[发明专利]一种智能车路协同环境下实时可变车道动态分配方法

说明书

本发明公开了一种智能车路协同环境下实时可变车道动态分配方法，该方法基于BPR函数构建路段动态车道分配模型，为了体现实时动态转换，将全天24个小时划分为若干阶段，获取各个阶段的交通量和行驶阻抗，并将它们的乘积在时间上作积分，最终选择每个阶段中最小延误的车道组合作为最优方案。其中的交叉口动态车道分配模型是基于HCM2000延误模型来构建，以交叉口车均延误最小为目标函数，通过对不同流量状态下的不同车道组合的车均延误进行分析，寻找最优车道组合，并通过算例分析和MATLAB计算对模型进行验证。本发明实时可变车道动态分配方法可有效分配道路资源，降低行车延误。

技术领域

本发明涉及实时可变车道分配方法，尤其涉及一种智能车路协同环境下实时可变车道动态分配方法。

背景技术

随着城市布局的不断变迁，逐渐形成了工作单位集中在城市中心区域，居住地集中在城市外围的格局，这种格局导致潮汐交通流的产生，表现为双向道路交通流不均衡，路面拥堵等现象。交叉口是城市交通系统的瓶颈，固定不变的车道功能划分方案难以适应交通流转向不均衡特性，具体表现为某导向车道资源冗余，而另一导向车道排队严重，车道资源利用率低下。当前可变车道多采用定时定路段的控制技术，面对实时交通情况无法及时调整车道疏散车流；现有的车道划分技术判断依据不一，阶段与阶段之间的转换缺乏安全控制，存在运行风险。

发明内容

发明目的：本发明提出一种智能车路协同环境下可变车道动态分配方法，该方法通过导向车流状况与车均延误之间的内在联系，基于实时交通导向流量快速识别使得车辆延误最小的车道组合方法，引入延误优化差值、时间间隔约束、车道数目条件进行安全控制，对可变车道进行实时动态调控，提高道路资源时空利用率，使得车流均衡，保证交叉口安全高效通行，可在实时交通流量状态下选择合适的车道组合。

技术方案：本发明智能车路协同环境下实时可变车道动态分配方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：在智能车路协同环境下采集各种基础交通数据，将得到的数据发送到数据处理中心，判断是否满足可变车道开启条件；

步骤2：构建路段车道分配模型，将确定的车道组合输入路段车道分配模型，根据实时交通量计算出不同车道组合的车均延误，选择延误最小的车道组合作为最优车道组合方案；

步骤3：为避免频繁换道引发安全事故，设置延误优化差值、间隔时间、车道数目约束条件进行安全控制；

步骤4：将最优车道组合方案通过可变信息板或车内导航传达给驾驶员，提前进行变道引流；

步骤5：基于HCM2000建立交叉口可变车道动态分配方法，以延误最小构建目标函数，饱和度、最小绿灯时间、信号周期时长条件进行约束控制；

步骤6：在MATLAB环境下分析单方向车流改变和直行左转流量均改变的延误状况；

步骤7：根据步骤6所得结果为实时导向流量状况下选择最优车道组合提供依据。

其中，步骤1智能车路协同环境下包括通过无线通信技术、GIS、传感器技术采集交通数据，交通数据包括交通量、车辆速度、车型一系列交通参数。

步骤2中的路段车道分配模型是采用BPR函数进行构建，具体构建过程如下：

假设上行车道方向为r，下行车道方向为r'。每一条车道的通行能力为c，路段双向各n条车道，则单向路段通行能力为nc。将i作为可转换方向车道数，当出现上下行车道调整时，上下行的车道通行能力将会增加或减少±ic。总之，可变车道的车道数目不影响原本车道的通行能力，总的通行能力依旧是2nc。本发明对道路阻抗BPR函数进行分析，并将式子中的参数进行重新标定以适应城市道路情况。上行车道方向的道路阻抗如式(1)所示：