车与当前车道前方第二辆车之间当前时刻纵向距离；换道车 辆寻求换道空间过程中涉及且车速需调整的参与主体，包括换道车辆、目标车道后车、目标 车道后方第二辆车和当前车道前车，、为主体行驶的设计加速度和速度，、 、、分别为设定的主体加速度最小值、加速度最大值、行驶速度最小值和行驶速 度最大值；为换道车辆寻求换道空间过程中涉及但车速无需调整的参与主体，包括目标 车道前车与当前车道前方第二辆车；、分别为换道车辆寻求换道空间过程中主体和行驶的设计纵向距离；、为主体和当前时刻的行驶速度；
若公式无解，说明在其他车辆的配合下换道车辆仍然无法寻求到换道空间，将该换道需求划分为强迫换道，否则将其归为协同换道。
进一步的，S3的具体步骤如下：
S300：统计左转车辆换道需求集合Qleft内需求数量Nleft，集合Qforced内需求数量 Nforced，以及有左转需求的大型车辆的数量NRLV，大型车辆包括普通大客车、中型及以上载货 汽车及大型专用汽车；如果换道车辆在其他车辆的配合下无法寻求到换道空间，则认定 该车辆换道条件为强迫换道，归为集合；
S301：车辆换道的减速操作会对所在车道的后续车辆产生影响，并以交通波的形 式向后传播，导致后车减速或者停车，从而增加延误；根据车辆跟驰特性，依次统计各条车 道因车辆换道影响导致制动行为发生的车辆及其数量，具体判别公式如下
（3-1）
式中，为车道上车速调整的车辆，为跟随车辆行驶的后车与当前 时刻纵向距离， 和为车速调整过程中车辆与行驶的纵向距离，和分别 为与当前时刻的行驶速度，为行驶的设计加速度，为行驶的设计速度，为 车辆车速调整时间；若判别公式成立，则车辆以当前车速跟随行驶会造成危险，需要 制动减速并将其视为（=1,2,3...)，为车道上制动车辆编号；
若跟随车辆行驶的后车需要进行制动减速，则依据式（3-2）确定的设计速 度和加速度，并将后车视为车速调整的车辆重新代入式（3-1），、、 、分别为设定的后车加速度最小值、加速度最大值、行驶速度最小值和行驶速度最大 值，判别跟随其的后车是否需要制动减速，重复上述流程直至跟随的后车无需制动减速；
（3-2）
计算制动行为造成的总体延误Tdelay：
（3-3）
式中，和分别为车辆以当前车速行驶和制动行为影响下预计到达路 口停止线的时间；为车辆当前时刻的行驶速度，为车辆行驶的设计加速度；
S302：为控制频繁换道对交通运行的影响，应用时间接近度评估换道行为的频繁 程度，计算周期时间内车辆驶入和驶出车道的时间节点，并按照时间节点的先后对时间 节点排序为，其中为排序的编号，时间接近度越大说明车道上车辆换道行为在发生时间 上越接近，安全影响越大：
（3-4）
式中，为相邻车辆驶入驶出车道的时间接近度，为周期时间内车道上车辆 驶入驶出的时间接近度，为周期时间内车辆驶入和驶出车道的时间节点数量。
进一步的，S4的具体步骤如下：
S400：结合道路和交通条件设置判别阈值、、、、，评估是否启用外置左转车道：
（4-1）
式中，、、分别为左转车辆换道需求容许数量、左转强迫换 道容许数量以及左转大型车辆容许数量，为换道行为总体容许延误，为周 期时间内车道k上车辆驶入驶出的容许时间接近度，若条件不能全部满足，则认为左转车辆 对交通安全和效率影响显著，需要启用外置左转车道，否则反之；左转车辆换道需求集合 Qleft内需求数量为Nleft，集合Qforced内需求数量为Nforced；有左转需求的大型车辆的数量为 NRLV，Tdelay为换道行为造成的总体延误；Ck为周期时间内车道k上车辆驶入驶出的时间接近 度；如果换道车辆在其他车辆的配合下无法寻求到换道空间，则认定该车辆换道条件为 强迫换道，归为集合；
S401：根据外置左转车道的启用方案，调整相应的车道标识并为外置左转车道的左转车辆开设相应的专用相位。
进一步的，S5的具体步骤如下：
若未启用外置左转车道，则根据S2中得到的车辆设计车速、加速度和车辆换道决策控制引导车辆完成行驶操作；若启用外置左转车道，则将车道调整信息发布到车载的信息接收终端，提前通知驶入路段的车辆按照车道方向行驶并及时调整车道。
本发明还提供一种智能网联外置左转车道动态控制系统，包括：
车辆信息采集模块，通过车载传感器、GPS、摄像头设备采集车辆的实时信息，包括车辆位置、速度、行驶路线以及车型种类；
数据传输和共享模块，通过车联网技术，实现各模块之间数据实时传输和共享；
数据分析和处理模块，通过大数据分析和处理技术，对采集到的车辆信息进行识别处理，判别有左转需求的车辆能否换道至左转车道并顺利完成左转，评估左转车辆换道影响，决策是否启用外置左转车道；
交通控制模块，基于数据分析和处理模块对数据的分析结果，控制车道指引标志和相应的信号相位；
信息服务和导航模块，基于数据分析和处理模块对数据的分析结果，通过车联网技术，提供实时车道方向信息，为车辆提供车速和换道引导。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述智能网联外置左转车道动态控制方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述智能网联外置左转车道动态控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明结合智能网联技术发展背景，应用采集的车辆运行数据和车辆类型，评估左转车辆对路段交通的干扰以及左转车辆完成左转操作的难度，决策是否启用外置左转车道并调整交通管控方案，能够满足外置左转车道精细化控制的要求，实现外置左转车道动态控制。改进了现有管理技术仅应用相对宏观的交通数据对外置左转车道的需求进行判定的方法，弥补其不能适应实时的车况和路况的变化的不足，考虑了路段上车辆运行间的干扰对外置左转车道设置的影响。应用网联系统的通信功能，为车辆提供车道方向和车速以及换道引导，能够避免车辆误入错误的车道，提高车辆换道的效率和安全性，有效规避了微观的扰动对交通运行安全和效率的影响。配合路段车辆的车速和换道引导决策是否设置外置左转车道，破除道路自身通行能力的限制，充分利用路段现有的换道空间，避免盲目设置外置左转车道对驾驶行为的干扰。
附图说明
图1为本实施例中智能网联外置左转车道动态控制方法流程图；
图2为本实施例中车辆换道时最小纵向距离要求情况示意图；
图3为本实施例中车辆换道结束时最小安全距离要求情况示意图；
图4为本实施例中外侧车道左转需求车辆换道条件评判流程图；
图5为本实施例中智能网联外置左转车道动态控制系统应用示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
见图1，本实施例提供一种智能网联外置左转车道动态控制方法，步骤如下：
S1：监测周期时间内路段上的车辆位置、速度、行驶路线、车型种类；
S2：判别有左转需求的车辆能否顺利换道到左转车道；
S3：评估左转车辆对交通安全和运行效率的影响以及车辆路口范围完成左转操作的难度；
S4：决策是否启用外置左转车道，并调整相应的信号相位；
S5：为监测的车辆提供车速和车道引导，完成本周期的外置左转车道动态控制。
具体的，上述步骤具体包括以下内容：
S2的具体步骤如下：
S200：基于监测获得的车辆行驶路线，识别出外侧车道有左转需求的车辆，生成左转车辆换道需求集合Qleft；
S201：外侧车道有左转需求的车辆需要换道至内侧左转车道完成左转，车辆换道 过程中涉及的参与主体H包括换道车辆S、当前车道前车F、目标车道后车和目标车道前车，图2表示了车辆换道时最小纵向距离要求情况，对换道车辆的换道可行性进行判别具体 公式如下：
（2-1）
式中，、、为换道车辆分别与目标车道后车、目标车道 前车以及当前车道前车换道时需要满足的最小纵向距离；为换道完成时车辆间需 满足的最小纵向间距；为车辆的宽度；为换道车辆与道路水平方向之间的夹角；图3表 示换道结束时最小安全距离要求情况，虚线车辆S的位置代表换道车辆换道完成时的位置，、、、为由换道开始至结束目标车道后车、换道车辆、目标车道前车以及当 前车道前车行驶的设计纵向距离；为换道车辆由换道开始至结束过程中涉及的参与主 体行驶的设计纵向距离；为车辆换道过程中涉及的参与主体换道时刻的行驶速度， 为换道车辆换道持续时间。
S202：外侧车道有左转需求的车辆的换道受到时空条件限制，若换道车辆能够 在当前位置直接换道或仅通过调整自身车速即可换道至内侧左转车道，则认定该车辆左转 换道条件为自由换道，归为集合；若换道车辆在换道过程中，需要目标车道上的 车辆调整车速礼让，以提供充足的换道空间，则认定该车辆换道条件为协同换道，归为集合；如果换道车辆在其他车辆的配合下仍然无法寻求到换道空间，则认定该车辆 换道条件为强迫换道，归为集合，具体的决策流程由图4所示，判别方式如下：
S2021：自由换道条件的产生分为两种情况：若当前时刻、、 满足换道可行性的要求，则当前时刻换道车辆能够完成换道；否则需要综合考虑可用换道 空间、交叉口换道约束、以及车辆车速和加速度的限制，通过下述公式确定换道车辆车速调 整方案：
（2-2）
式中，、、为可用换道空间需满足的换道车辆分别与目标车道后 车、目标车道前车、当前车道前车的纵向距离，当换道车辆减速寻求位于后方的换道空间时 不等号右侧取正，反之取负；为换道车辆可用于寻求换道空间的纵向行驶距离，受限于 车辆位置、交织段长度以及路口车辆排队长度；、、、分别为换道车辆寻求换道空间 过程中目标车道后车、换道车辆、目标车道前车、当前车道前车行驶的设计纵向距离； 为路口停止线的位置，为当前时刻换道车辆的位置，为路口实线长度，为路口排 队车辆占用的空间长度；为当前时刻换道车辆的行驶速度，为换道车辆行驶的加速 度；，为出于车辆性能、安全性、舒适性考虑设定的换道车辆加速度的最大值和最 小值；，为出于车辆运行效率和路段限速要求设定的换道车辆行驶速度的最大值 和最小值；为换道车辆寻求换道空间过程持续时间；为换道车辆寻求换道空间过程中涉 及但车速无需调整的参与主体包括目标车道后车、目标车道前车、当前车道前车；为换道 车辆寻求换道空间过程中主体行驶的设计纵向距离；为主体当前时刻的行驶速度；
求解上述公式，若公式有解说明换道车辆可以通过调整车速寻求到可用的换道空间，则将该换道需求划分为自由换道；
S2022：若公式无解，说明换道车辆不能仅通过调整自身车速寻求到换道空间，需要其他车辆协同配合才能完成换道，为控制换道行为造成干扰的车辆数量，设定换道车辆与当前车道前车以及目标车道邻近的前后车配合完成协同换道，通过式（2-3）确定其他车辆的车速和车道调整方案：
式中，为可用换道空间需满足的换道车辆与目标车道后方第二辆车的纵向 距离，和为决策变量代表目标车道后车是否执行换道操作，参照式（2-2）进行判定，M 为无穷大的值；Gsafe为车辆跟驰行驶需保持的最小安全纵向距离，、、分别 为目标车道后车与目标车道前车、目标车道后方第二辆车与目标车道后车、当前车道前车 与当前车道前方第二辆车之间当前时刻纵向距离；为换道车辆寻求换道空间过程中涉及 且车速需调整的参与主体，包括换道车辆、目标车道后车、目标车道后方第二辆车和当前车 道前车，、为主体行驶的设计加速度和速度，、、、分别为设定的主 体加速度最小值、加速度最大值、行驶速度最小值和行驶速度最大值；为换道车辆寻求 换道空间过程中涉及但车速无需调整的参与主体，包括目标车道前车与当前车道前方第 二辆车；、分别为换道车辆寻求换道空间过程中主体和行驶的设计纵向距离；、为主体和当前时刻的行驶速度；
若公式无解，说明在其他车辆的配合下换道车辆仍然无法寻求到换道空间，只有强迫其他车辆减速至设定的行驶速度最小值以下才能拓展出换道空间，将该换道需求划分为强迫换道，否则将其归为协同换道。
具体的，S3的具体步骤如下：
S300：统计左转车辆换道需求集合Qleft内需求数量Nleft，集合Qforced内需求数量 Nforced，以及有左转需求的大型车辆的数量NRLV，大型车辆包括普通大客车、中型及以上载货 汽车及大型专用汽车；如果换道车辆在其他车辆的配合下无法寻求到换道空间，则认定 该车辆换道条件为强迫换道，归为集合；
S301：车辆换道的减速操作会对所在车道的后续车辆产生影响，并以交通波的形 式向后传播，导致后车减速或者停车，从而增加延误；根据车辆跟驰特性，依次统计各条车 道因车辆换道影响导致制动行为发生的车辆及其数量，具体判别公式如下：
（3-1）
式中，为车道上车速调整的车辆，为跟随车辆行驶的后车与当前 时刻纵向距离，和为车速调整过程中车辆与行驶的纵向距离，和分别 为与当前时刻的行驶速度，为行驶的设计加速度，为行驶的设计速度，为 车辆车速调整时间；若判别公式成立，则车辆以当前车速跟随行驶会造成危险，需要 制动减速并将其视为（=1,2,3...)，为车道上制动车辆编号；
若跟随车辆行驶的后车需要进行制动减速，则依据式（3-2）确定的设计速 度和加速度，并将后车视为车速调整的车辆重新代入式（3-1），、、 、分别为设定的后车加速度最小值、加速度最大值、行驶速度最小值和行驶速度最大 值判别跟随其的后车是否需要制动减速，重复上述流程直至跟随的后车无需制动减速；
（3-2）
计算制动行为造成的总体延误Tdelay：
（3-3）
式中，和分别为车辆以当前车速行驶和制动行为影响下预计到达路 口停止线的时间；为车辆当前时刻的行驶速度，为车辆行驶的设计加速度；
S302：为了控制频繁换道对交通运行的影响，应用时间接近度评估换道行为的频 繁程度，计算周期时间内车辆驶入和驶出车道的时间节点，并按照时间节点的先后对时 间节点排序为，其中为排序的编号，时间接近度越大说明车道上车辆换道行为在发生时 间上越接近，安全影响越大：
（3-4）
式中，为相邻车辆驶入驶出车道的时间接近度，为周期时间内车道上车辆 驶入驶出的时间接近度，为周期时间内车辆驶入和驶出车道的时间节点数量。
具体的，S4的具体步骤：
S400：综合考虑换道行为对交通安全性和效率的影响，以及大型车辆左转对转弯 半径较大的需求，结合道路和交通条件设置判别阈值、、、、，评估是否启用外置左转车道：
（4-1）
式中，、、分别为左转车辆换道需求容许数量、左转强迫换 道容许数量以及左转大型车辆容许数量，为换道行为总体容许延误，为周 期时间内车道k上车辆驶入驶出的容许时间接近度，若条件不能全部满足，则认为左转车辆 对交通安全和效率影响显著，需要启用外置左转车道，否则反之；左转车辆换道需求集合 Qleft内需求数量为Nleft，集合Qforced内需求数量为Nforced；有左转需求的大型车辆的数量为 NRLV，Tdelay为换道行为造成的总体延误；Ck为周期时间内车道k上车辆驶入驶出的时间接近 度；
S401：根据外置左转车道的启用方案，调整相应的车道标识并为外置左转车道的左转车辆开设相应的专用相位。
进一步的，S5的具体步骤：
若未启用外置左转车道，则根据S2中公式求解的车辆设计车速、加速度和车辆换道决策控制引导车辆完成行驶操作；若启用外置左转车道，则将车道调整信息发布到车载信息接收终端，提前通知驶入路段的车辆按照车道方向行驶并及时调整车道。
优选的，本实施例还提供一种智能网联外置左转车道动态控制系统，其应用模式如图5所示，系统模块及功能包括如下：
车辆信息采集模块，通过车载（设备）传感器、北斗卫星、GPS、摄像头等设备采集车辆的实时信息，包括车辆位置、速度、行驶路线以及车型种类；
数据传输和共享模块，通过车联网技术，实现各模块之间数据实时传输和共享；
数据分析和处理模块，通过大数据分析和处理技术，对采集到的车辆信息进行识别处理，判别有左转需求的车辆能否换道至左转车道并顺利完成左转，评估左转车辆换道影响，决策是否启用外置左转车道；
交通控制模块，基于数据分析和处理模块对数据的分析结果，控制车道指引标志和相应的信号相位；
信息服务和导航模块，基于数据分析和处理模块对数据的分析结果，通过车联网技术，提供实时车道方向信息，为车辆提供车速和换道引导；
优选地，本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的智能网联外置左转车道动态控制方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor) 、存储器(memory) 、通信接口(Communications Interface)和总线；
其中，处理器、存储器、通信接口通过总线完成相互间的通信；通信接口用于实现服务器端设备、计量设备以及用户端设备等相关设备之间的信息传输。
处理器用于调用存储器中的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的智能网联外置左转车道动态控制方法中的全部步骤。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的智能网联外置左转车道动态控制方法中全部步骤的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，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的智能网联外置左转车道动态控制方法的全部步骤。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行（例如并行处理器或者多线程处理的环境）。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能网联外置左转车道动态控制方法，其特征在于，包括：
S1.监测周期时间内路段上的车辆位置、速度、行驶路线、车型种类；
S2.判断有左转需求的车辆能否顺利换道到左转车道；
S3.评估左转车辆对交通安全和运行效率的影响以及车辆路口范围完成左转操作的难度；
S4.决策是否启用外置左转车道，并调整相应的信号相位；
S5.为监测的车辆提供车速和车道引导，完成本周期的外置左转车道动态控制。
2.根据权利要求1所述一种智能网联外置左转车道动态控制方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：
S200：基于监测获得的车辆行驶路线，识别出外侧车道有左转需求的车辆，生成左转车辆换道需求集合；
S201：外侧车道有左转需求的车辆需要换道至内侧左转车道完成左转，车辆换道过程中涉及的参与主体H包括换道车辆S、当前车道前车F、目标车道后车和目标车道前车/>，对换道车辆的换道可行性进行判别，具体公式如下：
（2-1）
式中，、/>、/>为换道车辆/>分别与目标车道后车/>、目标车道前车以及当前车道前车/>换道时需要满足的最小纵向距离；/>为换道完成时车辆间需满足的最小纵向间距；/>为车辆的宽度；/>为换道车辆/>与道路水平方向之间的夹角；/>、/>、/>、/>为由换道开始至结束目标车道后车/>、换道车辆/>、目标车道前车/>以及当前车道前车行驶的设计纵向距离；/>为换道车辆由换道开始至结束过程中涉及的参与主体/>行驶的设计纵向距离；/>为车辆换道过程中涉及的参与主体/>换道时刻的行驶速度，/>为换道车辆换道持续时间；
S202：外侧车道有左转需求的车辆的换道受到时空条件限制，若换道车辆能够在当前位置直接换道或仅通过调整自身车速即可换道至内侧左转车道，则认定该车辆左转换道条件为自由换道，归为集合/>；若换道车辆/>在换道过程中，需要目标车道上的车辆调整车速礼让，以提供充足的换道空间，则认定该车辆换道条件为协同换道，归为集合/>；如果换道车辆/>在其他车辆的配合下仍然无法寻求到换道空间，则认定该车辆换道条件为强迫换道，归为集合Qforced，具体的判别方式如下：
S2021：自由换道条件的产生分为两种情况：若当前时刻、/>、/>满足换道可行性的要求，则当前时刻换道车辆能够完成换道；否则需要综合考虑可用换道空间、交叉口换道约束、以及车辆车速和加速度的限制，通过下述公式确定换道车辆车速调整方案：
（2-2）
式中，、/>、/>分别为可用换道空间需满足的换道车辆分别与目标车道后车、目标车道前车、当前车道前车的纵向距离，当换道车辆减速寻求位于后方的换道空间时不等号右侧取正，反之取负；/>为换道车辆可用于寻求换道空间的纵向行驶距离，受限于车辆位置、交织段长度以及路口车辆排队长度；/>、/>、/>、/>分别为换道车辆寻求换道空间过程中目标车道后车、换道车辆、目标车道前车、当前车道前车行驶的设计纵向距离；/>为路口停止线的位置，/>为当前时刻换道车辆的位置，/>为路口实线长度，/>为路口排队车辆占用的空间长度；/>为当前时刻换道车辆的行驶速度，/>为换道车辆行驶的加速度；，/>分别为出于车辆性能、安全性、舒适性考虑设定的换道车辆加速度的最大值和最小值；/>，/>分别为出于车辆运行效率和路段限速要求设定的换道车辆行驶速度的最大值和最小值；/>为换道车辆寻求换道空间过程持续时间，/>为换道车辆寻求换道空间过程中涉及但车速无需调整的参与主体，包括目标车道后车、目标车道前车、当前车道前车；/>为换道车辆寻求换道空间过程中主体/>行驶的设计纵向距离；/>为主体/>当前时刻的行驶速度；
求解公式（2-2），若公式有解说明换道车辆能够通过调整车速寻求到可用的换道空间，则将该换道需求划分为自由换道；
S2022：若公式（2-2）无解，说明换道车辆不能仅通过调整自身车速寻求到换道空间，需要其他车辆协同配合才能完成换道，为控制换道行为造成干扰的车辆数量，设定换道车辆与当前车道前车以及目标车道邻近的前后车配合完成协同换道，通过式（2-3）确定其他车辆的车速和车道调整方案：
式中，为可用换道空间需满足的换道车辆与目标车道后方第二辆车的纵向距离，和/>为决策变量代表目标车道后车是否执行换道操作，参照式（2-2）进行判定，M为无穷大的值；/>、/>分别为换道车辆寻求换道空间过程中目标车道后方第二辆车和当前车道前方第二辆车行驶的设计纵向距离；Gsafe为车辆跟驰行驶需保持的最小安全纵向距离，、/>、/>分别为目标车道后车与目标车道前车、目标车道后方第二辆车与目标车道后车、当前车道前车与当前车道前方第二辆车之间当前时刻纵向距离；/>为换道车辆寻求换道空间过程中涉及且车速需调整的参与主体，包括换道车辆、目标车道后车、目标车道后方第二辆车和当前车道前车，/>、/>为主体/>行驶的设计加速度和速度，/>、/>、、/>分别为设定的主体/>加速度最小值、加速度最大值、行驶速度最小值和行驶速度最大值；/>为换道车辆寻求换道空间过程中涉及但车速无需调整的参与主体，包括目标车道前车/>与当前车道前方第二辆车/>；/>、/>分别为换道车辆寻求换道空间过程中主体/>和/>行驶的设计纵向距离；/>、/>为主体/>和/>当前时刻的行驶速度；
若公式（2-3）无解，说明在其他车辆的配合下换道车辆仍然无法寻求到换道空间，将该换道需求划分为强迫换道，否则将其归为协同换道。
3.根据权利要求1所述一种智能网联外置左转车道动态控制方法，其特征在于，S3的具体步骤如下：
S300：统计左转车辆换道需求集合Qleft内需求数量Nleft，集合Qforced内需求数量Nforced，以及有左转需求的大型车辆的数量NRLV，大型车辆包括普通大客车、中型及以上载货汽车及大型专用汽车；如果换道车辆在其他车辆的配合下无法寻求到换道空间，则认定该车辆换道条件为强迫换道，归为集合Qforced；
S301：车辆换道的减速操作会对所在车道的后续车辆产生影响，并以交通波的形式向后传播，导致后车减速或者停车，从而增加延误；根据车辆跟驰特性，依次统计各条车道因车辆换道影响导致制动行为发生的车辆/>及其数量/>，具体判别公式如下
（3-1）
式中，为车道/>上车速调整的车辆，/>为跟随车辆/>行驶的后车/>与/>当前时刻纵向距离，/>和/>为/>车速调整过程中车辆/>与/>行驶的纵向距离，/>和/>分别为/>与/>当前时刻的行驶速度，/>为/>行驶的设计加速度，/>为/>行驶的设计速度，/>为车辆车速调整时间；若判别公式成立，则车辆/>以当前车速跟随/>行驶会造成危险，需要制动减速并将其视为/>（/>=1,2,3...)，/>为车道/>上制动车辆编号；
若跟随车辆行驶的后车/>需要进行制动减速，则依据式（3-2）确定/>的设计速度/>和加速度/>，并将后车/>视为车速调整的车辆/>重新代入式（3-1），/>、/>、/>、/>分别为设定的后车/>加速度最小值、加速度最大值、行驶速度最小值和行驶速度最大值，判别跟随其的后车是否需要制动减速，重复上述流程直至跟随的后车无需制动减速；
（3-2）
计算制动行为造成的总体延误Tdelay：
（3-3）
式中，和/>分别为车辆/>以当前车速行驶和制动行为影响下预计到达路口停止线的时间；/>为车辆/>当前时刻的行驶速度，/>为车辆/>行驶的设计加速度；
S302：为控制频繁换道对交通运行的影响，应用时间接近度评估换道行为的频繁程度，计算周期时间内车辆驶入和驶出车道的时间节点/>，并按照时间节点的先后对时间节点排序为/>，其中/>为排序的编号，时间接近度越大说明车道上车辆换道行为在发生时间上越接近，安全影响越大：
（3-4）
式中，为相邻车辆驶入驶出车道/>的时间接近度，/>为周期时间内车道/>上车辆驶入驶出的时间接近度，/>为周期时间内车辆驶入和驶出车道/>的时间节点数量。
4.根据权利要求1所述一种智能网联外置左转车道动态控制方法，其特征在于，S4的具体步骤如下：
S400：结合道路和交通条件设置判别阈值、/>、/>、/>、/>，评估是否启用外置左转车道：
（4-1）
式中，、/>、/>分别为左转车辆换道需求容许数量、左转强迫换道容许数量以及左转大型车辆容许数量，/>为换道行为总体容许延误，/>为周期时间内车道k上车辆驶入驶出的容许时间接近度，若条件不能全部满足，则认为左转车辆对交通安全和效率影响显著，需要启用外置左转车道，否则反之；左转车辆换道需求集合Qleft内需求数量为Nleft，集合Qforced内需求数量为Nforced；有左转需求的大型车辆的数量为NRLV，Tdelay为换道行为造成的总体延误；Ck为周期时间内车道k上车辆驶入驶出的时间接近度；如果换道车辆/>在其他车辆的配合下无法寻求到换道空间，则认定该车辆换道条件为强迫换道，归为集合Qforced；
S401：根据外置左转车道的启用方案，调整相应的车道标识并为外置左转车道的左转车辆开设相应的专用相位。
5.根据权利要求2所述一种智能网联外置左转车道动态控制方法，其特征在于，S5的具体步骤如下：
若未启用外置左转车道，则根据S2中得到的车辆车速、加速度和车辆换道决策控制引导车辆完成行驶操作；若启用外置左转车道，则将车道调整信息发布到车载的信息接收终端，提前通知驶入路段的车辆按照车道方向行驶并及时调整车道。
6.一种智能网联外置左转车道动态控制系统，其特征在于，包括：
车辆信息采集模块，通过车载传感器、GPS、摄像头设备采集车辆的实时信息，包括车辆位置、速度、行驶路线以及车型种类；
数据传输和共享模块，通过车联网技术，实现各模块之间数据实时传输和共享；
数据分析和处理模块，通过大数据分析和处理技术，对采集到的车辆信息进行识别处理，判别有左转需求的车辆能否换道至左转车道并顺利完成左转，评估左转车辆换道影响，决策是否启用外置左转车道；
交通控制模块，基于数据分析和处理模块对数据的分析结果，控制车道指引标志和相应的信号相位；
信息服务和导航模块，基于数据分析和处理模块对数据的分析结果，通过车联网技术，提供实时车道方向信息，为车辆提供车速和换道引导。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5任一项所述智能网联外置左转车道动态控制方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述智能网联外置左转车道动态控制方法的步骤。
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