CN116229722A - 车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法、装置、存储介质及电子装置。其中，该方法包括：获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；在拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；在行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制目标车辆驶入匝道主线目标路段，在基于匝道的拥堵状态参数判断匝道允许驶入匝道以及在车辆驶入匝道时刻，匝道对应位置前后车辆之间的距离大于等于安全阈值距离，允许车辆驶入匝道，进而解决了现有技术中，高速公路匝道通信效率较低的技术问题。

Description

车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法及装置

技术领域

本发明涉及高速公路匝道交通控制技术领域，具体而言，涉及一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法、装置、存储介质及电子装置。

背景技术

高速公路作为现代综合交通运输***的重要组成部分，在全国交通运输***中起着至关重要的作用。而高速公路入口匝道是车辆进入高速公路主线的唯一入口，如果入口匝道控制不当，则可能成为高速公路的瓶颈区域。现阶段高速公路入口匝道汇入的管理主要通过交通指示牌，和互联网导航指引车辆汇入高速公路主线。入口匝道区域作为高速公路的重要组成部分，往往成为交通效率下降的瓶颈地带，匝道车辆挤入和挤占主车道的交通事故频发，进一步加剧了交通需求与高速公路通行能力之间的矛盾。

在高速公路入口匝道控制中，国内外学者对入口匝道控制的研究很多，但这些研究主要集中在宏观层面上对入口匝道进入高速公路主线交通的控制，较少从相对微观层面上对入口匝道区域合流控制进行研究，如果不对入口匝道区域进行有效的控制，会导致高速公路入口区域成为高速公路瓶颈区域，加大入口处并线风险，降低高速公路通行效率。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法、装置、存储介质及电子装置，以至少解决现有技术中，高速公路匝道通信效率较低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法，包括：获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；在所述拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到所述高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于所述匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出所述匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；在所述行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数，包括：根据所述车路协同设备检测所述匝道主线目标路段内的交通速度、流量和占有率；基于所述交通速度、流量和占有率计算所述匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

可选的，所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之后，所述方法还包括：在所述拥堵状态参数不允许车辆驶入的情况下，保持匝道控制信号，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段，继续检测所述拥堵状态参数，直至允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；在所述拥堵状态参数允许车辆驶入的情况下，调整匝道信号控制策略，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之前，所述方法还包括：基于所述匝道主线目标路段内安装路侧的所述车路协同设备，构建所述匝道主线目标路段的车路协同环境；通过所述车路协同环境，获取所述高速公路主线目标路段内的拥堵状态参数。

可选的，所述方法还包括：根据所述匝道主线目标路段车辆的平均运行速度及流量，确定所述匝道主线目标路段内车辆之间的安全车头距离；在检测到所述安全车头距离小于安全驶入阈值距离的情况下，通过所述车路协同设备引导所述匝道主线目标路段内的车辆加大车辆间距，以使所述目标车辆安全驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述方法还包括：在所述匝道主线目标路段内的下游通行能力不能满足主线上游和匝道交通流量的情况下，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；在所述匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述方法还包括：获取所述匝道主线目标路段内的下游通行能力判别参数和需求判别参数值；

q′＝q_up+q_ramp

式中，J′为主线下游交通拥挤判别参数；

为主线下游流量等于道路设计通行能力时的理想占有率；O_down为主线下游实时占有率；q′为主线下游交通需求判别参数；q_up为主线上游实时交通流量；q_ramp为匝道实时交通流量。

可选的，所述方法还包括：所述匝道主线目标路段内的下游交通通行能力不能容纳主线上游和匝道交通流量的拥堵判别阈值为：

J'≥α

q′≥β

式中，α分别为主线下游拥堵阈值；β为主线下游交通量需求阈值；α、β为标定参数。

可选的，所述方法还包括：在所述匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，调整所述高速公路匝道控制率策略；其中，所述高速公路匝道控制率策略如下公式：

式中，r(k)为第k个控制时段匝道调节率；r(k-1)为第k-1个控制时段匝道调节率；K_R为调节系数，需根据实际情况进行标定；O_down(k)为主线下游第k个控制时段实时占有率。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制装置，包括：第一获取单元，用于获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；计算单元，用于在所述拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到所述高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于所述匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出所述匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；控制单元，用于在所述行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述第一获取单元，包括：检测模块，用于根据所述车路协同设备检测所述匝道主线目标路段内的交通速度、流量和占有率；计算模块，用于基于所述交通速度、流量和占有率计算所述匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

可选的，所述装置还包括：处理单元，用于所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之后，在所述拥堵状态参数不允许车辆驶入的情况下，保持匝道控制信号，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段，继续检测所述拥堵状态参数，直至允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；调整驶入单元，用于在在所述拥堵状态参数允许车辆驶入的情况下，调整匝道信号控制策略，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述装置还包括：构建单元，用于所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之前，基于所述匝道主线目标路段内安装路侧的所述车路协同设备，构建所述匝道主线目标路段的车路协同环境；第二获取单元，用于通过所述车路协同环境，获取所述拥堵状态参数。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法。

在本发明实施例中，获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；在拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；在行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制目标车辆驶入匝道主线目标路段，在基于匝道的拥堵状态参数判断匝道允许驶入匝道以及在车辆驶入匝道时刻，匝道对应位置前后车辆之间的距离大于等于安全阈值距离，允许车辆驶入匝道，进而解决了现有技术中，车辆驶入匝道时，在无法准确得到匝道拥堵状态或匝道内前后车辆之间的车距的情况下，高速公路匝道通信效率较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法的移动终端的硬件结构框图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的高速公路匝道主线路段的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的车路协同环境下的高速公路入口匝道车辆控制方法的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的车路协同环境下的高速公路入口匝道车辆控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一序列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请实施例所提供的车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图1是本发明实施例的一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法的移动终端的硬件结构框图。如图1所示，移动终端10可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中还提供了一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法，图2是根据本发明实施例的车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法的流程图，如图2所示，该车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法流程包括如下步骤：

步骤S202，获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

步骤S204，在所述拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到所述高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于所述匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出所述匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距。

步骤S206，在所述行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段。

在本实施例中，上述高速公路的匝道可以包括但不限于入口匝道和出口匝道。上述拥堵状态参数可以用于表示目标路段车辆的拥堵情况，在拥堵状态参数大于1的情况下，表示该匝道拥堵，不允许车辆驶入该匝道。在拥堵参数小于1的情况下，表示该匝道不是拥堵情况，允许车辆驶入该匝道。上述第一预设阈值可以根据实际需要设置，设置参数可以包括1、2、等等。上述目标路段可以包括但不限于车辆驶入匝道对应的一段的距离。

其中，高速公路匝道主线可以理解为目标车辆首先驶入的车道。

其中，上述目标路段可以是以驶入点为圆心，预设半径圈画的区域。车辆前向驶入的方向为下游路段，与车辆行驶方向相反的方向为上游路段。目标路段可以与车辆驶入匝道的点为节点分为上下游路段。高速公路匝道主线可以理解为目标车辆首先驶入的车道。

如图2所示，高速公路匝道主线路段的示意图。高速公路匝道主线路段可以包括不限于：匝道公路主线上游、匝道入口控制段以及高速公路主线下游。其中，匝道入口控制段包括车辆加速区域。在目标车辆驶入匝道时，可以通过控制信号获取目标车辆驶入匝道。在该高速公路匝道主线目标路段内安装了路侧设备。该路侧设备可以检测主线路段内车辆的车速、车流量以及车辆占用率。高速公路匝道主线可以理解为目标车辆首先驶入的车道。如图2所示黑色箭头指示的车道。

在本实施例中，在目标车辆驶入主线车道时，可以根据目标车辆前后车辆之间的车距控制目标车辆的速度。

在本实施例中，在拥堵参数指示匝道目标路段不拥堵的，且目标车辆驶入匝道时，对应目标车辆前后车辆之间的距离大于等于安全距离(相当于第二阈值距离)，允许该目标车辆驶入匝道。例如，在安全距离大于2个目标车辆的车身长度，允许该目标车辆驶入匝道。其中，上述第二阈值距离至少包括目标车辆车身长度。

通过本申请提供的实施例，获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；在拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；在行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制目标车辆驶入匝道主线目标路段，在基于匝道的拥堵状态参数判断匝道允许驶入匝道以及在车辆驶入匝道时刻，匝道对应位置前后车辆之间的距离大于等于安全阈值距离，允许车辆驶入匝道，进而解决了现有技术中，车辆驶入匝道时，在无法准确得到匝道拥堵状态或匝道内前后车辆之间的车距的情况下，高速公路匝道通信效率较低的技术问题。以车路协同环境下的实时数据为基础，提高高速主线通行效率和入口匝道车辆汇入的安全系数，增加现有高速公路的通行能力。

作为一种可选的实施例，所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数，可以包括：根据所述车路协同设备检测所述匝道主线目标路段内的交通速度、流量和占有率；基于所述交通速度、流量和占有率计算所述匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

在本实施例中，通过在目标路段内安装的路侧设备减少交通速度、流量和占有率。进而根据减检测的数据计算目标路段的拥堵状态参数。

作为一种可选的实施例，所述获取高速公路匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之后，所述方法还包括：在所述拥堵状态参数不允许车辆驶入的情况下，保持匝道控制信号，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段，继续检测所述拥堵状态参数，直至允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；在在所述拥堵状态参数允许车辆驶入的情况下，调整匝道信号控制策略，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

作为一种可选的实施例，所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之前，所述方法还可以包括：基于所述匝道主线目标路段内安装路侧的车路协同设备，构建高速公路车路协同环境；通过所述车路协同环境，获取所述匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

作为一种可选的实施例，所述方法还可以包括：根据所述匝道主线目标路段车辆的平均运行速度及流量，确定所述匝道主线目标路段内车辆之间的安全车头距离；在检测到所述安全车头距离小于安全驶入阈值距离的情况下，通过所述车路协同设备引导所述匝道主线目标路段内的车辆加大车辆间距，以使所述目标车辆安全驶入所述匝道主线目标路段。

在本实施例中，在加速区域内可以通过车路协调设备引导车辆加大车辆间距，进而可以确保目标车辆可以驶入主线车道的安全性。

作为一种可选的实施例，所述方法还可以包括：在所述匝道主线目标路段内的下游通行能力不能满足主线上游和匝道交通流量的情况下，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；在所述高速公路匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

在本实施例中，可以根据上下游交通通行状态，控制目标车辆驶入主线车道，进而在满足条件的情况下，允许目标车辆驶入主线车道，确保车辆的安全性驶入道路。

作为一种可选的实施例，所述方法还可以包括：获取所述主线目标路段内的下游通行能力判别参数和需求判别参数值；

q′＝q_up+q_ramp

式中，J′为主线下游交通拥挤判别参数；

为主线下游流量等于道路设计通行能力时的理想占有率；O_down为主线下游实时占有率；q′为主线下游交通需求判别参数；q_up为主线上游实时交通流量；q_ramp为匝道实时交通流量。

作为一种可选的实施例，所述方法还可以包括：所述匝道主线目标路段下游交通通行能力不能容纳主线上游和匝道交通流量的拥堵判别阈值为：

J'≥α

q′≥β

式中，α分别为主线下游拥堵阈值；β为主线下游交通量需求阈值；α、β为标定参数。

作为一种可选的实施例，所述方法还可以包括：在所述匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，调整所述高速公路匝道控制率策略；其中，所述高速公路匝道控制率策略如下公式：

式中，r(k)为第k个控制时段匝道调节率；r(k-1)为第k-1个控制时段匝道调节率；K_R为调节系数，需根据实际情况进行标定；O_down(k)为主线下游第k个控制时段实时占有率。

在本实施例中，可以通过控制策略有效控制目标车辆驶入主线车道，进而确保目标车辆高效有序的驶入主线车道，进而还可以确保目标车辆驶入主线车道的安全性。

作为一种可选的实施例，本申请还提供了一种车路协同环境下的高速公路入口匝道车辆控制方法。如图4所示，车路协同环境下的高速公路入口匝道车辆控制方法的示意图。

步骤S401，开始。

步骤S402，检测匝道上下游主线的流量和速度和占用率。

在本实施例中，在高速公路主线控制段和高速公路入口匝道段安装路侧车路协同设备，构建高速公路车路协同环境；通过车路协同设备，获取高速公路主线车辆运行速度、流量和占有率。

其中，根据车路协同设备检测到的主线交通速度、流量和占有率，判断匝道主线下游是否允许匝道车辆汇入。

步骤S403，判断主线是否允许匝道车辆汇入，在允许的情况下，执行步骤S404，在不允许的情况下，回到步骤S402。

在本实施例中，根据主线车辆的平均运行速度及流量，确定主线车辆的安全车头距离；检测主线前后车辆的距离是否小于车辆安全汇入距离，小于安全汇入阈值则利用车路协同设备引导主线车辆加大车辆间距，保证匝道车辆安全汇入。

所述根据主线车辆的运行速度、流量和占有率，确定主路下游通行能力，包括：获取主线下游交通拥挤判别参数和需求判别参数值；

q′＝q_up+q_ramp

式中，J′为主线下游交通拥挤判别参数；

为主线下游流量等于道路设计通行能力时的理想占有率；O_down为主线下游实时占有率；q′为主线下游交通需求判别参数；q_up为主线上游实时交通流量；qramp为匝道实时交通流量；

其中，所述高速公路主线下游交通通行能力不能容纳主线上游和匝道交通流量的拥堵判别阈值为：

J'≥α

q′≥β

式中，α分别为主线下游拥堵阈值；β为主线下游交通量需求阈值；α、β为标定参数；

在其中一个实施例中，所述高速公路主线下游交通需求小于判别阈值为：q′<β

步骤404，调整匝道信号控制策略。

其中，所述匝道控制率调整策略为：

式中，r(k)为第k个控制时段匝道调节率；r(k-1)为第k-1个控制时段匝道调节率；K_R为调节系数，需根据实际情况进行标定；O_down(k)为主线下游第k个控制时段实时占有率；

步骤405，判断匝道口是否有车辆进入，在是的情况下，执行步骤S406，在否的情况下，执行步骤S402。

在本实施例中，当主线道路下游通行能力不能满足主线上游和匝道交通流量时，则保持匝道控制信号，不允许车辆进入。

主线下游交通通行状态允许车辆汇入，则调整匝道信号控制策略，放行匝道排队车辆。

步骤S406，获取主线平均流量和车速，计算安全车距。

在本实施例中，所述根据主线下游车辆拥堵情况和上游及匝道的实时交通状况，一个控制周期内进入匝道的车辆数为：N(K)＝C×r(k)/3600

式中，N(k)为一个周期内进入匝道的车辆数，C为周期时长。

其中，所述入口匝道的有效绿灯时间为：g_r＝3600×N(k)/S_r

式中，g_r为有效绿灯时间；S_r为匝道饱和流率。

其中，所述主线车道安全车距为：

式中，D为主线安全车头距离；q为主车道平均流量；v^m为主车道平均速度；

其中，L_s为加速车道汇入主道的换道安全阈值；l_c为换道车辆车身长度。

步骤S407，诱导主线外侧车辆加大车距，保障汇入车辆安全。

步骤S408，结束。

在本实施例中，获取高速公路出口匝道上下游主线车辆的速度、流量和占有率；检测高速公路匝道主线上下游拥堵状态和交通量需求参数，根据参数是否超过阈值选择是否允许匝道车辆汇入；如主线交通状态不允许车辆汇入，则保持匝道控制信号，不允许车辆进入，继续检测主线交通情况；当主线交通允许车辆汇入，则调整匝道信号控制策略，放行匝道排队车辆；当车路协同设备检测到匝道口有车辆汇入，则计算主线流量和车速，计算出车辆安全车头距离；检测主线前后车辆间距是否大于安全换道阈值，如小于换道阈值则引导主线车辆加大车辆间距，保证匝道车辆安全汇入。

通过本实施例，在以车路协同环境下的实时数据为基础，提供一种车路协同环境下的高速公路入口匝道协同控制方法，以求提高高速主线通行效率和入口匝道车辆汇入的安全系数，增加现有高速公路的通行能力。

利用车路协同路侧设施实时采集路况交通参数和车辆参数，并利用车路协同环境的车路实时交互，通过实时检测匝道入口主线上下游交通状态和匝道入口处的交通流情况，实现匝道入口处进入主线车辆的数量的控制，使得高速公路主线在大交通流量下不出现瓶颈效应，同时，通过引导主线车辆行车间距，实现匝道入口的车辆快捷、安全的并入主线车道，减少因变道冲突和交通事故带来的交通拥堵，提高高速公路入口匝道处通行能力的最大化。

高速公路管理者可以对匝道入口段做合流控制，同时也可以控制主线外侧车道两车之间的间距，使匝道加速区车辆安全快捷的变道驶入高速公路，通过车路协同设施，车内***以及中心管理平台的建设，构建完善的车路协同环境，高速公路管理者可以高效的对高速公路入口合流和主线交通流进行管控，提高匝道入口安全系数。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图5是根据本发明实施例的车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制装置的结构框图，如图5所示，该车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制装置包括：

第一获取单元51，用于获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

计算单元53，用于在所述拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到所述高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于所述匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出所述匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距。

控制单元55，用于在所述行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段。

通过本申请提供的实施例，第一获取单元51获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；计算单元53在所述拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到所述高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于所述匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出所述匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；控制单元55在所述行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段，在基于匝道的拥堵状态参数判断匝道允许驶入匝道以及在车辆驶入匝道时刻，匝道对应位置前后车辆之间的距离大于等于安全阈值距离，允许车辆驶入匝道，进而解决了现有技术中，车辆驶入匝道时，在无法准确得到匝道拥堵状态或匝道内前后车辆之间的车距的情况下，高速公路匝道通信效率较低的技术问题。以车路协同环境下的实时数据为基础，提高高速主线通行效率和入口匝道车辆汇入的安全系数，增加现有高速公路的通行能力。

可选的，所述第一获取单元51，可以包括：检测模块，用于根据所述车路协同设备检测所述匝道主线目标路段内的交通速度、流量和占有率；计算模块，用于基于所述交通速度、流量和占有率计算所述匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

可选的，上述所述装置还可以包括：处理单元，用于所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之后，在所述拥堵状态参数不允许车辆驶入的情况下，保持匝道控制信号，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段，继续检测所述拥堵状态参数，直至允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；调整驶入单元，用于在所述拥堵状态参数允许车辆驶入的情况下，调整匝道信号控制策略，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述装置还可以包括：构建单元，用于所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之前，基于所述匝道主线目标路段内安装路侧的车路协同设备，构建所述匝道主线目标路段的车路协同环境；第二获取单元，用于通过所述车路协同环境，获取所述拥堵状态参数。

可选的，所述装置还可以包括：确定单元，用于根据所述匝道主线目标路段车辆的平均运行速度及流量，确定所述匝道主线目标路段内车辆之间的安全车头距离；引导单元，用于在检测到所述安全车头距离小于安全驶入阈值距离的情况下，通过所述车路协同设备引导所述匝道主线目标路段内的车辆加大车辆间距，以使所述目标车辆安全驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述装置还可以包括：不允许单元，用于在所述匝道主线目标路段内的下游通行能力不能满足主线上游和匝道交通流量的情况下，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；允许单元，用于在所述匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

可选的，所述装置还可以包括：第三获取单元，用于获取所述匝道主线目标路段内的下游通行能力判别参数和需求判别参数值；

q′＝q_up+q_ramp

式中，J′为主线下游交通拥挤判别参数；

为主线下游流量等于道路设计通行能力时的理想占有率；O_down为主线下游实时占有率；q′为主线下游交通需求判别参数；q_up为主线上游实时交通流量；q_ramp为匝道实时交通流量。

可选的，所述装置还可以包括：所述匝道主线目标路段下游交通通行能力不能容纳主线上游和匝道交通流量的拥堵判别阈值为：

J'≥α

q′≥β

式中，α分别为主线下游拥堵阈值；β为主线下游交通量需求阈值；α、β为标定参数。

可选的，所述装置还可以包括：调整单元，用于在所述匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，调整所述高速公路匝道控制率策略；

其中，所述高速公路匝道控制率策略如下公式：

式中，r(k)为第k个控制时段匝道调节率；r(k-1)为第k-1个控制时段匝道调节率；K_R为调节系数，需根据实际情况进行标定；O_down(k)为主线下游第k个控制时段实时占有率。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；

S2，在拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；

S3，在行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制目标车辆驶入匝道主线目标路段。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；

S2，在拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；

S3，在行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制目标车辆驶入匝道主线目标路段。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制方法，其特征在于，包括：

获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；

在所述拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到所述高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于所述匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出所述匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；

在所述行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数，包括：

根据所述车路协同设备检测所述匝道主线目标路段内的交通速度、流量和占有率；

基于所述交通速度、流量和占有率计算所述匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取高速公路匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之后，所述方法还包括：

在所述拥堵状态参数不允许车辆驶入的情况下，保持匝道控制信号，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段，继续检测所述拥堵状态参数，直至允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；

在所述拥堵状态参数允许车辆驶入的情况下，调整匝道信号控制策略，允许所述目标车辆以及所述高速公路匝道的排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数之前，所述方法还包括：

基于所述匝道主线目标路段内安装路侧的所述车路协同设备，构建所述匝道主线目标路段的车路协同环境；

通过所述车路协同环境，获取所述匝道主线目标路段内的拥堵状态参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述匝道主线目标路段车辆的平均运行速度及流量，确定所述匝道主线目标路段内车辆之间的安全车头距离；

在检测到所述安全车头距离小于安全驶入阈值距离的情况下，通过所述车路协同设备引导所述匝道主线目标路段内的车辆加大车辆间距，以使所述目标车辆安全驶入所述匝道主线目标路段。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述匝道主线目标路段内的下游通行能力不能满足主线上游和匝道交通流量的情况下，不允许所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段；

在所述匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，允许所述目标车辆以及所述高速公路的匝道排队车辆驶入所述匝道主线目标路段。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取所述匝道主线目标路段内的下游通行能力判别参数和需求判别参数值；

q^′＝q_up+q_ramp

式中，J′为主线下游交通拥挤判别参数；

为主线下游流量等于道路设计通行能力时的理想占有率；O_down为主线下游实时占有率；q′为主线下游交通需求判别参数；q_up为主线上游实时交通流量；q_ramp为匝道实时交通流量。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述匝道主线目标路段下游交通通行能力不能容纳主线上游和匝道交通流量的拥堵判别阈值为：

J'≥α

q′≥β

式中，α分别为主线下游拥堵阈值；β为主线下游交通量需求阈值；α、β为标定参数。

9.根据权利要3或权利要6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述匝道主线目标路段内的下游交通通行状态允许车辆汇入的情况下，调整所述高速公路匝道控制率策略；

其中，所述高速公路匝道控制率策略如下公式：

式中，r(k)为第k个控制时段匝道调节率；r(k-1)为第k-1个控制时段匝道调节率；K_R为调节系数，需根据实际情况进行标定；O_down(k)为主线下游第k个控制时段实时占有率。

10.一种车路协同环境下高速公路匝道的车辆控制装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取高速公路的匝道主线目标路段内的拥堵状态参数；

计算单元，用于在所述拥堵状态参数小于等于第一预设阈值、车路协同设备检测到所述高速公路的匝道口有目标车辆驶入的情况下，基于所述匝道主线目标路段内的车流量和车速，计算出所述匝道主线目标路段内车辆之间的行驶间距；

控制单元，用于在所述行驶间距大于等于第二阈值距离的情况下，控制所述目标车辆驶入所述匝道主线目标路段。

11.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至9任一项中所述的方法。

12.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至9任一项中所述的方法。

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