一种车路协同环境下高速公路施工区的路侧控制系统的制作方法

本发明涉及交通控制领域，尤其是涉及一种车路协同环境下高速公路施工区的路侧控制系统。

背景技术：

随着移动互联技术在交通领域的逐渐应用，产生的车联网和车路协同等技术在过去十年内突飞猛进，并逐渐从实验室、测试场走向实际应用，进而对交通系统产生深刻影响。车路协同技术实现了车车联网、车路联网，将移动互联技术应用于交通，被认为是交通的第三次科技革命，是目前的研究热点。交通控制管理问题的主要矛盾在于不平衡，包括空间维度的供需不均衡以及时间维度的不均衡，其中信息不对称造成了供需不均衡，而感知技术的落后使得现有控制管理技术远远无法达到交通实际的时变要求。另外，现有交通控制策略的制定多以集计的交通流运行数据为基础，这些数据仅仅反应整体特征，而缺乏对个体需求的捕捉。车路协同技术的出现和发展可以极大地改善现有交通运行情况，通过车路协同环境下车辆与道路间双向的信息交互，通过网联车辆可以向路侧提供更加精确、实时、连续的车辆轨迹和需求信息，基于这些数据制定控制策略可以更加合理的分配道路的时空资源；同时路侧可以将控制指令实时地下达到车辆个体，使得控制更加个性化和精细化。

目前车路协同技术仍处在发展阶段，大规模的应用和普及需要很长一段过渡时间，在实际环境中的应用场景主要分为在封闭测试场和开放道路。国内已经开始出现开放道路的测试和示范，但测试车辆与实际私家车保有量相差较大，低渗透率的车路协同环境是目前的现状并且会长期存在。

当前开放道路测试的场景和算法主要针对全网联车环境，缺少对普通车辆的考虑。由于网联车辆渗透率较低，因此目前很多算法难以达到理想的效果。针对这一现状和问题，需要路侧单元满足同时对网联车辆和普通车辆两种车辆类型进行控制。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的网联车辆渗透率较低、缺少对普通车辆的考虑的缺陷而提供一种车路协同环境下高速公路施工区的路侧控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种车路协同环境下高速公路施工区的路侧控制系统，包括数据读取处理模块、核心算法运行模块、算法结果输出模块和数据存储上传模块，所述路侧控制系统通过通信接口与路侧通信单元、检测器和可变信息板通信连接，采集施工区上游的车路信息，对所述施工区上游的网联车和非网联车实行多维度的限速控制和动态车道控制，实现对非网联车和网联车组成的混合流环境下的实时控制。

所述限速控制和动态车道控制的管控方案具体包括以下步骤：

步骤s201：检测所述施工区与上游检测器之间是否存在网联车，若存在则计算基于距离加权的上游网联车平均车速，以此为基础计算出基于渗透率加权的上游平均车速，同时根据所述施工区上游的检测器测得上游实时车速，将所述上游实时车速的85％作为上游85％车速。

所述上游85％车速用于限速控制的具体步骤如下：

步骤a202：检测施工区上游85％车速与上一轮管控方案的施工区上游加权85％车速是否大于设定的速度差值，若是则将施工区上游的限速按所述速度差值进行提高，若否则保持原施工区上游的限速；

步骤a203：基于所述上游85％车速的加权对下一轮限速进行预测，计算本轮限速与预测限速的均值作为网联车的引导车速；

步骤a204：网联车对自身当前车速进行调整，初始调整值为0，后续调整值为引导车速与当前最大速度上限的差值；

步骤a205：若引导车速与当前速度的加速度在设定阈值内，计算出加速度和网联车的匀加速曲线，若不在设定阈值内则返回步骤a204。

所述限速控制为多轮次限速，限速段为所述施工区的上游。

所述上游平均车速用于动态车道控制的具体步骤如下：

步骤b202：检测所述检测施工路段上游起始部分的车流量是否位于设定的车流量区间，若小于所述车流量区间的最小值则实行动态早期合流，若大于所述车流量区间的最大值则实行动态晚期合流，在所述车流量区间之内则根据所述上游平均车速进行判断，若大于平均车速设定阈值则实行动态早期合流，若小于平均车速设定阈值则实行动态晚期合流；

步骤b203：根据步骤b202中的变道合流方案计算可变道区域，实时记录进入可变道区域的网联车，并将进入可变道区域的网联车进行分组；

步骤b204：预估可变道区域内最后一辆网联车通过该区域的时间，计算每组网联车的变道时间；

步骤b205：每组网联车判断当前时间是否为变道时间，若是则向本组网联车发送变道指令。

所述早期动态合流是指距离施工区较远的位置进行车辆合流，所述晚期动态合流是指距离施工区较近的位置进行车辆合流。

所述数据读取处理模块通过与所述检测器和路侧通信单元的通信，实时读取交通状态数据并将其标准化，获得标准化交通状态数据。

所述核心算法运行模块根据所述标准化交通状态数据，制定所述限速控制和动态车道控制的管控方案。

所述数据存储上传模块将所述将标准化交通状态数据和标准化结果信息实时上传至上位机。

所述车路信息包括检测器数据、网联车辆数据、非网联车辆数据、天气信息和事故信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过通信接口与路侧通信单元、检测器和可变信息板通信连接，同时覆盖非网联车和网联车，在非网联车和网联车两种车辆组成的混合流环境下获取多源数据，针对检测器集计、不连续、覆盖广和网联车辆非集计、连续、渗透率低的特点，对两者进行数据融合，从而获取更为全面和精准的交通运行状态。

2.本发明根据施工区的上游车流量和速度，实行限速控制和动态车道控制，限速控制针对网联车计算出精细的车速引导轨迹，可提升交通流的稳定性；动态车道控制对动态早期合流和动态晚期合流两种控制方式进行整合，实现适应不同流量下的车辆控制。

3.本发明的管控方案通过可变信息板与非网联车进行信息交互，通过路侧通信单元与网联车进行信息交互，实现对道路中所有车辆的控制，提升了车路协同环境下路侧单元的控制效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明限速控制和动态车道控制的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种车路协同环境下高速公路施工区的路侧控制系统，包括数据读取处理模块、核心算法运行模块、算法结果输出模块和数据存储上传模块，路侧控制系统通过通信接口与路侧通信单元、检测器和可变信息板通信连接，采集施工区上游的车路信息，对施工区上游的网联车和非网联车实行多维度的限速控制和动态车道控制，实现对非网联车和网联车组成的混合流环境下的实时控制。

车路信息包括检测器数据、网联车辆数据、非网联车辆数据、天气信息和事故信息。

动态车道控制包括动态早期合流和动态晚期合流，早期动态合流是指距离施工区较远的位置进行车辆合流，晚期动态合流是指距离施工区较近的位置进行车辆合流。

限速控制为多轮次限速，限速段为施工区的上游。

实施例一

路侧控制系统打开后，主体程序自动启动，并开启多个线程，分别调用数据读取处理模块、核心算法运行模块、算法结果输出模块以及数据存储上传模块，具体工作步骤如下：

步骤s1：数据读取处理模块通过与检测器和路侧通信单元的通信，实时读取交通状态数据并将其标准化；

步骤s2：核心算法运行模块根据步骤s1的标准化交通状态数据，制定限速控制和动态车道控制的管控方案；

步骤s3：算法结果输出模块将管控方案处理成标准化结果信息，通信接口为rj45网口，标准化结果信息通过rj45网口发送至路侧通信单元和可变信息板；

步骤s4：数据存储上传模块将将标准化交通状态数据和标准化结果信息实时上传至上位机。

如图2所示，限速控制和动态车道控制的管控方案具体包括以下步骤：

步骤s201：检测施工区与上游检测器之间是否存在网联车，若存在则计算基于距离加权的上游网联车平均车速，以此为基础计算出基于渗透率加权的上游平均车速，同时根据施工区上游的检测器测得上游实时车速，将上游实时车速的85％作为上游85％车速。

根据计算得出的上游85％车速进行限速控制，具体步骤如下：

步骤a202：检测施工区上游85％车速与上一轮管控方案的施工区上游加权85％车速是否大于设定的速度差值，若是则将施工区上游的限速按速度差值进行提高，若否则保持原施工区上游的限速；

步骤a203：基于上游85％车速的加权对下一轮限速进行预测，计算本轮限速与预测限速的均值作为网联车的引导车速；

步骤a204：网联车对自身当前车速进行调整，初始调整值为0，后续调整值为引导车速与当前最大速度上限的差值；

步骤a205：若引导车速与当前速度的加速度在设定阈值内，计算出加速度和网联车的匀加速曲线，若不在设定阈值内则返回步骤a204。

根据计算得出的上游平均车速进行动态车道控制，具体步骤如下：

步骤b202：检测检测施工路段上游起始部分的车流量是否位于设定的车流量区间，若小于车流量区间的最小值则实行动态早期合流，若大于车流量区间的最大值则实行动态晚期合流，在车流量区间之内则根据上游平均车速进行判断，若大于平均车速设定阈值则实行动态早期合流，若小于平均车速设定阈值则实行动态晚期合流；

步骤b203：根据步骤b202中的变道合流方案计算可变道区域，实时记录进入可变道区域的网联车，并将进入可变道区域的网联车进行分组；

步骤b204：预估可变道区域内最后一辆网联车通过该区域的时间，计算每组网联车的变道时间；

步骤b205：每组网联车判断当前时间是否为变道时间，若是则向本组网联车发送变道指令。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思所述的构造、特征及原理所做的等小变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。