一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统及方法

1.本发明属于道路安全技术领域，具体涉及一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统及方法。


背景技术：

2.近年来，早期高速公路难以适应剧增的交通量，部分高速公路急需维护或重建扩容，此类高速公路往往具备较大的交通流量，因此常采用保通交通组织方法进行改扩建。在保通施工情况下，车辆在作业期间仍可驶经施工路段，而改扩建作业区由于变化的道路条件、复杂的车辆交互行为等，往往会使驾驶人被迫出现减速、换道、合流等行驶状态，为作业区埋下交通安全隐患。
3.驾驶人作为人-车-路-环境中的重要一环，驾驶者在高速公路作业区对交通环境的感知能力和其车辆操纵行为，对区段交通安全具有一定程度的影响。而目前作业区对驾驶人进行预警告知主要采用普通标志标线及警示灯等方式，这类传统物理标志因为设置位置和信息告知范围的局限性，使驾驶人易错过警示信息且难及时获取远距离路况信息，驾驶人常行驶至作业区前因道路条件变化而被迫变道汇入，增大了作业区前的交通风险。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统及方法。通过布设于高速公路改扩建作业区的数据采集单元获取区段交通信息，在作业区的警告区与上游过渡区内划分控制区段，按一定时间窗口采集并更新数据，对作业区交通数据进行处理，分析控制区段基础交通流数据与车辆状态数据，从而确定各控制区段的标志标线动态灯光诱导策略，将动态灯光诱导策略下发至路面led动态单元与路侧车道数变少动态标志单元，完成策略与动态诱导设施的匹配，实现基于路面路侧动态诱导设施的改扩建作业区车辆的换道诱导。本发明优化了高速公路改扩建作业区标志标线动态诱导功能，加强驾驶者对作业区范围内交通环境的感知能力，有效提升工作区范围内驾驶者换道汇入诱导效果，从而提高作业区的交通安全水平。
5.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
6.一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导方法，包括以下步骤：
7.s1、将改扩建作业区的警告区与上游过渡区以车道为单位进行按车辆行进方向等距离控制区段的划分与编号；
8.s2、获取当前高速公路改扩建区域各控制区段内的交通流数据，包括速度、流量和密度；获取控制区段内部车辆id，对于每辆车匹配其长度、位置以及速度信息，初始化改扩建作业区交通状态；
9.s3、按时间窗约束更新各控制区段内基础交通流信息，当车辆由上一控制区段驶入下一控制区段时，更新控制区段内部车辆信息；
10.s4、根据步骤s3中各控制区段内基础交通流信息计算控制区段内平均车速，并按
平均车速分级判断各控制区段的拥堵程度；基于步骤s3中各控制区段内部车辆信息进行控制区段内换道可汇入间隙的判断；
11.s5、根据步骤s4所得各控制区段拥堵程度，以拟诱导的目标车辆所处控制区段为中心，对与其处于同一水平方向的控制区段、车辆行驶方向前一控制区段、与前一控制区段处于同一水平方向的控制区段的拥堵程度进行对比。
12.s6、根据步骤s4的可汇入间隙存在判断与步骤s5的拥堵程度比较结果，若同时满足换道后所处控制区段拥堵程度更低且换道目标控制区段存在可汇入间隙，则进行换道诱导，若未同时满足前述两种条件，则不进行换道诱导。
13.优选地，步骤s3具体包括以下步骤：
14.s31、以进入作业区范围的顺序对车辆进行id编码，从第1号依顺序编码至第m号，车辆行驶于各个控制区段之间时id编码保持不变，id具有唯一性；
15.s32、当第1号车辆进入作业区范围内时，根据视频检测单元所提取的车辆长度信息，对车辆编号与车辆长度实施匹配，以此类推，为进入作业区范围所有车辆完成实施编号与车辆长度的匹配，车辆长度将用于后续可汇入间隙存在判断的计算；
16.s33、按时间窗约束更新车辆信息，每过时间窗t秒按车辆编号匹配更新车辆目前所处控制区段编号以及车辆速度信息。
17.优选地，步骤s4中各控制区段拥堵程度通过第i个控制区段内平均车速计算结果来判断，计算公式表达如下：
[0018][0019]
式中，为第i个控制区段内的平均车速，单位为km/h，m为通过第i个控制区段的总车辆数，单位为辆，vn为通过第i个控制区段的每辆车的车速，单位为km/h。
[0020]
优选地，步骤s4中各控制区段拥堵程度分为五级，一级的平均速度为小于等于60km/h，二级的平均速度为60km/h-80km/h，三级的平均速度为80km/h-100km/h，四级的平均速度为100km/h-120km/h，五级的平均速度为大于等于120km/h。
[0021]
优选地，步骤s4中控制区段内换道可汇入间隙的判断包括如下步骤：
[0022]
s41、根据车辆信息计算目标车道的车头时距，公式表达如下：
[0023][0024]
式中，t0为车头时距，单位为s，xa(t)为目标车道前车a在t时刻所处的位置，单位为m，la为目标车道前车a的车辆长度，单位为m，xb(t)为目标车道后车b在t时刻所处的位置，单位为m，v
bt
为标车道后车b在t时刻的速度，单位为km/h。
[0025]
s42、获取当前时刻目标车道全部相邻车之间的车头时距；
[0026]
s43、设最小安全车头时距取值为4s，比较目标车道当前的车头时距是否大于等于最小安全车头时距；
[0027]
s44、若存在1个及以上目标车道车头时距大于等于最小安全车头时距，则判定为控制区段内存在换道可汇入间隙，反之则判定为不存在。
[0028]
一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统，包括：
[0029]
数据采集子系统，包括线圈检测单元、视频检测单元以及地磁检测单元，通过线圈检测单元获取车辆进入作业区信息完成车辆编号，通过视频检测单元获取车辆长度信息再与车辆编号完成匹配，通过地磁检测单元获取并更新车辆所处控制区段信息，三类检测单元共同构成数据采集子系统，数据采集子系统综合控制区段内交通流信息与车辆信息，传输给数据处理子系统进行数据分析与策略制定；
[0030]
数据处理子系统：包括交通数据分析单元、车道占用分析单元以及灯光策略匹配单元；其中交通数据分析单元，由数据采集子系统的线圈检测单元实时获取的基础交通流数据计算控制区段内平均车速，进行各控制区段拥堵程度的判断，同时，综合数据采集子系统的视频检测单元传输的车辆长度信息计算目标车道的车头时距，判断是否存在不小于最小安全车头时距的车辆间隙，进行控制区段内换道可汇入间隙的判断；车道占用分析单元接收自数据采集子系统的地磁检测单元信号，获取车辆所处控制单元信息，用于匹配车辆编号与所处控制区段编号，判断车道占用情况；灯光策略匹配单元接收交通数据分析单元与车道占用分析单元的信号，基于车道占用情况、控制区段拥堵程度比较与可汇入间隙判断进行综合分析，确定当前状态的动态灯光诱导策略来控制路面led单元与路侧动态灯光交通标志；
[0031]
诱导设施控制子系统，包括诱导设施控制单元和诱导设施显示单元；诱导设施控制单元接受来自数据处理子系统灯光策略匹配单元的信号，以控制区段为单位统一控制其内部诱导设施显示单元；诱导设置显示单元受诱导设施控制单元的传输信号统一调配，显示单元包括路面led动态单元与路侧车道数变少动态标志单元，根据诱导设施控制单元从灯光策略匹配单元读取的策略方案信号向作业区驾驶者呈现灯光，进行主动诱导。
[0032]
优选地，路面led动态单元纵向等距埋设于全部车道线所在轴线上，以某一控制区段内某侧所有led单元为一组进行灯光策略控制。
[0033]
优选地，路面led动态单元的光源形态有两种，包括点状圆形光源与箭头形指向光源；路面led动态单元的灯光状态有三种，包括无灯光、绿色灯光与红色灯光；点状圆形光源颜色为无灯光或红色，具备一般警示作用，辅助驾驶者感知道路线形，而箭头形指向光源颜色为绿色，箭头方向与车道线方向垂直，箭头指向作业区另一侧，用于诱导驾驶者进行变道决策；路面led动态单元的灯光闪烁频率均为60次/分钟。
[0034]
优选地，路侧车道数变少动态标志单元布设于作业区的警告区末端路侧，所述车道数变少标志表面增设点状光源，所述点状光源等距布设于车道数变少标志上的黑色汇入箭头处，灯光闪烁频率均为60次/分钟。
[0035]
采用上述技术方案带来的有益效果：
[0036]
对高速公路改扩建作业区的车道数变少交通标志进行了增添灯光的优化设计。现有面向作业区的改善设计方法大多停留在静态层面，与无灯光的原始标志相比，本发明提出的车道数变少动态标志能够提升视认距离，既使得驾驶人不易错过警示信息，也能缩短驾驶人驶经作业区对标志的视认-决策-行动时间，提升通行效率。同时，通过沿车辆汇入箭头方向设置闪烁灯光，强化标志含义，降低标志理解难度，加强对行驶于工作区封闭车道一侧车辆的汇入行为诱导效果。
[0037]
提出在路面设置led诱导单元，其灯光在高速公路改扩建作业区事故多发的夜间，能够辅助驾驶人感知前方道路线形变化，降低因视距不足带来的行车风险。同时，路面诱导
单元根据实时交通状态可进行灯光形式、颜色的调整，能够通过灯光策略连续给予驾驶人路况信息，帮助驾驶人在前方车道数变少情况下进行合适时机的车辆汇入选择，具备辅助驾驶决策的效用。
[0038]
协同优化改扩建作业区范围内路面标线与路侧标志，形成具备动态灯光的立体式作业区交通诱导系统。通过实时采集分析高速公路改扩建作业区的交通状态信息，通过同步调节路面led动态单元与路侧动态标志的灯光颜色及图形，给予驾驶人前方远距离交通路况信息，以及进行复杂路段的变道诱导。相比于现有技术，本发明改善了单独使用路面或路侧诱导设备的设置位置局限性和信息告知范围局限性的情境，提高改扩建作业区范围内的车道汇入诱导效果，在一定程度上提高了作业区关键路段的通行效率与行车安全水平。
附图说明
[0039]
图1为本发明的整体诱导系统结构图；其中，1-数据采集子系统，11-线圈检测单元，12-视频检测单元，13-地磁检测单元，2-数据处理子系统，21-交通数据分析单元，22-车道占用分析单元，23-灯光策略匹配单元，3-诱导设施子系统，31-诱导设施控制单元，32-诱导设施显示单元；
[0040]
图2为本发明在高速公路改扩建作业区的应用场景设施布设示意图；其中，4-警告区，5-上游过渡区，6-纵向缓冲区，7-工作区，8-下游过渡区，9-终止区，10-车道数变少动态标志单元，11-路面led动态单元；
[0041]
图3为本发明路侧车道数变少标志牌动态灯光效果示意图；
[0042]
图4为本发明路面led动态单元灯光效果示意图；
[0043]
图5为本发明灯光策略匹配单元逻辑判断流程图；
[0044]
图6为本发明提出的高速公路改扩建作业区交通诱导方法的流程示意图。
具体实施方式
[0045]
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0046]
本发明其整体诱导系统结构图如图1所示，包括数据采集子系统1、数据处理子系统2和诱导设施子系统3；
[0047]
数据采集子系统1，包括线圈检测单元11、视频检测单元12和地磁检测单元13，所述线圈检测单元11与视频检测单元12主要用于采集路段交通流信息，所述地磁检测单元13主要用于采集控制区段内的车辆信息，然后将所采集到的所有数据集合发送到数据处理子系统2；
[0048]
数据处理子系统2，包括交通数据分析单元21、车道占用分析单元22和灯光策略匹配单元23，所述交通数据分析单元21根据实时获取的基础交通流数据计算控制区段内平均车速，进行各控制区段拥堵程度的判断，再根据车辆信息计算目标车道的车头时距，判断是否存在不小于最小安全车头时距的车辆间隙，进行控制区段内换道可汇入间隙的判断；所述车道占用分析单元22用于匹配各控制区段编号与对应的车道，而后根据具体车辆信息判断车道占用情况，为发布灯光策略做准备；所述灯光策略匹配单元23基于车道占用状态、控制区段拥堵程度比较与可汇入间隙判断进行综合分析，确定适合当前状态的动态灯光诱导策略来控制路面led动态单元与路侧动态灯光交通标志。
[0049]
诱导设施子系统3，包括诱导设施控制单元31和诱导设施显示单元32，所述诱导设施控制单元31诱导设施控制单元接受来自数据处理模块的策略，以每一控制区段为单位统一控制其内部诱导设施显示单元；所述诱导设施显示单元32包括路面led动态单元12与路侧车道数变少动态标志单元11，受控制单元统一调配，用以向作业区驾驶者呈现灯光，进行主动诱导。
[0050]
实施例一以设计速度为120km/h的高速公路双向四车道右侧车道封闭施工为例详细介绍设施布设，需要说明的是，本发明提出的作业区交通诱导系统仍可应用于双向四车道、双向六车道等道路场景中，且左侧车道封闭施工情境亦适用。如附图2所示，该双向四车道高速公路右侧车道封闭施工，作业区左侧车道可正常通行。
[0051]
具体的，按《公路养护安全作业规程》(jtg h30-2015)的相关规定，高速公路改扩建作业区分为六个区段，分别为警告区4、上游过渡区5、纵向缓冲区6、工作区7、下游过渡区8与终止区9。
[0052]
具体的，本发明提出的高速公路改扩建作业区交通诱导系统及方法主要运用于警告区4与上游过渡区5这两个区域中，区域中按50米长度等距划分控制区段进行分段调控。
[0053]
具体的，控制区段的获取步骤为：
[0054]
步骤1，确定控制区段整体覆盖范围为作业区的警告区与上游过渡区；
[0055]
步骤2，沿车辆运行方向进行警告区与上游过渡区的纵向50米等距离划分，即每个控制区段的纵向长度为50米；
[0056]
步骤3，控制区段以划分后的车道为单位进行编号，从警告区起点开始，以作业区所在侧方向的车道为起始编号点，将其命名为第i个控制区段(i＝1)，而后向作业区所在另一侧方向平行编号，将平行于第i个控制区段的车道依次命名为第i+1、i+2、
…
i+n个控制区段，待平行车道全部完成控制区段编号后，再次回到起始编号点一侧的纵向相邻车道继续编号，如此往复，直到最后一个控制区段编号完成。
[0057]
步骤4，以控制区段为单位进行交通状态判断、灯光策略下发、诱导设施控制等工作。
[0058]
具体的，数据采集单元连续布设于划分出的控制区段的起点与终点处，用于采集控制区段内的交通车辆信息；
[0059]
具体的，获取车辆信息的方法包括以下步骤：
[0060]
步骤1，以进入作业区范围的顺序对车辆进行id编码，从第1号依顺序编码至第m号，车辆行驶于各个控制区段之间时id编码保持不变，id具有唯一性；
[0061]
步骤2，当第1号车辆进入作业区范围内时，根据视频检测单元所提取的车辆长度信息，对车辆编号与车辆长度实施匹配，以此类推，为进入作业区范围所有车辆完成实施编号与车辆长度的匹配，车辆长度将用于后续可汇入间隙存在判断的计算；
[0062]
步骤3，按时间窗约束更新车辆信息，每过时间窗t秒按车辆编号匹配更新车辆目前所处控制区段编号、车辆速度信息。
[0063]
根据实时获取的基础交通流数据计算控制区段内平均车速，进行各控制区段拥堵程度的判断；
[0064]
根据车辆信息计算目标车道的车头时距，判断是否存在不小于最小安全车头时距的车辆间隙，进行控制区段内换道可汇入间隙的判断；
[0065]
车道占用分析单元用于匹配各控制区段编号与对应的车道，而后根据具体车辆信息判断车道占用情况，为发布灯光策略做准备；
[0066]
灯光策略匹配单元基于车道占用状态、控制区段拥堵程度与可汇入间隙按判断流程进行综合分析，确定适合当前状态的动态灯光诱导策略来控制路面led动态单元与路侧动态灯光交通标志。
[0067]
具体的，车道数变少动态标志单元11如附图3所示，其布设于靠近作业区的警告区末端400米处，所述车道数变少标志表面增设点状光源，所述点状光源等距布设于车道数变少标志上的黑色汇入箭头处，灯光状态有两种，包括无灯光与绿色灯光；车道数变少动态标志单元灯光启用时闪烁频率为60次/分钟。
[0068]
具体的，路面led动态单元布设范围包括作业区警告区与上游过渡区，纵向等距埋设于全部车道线所在轴线上，以某一控制区段内某侧所有led单元为一组进行灯光策略控制。路面led动态单元的灯光状态有三种，包括无灯光、绿色灯光与红色灯光；光源形态如附图4所示，共有两种：其一是点状圆形光源颜色为无灯光或红色，具备一般警示作用，辅助驾驶者感知道路线形；另一种则是，箭头形指向光源颜色为绿色，箭头方向与车道线方向垂直，箭头指向作业区另一侧，用于诱导驾驶者进行变道决策；路面led动态单元的灯光闪烁频率均为60次/分钟。
[0069]
实施例二与实施例一保持相同的道路条件，即以以设计速度为120km/h的高速公路双向四车道右侧车道封闭施工为例，图5是本发明以提供的一种灯光策略匹配单元逻辑判断流程图，该流程图呈现的是每一时间窗t＝5s内的判断逻辑。
[0070]
在灯光策略匹配单元中涉及到两类重要判断，其一是对两个控制区段拥堵程度的比较，其二是对目标车道是否存在可汇入间隙的判断。
[0071]
具体的，对两个控制区段拥堵程度的比较主要使用控制区段内平均车速作为指标，用于各控制区段拥堵程度的判断的第i个控制区段内平均车速计算方法如下：
[0072][0073]
其中，为第i个控制区段内的平均车速，单位为km/h，m为通过第i个控制区段的总车辆数，单位为辆，vn为通过第i个控制区段的每辆车的车速，单位为km/h。
[0074]
具体的，交通数据分析单元根据控制区段内平均车速进行拥堵程度的判断，所述拥堵程度按平均车速分为五级，其中一级的平均速度为小于等于60km/h，二级的平均速度为60km/h-80km/h，三级的平均速度为80km/h-100km/h，四级的平均速度为100km/h-120km/h，五级的平均速度为大于等于120km/h，
[0075]
在拥堵等级判断过程中，当第i个控制区段的等级高于第i+1个控制区段的等级时，认为第i个控制区段更为拥堵。
[0076]
具体的，对控制区段内换道可汇入间隙的判断方法包括以下步骤：
[0077]
步骤1，根据车辆信息计算目标车道的车头时距，具体计算方法如下：
[0078][0079]
其中，t0为车头时距，单位为s，xa(t)为目标车道前车a在t时刻所处的位置，单位为
m，la为目标车道前车a的车辆长度，单位为m，xb(t)为目标车道后车b在t时刻所处的位置，单位为m，v
bt
为标车道后车b在t时刻的速度，单位为km/h。
[0080]
步骤2，获取当前时刻目标车道全部相邻车之间的车头时距。
[0081]
步骤3，最小安全车头时距取值为4s，比较目标车道当前的车头时距是否大于等于最小安全车头时距。
[0082]
步骤4，若存在1个及以上目标车道车头时距大于等于最小安全车头时距，则判定为控制区段内存在换道可汇入间隙，反之则判定为不存在。
[0083]
本发明提供了一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统及方法，参见图6，是本发明提出的高速公路改扩建作业区交通诱导方法的流程示意图，使用上述作业区布置形式和动态诱导设施的实现作业区交通诱导的方法具体包括以下步骤：
[0084]
步骤1，将改扩建作业区的警告区与上游过渡区以车道为单位进行按车辆行进方向等距离控制区段的划分与编号，后续交通状态判断、灯光策略下发、诱导设施控制均以控制区段为单位进行；
[0085]
步骤2，获取当前高速公路改扩建区域各控制区段内的交通流数据，包括速度、流量和密度；获取控制区段内部车辆id，对于每辆车匹配其长度、位置、速度信息，初始化改扩建作业区交通状态；
[0086]
步骤3，按时间窗约束更新各控制区段内基础交通流信息，当车辆由上一控制区段驶入下一控制区段时，更新控制区段内部车辆信息；
[0087]
步骤4，交通数据分析单元根据实时获取的基础交通流数据计算控制区段内平均车速，进行各控制区段拥堵程度的判断；
[0088]
步骤5，根据车辆信息计算目标车道的车头时距，判断是否存在不小于最小安全车头时距的车辆间隙，进行控制区段内换道可汇入间隙的判断；
[0089]
步骤6，运用车道占用分析单元匹配各控制区段编号与对应的车道，而后根据具体车辆信息判断车道占用情况，为发布灯光策略做准备；
[0090]
步骤7，灯光策略匹配单元基于车道占用状态、控制区段拥堵程度比较与可汇入间隙判断进行综合分析，确定适合当前状态的动态灯光诱导策略来控制路面led动态单元与路侧动态灯光交通标志；
[0091]
步骤8，诱导设施控制单元接受来自数据处理模块的策略，以控制区段为单位统一控制其内部诱导设施显示单元；
[0092]
步骤9，诱导设置显示单元受控制单元统一调配，包括路面led动态单元与路侧车道数变少动态标志单元，用以向作业区驾驶者呈现灯光，进行主动诱导。
[0093]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0094]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0095]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0096]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0097]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0098]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将改扩建作业区的警告区与上游过渡区以车道为单位进行按车辆行进方向等距离控制区段的划分与编号；s2、获取当前高速公路改扩建区域各控制区段内的交通流数据，包括速度、流量和密度；获取控制区段内部车辆id，对于每辆车匹配其长度、位置以及速度信息，初始化改扩建作业区交通状态；s3、按时间窗约束更新各控制区段内基础交通流信息，当车辆由上一控制区段驶入下一控制区段时，更新控制区段内部车辆信息；s4、根据步骤s3中各控制区段内基础交通流信息计算控制区段内平均车速，并按平均车速分级判断各控制区段的拥堵程度；基于步骤s3中各控制区段内部车辆信息进行控制区段内换道可汇入间隙的判断；s5、根据步骤s4所得各控制区段拥堵程度，以拟诱导的目标车辆所处控制区段为中心，对与其处于同一水平方向的控制区段、车辆行驶方向前一控制区段、与前一控制区段处于同一水平方向的控制区段的拥堵程度进行对比；s6、根据步骤s4的可汇入间隙存在判断与步骤s5的拥堵程度比较结果，若同时满足换道后所处控制区段拥堵程度更低且换道目标控制区段存在可汇入间隙，则进行换道诱导，若未同时满足前述两种条件，则不进行换道诱导。2.根据权利要求1所述一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导方法，其特征在于，步骤s3具体包括以下步骤：s31、以进入作业区范围的顺序对车辆进行id编码，从第1号依顺序编码至第m号，车辆行驶于各个控制区段之间时id编码保持不变，id具有唯一性；s32、当第1号车辆进入作业区范围内时，根据视频检测单元所提取的车辆长度信息，对车辆编号与车辆长度实施匹配，以此类推，为进入作业区范围所有车辆完成实施编号与车辆长度的匹配，车辆长度将用于后续可汇入间隙存在判断的计算；s33、按时间窗约束更新车辆信息，每过时间窗t秒按车辆编号匹配更新车辆目前所处控制区段编号以及车辆速度信息。3.根据权利要求1所述一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导方法，其特征在于，步骤s4中各控制区段拥堵程度通过第i个控制区段内平均车速计算结果来判断，计算公式表达如下：式中，为第i个控制区段内的平均车速，单位为km/h，m为通过第i个控制区段的总车辆数，单位为辆，v
n
为通过第i个控制区段的每辆车的车速，单位为km/h。4.根据权利要求1所述一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导方法，其特征在于，步骤s4中各控制区段拥堵程度分为五级，一级的平均速度为小于等于60km/h，二级的平均速度为60km/h-80km/h，三级的平均速度为80km/h-100km/h，四级的平均速度为100km/h-120km/h，五级的平均速度为大于等于120km/h。5.根据权利要求1所述一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导方法，其特征在于，步
骤s4中控制区段内换道可汇入间隙的判断包括如下步骤：s41、根据车辆信息计算目标车道的车头时距，公式表达如下：式中，t0为车头时距，单位为s，x
a
(t)为目标车道前车a在t时刻所处的位置，单位为m，l
a
为目标车道前车a的车辆长度，单位为m，x
b
(t)为目标车道后车b在t时刻所处的位置，单位为m，v
bt
为标车道后车b在t时刻的速度，单位为km/h；s42、获取当前时刻目标车道全部相邻车之间的车头时距；s43、设最小安全车头时距取值为4s，比较目标车道当前的车头时距是否大于等于最小安全车头时距；s44、若存在1个及以上目标车道车头时距大于等于最小安全车头时距，则判定为控制区段内存在换道可汇入间隙，反之则判定为不存在。6.一种基于权利要求1-5任一项所述的一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统，其特征在于，包括：数据采集子系统，包括线圈检测单元、视频检测单元以及地磁检测单元，通过线圈检测单元获取车辆进入作业区信息完成车辆编号，通过视频检测单元获取车辆长度信息再与车辆编号完成匹配，通过地磁检测单元获取并更新车辆所处控制区段信息，三类检测单元共同构成数据采集子系统，数据采集子系统综合控制区段内交通流信息与车辆信息，传输给数据处理子系统进行数据分析与策略制定；数据处理子系统：包括交通数据分析单元、车道占用分析单元以及灯光策略匹配单元；其中交通数据分析单元，由数据采集子系统的线圈检测单元实时获取的基础交通流数据计算控制区段内平均车速，进行各控制区段拥堵程度的判断，同时，综合数据采集子系统的视频检测单元传输的车辆长度信息计算目标车道的车头时距，判断是否存在不小于最小安全车头时距的车辆间隙，进行控制区段内换道可汇入间隙的判断；车道占用分析单元接收自数据采集子系统的地磁检测单元信号，获取车辆所处控制单元信息，用于匹配车辆编号与所处控制区段编号，判断车道占用情况；灯光策略匹配单元接收交通数据分析单元与车道占用分析单元的信号，基于车道占用情况、控制区段拥堵程度比较与可汇入间隙判断进行综合分析，确定当前状态的动态灯光诱导策略来控制路面led单元与路侧动态灯光交通标志；诱导设施控制子系统，包括诱导设施控制单元和诱导设施显示单元；诱导设施控制单元接受来自数据处理子系统灯光策略匹配单元的信号，以控制区段为单位统一控制其内部诱导设施显示单元；诱导设置显示单元受诱导设施控制单元的传输信号统一调配，显示单元包括路面led动态单元与路侧车道数变少动态标志单元，根据诱导设施控制单元从灯光策略匹配单元读取的策略方案信号向作业区驾驶者呈现灯光，进行主动诱导。7.根据权利要求6所述一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统，其特征在于，路面led动态单元纵向等距埋设于全部车道线所在轴线上，以某一控制区段内某侧所有led单元为一组进行灯光策略控制。8.根据权利要求6所述一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统，其特征在于，路面led动态单元的光源形态有两种，包括点状圆形光源与箭头形指向光源；路面led动态单元的灯光状态有三种，包括无灯光、绿色灯光与红色灯光；点状圆形光源颜色为无灯光或红
色，具备一般警示作用，辅助驾驶者感知道路线形，而箭头形指向光源颜色为绿色，箭头方向与车道线方向垂直，箭头指向作业区另一侧，用于诱导驾驶者进行变道决策；路面led动态单元的灯光闪烁频率均为60次/分钟。9.根据权利要求1所述一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统，其特征在于，路侧车道数变少动态标志单元布设于作业区的警告区末端路侧，所述车道数变少标志表面增设点状光源，所述点状光源等距布设于车道数变少标志上的黑色汇入箭头处，灯光闪烁频率均为60次/分钟。

技术总结
本发明公开了一种高速公路改扩建作业区动态交通诱导系统及方法。通过布设于高速公路改扩建作业区的数据采集单元获取区段交通信息，在作业区的警告区与上游过渡区内划分控制区段，按一定时间窗口采集并更新数据，对作业区交通数据进行处理，分析控制区段基础交通流数据与车辆状态数据，从而确定各控制区段的标志标线动态灯光诱导策略，将动态灯光诱导策略下发至路面LED动态单元与路侧车道数变少动态标志单元，完成策略与动态诱导设施的匹配，实现基于路面路侧动态诱导设施的改扩建作业区车辆换道诱导。本发明强化了高速公路改扩建作业区标志标线动态诱导功能，加强驾驶人对作业区周围交通环境的感知能力，有效提升工作区范围内交通诱导效果。围内交通诱导效果。围内交通诱导效果。


技术研发人员：沈永俊 吕亦菲
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.03.23
技术公布日：2023/6/27