[发明专利]一种面向二次事故预防动态车道与可变限速协同控制方法

说明书

本发明提出了一种面向二次事故预防动态车道与可变限速协同控制方法。在事故发生后，交管中心基于摄像头获取的实时交通流数据评估事故影响与上游交通状态，控制不同断面处的可变信号标识发布动态车道与可变限速协同控制指令，引导上游来车提前于上游自由流段合理换道并适当减速以减少下游事故影响，从而降低下游事故引发的二次事故风险，保障交通安全并提高城市快速路通行能力。本发明基于深度强化学习算法，设置奖励函数时兼顾安全与效率两项指标，并针对动态车道与可变限速的不同效果设置修正因子以充分发挥两类控制策略的协同效果。模型采用演员‑评论家(Actor Critic,AC)框架优化。

技术领域

本发明属于道路交通安全设计、智能交通管理与控制技术领域，尤其涉及一种面向二次事故预防的动态车道与可变限速协同控制方法。

背景技术

快速道路属于少数能提供完全不间断高速交通流的公路设施类型，在区域交通运输体系中起骨架作用，而事故的发生会形成固定瓶颈，造成伤亡与财产损失，还会产生额外的排放和能源浪费。另外，事故的发生还可能引发二次事故，不仅进一步加剧已有事故的影响，还会极大危害应急人员的生命健康。因此对二次事故发生概率及严重程度的有效控制即是事故预防管理领域的重要任务。

在事故影响下将会形成沿纵向的速度差与横向各车道间的速度差。前者会迫使上游来车剧烈减速，而后者也会产生强烈的换道需求从而形成时走时停波。两类现象叠加一方面降低通行能力，另一方面也增加了追尾等二次事故风险。

动态车道控制与可变限速控制技术均以此出发，基于探测器获取的交通信息在事故发生后于上游交通条件较好处发布合理换道建议和速度建议以降低二次事故风险。前者旨在缓解事故形成的横向速度差，而后者则以平滑纵向速度差为目的。因为控制中心可获取全局交通状态，其发布的换道建议和速度建议具有较高的合理性。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出面向二次事故预防的动态车道与可变限速协同控制方法，通过动态车道与可变限速协同控制降低快速道路事故发生后因受迫换道、盲目换道及受迫减速等行为形成的追尾等二次事故风险。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种面向二次事故预防的动态车道与可变限速协同控制方法，该方法包括以下步骤：

1)构建面向二次事故预防的动态车道与可变限速协同控制系统，包括交通指令发布设备、交通数据采集设备、协同控制模型(Actor)与评价模型(Critic)，交通指令发布设备与交通数据采集设备沿快速道路布设，协同控制模型与评价模型均为神经网络模型，协同控制模型与评价模型共同组成控制-评价模型(Actor-Critic)；

2)选择可变信号板作为交通指令发布设备，布设于交通龙门架上，悬于道路横断面上方；一台龙门架即为一道控制断面，挂有多片可变信号板，一片可变信号板针对一车道同时发布动态车道与可变限速指令，其中动态车道指令包括“正常通行”、“建议向左换道”、“建议向右换道”三种；可变限速指令包括“保持默认限速”、“下调限速20km/h”两种，可变限速控制指令不区分车道，同一断面的所有车道具有相同的限速，控制断面间距设为500米；

3)选择流量监测摄像头作为交通数据采集设备，间隔地布设于交通龙门架与单悬臂杆上，悬于道路横断面上方，一台龙门架或一支悬臂杆即为一道探测断面，挂有多台摄像头，一台摄像头针对一车道，监控上游50米长区间，每隔1秒采集监控区间内的车道占用率(％)、速度(m/s)、排队长度(m)等交通信息(车道占用率反映交通密度，当一车道被机动车完全占满时对应的占用率为100％)。多道探测断面共同采集的交通信息经过预处理后共同组成交通状态。探测断面间距设为250米。当探测断面与控制断面重合时，摄像头与可变信号板共用相同的龙门架；当探测断面位于两控制断面中间时，摄像头安装于单臂悬臂杆上；