[发明专利]一种面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法

说明书

本发明公开了一种面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，属于交通安全与智能交通管理控制领域。该方法基于车路协同环境下的高速公路合流区，通过对网联车辆实施优化控制策略，对参与合流的所有车辆进行队列顺序与汇入时序调整，实现车辆合流过程中的均匀有序分布和汇入；在合理范围内构建以最小化加速度与急动度为目标的优化模型，优化车辆合流过程行驶轨迹，防止速度突变，平滑加速度变化情况，减少车辆换道变速行为引发的事故风险。本发明提出的方法在保证通行能力的前提下，有效降低了合流过程中的潜在事故风险，提升了高速公路合流区的安全保障水平与运行效率。

技术领域

本发明属于高速公路交通安全技术与智能交通管理控制领域，尤其涉及一种面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法。

背景技术

高速公路合流区是匝道车辆汇入主线的路段，合流区内换道数量相比基本路段大幅增加。由于换道行为会引起交通流运行混乱，导致交通事故频发、高发，且合流区具有车流轨迹交错、事故风险大等特点，因此需要更为完善的智能主动的交通管理控制手段，从而保障合流区运行安全水平，降低事故风险。

近年来，以车路协同与智能网联为代表的新型智能交通系统正蓬勃发展。车路协同技术具备信息共享与联动控制的功能，其中车辆和道路基础设施均被融入一体化“云网”之中，决策中心不仅能够实时地进行信息交互获取车路运行状态，还可以实现对控制区段内任意车辆及整个车流进行协同控制。车路协同技术从根本上解决了交通信息交互盲区、车辆行驶随机性大、单车控制性能瓶颈限制等问题，为提升高速公路合流区的安全保障水平，提供了新的问题解决思路与技术实施方案。

目前，将车路协同技术应用于高速公路合流区交通安全管理的研究相对缺乏，对于网联车辆的交通状态机理、交通事故风险研究也不够深入，传统的高速公路合流区通行安全保障管理技术对于车路协同环境下的适应性不足。因此如何应用车路协同环境的技术优势开展高速公路合流区事故风险优化控制研究，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：提供一种面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，通过将车路协同技术运用于高速公路合流区事故风险路段，对行驶车辆实施集中式的协同控制策略，实现车辆合流过程中的均匀有序分布和行驶轨迹优化，减少速度突变情况，降低换道事故风险，提升交通效率。

本发明为解决以上技术问题而采用以下技术方案：

本发明提出的一种面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，包括以下步骤：

S1、获取道路基础设施信息与车辆信息。

S2、确定车队初始合流序列。

S3、车队合流序列优化，设置主线车辆与匝道车辆为同一通行优先级，利用车路互联通信功能，调整车辆行驶速度与跟驰时距，构建汇入时序与间隔优化模型。

S4、利用汇入时序与间隔优化模型，计算每辆控制车辆预计到达合流点的时间，根据该时间对合流车辆进行排序，形成车队合流序列，网联车获取预计的合流时间。

S5、在对合流车辆序列进行顺序优化与预计合流时间的基础上，优化合流车辆的纵向行驶轨迹，给出合理的系统控制策略输入值，构建车辆行驶轨迹优化模型。

S6、采用最优控制理论中的变分法，在给定初始与合流时刻位置与速度的前提下，利用车辆行驶轨迹优化模型获得使目标函数最小的加速度与急动度曲线。视该优化问题为无约束模型，使用极值法求解运动状态控制优化问题。

进一步的，所述步骤S1中，收集当前高速公路合流区内道路基础设施信息、重要交通流参数与车辆运动状态信息；确定单位控制时长，自动获取该单位控制时长内所有合流车辆的状态信息并实时记录更新。实时传输信息进行交通决策与车辆状态信息更新交互。