本发明公开了一种网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法，适用于信号交叉口为逆时针单边轮放相位，且道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆，该方法根据当前周期内的信号配时、进口道左转车道数、左转车辆流量、上一相位右转流量及相邻出口道数量，采用相应算法计算本周期内所述进口道逆向可变车道允许开启的时间段、数量以及长度。本发明提出的动态管控方法有助于提高信号交叉口的通行能力，降低车辆总体延误，从而为网联自动驾驶环境下信号交叉口进口道的交通组织优化提供方法支撑。
1.一种网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法，其特征在于，所述信号交叉口包含信号灯，且所述信号灯的亮灯相位为逆时针单边轮放相位；所述网联环境为道路上所有车辆均是网联自动驾驶车辆；假设所述信号交叉口中当前被管控的进口道序号为j，则第j个进口道的上一相位对应的进口道序号为j‑1；令所述第j个进口道上的左转进口道数量为 其中， 令所述第j个进口道左侧相邻的出口道数量为 其中，以第j个进口道左侧相邻的出口道的部分道路段作为所述第j个进口道的逆向可变车道；且所述第j个进口道的逆向可变车道仅允许第j个进口道的左转车辆使用；
步骤1获取信号交叉口任意一条左转进口道的饱和流量，记为Gz；获取信号交叉口任意一条出口道的饱和流量，记为Gm；获取所述第j个进口道上的左转进口道数量 获取所述第j个进口道的左侧相邻出口道数量 获取所述第j个进口道的左转车流对应的出口道数量步骤2获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的周期时长Ci、所述第j个进口道的绿灯时间 所述第j个进口道的上游路段左转车辆的到达率 获取第i‑1个信号灯周期Ti‑1内所述第j个进口道的剩余左转车辆数步骤3利用式(1)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道上的左转车道的通行能力利用式(2)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的左转车辆数步骤4若 则表示第i个信号灯周期Ti内无需开启第j个进口道的逆向可变车道；否则，将第j个进口道左侧相邻的出口道的部分道路段作为第j个进口道的逆向可变车道，并执行步骤5；
步骤5获取第i个信号灯周期Ti内所述第j‑1个进口道的绿灯时间 所述第j‑1个进口道的右转车辆到达率 第i‑1个信号灯周期Ti‑1内所述第j‑1个进口道的剩余右转车辆数步骤6利用式(3)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j‑1个进口道的右转车辆数步骤7计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的逆向可变车道所需承担的左转车辆数步骤8利用式(4)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的左转车道的排队长度式(4)中，l表示一辆车的长度，h为停车时相邻两车之间的安全间距；
步骤9第i个信号灯周期Ti内所述逆向可变车道的开启条件判断：
若 则仅在第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述逆向可变车道，
若 则在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述
若 则在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述
步骤10计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量及长度；
步骤10.1利用式(5)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量式(5)中， 为所述逆向可变车道允许开启后进入逆向可变车道的第一辆左转车辆到达交叉口的时间，并由式(6)得到；
式(6)中，v1为车辆在道路上正常行驶时的速度，v0为车辆在进入逆向可变车道时的换道速度，a为车辆的加速度；
步骤10.2利用式(7)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度式(7)中， 为第j个进口道的逆向可变车道的过渡段长度，并由式(8)得到，表示第j个进口道的逆向可变车道的停车线至第j个进口道的左侧相邻出口道的下游第一组导向箭头的长度；
步骤11分别计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量和长度；
步骤11.1利用式(9)计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量步骤11.2利用式(10)计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度步骤11.3利用式(11)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量步骤11.4利用式(12)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度步骤12计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量和长度；
步骤12.1利用式(13)计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道j的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量步骤12.2利用式(14)计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度步骤13当第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯剩余时间小于 时，禁止第j个进口道上的左转车辆继续驶入逆向可变车道；
步骤14根据第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的逆行可变车道允许开启的时间、数量和长度控制所述第j个进口道的上游路段的车辆通过所述交叉口。
网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法
技术领域
[0001] 本发明属于智能交通管控领域，具体是网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法。
背景技术
[0002] 交叉口作为道路交通网络中的关键节点，是交通流汇聚和分散的主要场所，也是交通拥堵的主要发生地。为了提高道路通行效率，缓解交叉口的交通拥堵，国内外研究学者提出了一系列非常规交叉口的设计与控制方法，并将其运用到实际中。交叉口逆向可变车道是变向交通管理的一种新兴形式，主要设置在信号控制交叉口的出口道内侧，既具有出口道行车道功能又具有进口左转导向车道功能，能有效缓解交叉口高峰时段的左转过饱和拥堵情况，且设置成本不高，目前正逐步在一些城市中应用，并取得不错效果。
[0003] 但相关研究也表明，逆向可变车道在提升交叉口通行效益的同时，也存在安全隐患问题，且其稳定性差，易受微观驾驶行为影响。且目前的逆向可变车道的设置均为静态的，不能根据左转交通量的大小和当前的交叉口绿灯时长与信号周期来动态调整逆向可变车道开启的时间段、数量和长度，从而造成车道时间资源浪费和通行能力下降。
[0004] 自动驾驶技术和车联网技术被认为是缓解交叉口交通拥堵、提高通行效益的有效方法。如何利用自动驾驶技术和车联网技术的优势来对信号交叉口逆向可变车道进行动态管控便显得至关重要了。
发明内容
[0005] 本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法，以期望根据当前周期内的信号配时、左转车道数、左转车辆流量、上一相位右转流量及相邻出口道数量，采用相应算法计算本周内逆向可变车道数开启的时间段、数量以及长度，提高道路资源的利用率，降低车辆总体延误，从而提高交叉口的整体通行能力。
[0006] 本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
[0007] 本发明一种网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法的特点在于，所述信号交叉口包含信号灯，且所述信号灯的亮灯相位为逆时针单边轮放相位；所述网联环境为道路上所有车辆均是网联自动驾驶车辆；假设所述信号交叉口中当前被管控的进口道序号为j，则第j个进口道的上一相位对应的进口道序号为j‑1；令所述第j个进口道上的左转进口道数量为 其中， 令所述第j个进口道左侧相邻的出口道数量为 其中，以第j个进口道左侧相邻的出口道的部分道路段作为所述第j个进口道的逆向可变车道；且所述第j个进口道的逆向可变车道仅允许第j个进口道的左转车辆使用；
[0008] 所述动态管控方法包括以下步骤：
[0009] 步骤1获取信号交叉口任意一条左转进口道的饱和流量，记为Gz；获取信号交叉口任意一条出口道的饱和流量，记为Gm；获取所述第j个进口道上的左转进口道数量 获取所述第j个进口道的左侧相邻出口道数量 获取所述第j个进口道的左转车流对应的出口道数量
[0010] 步骤2获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的周期时长Ci、所述第j个进口道的绿灯时间 所述第j个进口道的上游路段左转车辆的到达率 获取第i‑1个信号灯周期Ti‑1内所述第j个进口道的剩余左转车辆数
[0011] 步骤3利用式(1)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道上的左转车道的通行能力 利用式(2)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的左转车辆数[0012]
[0013]
[0014] 步骤4若 则表示第i个信号灯周期Ti内无需开启第j个进口道的逆向可变车道；否则，将第j个进口道左侧相邻的出口道的部分道路段作为第j个进口道的逆向可变车道，并执行步骤5；
[0015] 步骤5获取第i个信号灯周期Ti内所述第j‑1个进口道的绿灯时间 所述第j‑1个进口道的右转车辆到达率 第i‑1个信号灯周期Ti‑1内所述第j‑1个进口道的剩余右转车辆数
[0016] 步骤6利用式(3)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j‑1个进口道的右转车辆数[0017]
[0018] 步骤7计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的逆向可变车道所需承担的左转车辆数
[0019] 步骤8利用式(4)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的左转车道的排队长度
[0020]
[0021] 式(4)中，l表示一辆车的长度，h为停车时相邻两车之间的安全间距；
[0022] 步骤9第i个信号灯周期Ti内所述逆向可变车道的开启条件判断：
[0023] 若 则仅在第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述逆向可变车道，并执行步骤10；
[0024] 若 则在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述逆向可变车道，并执行步骤11；
[0025] 若 则在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述逆向可变车道，并执行步骤12；
[0026] 步骤10计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量及长度；
[0027] 步骤10.1利用式(5)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0028]
[0029] 式(5)中， 为所述逆向可变车道允许开启后进入逆向可变车道的第一辆左转车辆到达交叉口的时间，并由式(6)得到；
[0030]
[0031] 式(6)中，v1为车辆在道路上正常行驶时的速度，v0为车辆在进入逆向可变车道时的换道速度，a为车辆的加速度；
[0032] 步骤10.2利用式(7)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0033]
[0034] 式(7)中，为第j个进口道的逆向可变车道的过渡段长度，并由式(8)得到，表示第j个进口道的逆向可变车道的停车线至第j个进口道的左侧相邻出口道的下游第一组导向箭头的长度；
[0035]
[0036] 步骤11分别计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量和长度；
[0037] 步骤11.1利用式(9)计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0038]
[0039] 步骤11.2利用式(10)计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0040]
[0041] 步骤11.3利用式(11)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0042]
[0043] 步骤11.4利用式(12)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0044]
[0045] 步骤12计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量和长度；
[0046] 步骤12.1利用式(13)计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道j的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0047]
[0048] 步骤12.2利用式(14)计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0049]
[0050] 步骤13当第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯剩余时间小于 时，禁止第j个进口道上的左转车辆继续驶入逆向可变车道；
[0051] 步骤14根据第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的逆行可变车道允许开启的时间、数量和长度控制所述第j个进口道的上游路段的车辆通过所述交叉口。
[0052] 与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：
[0053] 1、本发明在网联环境下，利用车路协同技术，提供了网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法，根据当前周期内的信号配时、左转车道数、左转车辆流量、上一相位右转流量及相邻出口道数量，采用相应算法计算本周内逆向可变车道数开启的时间段、数量以及长度，提高了道路资源的利用效率，降低了车辆延误，提高了交叉口的整体通行能力。
[0054] 2、本发明在判断进口道j逆向可变车道开启的时间段和数量时将进口道j‑1的右转交通量作为约束条件之一，避免了逆向可变车道对进口道j‑1的右转车辆造成阻碍，提高了交叉口交通运行的安全性。
[0055] 3、本发明利用网联自动驾驶车辆信息实时共享的优越性，获取实时的车辆信息和信号配时信息，根据相应的判别条件采用相应的算法计算逆向可变车道开启的时间段、数量和长度，提高了计算的精确性。
附图说明
[0056] 图1为本发明的场景示意图；
[0057] 图2为本发明的总体流程图；
[0058] 图3为逆时针单边轮放相位示意图。
具体实施方式
[0059] 本实施例中，如图1所示，一种网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法，其中，信号交叉口包含信号灯，且所述信号灯的亮灯相位为逆时针单边轮放相位；如图3所示，逆时针单边轮放相位是按照逆时针的顺序依次循环放行北进口道全部流向车辆、西进口道全部流向车辆、南进口道全部流向车辆、东进口道全部流向车辆；所述网联环境为道路上所有车辆均是网联自动驾驶车辆；假设所述信号交叉口中当前被管控的进口道序号为j，则第j个进口道的上一相位对应的进口道序号为j‑1；令所述第j个进口道上的左转进口道数量为 其中， 令所述第j个进口道左侧相邻的出口道数量为 其中，以第j个进口道左侧相邻的出口道的部分道路段作为所述第j个进口道的逆向可变车道；且所述第j个进口道的逆向可变车道仅允许第j个进口道的左转车辆使用；如图1所示，在交叉口处设置第j个进口道的逆向可变车道停车线；令所述第j个进口道的逆向可变车道停车线至第j个进口道左侧相邻的出口道下游的第一组导向箭头的长度为 所述第j个进口道的逆向可变车道包括车辆进入逆向可变车道后加速至正常行驶速度的过渡段[0060] 如图2所示，网联环境下信号交叉口逆向可变车道的动态管控方法是按照以下步骤进行的：
[0061] 步骤1获取信号交叉口任意一条左转进口道的饱和流量，记为Gz；获取信号交叉口任意一条出口道的饱和流量，记为Gm；获取所述第j个进口道上的左转进口道数量 获取所述第j个进口道的左侧相邻出口道数量 获取所述第j个进口道的左转车流对应的出口道数量
[0062] 步骤2通过道路上安装的智能交通设施通过车路协同技术和无线通讯手段获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的周期时长Ci、所述第j个进口道的绿灯时间 所述第j个进口道的上游路段左转车辆的到达率 获取第i‑1个信号灯周期Ti‑1内所述第j个进口道的剩余左转车辆数
[0063] 步骤3利用式(1)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道上的左转车道的通行能力 利用式(2)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的左转车辆数[0064]
[0065]
[0066] 步骤4若 则表示第i个信号灯周期Ti内无需开启第j个进口道的逆向可变车道；否则，将第j个进口道左侧相邻的出口道的部分道路段作为第j个进口道的逆向可变车道，并执行步骤5；
[0067] 步骤5获取第i个信号灯周期Ti内所述第j‑1个进口道的绿灯时间 所述第j‑1个进口道的右转车辆到达率 第i‑1个信号灯周期Ti‑1内所述第j‑1个进口道的剩余右转车辆数
[0068] 步骤6利用式(3)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j‑1个进口道的右转车辆数[0069]
[0070] 步骤7计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的逆向可变车道所需承担的左转车辆数
[0071] 步骤8利用式(4)计算第i个信号灯周期Ti内所述第j个进口道的左转车道的排队长度
[0072]
[0073] 式(4)中，l表示一辆车的长度，h为停车时相邻两车之间的安全间距；
[0074] 步骤9第i个信号灯周期Ti内所述逆向可变车道的开启条件判断：
[0075] 若 则仅在第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述逆向可变车道，并执行步骤10；
[0076] 若 则在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述逆向可变车道，并执行步骤11；
[0077] 若 则在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启所述逆向可变车道，并执行步骤12；
[0078] 步骤10计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量及长度；
[0079] 步骤10.1利用式(5)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0080]
[0081] 式(5)中， 为所述逆向可变车道允许开启后进入逆向可变车道的第一辆左转车辆到达交叉口的时间，并由式(6)得到；
[0082]
[0083] 式(6)中，v1为车辆在道路上正常行驶时的速度，v0为车辆在进入逆向可变车道时的换道速度，a为车辆的加速度；
[0084] 步骤10.2利用式(7)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0085]
[0086] 式(7)中， 为第j个进口道的逆向可变车道的过渡段长度，并由式(8)得到， 表示第j个进口道的逆向可变车道的停车线至第j个进口道的左侧相邻出口道的下游第一组导向箭头的长度；
[0087]
[0088] 步骤11分别计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量和长度；
[0089] 步骤11.1利用式(9)计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0090]
[0091] 步骤11.2利用式(10)计算第i个信号灯周期Ti内第j‑1个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0092]
[0093] 步骤11.3利用式(11)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0094]
[0095] 步骤11.4利用式(12)计算第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0096]
[0097] 步骤12计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量和长度；
[0098] 步骤12.1利用式(13)计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道j的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的数量
[0099]
[0100] 步骤12.2利用式(14)计算第i个信号灯周期Ti内在第j‑1个进口道和第j个进口道的绿灯时间内允许开启的第j个进口道的逆向可变车道的长度
[0101]
[0102] 步骤13当第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的绿灯剩余时间小于 时，禁止第j个进口道上的左转车辆继续驶入逆向可变车道；
[0103] 步骤14根据第i个信号灯周期Ti内第j个进口道的逆行可变车道允许开启的时间、数量和长度控制所述第j个进口道的上游路段的车辆通过所述交叉口。
