一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法

1.本发明涉及智能交通系统中车路协同与安全控制技术领域，尤其涉及一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法。


背景技术：

2.交叉口作为道路交通运行状况评价的要点，直接影响整个区域交通运行状态及安全性。随着电子信息和无线通信技术的迅速发展与应用，以车车、车路通信为基础的“车路协同”系统已成为解决区域交通运行问题的有效手段，车路协同环境下，车车、车路进行信息交互，车流通行引导，大大提高行车安全系数。交叉口车辆易发生交通事故，以往针对交叉口车辆的安全问题的研究主要集中单个交叉口在人、车、路、交通环境等交通影响因素及其与交通事故关系分析，以此为依据改善道路设计、加强整个区域交通管控措施等，但传统的设计、控制和管理技术只能在一定程度上减少交叉口交通流的冲突数或降低冲突的严重程度，并不能有效地防止事故的发生，无法达到交叉口安全效益最优，更难缓解全区域交通问题，无法提高区域交通安全水平。然而，在车路协同的环境下，通过有效引导机动车，非机动及行人通行，可实现安全高效通过交叉口，改善整个区域交通运行状态。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，基于现有的车路协同环境下整个区域各交叉口车辆通行引导系统，在交叉口引导车辆通行，提高区域车辆通行效率。
4.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，包括以下步骤：
5.步骤1、采集车辆的位置和速度信息，实时检测各个交叉口通信区域内各车道车辆数量与通行信息，确定冲突区域；
6.车载单元实时采集车辆的位置和速度信息，路侧单元实时检测各个交叉口通信区域内各车道车辆数量，传递车辆行驶方向信息；当进入交叉口通信区域时，车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间进行信息的交互，分析机动车与机动车冲突、机动车与非机动车冲突、机动车与行人冲突，确定机动车与机动车冲突区域j，机动车与非机动车冲突区域f以及机动车与行人冲突区域p；
7.步骤2、统计冲突车流的通行权；
8.各个交叉口各方向直行机动车具备第一通行权；右侧左转机动车具备第二通行权；本向左转机动车与对向左转机动车具备第三通行权；左侧左转机动车具备第四通行权；非机动车让行机动车；机动车礼让行人通行；
9.步骤3、根据各个交叉口车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算机动车通过交叉口时间、机动车通行加速度；机动车与非机动车通行减速度及机动车与行人通行减速度；
10.步骤3.1、根据车辆的通行权，计算冲突机动车与机动车流可穿越空挡时间，进而确定通过冲突区域j的加速与减速，最终计算通过交叉口的时间；
11.设定穿越冲突机动车流空档时间间隔为为机动车i以速度通过第j个冲突区域的可穿越空档时间；
12.到达j冲突区域，在时刻t冲突车流前车k位置坐标后车k+1位置坐标前后冲突车辆通过冲突区域j的时间为两车之间的距离两车之间的距离为冲突车，以通过j冲突区域的时间。当机动车具有通行权且则机动车以加速度通过j冲突区域，安全通过交叉口；但当机动车具有通行权且机动车以减速度直至停车，不可通过交叉口，待下一个可穿越空档再通过，从而需要满足其中a为前后机动车的安全间距；l
i-1
为第i-1辆机动车的长度；为第i辆机动车进入交叉口研究区域的速度。通过该交叉口的时间其中ts为两个机动车之间最小车头时距。
13.步骤3.2、根据机动车与非机动车通行权，确定机动车通过机动车与非机动车冲突区域f的减速度；
14.按照非机动车让行机动车的通行权，机动车以减速度减速直接通过交叉口，其中，为机动车i在非机动车冲突区域f的减速度，确定机动车在冲突区域f的减速度需要满足以下条件：
[0015][0016]
步骤3.3、根据机动车与行人通行权，确定机动车与行人冲突区域p的减速停车的减速度；
[0017]
按照机动车礼让行人的通行权，机动车以减速度减速至停车等待行人通行后，驶离交叉口，其中，为机动车i在行人冲突区域p的减速度，确定机动车在冲突区域p的减速度需要满足以下条件：
[0018][0019]
步骤4、计算机动车车跟随车辆的安全速度；
[0020]
根据车辆的通行权，车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，当前车在交叉口时，判断有无冲突车辆，不存在机动车可穿越空挡，或车辆在通过交叉口后，两车之间存在跟随现象，计算机动车前后车辆跟随通行速度；
[0021]
机动车在t时刻进入交叉口，由车载单元与路侧单元进行信息交互，得到机动车i-1位置x
i-1
(t)，后车i位置xi(t)，当前车通过交叉口时，无冲突车辆，前车以速度通过交叉口，后车跟随前车以速度通过交叉口；当前车通过交叉口时，存在冲突车辆，根据通行权分析，前车在时刻tj的速度以减速度在tk时刻通过交叉口，后车跟随前车以减速度通过交叉口，在此过程中后车与前车保持安全距离行驶。
[0022]
根据前后车辆位置信息，保持安全距离情况下，机动车跟随通行速度引导计算方法为：
[0023][0024]
其中，x
i-1
(tk)为前车i-1在tk时刻的位置；为前车i-1在tk时刻的速度；τi为后车i反应延时；l
i-1
为前车i-1车身长度。
[0025]
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，充分利用了智能车路协同环境下的信息交互，可以有效解决或缓解全区域内交叉口机动车通行交通安全问题，使车辆尽量在不停车的状态下通过交叉口，从而提升整个区域交通通行效率与舒适性。
附图说明
[0026]
图1为本发明实施例提供的一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法的流程图；
[0027]
图2为本发明实施例提供的车路协同区域交叉口车辆通行引导方法示意图；
[0028]
图3为本发明实施例提供的车路协同区域中单个交叉口车辆通行引导方法示意图；
具体实施方式
[0029]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0030]
本实施例中，一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，基于现有的车路协同环境下区域交叉口车辆通行引导系统实现，具体包括以下步骤：
[0031]
步骤1、采集车辆的位置和速度信息，实时检测各个交叉口通信区域内各车道车辆数量与通行信息，确定冲突区域；
[0032]
车载单元实时采集车辆的位置和速度信息，路侧单元实时检测各个交叉口通信区域内各车道车辆数量，传递车辆行驶方向信息；当进入交叉口通信区域时，车载单元与路侧
单元、车载单元与车载单元之间进行信息的交互，分析机动车与机动车冲突、机动车与非机动车冲突、机动车与行人冲突，确定机动车与机动车冲突区域j，机动车与非机动车冲突区域f以及机动车与行人冲突区域p；
[0033]
步骤2、统计冲突车流的通行权；
[0034]
各个交叉口各方向直行机动车具备第一通行权；右侧左转机动车具备第二通行权；本向左转机动车与对向左转机动车具备第三通行权；左侧左转机动车具备第四通行权；非机动车让行机动车；机动车礼让行人通行；
[0035]
步骤3、根据各个交叉口车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算机动车通过交叉口时间、机动车通行加速度；机动车与非机动车通行加速度及机动车与行人通行加速度；
[0036]
步骤3.1、根据车辆的通行权，计算冲突机动车与机动车流可穿越空挡时间，进而确定通过冲突区域j的加速与减速，最终计算通过交叉口的时间；
[0037]
设定穿越冲突机动车流空档时间间隔为为机动车i以速度通过第j个冲突区域的可穿越空档时间；
[0038]
到达j冲突区域，在时刻t冲突车流前车k位置坐标后车k+1位置坐标前后冲突车辆通过冲突区域j的时间为两车之间的距离两车之间的距离为冲突车，以通过j冲突区域的时间。当机动车具有通行权且则机动车以加速度通过j冲突区域，安全通过交叉口；但当机动车具有通行权且机动车以减速度直至停车，不可通过交叉口，待下一个可穿越空档再通过，从而需要满足其中a为前后机动车的安全间距；l
i-1
为第i-1辆机动车的长度；为第i辆机动车进入交叉口研究区域的速度。通过该交叉口的时间其中ts为两个机动车之间最小车头时距。
[0039]
步骤3.2、根据机动车与非机动车通行权，确定机动车通过机动车与非机动车冲突区域f的减速度；
[0040]
按照非机动车让行机动车的通行权，机动车以减速度减速直接通过交叉口，其中，为机动车i在非机动车冲突区域f的减速度，确定机动车在冲突区域f的减速度需要满足以下条件：
[0041][0042]
步骤3.3、根据机动车与行人通行权，确定机动车与行人冲突区域p的减速停车的减速度；
[0043]
按照机动车礼让行人的通行权，机动车以减速度减速至停车等待行人通行
后，驶离交叉口，其中，为机动车i在行人冲突区域p的减速度，确定机动车在冲突区域p的减速度需要满足以下条件：
[0044][0045]
步骤4、计算机动车车跟随车辆的安全速度；
[0046]
根据车辆的通行权，车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，当前车在交叉口时，判断有无冲突车辆，不存在机动车可穿越空挡，或车辆在通过交叉口后，两车之间存在跟随现象，计算机动车前后车辆跟随通行速度；
[0047]
机动车在t时刻进入交叉口，由车载单元与路侧单元进行信息交互，得到机动车i-1位置x
i-1
(t)，后车i位置xi(t)，当前车通过交叉口时，无冲突车辆，前车以速度通过交叉口，后车跟随前车以速度通过交叉口；当前车通过交叉口时，存在冲突车辆，根据通行权分析，前车在时刻tj的速度以减速度在tk时刻通过交叉口，后车跟随前车以减速度通过交叉口，在此过程中后车与前车保持安全距离行驶。
[0048]
根据前后车辆位置信息，保持安全距离情况下，机动车跟随通行速度引导计算方法为：
[0049][0050]
其中，x
i-1
(tk)为前车i-1在tk时刻的位置；为前车i-1在tk时刻的速度；τi为后车i反应延时；l
i-1
为前车i-1车身长度。
[0051]
现有的车路协同环境下区域交叉口车辆通行引导系统，包括路侧单元(road side unit，即rsu)2、5g基站3、移动云4、智能车路协同云平台5及至少两个车载单元1；所述车载单元1与路侧单元2之间、车载单元1与车载单元1、以及路侧单元2与移动云4之间均通过5g基站3进行信息传递。本实施例中，车辆通行引导系统，基于本发明方法，流程如图1所示，区域交叉口之间机动车通过交叉口的过程如图2所示，具体单个交叉口的运行情况如如3所示，车载单元用于获取车辆实时运行状态信息；路侧设备设置在交叉口，采集每车道车辆数及运动信息，发送行驶意图请求，车载单元与路侧设备进行信息交互。当路侧设备检测机动车信息，包括相同方向及相邻方向机动车位置与运动信息，判断是否发生机动车与机动车冲突、机动车与非机动车冲突以及机动车与行人冲突，如果发生冲突，车载主控模块计算通行时间与可穿越空挡时间，引导机动车通行，并计算跟随车辆的速度，使整个区域交通流安全高效运行。
[0052]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

技术特征：
1.一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、采集车辆的位置和速度信息，实时检测各个交叉口通信区域内各车道车辆数量与通行信息，确定冲突区域；步骤2、统计各个交叉口冲突车流的通行权；步骤3、根据各个交叉口车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算机动车通过交叉口时间、机动车通行加速度；机动车与非机动车通行减速度及机动车与行人通行减速度；步骤4、计算机动车车跟随车辆的安全速度。2.根据权利要求1所述的一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：步骤3.1、根据车辆的通行权，计算冲突机动车与机动车流可穿越空挡时间，进而确定通过冲突区域j的加速与减速，最终计算通过交叉口的时间；步骤3.2根据机动车与非机动车通行权，确定机动车通过机动车与非机动车冲突区域f的减速度；步骤3.3、根据机动车与行人通行权，确定机动车与行人冲突区域p的减速停车的减速度。3.根据权利要求2所述的一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，其特征在于：所述步骤3.1的具体方法为：设定穿越冲突机动车流空档时间间隔为设定穿越冲突机动车流空档时间间隔为为机动车i以速度通过第j个冲突区域的可穿越空档时间；到达j冲突区域，在时刻t冲突车流前车k位置坐标后车k+1位置坐标前后冲突车辆通过冲突区域j的时间为两车之间的距离两车之间的距离为冲突车，以通过j冲突区域的时间。当机动车具有通行权且则机动车以加速度通过j冲突区域，安全通过交叉口；但当机动车具有通行权且机动车以减速度直至停车，不可通过交叉口，待下一个可穿越空档再通过，从而需要满足其中a为前后机动车的安全间距；l
i-1
为第i-1辆机动车的长度；为第i辆机动车进入交叉口研究区域的速度。通过该交叉口的时间其中t
s
为两个机动车之间最小车头时距。4.根据权利要求2所述的一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，其特征在于：所述步骤3.2的具体方法为：按照非机动车让行机动车的通行权，机动车以减速度减速直接通过交叉口，其中，为机动车i在非机动车冲突区域f的减速度，确定机动车在冲突区域f的减速度需要满足以下条件：
5.根据权利要求2所述的一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，其特征在于：所述步骤3.3的具体方法为：按照机动车礼让行人的通行权，机动车以减速度减速至停车等待行人通行后，驶离交叉口，其中，为机动车i在行人冲突区域p的减速度，确定机动车在冲突区域p的减速度需要满足以下条件：6.根据权利要求1所述的一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：根据车辆的通行权，车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，当前车在交叉口时，判断有无冲突车辆，不存在机动车可穿越空挡，或车辆在通过交叉口后，两车之间存在跟随现象，计算机动车前后车辆跟随通行速度；机动车在t时刻进入交叉口，由车载单元与路侧单元进行信息交互，得到机动车i-1位置x
i-1
(t)，后车i位置x
i
(t)，当前车通过交叉口时，无冲突车辆，前车以速度通过交叉口，后车跟随前车以速度通过交叉口；当前车通过交叉口时，存在冲突车辆，根据通行权分析，前车在时刻t
j
的速度以减速度在t
k
时刻通过交叉口，后车跟随前车以减速度通过交叉口，在此过程中后车与前车保持安全距离行驶。根据前后车位置信息，保持安全距离情况下，可推算出机动车跟随通行速度，具体机动车跟随通行速度引导计算方法为：其中，x
i-1
(t
k
)为前车i-1在t
k
时刻的位置；为前车i-1在t
k
时刻的速度；τ
i
为后车i反应延时；l
i-1
为前车i-1车身长度。

技术总结
本发明提供一种车路协同区域交叉口车辆通行引导方法，涉及智能交通系统中车路协同与安全控制技术领域。该方法首先采集车辆的位置和速度信息，实时检测区域内各个交叉口通信区域内各车道车辆数量与慢行交通信息，确定冲突区域；再统计机动车冲突车流的通行权；并根据车载单元与路侧单元、车载单元与车载单元之间交互的信息，计算机动车通过交叉口时间、机动车通行加速度；机动车与非机动车通行减速度及机动车与行人通行减速度；最后计算机动车跟随车辆的安全速度。该方法可以有效缓解区域交叉口车辆通行交通安全问题，减少交通事故率，提升整体区域交通运行效率。升整体区域交通运行效率。升整体区域交通运行效率。


技术研发人员：张媛媛 宋伟东 代鹏
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/6/28