一种应急车道在线开放决策方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明涉及高速公路应急车道管控，特别是涉及一种应急车道在线开放决策方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、随着社会经济快速发展，高速公路交通通行流量持续增加，尤其是重大活动、节假日出行高峰期间，通行流量激增通常导致高速公路拥堵现象显著。面对这一严峻问题，应急车道开放决策应运而生，即将应急车道临时作为常规道路使用，以期缓解路段交通流拥堵现状。然而，国内外研究多以固定分时段、分车型等静态控制策略实施开放决策。固定分时段策略通常依据路段拥堵常发时段的实践经验，人为设置高速公路应急车道开放时段，其固有的局限将难以适应多变的、动态的道路拥堵情况。例如对于临时性重大活动、节假日时长差异等非规律性情形，无可避免的造成应急车道开放时间过长或不足。分车型策略通常面向特定类型车辆开放使用应急车道，这不仅造成了道路使用者路权分配的不公平性，而且仍难以满足流量高峰期间，车辆对道路空间资源的庞大需求。综上，静态控制策略难以适应多变的、随机的道路交通流量变化，迫切需要采取一种动态的实时的应急车道开放决策方法，以适应道路交通流量变化特性，有效缓解高速公路拥堵。

2、所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种应急车道在线开放决策方法、系统、设备及存储介质，以解决现有技术存在的以上问题，其具体方案如下：

2、一种应急车道在线开放决策方法，包括如下步骤：

3、s1、同向道路交通状态指数计算，以固定时间长度t0为检测周期时长对同向道路进行t个检测周期的道路速度指数计算、道路流量指数计算、道路密度指数计算，获得由道路速度指数、道路流量指数、道路密度指数构成的3行t列的道路交通状态矩阵st；

4、s2、同向道路状态参数自学习，根据所述道路交通状态矩阵st，使用所述t个检测周期的道路速度指数、道路流量指数、道路密度指数，联合计算道路状态参数a、道路状态参数b、道路状态参数c；

5、s3、同向道路拥堵指数计算，基于所述同向道路交通状态指数计算和所述同向道路状态参数自学习结果，依据应急车道开放或关闭状态，计算应急车道关闭状态下各检测周期的应急关闭道路拥堵指数，计算应急车道开放状态下各检测周期的应急开放道路拥堵指数；

6、s4、状态追溯应急车道开放决策，在应急车道处于关闭状态下，利用所述应急关闭道路拥堵指数与所述道路交通状态矩阵st，使用状态追溯应急车道开放决策条件，判别应急车道是否需要开放，若满足开放决策条件则开放应急车道作为常规道路使用，若不满足开放决策条件则保持应急车道原功能；

7、s5、状态追溯应急车道关闭决策，在应急车道处于开放状态下，利用所述应急开放道路拥堵指数与所述道路交通状态矩阵st，使用状态追溯应急车道关闭决策条件，判别应急车道是否需要关闭，若满足关闭决策条件则关闭应急车道仅保持应急车道原功能，若不满足关闭决策条件则仍将应急车道作为常规道路使用；

8、其中，t为检测周期数，st是涉及t个检测周期的道路交通状态矩阵，可用于存储各个周期的道路速度指数、道路流量指数、道路密度指数。

9、优选的，所述的步骤s1具体包括：

10、道路密度指数计算，依据第j个检测周期内检测点对同向道路断面所检测车辆的瞬时速度、检测时刻、前后两车之间的检测时间差和检测到的车辆总数，并将所检测到的车辆按照检测顺序依次编号为1、2、......、nj，计算第j个检测周期的道路密度指数，其计算公式为：

11、

12、其中，kj是第j个检测周期的道路密度指数，nj是第j个检测周期中内检测到的车辆总数，按照检测到的时间顺序被检测的车辆依次编号为1、2、......、nj，vi为第i辆车的瞬时速度，单位为米/秒，vi-1为第i-1辆车的瞬时速度，单位为米/秒，δti是第i辆车与第i-1辆车之间的检测时间差，单位为秒；

13、道路速度指数计算，依据第j个检测周期内检测点对同向道路断面所检测车辆的瞬时速度以及检测到的车辆总数，并剔除一个最大瞬时速度和一个最小瞬时速度，从而计算道路速度指数，其计算公式为：

14、

15、其中，vj是第j个检测周期的道路速度指数，max(vi)是第j个周期中所检测车辆的瞬时速度的最大值，min(vi)是第j个检测周期内所检测车辆的瞬时速度的最小值；

16、道路流量指数计算，依据不同类型车辆所占用道路空间的差异，使用各类型车辆对应的折算系数，以及所述检测到的车辆总数，计算第j个检测周期的道路流量指数，其计算公式为：

17、

18、其中，qj是第j个检测周期的道路流量指数，mj是第j个检测周期内检测到的车辆类型数量，各种车辆类型依次编号为1、2、......、mj，εk是第k种类型车辆对应的折算系数，t0是每个检测周期的时间长度，且每个检测周期时间长度相同，单位为分钟；

19、道路交通状态矩阵，基于所述道路密度指数计算、道路速度指数计算、道路流量指数计算方法，计算并集成道路检测点在t个检测周期的道路密度指数、道路速度指数、道路流量指数，得到道路交通状态矩阵，其计算公式为：

20、

21、其中，st是道路检测点在t个检测周期的道路交通状态矩阵，k是道路检测点在t个检测周期的道路密度指数矩阵，v是道路检测点在t个检测周期的道路速度指数矩阵，q是道路检测点在t个检测周期的道路流量指数矩阵。

22、优选的，所述的步骤s2具体包括：

23、依据所述道路交通状态矩阵st得到的t个检测周期下的道路检测点的道路道路密度指数、道路速度指数、道路流量指数，建立道路状态参数等式约束，以自学习求解各项道路状态参数，道路状态参数等式约束为：

24、

25、其中，a、b、c均是道路状态参数，由道路状态参数等式约束联立求解出。

26、优选的，所述的步骤s3具体包括：

27、应急道路关闭状态下拥堵指数计算，依据所述同向道路状态参数自学习计算结果，以及所述道路交通状态矩阵方法求解的应急车道关闭期间的道路交通状态矩阵，联合利用应急车道关闭期间的第j个检测周期的道路密度指数、第j个检测周期的道路速度指数，以及道路状态参数a、道路状态参数b和道路状态参数c，计算应急车道处于关闭状态下所检测道路的应急关闭道路拥堵指数，其计算公式为：

28、

29、其中，tpij是第j个检测周期中应急车道处于关闭状态下所检测道路的应急关闭道路拥堵指数。

30、优选的，所述的步骤s3具体还包括：

31、应急道路开放状态下拥堵指数计算，依据所述同向道路状态参数自学习计算结果，以及所述道路交通状态矩阵求解的应急车道开放期间的道路交通状态矩阵，联合利用应急车道开放期间的第j个检测周期的道路密度指数、第j个检测周期的道路速度指数，以及道路状态参数a、道路状态参数b和道路状态参数c，计算应急车道处于开放状态下所检测道路的应急开放道路拥堵指数，其计算公式为：

32、

33、其中，nlane是检测点所检测同向道路的除应急车道之外的车道数量，是第j个检测周期中应急车道处于开放状态下所检测道路的应急开放道路拥堵指数。

34、优选的，所述的步骤s4具体包括：

35、所述状态追溯应急车道开放决策，依据所述同向道路交通状态指数计算方法，计算应急车道处于原应急使用功能的关闭状态下的道路交通状态矩阵，并利用所述应急关闭道路拥堵指数计算方法，计算应急车道处于关闭状态下的各检测周期应急关闭道路拥堵指数，建立状态追溯应急车道开放决策判别条件，判定当前检测周期中应急车道处于关闭状态下道路拥堵情况是否满足应急车道开放条件，状态追溯应急车道开放决策判别条件为：

36、

37、其中，h是各个变量的索引下标，与各检测周期编号对应，j是所需判别道路应急车道是否需要开放的当前检测周期，g是自当前检测周期开始所需往前追溯的检测周期数，tpih是所追溯的各个检测周期的应急关闭道路拥堵指数。

38、优选的，所述的步骤s5具体包括：

39、所述状态追溯应急车道关闭决策，依据所述同向道路交通状态指数计算方法，计算应急车道处于常规道路使用功能的开放状态下的道路交通状态矩阵，并利用所述应急开放道路拥堵指数计算方法，计算应急车道处于开放状态下的各检测周期应急开放道路拥堵指数，建立状态追溯应急车道关闭决策判别条件，判定当前检测周期中应急车道处于开放状态下道路拥堵情况是否满足应急车道关闭条件，状态追溯应急车道关闭决策判别条件为：

40、

41、其中，h*是各个变量的索引下标，与各检测周期编号对应，j*是所需判别道路应急车道需要关闭的当前检测周期，g*是自当前检测周期开始所需往前追溯的检测周期数，且不小于应急车道开放期间最大可追溯周期数，t是当前检测周期时刻，topen是最近一次应急车道关闭时刻，t0是每个检测周期的固定时间长度，单位为分钟，是所追溯的各个检测周期的应急开放道路拥堵指数。

42、一种应急车道在线开放决策系统，包括：

43、道路交通状态指数计算模块，用于计算t个检测周期数内固定检测周期时长的各检测周期道路速度指数、道路流量指数、道路密度指数，并生成道路交通状态矩阵；

44、道路状态参数自学习模块，用于实时生成道路交通状态参数，利用所述道路交通状态指数计算结果，建立道路状态参数等式约束求解道路状态参数，并作为所述道路拥堵指数计算的输入参数；

45、道路拥堵指数估计模块，用于分别估计在应急车道关闭状态和开放状态下，道路的交通拥堵状态；

46、状态追溯应急车道开放决策模块，用于建立状态追溯应急车道开放决策判别条件，判别应急车道处于关闭状态下道路交通状态是否满足应急车道开放条件，并在满足条件时发出应急车道开放决策指令；

47、状态追溯应急车道关闭决策模块，用于建立状态追溯应急车道关闭决策判别条件，判别应急车道处于开放状态下道路交通状态是否满足应急车道关闭条件，并在满足条件时发出应急车道关闭决策指令。

48、一种应急车道在线开放决策设备，包括：

49、存储器，用于存储计算机程序；

50、处理器，用于执行所述计算机程序；

51、通信总线，用于实现所述处理器与所述存储器间的连接通信。

52、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法步骤。

53、通过以上技术方案，本发明的有益效果为：本发明的一种应急车道在线开放决策方法及系统，首先以固定检测周期时长t0对检测点所在同向道路采集t个检测周期的检测车辆交通数据，计算各个检测周期内的道路速度指数、道路流量指数、道路密度指数，并构建道路交通状态矩阵。其次，基于同向道路状态参数自学习方法，从道路交通状态矩阵中自行学习并联合求解道路状态参数；然后，使用同向道路状态参数自学习结果，依据应急车道关闭、开放状态，计算应急车道关闭、开放状态下各检测周期的应急关闭道路拥堵指数、应急开放道路拥堵指数。最后，基于道路交通状态矩阵、应急关闭道路拥堵指数和应急开放道路拥堵指数，建立状态追溯应急车道开放决策和状态追溯应急车道关闭决策，从而实现自适应道路交通流量变化的应急车道开放控制。该方法的提出实现了道路状态参数自学习过程、以及反映道路交通流量特征的道路拥堵指数，避免了现有静态控制手段的局限，并且基于状态追溯的应急车道开放决策策略，增强了应急车道开放控制策略对道路交通流量激增的适应性。