智慧高速公路长下坡路段分车道管控方法及系统与流程

本发明涉及智慧高速公路和车路协同，具体而言，涉及一种智慧高速公路长下坡路段分车道管控方法及系统。

背景技术：

1、随着交通强国、新基建、数字交通等国家、行业的战略发展部署，智慧高速公路建设成为当前和以后一段时间高速公路高质量发展的重要方向和重点任务。智慧高速公路已有多年试点工程探索，根据工程实践，业界专家学者认为智慧高速公路强调对现有感知、通信、控制、人工智能等先进技术的集成应用，从而提供高精准信息服务、车路协同安全预警、车道精准管控等创新服务。例如车道精准管控服务需要应用高精准感知、高精度地图、高精度定位、低时延无线通信、数据实时分析和边缘控制等多项技术，涉及到路侧感知设备、无线通信设备、高精定位设备、边缘计算设备等部署和集成应用。

2、在山岭地区，由于受到地形、地貌条件的限制，形成了长达几公里甚至数十公里的高速公路长下坡路段，同时随着山区高速公路交通流量不断增大、重载货车比例不断提高，山区高速公路长下坡路段易发生交通事故，且会造成严重的人员伤亡、财产损失。山区高速公路长下坡路段交通事故主要特征包括3点：①长下坡路段上游，驾驶员无法及时获取长下坡路段线性信息和交通运行状态信息；②长下坡路段上，大、小车超速行驶；③长下坡路段上，不同车型间速度离散性大。

3、目前，高速公路长下坡路段安全保障措施主要是在适当位置设置标志、标线，缺乏实时全面的预警信息、缺乏有效的速度控制措施。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种智慧高速公路长下坡路段分车道管控方法，包括：获取长下坡前上游路段、长下坡路段的交通运行状态信息及车辆信息；根据所述交通运行状态信息及车辆信息计算货车占比，以及确定所述货车占比对应的客货分道行驶方案；在所述长下坡前上游路段及所述长下坡路段执行客货分道行驶管控。

2、可选地，所述长下坡前上游路段至少包括沿行车方向分布的客货混行路段、客货分道过渡段，所述在所述长下坡前上游路段及所述长下坡路段执行客货分道行驶管控，包括：在所述客货混行路段，向运行车辆发布第一信息；所述第一信息包括以下至少一项：前方客货分道行驶及距客货分道行驶的距离，长下坡路段的线形、路况、气象信息；在所述客货分道过渡段，向运行车辆发布第二信息；所述第二信息包括以下至少一项：客货分道方案及不同车道车辆的限速值，长下坡路段的线性、路况、气象信息，“货车低速挡下坡”或“禁止货车空、高挡下坡”信息。

3、可选地，所述长下坡路段至少包括沿行车方向分布的坡中路段、坡底路段，所述在所述长下坡前上游路段及所述长下坡路段执行客货分道行驶管控，包括：在所述坡中路段，向运行车辆发布第三信息；所述第三信息包括以下至少一项：客货分道方案及不同车道车辆的限速值，长下坡路段余长信息，长下坡下游路段交通运行状态信息；在所述坡底路段，向运行车辆发布第四信息；所述第四信息包括以下至少一项：长下坡结束、限速结束、客货分道结束信息。

4、可选地，所述限速值采用基于模型预测控制mpc的分车道限速控制框架确定；所述基于mpc的分车道限速控制框架包括：分车道限速控制系统及预测模型；

5、所述分车道限速控制系统为改进的主线可变车速控制mtfc-vsl系统；所述改进的mtfc-vsl控制系统的串级控制结构包括预设目标密度更新模块，所述预设目标密度更新模块包括：parameter-schatter算法和参考模型；所述parameter-schatter算法动态更新临界密度ρcr，参考模型为

6、限速值计算公式如下：

7、vvsl(k)＝vc(k)＝b·vf

8、式中，vvsl(k)为第k个采样周期时的限制速度显示值，vc(k)为第k个采样周期时系统输出的最优限制速度值，b为可变限速率；

9、所述预测模型包括：

10、流量速度密度方程如下：

11、qi(kp)＝ρi(kp)vi(kp)λi

12、交通流量守恒方程如下：

13、

14、动态交通速度方程如下：

15、

16、式中，τ为时间参数、v为期望参数、k为模型参数，期望速度为：

17、

18、式中，αm为模型参数，ρc为车道临界密度。

19、可选地，所述基于mpc的分车道限速控制框架的优化目标如下：

20、

21、式中，iall为长下坡前上游道路和长下坡道路中所有路段序号的集合，ρm,(k)为第k个采样周期时道路m中路段i的密度(veh/km)，lm为道路m中路段长度(km)，λm为道路m的车道数；ξv为可变限速惩罚项中惩罚因子，取正值；

22、事故发生概率的logistic模型如下：

23、

24、

25、

26、

27、

28、式中，p为事故发生概率；y为事故发生变量，1表示事故发生；为上游路段密度；为上游密度标准差；ρd为下游路段密度；为下游密度标准差；r为冲击波传播过程中追尾风险指数率；m为一个控制周期内采样周期个数，即tc/t；λ为车道数；vuvd为上、下游车辆速度值。

29、所述基于mpc的分车道限速控制框架的约束条件如下：min{jtts,jp}

30、s.t.v′vsl＝argmins∈ω(|vvsl(k)-s||s≥vvsl(k)),ω＝[vmin,vmin+10,…,vd]

31、|v′vsl,m(k)-|v′vsl,m(k-1)|≤σ,|v′vsl,m+1(k)-|v′vsl,m(k)|≤ε。

32、可选地，所述长下坡路段为单向三车道；当货车占比为10％～20％时，对应的客货分道行驶方案为：2条客车专用车道和1条客货混合车道；当货车占比为20％～30％时，对应的客货分道行驶方案为：2条客车专用车道和1条货车专用车道；当货车占比为30％～40％时，对应的客货分道行驶方案为：1条客车专用车道、1条客货混行车道、1条货车专用车道。

33、可选地，满足以下条件的车辆为客车：车长不超过6m，车宽不超过2m，车身重不超过4.5t；其他车辆为货车。

34、本发明实施例提供一种智慧高速公路长下坡路段分车道管控系统，包括分车道管控智慧化设施，所述分车道管控智慧化设施包括交通感知设备、无线通信设备及边缘计算设备，所述边缘计算设备用于执行上述方法。

35、可选地，还包括交安设施，所述交安设施包括路段信息标志及可变信息标志；在客货混行路段，布设长下坡路段信息预告标志及可变信息标志；在客货分道行驶过渡段，布设可变信息标志；在坡顶前客货分道行驶路段，布设可变信息标志、区间测速标志、长下坡标志；在坡顶起始路段，布设货车档位告示标志；在坡中路段，布设长下坡余长标志及区间测速标志；在坡底路段，布设长下坡路段结束标志、客货分道行驶结束标志、分车道限速结束标志、区间测速结束标志。

36、可选地，所述分车道管控智慧化设施还包括北斗地基增强站。

37、本发明实施例提供的智慧高速公路长下坡路段分车道管控方法及系统，集成应用感知、通信、控制等技术，实现长下坡路段车路协同安全预警、分车道车速管控等服务，提升了山区高速公路长下坡路段的通行效率和行车安全。