一种高速公路车道可汇入容量精细化估计方法、系统、设备及介质

本发明属于高速公路交通主动管控，具体涉及一种高速公路车道可汇入容量精细化估计方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、现有高速公路的动态限流主要是通过控制收费站或收费站毗邻交叉口的放行速率实现对进入高速公路系统车流量的控制，但现有限流思路具有一定局限性：首先，受制于现有监控设备对高速公路上车辆运行状态感知的间断性，现有动态限流大多是通过获取高速公路主线车流量或道路占有率从而限制进入匝道的车流量，但只对某段道路空间内的流量进行控制，无法实现入口匝道车辆和主线车辆时间上的精准协同，进而增加后续在入口匝道处实施合流控制的难度并降低交通运行的稳定性；其次，对进入高速公路或绕城高速系统的车流量实施控制的策略，不仅降低了高速公路使用者的体验感和高速公路系统运营者的收益，而且对于绕城高速来说，还有悖于其疏导城市交通压力的功能定位。

2、随着高速公路全时空监控技术的发展，可以对各车道的车辆运行状态进行实时地精细化感知，为实现入口匝道车辆与主线车辆的时间协同了技术支持。因此，可通过实时获取主线上车辆间距内的可汇入容量，并预测各间距到达下游匝道合流点的时间与容量，从而引导车辆自主选择合适的时间汇入主线，实现高速公路主线车辆与匝道车辆在时间和空间上的主动协同，提高高速公路交通系统的运行稳定性。

3、此外，高速公路服务区作为高速公路系统中连接匝道出入口的多功能场所，具有缓解高速公路系统拥堵的潜在功能。相比于通过限制车辆进入匝道来对高速公路进行限流来讲，引导车辆选择合理时间进出服务区，不仅能缓解高速公路上的拥堵，还能提高高速公路使用者的体验感，并且拉动服务区相关产业的发展。因此，需探索高速公路服务区的致稳功能而非仅对进入高速公路系统的车流进行限制，实现高速公路系统的资源有效利用与服务能力以及系统稳定性的提升，并真正发挥其疏导缓解城市交通拥堵的功能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高速公路车道可汇入容量精细化估计方法、系统、设备及介质，能够实现高速公路系统的资源有效利用与服务能力以及系统稳定性的提升，并真正发挥其疏导缓解城市交通拥堵的功能。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种高速公路车道可汇入容量精细化估计方法，包括以下步骤：

4、s1：预设循环周期时长，基于高速公路全时空感知方法在当前循环周期内采集所目标范围内高速公路上各车道的车辆运行状况信息；

5、s2：基于车辆运行状况信息得到所有同一车道相邻车辆的相对间距，判断各相对距离的发展态势，并得到各相对距离的当前时刻可汇入容量；

6、s3：基于发展态势和当前可汇入容量在各相对距离中筛选出可汇入区间，并预测可汇入区间移动到下游各入口匝道合流点的时刻以及该时刻的可汇入容量。

7、进一步的，所述步骤s1中车辆运行状况信息包括各车道的车辆运行速度、前后车辆的相对距离和各相对距离的端点位置坐标。

8、进一步的，所述步骤s2中判断各相对距离的发展态势的过程为：

9、标识循环周期所有同一车道相邻车辆的相对间距；

10、计算当前循环周期和上一循环周期相同时刻的同一标识相对距离的长度差值，所述长度差值为：

11、δd＝dn-dn-1，

12、其中，dn为第n个周期末端时刻的相对距离长度；若有相对距离在上一周期未被标识，说明该距离为此周期内新产生的相对距离，则令δd＝0；

13、若δd>0，则该相对距离为增长型距离；若δd<0，则该相对距离为缩减型距离；若δd＝0，且若θ＝0，则该相对距离为稳定型距离；若θ>0，则该相对距离为增长型距离；若θ<0，则该相对距离为缩减型距离；

14、其中，θ为当前周期末端时刻与上一周期末端刻δv的差值，即θ＝δvn-δvn-1，δvn为第n个周期末端时刻的前后车速度差；其中为前车在第n周期末端时刻的速度，为后车在第n周期末端时刻的速度。

15、进一步的，所述步骤s2中各相对距离的当前时刻可汇入容量为：

16、

17、其中，np为当前周期末端时刻某个相对距离可汇入的标准小汽车；d为当前周期末端时刻该相对距离的长度；de为期望间距，所述期望间距为后车驾驶员对于前车速度期望保持的跟驰间距；s为标准小汽车的长度。

18、进一步的，所述步骤s3中基于发展态势和当前可汇入容量在各相对距离中筛选出可汇入区间的过程为：

19、s31：若当前时刻可汇入容量大于等于1，则定义该距离为a类距离，并转入步骤s32；若当前时刻可汇入容量小于1，则定义该距离为b类距离，并转入步骤s33；

20、s32：若该相对距离为稳定型距离，则标记该距离为ⅰ类可汇入区间；若该相对距离又为增长型距离，则标记该距离为ⅱ类可汇入区间；若该相对距离又为缩减型距离，则标记该距离为iii类可汇入区间；

21、s33：若该相对距离又为稳定型距离，则标记该距离为非汇入区间；若该相对距离又为增长型距离，则标记该距离为iv类可汇入区间；若该相对距离又为缩减型距离，则标记该距离为非汇入区间。

22、进一步的，步骤s3中预测可汇入区间移动到下游各入口匝道合流点的时刻以及该时刻的可汇入容量的过程为：

23、对于ⅰ类可汇入区间，其移动到下游入口匝道合流点r时的可汇入容量为：

24、nr＝np；

25、对于ⅱ与iv类可汇入区间，其移动到下游入口匝道合流点r时的可汇入容量为：

26、

27、对于iii类可汇入区间，其移动到下游入口匝道合流点r时的可汇入容量为：

28、

29、其中，δdr为该可汇入区间移动到下游入口匝道合流点r时的长度变化量。

30、进一步的，还包括以下步骤：

31、当传输信息给相关实时地图类平台时，显示信息包括：

32、在实时地图上的对应区段位置显示目标区段的当前可汇入容量，所述目标区段当前时刻的可汇入容量为在当前时刻在该区段内的各车道所有可汇入区间的容量之和；

33、在实时地图上的对应位置分别显示各可汇入区间的当前位置、当前时刻该区间可汇入容量；

34、各可汇入区间移动到下游各入口匝道的时刻及该时刻下的可汇入容量；

35、当传输信息给高速公路服务区可变信息屏时，显示信息包括：

36、预设大时间区段，在显示屏上显示相邻匝道入口合流点在未来每个大时间区段到达的可汇入容量之和；

37、将大时间区段分为若干小时间区段，在显示屏上显示相邻入口匝道合流点在未来每个小时间区段到达的可汇入容量之和，所述可汇入容量之和为各时间区段内到达的目标入口匝道合流点的所有可汇入区间的容量之和；

38、以及未来时间该入口匝道合流点可汇入容量的波动曲线。

39、一种高速公路车道可汇入容量估计系统，包括：

40、采集模块，用于预设循环周期时长，基于高速公路全时空感知方法在当前循环周期内采集所目标范围内高速公路上各车道的车辆运行状况信息；

41、判断模块，用于基于车辆运行状况信息得到所有同一车道相邻车辆的相对间距，判断各相对距离的发展态势，并得到各相对距离的当前时刻可汇入容量；

42、预测模块，用于基于发展态势和当前可汇入容量在各相对距离中筛选出可汇入区间，并预测可汇入区间移动到下游各入口匝道合流点的时刻以及该时刻的可汇入容量。

43、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种高速公路车道可汇入容量精细化估计方法的步骤。

44、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如一种高速公路车道可汇入容量精细化估计方法的步骤。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

46、本发明提供一种高速公路车道可汇入容量精细化估计方法、系统、设备及介质，包括以下步骤：预设循环周期时长，基于高速公路全时空感知方法在当前循环周期内采集所目标范围内高速公路上各车道的车辆运行状况信息；基于车辆运行状况信息得到所有同一车道相邻车辆的相对间距，判断各相对距离的发展态势，并得到各相对距离的当前时刻可汇入容量；基于发展态势和当前可汇入容量在各相对距离中筛选出可汇入区间，并预测可汇入区间移动到下游各入口匝道合流点的时刻以及该时刻的可汇入容量；本技术通过感知高速公路主线车辆相对间距的现状及发展态势，不仅能实时获取主线车辆在当前时刻可汇入区间的位置与容量，还能预测其移动到下游入口匝道合流点时的时间与容量；同时，通过在相关实时地图类平台上显示高速公路主线在当前时刻可汇入区间的位置和容量以及该区间移动到下游入口匝道合流点的时间和容量，一方面能提供前方车辆分布信息给行驶在高速公路主线的车辆，另一方面能提供合理的时间区段给想要驶上高速的车辆，并利于保持主线车流的稳定性。

47、进一步的，本技术通过将传输信息给相关实时地图类平台和高速公路服务区可变信息屏时，通过在相关实时地图类平台上显示高速公路主线在当前时刻可汇入区间的位置和容量以及该区间移动到下游入口匝道合流点的时间和容量，一方面能提供前方车辆分布信息给行驶在高速公路主线的车辆，另一方面能提供合理的时间区段给想要驶上高速的车辆，并利于保持主线车流的稳定性，通过在高速公路服务区的可变信息板系统显示未来各时间区段其毗邻入口匝道合流点的可汇入容量，能便于服务区内车辆合理安排其休息和离开的时间，发挥服务区的致稳作用。