一种车道通行效率优化分组装置及方法与流程

本发明涉及交通领域，特别涉及一种车道通行效率优化分组装置及方法。

背景技术：

随着汽车保有量的剧增，道路拥堵已经成为严重影响人们日常生活和社会发展的公共问题。道路拥堵，一方面是道路资源满足不了车辆行驶的需求，另一方面是在道路瓶颈的地方抢占车道所导致的。道路资源受到土地资源和规划等诸多因素制约，短时间内是无法改变。所谓的道路瓶颈，其最根本的表现是可通行的车道由多变少。这种瓶颈一般有两种情况，(1)道路的车道由多变少；(2)由于施工、交通事故或临时的交通管制所导致的可通行车道变少。目前，因抢占车道所导致的道路拥堵问题，一般没有进行干预，而若出现严重拥堵，最常见的处理方法是交警通过人为的方式疏导交通。

在道路瓶颈的地方，因抢占车道所导致的道路拥堵问题，目前还没有很好的解决方法，一般都是不进行干预，等待车流量自然变少而消失；这样不可避免地会导致道路拥堵时间长，碰擦事故频发，通行效率低下等。而通过交警人为疏导交通，则面临实时性不强，效率不高，且需要投入大量人力资源等问题，同时也对交警的人身安全产生一定的威胁。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种车道通行效率优化分组装置及方法，提高了车辆通行效率。

本发明实施例提供的一种车道通行效率优化分组装置，包括数据获取模块、车道分组方案生成模块、车道分组方案检验模块、车道分组方案评价指标计算模块及车道分组方案通行效率评价模块，其中，

所述数据获取模块用于以预定的时间周期，获取当前路段各车道的车道信息；

所述车道分组方案生成模块用于根据所述车道信息生成车道分组方案，各车道分组方案中的车道是连续的，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有分组方案；

所述车道分组方案检验模块用于根据车道分组的可通行原则和不可再分组原则，对生成的所有车道分组方案进行检验，提取检验通过的车道分组方案；

所述车道分组方案评价指标计算模块用于对检验通过的车道分组方案进行评价指标计算；

所述车道分组方案通行效率评价模块用于根据各车道分组方案的评价指标计算结果，对各车道分组方案的通行效率进行评价，得出通行效率最优的车道分组方案。

可选地，各车道的车道信息为：

其中，laneinfo为每条车道的信息；laneid为车道编号，车道编号为连续的正整数；lanestate为车道通行状态；vehiclecount为车道上的车辆数量；n为车道总数。

可选地，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有车道分组方案为：

其中，lgsa为所有的车道分组方案；lgs为车道分组方案，t为分组方案的个数；lg为车道分组，s为分组方案所包含的分组数量；laneinfoi为车道分组中所包含的车道信息，i＜j且每个分组中的车道是连续的。

可选地，所述车道分组方案评价指标计算模块中的评价指标包括车道分组方案的最长通行时间和通行时间标准偏差。

可选地，所述车道分组方案通行效率评价模块用于遍历所有车道分组方案的最长通行时间，将最长通行时间中最短的分组方案作为通行效率最优的分组方案，如果存在最长通行时间相同的分组方案，则进一步判断所述分组方案的通行时间标准偏差，将通行时间标准偏差最小的车道分组方案作为最优的分组方案。

另外，本发明还提供了一种车道通行效率优化分组方法，包括：

以预定的时间周期，获取当前路段各车道的车道信息；

根据所述车道信息生成车道分组方案，各车道分组方案中的车道是连续的，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有分组方案；

根据车道分组的可通行原则和不可再分组原则，对生成的所有车道分组方案进行检验，提取检验通过的车道分组方案；

对检验通过的车道分组方案进行评价指标计算；

根据各车道分组方案的评价指标计算结果，对各车道分组方案的通行效率进行评价，得出通行效率最优的车道分组方案。

可选地，各车道的车道信息为：

其中，laneinfo为每条车道的信息；laneid为车道编号，车道编号为连续的正整数；lanestate为车道通行状态；vehiclecount为车道上的车辆数量；n为车道总数。

可选地，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有车道分组方案为：

其中，lgsa为所有的车道分组方案；lgs为车道分组方案，t为分组方案的个数；lg为车道分组，s为分组方案所包含的分组数量；laneinfoi为车道分组中所包含的车道信息，i＜j且每个分组中的车道是连续的。

可选地，所述评价指标包括车道分组方案的最长通行时间和通行时间标准偏差。

可选地，根据各车道分组方案的评价指标计算结果，对各车道分组方案的通行效率进行评价，得出通行效率最优的车道分组方案，包括：

遍历所有车道分组方案的最长通行时间，将最长通行时间中最短的分组方案作为通行效率最优的分组方案，如果存在最长通行时间相同的分组方案，则进一步判断所述分组方案的通行时间标准偏差，将通行时间标准偏差最小的车道分组方案作为最优的分组方案。

由上可见，应用本实施例技术方案，由于提出了一种通行效率最优的车道分组方法，穷举所有车道的分组方案，然后对分组方案进行检验，提取可行的分组方案，之后对可行的分组方案进行分析计算，最后根据计算结果对车道通行效率进行评估，得出最优的分组方案，使得车辆在各自的分组车道内协同排队通过，提高了拥堵路段的通行效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种车道通行效率优化分组装置结构示意图；

图2为本发明提供的一种车道分组示意图；

图3为本发明提供的一种车道通行效率优化分组方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本实施例提供一种车道通行效率优化分组装置，如图1所示，包括数据获取模块10、车道分组方案生成模块20、车道分组方案检验模块30、车道分组方案评价指标计算模块40及车道分组方案通行效率评价模块50，其中，

所述数据获取模块10用于以预定的时间周期，获取当前路段各车道的车道信息；所述车道分组方案生成模块20用于根据所述车道信息生成车道分组方案，各车道分组方案中的车道是连续的，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有分组方案；所述车道分组方案检验模块30用于根据车道分组的可通行原则和不可再分组原则，对生成的所有车道分组方案进行检验，提取检验通过的车道分组方案；所述车道分组方案评价指标计算模块40用于对检验通过的车道分组方案进行评价指标计算；所述车道分组方案通行效率评价模块50用于根据各车道分组方案的评价指标计算结果，对各车道分组方案的通行效率进行评价，得出通行效率最优的车道分组方案。

可以但不限于，在一个实施例中，以一个固定的时间周期tu，获取当前路段所有车道的各车道的车道信息为：

其中，laneinfo为每条车道的信息；laneid为车道编号，车道编号为连续的正整数，一般为(1,2，…，n)；lanestate为车道通行状态，可通行为true，不可通行为false；vehiclecount为车道上的车辆数量；n为车道总数。

在一个实施例中，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有车道分组方案为：

其中，lgsa为所有的车道分组方案；lgs为车道分组方案，t为分组方案的个数；lg为车道分组，s为某个分组方案所包含的分组数量，每个分组方案的分组数量s不尽相同；laneinfoi为车道分组中所包含的车道信息，i＜j且每个分组中的车道必须是连续的。

车道分组方案的生成方法是：从第一车道开始，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有分组方案，具体步骤如下：

判断当前车道是否为第一车道，如果是第一车道，则直接把当前车道作为一个车道分组，并把该车道分组作为一个分组方案保存起来。假设第一车道为laneinfo1，则所得到的结果如下：

lgsa{lgs1{lg1(laneinfo1)

如果当前车道不是第一车道，则遍历当前存储的所有车道分组方案lgsa，根据当前的车道分组方案lgsx和当前车道信息laneinfok，修正和派生出当前分组方案lgsx的两个车道分组方案lgsx(修正)和lgsx+1(派生)。假设当前车道信息为laneinfok；当前车道分组方案为

则修正和派生的两个分组方案分别为：

其中，分组的车道必须是连续的车道，避免不必要的变道通行。可行的车道分组必须有且仅有一个可通行车道，使得分组是最小的可通行单元。基于以上两个规则，穷举车道分组便可以通过二叉树模型来对车道进行分组，该模型能够完全覆盖所有的车道分组情况。其中，如图2所示，二叉树的一个节点为一个分组方案；一个分组方案中，括号()为一个车道分组；一个车道分组包含一个或多个连续车道。穷举的车道分组方案的个数与车道数量之间的关系为2^x，x为车道数量。二叉树节点方案的派生规则是：左子节点：把当前车道作为一个独立分组添加到父节点分组方案中，派生左子节点；右子节点：把当前车道并入父节点分组方案的最后一个分组中，派生右子节点。

根据车道分组的可通行原则和不可再分组原则，对所生成的所有车道分组方案lgsa进行检验，提取检验通过的所有车道分组方案lgst。所述的可通行原则和不可再分组原则，其特征在于一个车道分组方案lgsx中，所有车道分组lgx必须满足有且只有一个可通行车道。

所述车道分组方案评价指标计算模块中的评价指标包括车道分组方案的“最长通行时间tlcost”和“通行时间标准偏差σ”。

通行时间tncost：车道分组lgx中所有车辆通过该分组可通行车道所耗费的时间

tncost＝∑(|laneidx-laneidtrue|×tc+tp)×vehiclecountx

其中，laneidtrue为车道分组内可通行车道的车道编号；tc为车辆变换一个车道所需要的时间；tp为车辆通过所在车道的时间；最长通行时间tlcost：把某个车道分组方案lgsx中，所有车道分组lgx的通行时间tncost中最长的时间作为该分组方案的最长通行时间。

通行时间标准偏差σ：计算某个车道分组方案lgsx所有车道分组lgx的通行时间tncost的标准偏差。

其中，σ为车道分组方案lgsx通行时间的标准偏差；tncost为车道分组lgx的通行时间；

为所有车道分组通行时间的总体均值；s为车道分组的个数。

所述车道分组方案通行效率评价模块遍历所有车道分组方案的最长通行时间tlcost，把最长通行时间tlcost最短的分组方案作为通行效率最优的分组方案。

如果存在多个最长通行时间tlcost相同的分组方案，则进一步判断所述分组方案的通行时间标准偏差σ，把通行时间标准偏差σ最小的分组方案作为最优的分组方案。

车道分组方案通行效率的评估是通过分组的“最长通行时间”和“通行时间标准偏差”来联合进行评估的。“最长通行时间”能够体现分组方案中所有车辆通过所需的最长时间，时间越短，分组方案的通行效率越高。“通行时间标准偏差”若多个分组方案的“最长通行时间”是相同的，则根据“通行时间标准偏差”来进一步判断分组方案中各分组的通行效率；通行时间标准偏差越小，则说明各分组通行效率越偏向平均水平，由于每种分组方案中需要通过的车辆数量和车道数量及车道状态是一样的，所以各分组通行效率越平均，则说明车道分组越合理，整体的通行效率越高。

标准偏差是一种量度数据分布的分散程度之标准，用以衡量数据值偏离算术平均值的程度。标准偏差越小，这些值偏离平均值就越少，反之亦然。

可见，穷举所有车道的分组方案；然后对分组方案进行检验，提取可行的分组方案；之后对可行的分组方案进行特性计算；最后根据特性计算结果对车道通行效率进行评估，得出最优的分组方案是一种行之有效的提高通行效率的方法。

本发明还提供了一种车道通行效率优化分组方法，如图3所示，包括：

100、以预定的时间周期，获取当前路段各车道的车道信息；

200、根据所述车道信息生成车道分组方案，各车道分组方案中的车道是连续的，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有分组方案；

300、根据车道分组的可通行原则和不可再分组原则，对生成的所有车道分组方案进行检验，提取检验通过的车道分组方案；

400、对检验通过的车道分组方案进行评价指标计算；

500、根据各车道分组方案的评价指标计算结果，对各车道分组方案的通行效率进行评价，得出通行效率最优的车道分组方案。

可以但不限于，在一个实施例中，以一个固定的时间周期tu，获取当前路段所有车道的各车道的车道信息为：

其中，laneinfo为每条车道的信息；laneid为车道编号，车道编号为连续的正整数，一般为(1,2，…，n)；lanestate为车道通行状态，可通行为true，不可通行为false；vehiclecount为车道上的车辆数量；n为车道总数。

在一个实施例中，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有车道分组方案为：

其中，lgsa为所有的车道分组方案；lgs为车道分组方案，t为分组方案的个数；lg为车道分组，s为某个分组方案所包含的分组数量，每个分组方案的分组数量s不尽相同；laneinfoi为车道分组中所包含的车道信息，i＜j且每个分组中的车道必须是连续的。

车道分组方案的生成方法是：从第一车道开始，按照二叉树派生规则，依次生成已遍历车道的所有分组方案，具体步骤如下：

判断当前车道是否为第一车道，如果是第一车道，则直接把当前车道作为一个车道分组，并把该车道分组作为一个分组方案保存起来。假设第一车道为laneinfo1，则所得到的结果如下：

lgsa{lgs1{lg1(laneinfo1)

如果当前车道不是第一车道，则遍历当前存储的所有车道分组方案lgsa，根据当前的车道分组方案lgsx和当前车道信息laneinfok，修正和派生出当前分组方案lgsx的两个车道分组方案lgsx(修正)和lgsx+1(派生)。假设当前车道信息为laneinfok；当前车道分组方案为

则修正和派生的两个分组方案分别为：

其中，分组的车道必须是连续的车道，避免不必要的变道通行。可行的车道分组必须有且仅有一个可通行车道，使得分组是最小的可通行单元。基于以上两个规则，穷举车道分组便可以通过二叉树模型来对车道进行分组，该模型能够完全覆盖所有的车道分组情况。其中，如图2所示，二叉树的一个节点为一个分组方案；一个分组方案中，括号()为一个车道分组；一个车道分组包含一个或多个连续车道。穷举的车道分组方案的个数与车道数量之间的关系为2^x，x为车道数量。二叉树节点方案的派生规则是：左子节点：把当前车道作为一个独立分组添加到父节点分组方案中，派生左子节点；右子节点：把当前车道并入父节点分组方案的最后一个分组中，派生右子节点。

根据车道分组的可通行原则和不可再分组原则，对所生成的所有车道分组方案lgsa进行检验，提取检验通过的所有车道分组方案lgst。所述的可通行原则和不可再分组原则，其特征在于一个车道分组方案lgsx中，所有车道分组lgx必须满足有且只有一个可通行车道。

所述车道分组方案评价指标计算模块中的评价指标包括车道分组方案的“最长通行时间tlcost”和“通行时间标准偏差σ”。

通行时间tncost：车道分组lgx中所有车辆通过该分组可通行车道所耗费的时间

tncost＝∑(|laneidx-laneidtrue|×tc+tp)×vehiclecountx

其中，laneidtrue为车道分组内可通行车道的车道编号；tc为车辆变换一个车道所需要的时间；tp为车辆通过所在车道的时间；最长通行时间tlcost：把某个车道分组方案lgsx中，所有车道分组lgx的通行时间tncost中最长的时间作为该分组方案的最长通行时间。

通行时间标准偏差σ：计算某个车道分组方案lgsx所有车道分组lgx的通行时间tncost的标准偏差。

其中，σ为车道分组方案lgsx通行时间的标准偏差；tncost为车道分组lgx的通行时间；

为所有车道分组通行时间的总体均值；s为车道分组的个数。

所述车道分组方案通行效率评价模块遍历所有车道分组方案的最长通行时间tlcost，把最长通行时间tlcost最短的分组方案作为通行效率最优的分组方案。

如果存在多个最长通行时间tlcost相同的分组方案，则进一步判断所述分组方案的通行时间标准偏差σ，把通行时间标准偏差σ最小的分组方案作为最优的分组方案。

车道分组方案通行效率的评估是通过分组的“最长通行时间”和“通行时间标准偏差”来联合进行评估的。“最长通行时间”能够体现分组方案中所有车辆通过所需的最长时间，时间越短，分组方案的通行效率越高。“通行时间标准偏差”若多个分组方案的“最长通行时间”是相同的，则根据“通行时间标准偏差”来进一步判断分组方案中各分组的通行效率；通行时间标准偏差越小，则说明各分组通行效率越偏向平均水平，由于每种分组方案中需要通过的车辆数量和车道数量及车道状态是一样的，所以各分组通行效率越平均，则说明车道分组越合理，整体的通行效率越高。

标准偏差是一种量度数据分布的分散程度之标准，用以衡量数据值偏离算术平均值的程度。标准偏差越小，这些值偏离平均值就越少，反之亦然。

由于根据路段的整体情况，评估出一种通行效率最优的车道分组方法，使得车辆在各自的分组车道内协同有序排队通过，提高拥堵路段的通行效率。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。