[发明专利]一种基于匝道控制的高速公路合流区交通冲突预警方法

权利要求书

1.一种基于匝道控制的高速公路合流区交通冲突预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、基于车流量实时监测比对结果进行匝道信号灯的控制，若控制结果为显示红灯，则转步骤2；若控制结果为显示绿灯，则转步骤3；

步骤2、进行匝道车辆是否有闯红灯情况出现的判别，若出现匝道车辆闯红灯，转步骤5，发布预警信息，否则不进行预警；

步骤3、若控制结果显示为绿灯，则基于PET进行合流区交通冲突的判别并初步确定交通冲突严重程度等级；

具体分为以下子步骤：

(1)匝道信号控制灯显示为绿灯，匝道雷达监测器检验有无车辆到达，若有则转(2)，否则不进行预警；

(2)考虑到主干道上的车辆受合流区交通状态的影响，设定主干道上的车辆均做匀减速运动，基于雷达检测器对主干道上的车辆进行分车道采集基本交通参数，包括主干道第i车道的第j个车辆距合流区冲突区域起点的距离速度加速度定义主干道车辆到达合流区冲突区域起点的时间设定匝道上的车辆均先做匀减速运动后看到主干道有车辆经过做匀速运动；解得：

对单车道匝道上的的第n个车辆进行分车道采集基本交通参数，包括匝道车辆距合流区冲突区域起点的距离x_n、速度v_n、加速度a_n、定义匝道车辆到达合流区冲突区域起点的时间t_n；此外，为了安全起见附加一定的安全距离值为d₀；

解得：

(3)计算主干道车辆与匝道车辆的后侵入时间

(4)基于冲突阈值初步判别交通冲突严重程度，同时记录下存在交通冲突的车辆对：算出主干道车辆与匝道车辆的后侵入时间PET，选取得到的PET的15％、50％、85％分位值作为PET阈值，将交通冲突严重程度划分为4种等级：

rank.1较为严重的冲突、rank.2严重的冲突、rank.3一般的冲突以及rank.4轻微的冲突；同时，记录下存在前三种交通冲突类型的主干道车辆及对应的匝道车辆，记这样的一对车辆为存在交通冲突的车辆对，并对车辆对的标号为vehiclepair.number、对此车辆对中主干道车辆编号为对此车辆对中匝道车辆编号为

步骤4、针对存在交通冲突的主干道车辆，进行换道检测，确定最终的交通冲突严重程度等级并转入步骤5；

本步骤中对步骤3中存在交通冲突类型的主干道车辆进行是否具有换道行为的检测；具体计算子步骤如下：

(1)由步骤3中得到存在交通冲突的主干道车辆编号根据车辆编号信息得到相应的经雷达探测器探测到的主干道车辆的最初位置的纵坐标及对应的1.5s后位置的纵坐标

(2)计算存在冲突的主干道车辆两个时刻纵坐标的差值的绝对值Δy₁，并将此绝对值与车辆所在车道宽度的一半进行比较，若是此差值不小于此车辆所在车道的一半，则视为车辆进行了换道，转步骤(3)，否则视为车辆没有进行换道、原先的预警等级不变；具体计算包括：对主干道上的车辆：若是则视为此主干道上的车辆进行了换道；若是则视为此主干道上的车辆未进行换道；

(3)计算存在冲突的车辆对两个时刻纵坐标差值，即主干道车辆两个时刻纵坐标的差值Δy₂，并将此差值与0比较，若是差值大于0，则视为车辆向内侧换道、冲突危险程度减轻一个等级；若是差值小于0，则视为车辆向外侧换道、冲突危险程度增加一个等级；具体计算包括对主干道上的车辆：若是则视为此主干道上的车辆向外侧换道、危险等级降低一级；若是则视为此主干道上的车辆向内侧换道、危险等级增加一级；

步骤5、根据不同交通冲突严重程度在交通预警显示屏发布不同的预警信息；步骤1中基于车流量实时监测比对结果对单车道匝道进行红绿灯信号控制，需要获取的车流量包括两类：合流区主干道的实时当量交通量Q_main和合流区匝道的当量交通量Q_ramp；通过提前设定主干道当量交通量警戒值Q_main.warning和匝道当量交通量警戒值Q_ramp.warning，设置主干道和匝道的当量交通量的警戒值均为其道路设计通行能力的80％，计算方式如下：Q_main.warning＝0.8Q_main.set，Q_ramp.warning＝0.8Q_ramp.set；然后将道路流量监测器实时

监测到的合流区主干道的实时当量交通量Q_{main.realtime}和合流区匝道的实时当量交通量Q_{ramp.realtime}与主干道当量交通量警戒值和匝道当量交通量警戒值进行比对，当Q_{main.realtime}≥Q_main.warning时，不管匝道实时当量交通量是否大于匝道当量交通量的警戒值，匝道信号灯均显示红灯；当Q_{main.realtime}Q_main.warning时，将匝道实时当量交通量与匝道当量交通量的警戒值进行比较，若是Q_{ramp.realtime}Q_ramp.warning，匝道信号灯显示绿灯、允许匝道车辆进入合流区通行；若是Q_{ramp.realtime}≥Q_ramp.warning，匝道信号灯显示红灯。

2.根据权利要求1所述的一种基于匝道控制的高速公路合流区交通冲突预警方法，其特征在于，

步骤2中进行匝道车辆是否有闯红灯情况出现的判别，对闯红灯行为的定义是车辆在相位红灯时间内越过停车线进入冲突区域， 匝道车辆是否有闯红灯行为出现的判别子步骤如下：

(1)将监测器采集到的匝道上的第n个车辆踏上监测器的时刻及在监测器上的占用时间记录下来，分别记为t_n-start和Δt_n-occupy，转步骤(2)；

(2)识别此车辆是否采取了减速制动：事先设定一个匝道车辆通过停车线的速度警戒值v_n-warning，若此车辆通过匝道停车线的估算速度v_n-pl小于设定的速度警戒值v_n-warning，则视为车辆采取了减速制动、识别为停车行为；否则没有进行减速制动，转步骤(3)；

速度警戒值的计算方式如下：式中，v_n-warning是匝道车辆通过停车线的速度警戒值，D_s是匝道雷达检测器与匝道停车线之间的距离；匝道车辆通过匝道停车线的速度估算方式如下：式中，v_n-pl是匝道车辆通过停车线的估算速度，是车辆的平均长度，在计算时，为一个常量；Δt_n-occupy是匝道车辆在雷达检测器上的占用时间；

(3)判断此车辆通过停车线的时刻是否位于红灯开启亮之后：匝道信号灯红灯启亮时刻为t_red，而此匝道车辆通过匝道停车线的时刻为t_n-pl，若此车辆通过匝道停车线的时刻t_n-pl晚于红灯启亮时刻t_red，则识别为此车辆具有闯红灯行为、发布“前方车辆闯红灯，请注意安全”的预警信息；否则此车辆没有闯红灯、不发布预警；匝道车辆通过匝道停车线时刻的估算方式如下：式中，t_n-pl是匝道车辆通过停车线的估算时间，L_car.occupy是雷达检测器检测到的匝道车辆在雷达检测器上的占用长度；L_setting是雷达检测器的布设长度。