本發(fā)明涉及智能交通管理與控制，尤其涉及一種基于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛屏障的高速公路動(dòng)態(tài)限速管控方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、為應(yīng)對(duì)瓶頸區(qū)域傳播的減速波所帶來(lái)的碰撞威脅，業(yè)界已研發(fā)出一系列智能交通系統(tǒng)控制技術(shù)，如匝道控制（rm）、路徑引導(dǎo)（rg）和可變限速控制（vsl）等。其中，可變限速控制技術(shù)的核心理念在于，通過(guò)對(duì)高速公路特定路段或區(qū)域的車輛限速值進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整與控制，并實(shí)時(shí)通過(guò)可變限速板展示這些信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的精細(xì)優(yōu)化管理。

2、目前，隨著智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）的普及應(yīng)用已成為智慧交通領(lǐng)域的大勢(shì)所趨。智能網(wǎng)聯(lián)車輛配備了各種先進(jìn)的傳感器，并且融入了網(wǎng)聯(lián)、通信等高新技術(shù)，可實(shí)時(shí)進(jìn)行車與車、車與路等多要素信息交互，其異質(zhì)特性無(wú)疑為提高交通安全性和效率提供了新興的有潛力的解決方案。因此，對(duì)于未來(lái)由智能網(wǎng)聯(lián)車輛和人工駕駛車輛構(gòu)成的混合交通流，可通過(guò)控制單個(gè)智能網(wǎng)聯(lián)車輛（粒子）行駛軌跡，使得智能網(wǎng)聯(lián)車輛作為移動(dòng)屏障潛在地引導(dǎo)人工駕駛車輛，從而控制整體交通流更加安全有效地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)流粒協(xié)同管控。

3、但目前大部分研究主要面向智能網(wǎng)聯(lián)車輛高滲透率情況下完全智能網(wǎng)聯(lián)的理想交通環(huán)境，且僅考慮常規(guī)乘用車一種車型，忽略了客貨車輛車型、行駛特征及屏障效應(yīng)等方面差異所造成的影響，而如何充分發(fā)揮智能網(wǎng)聯(lián)車輛的低時(shí)延、高遵從等特性以及客貨車輛間差異，使可變限速建立更有效的移動(dòng)屏障，進(jìn)一步提高其安全性，是本發(fā)明關(guān)注的重點(diǎn)。

4、專利申請(qǐng)?zhí)枮閏n202110390114.1的一種基于智能網(wǎng)聯(lián)車輛的動(dòng)態(tài)限速控制方法、系統(tǒng)、終端及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)發(fā)明專利，其主要公開(kāi)了建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路上車輛速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而降低事故風(fēng)險(xiǎn)，提高交通安全的技術(shù)手段，其并未公開(kāi)在出現(xiàn)瓶頸區(qū)路段時(shí)根據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)車輛的行駛信息進(jìn)行合理的管控。鑒于此，有必要提供一種基于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛屏障的高速公路動(dòng)態(tài)限速管控方法以解決或者至少部分緩解上述技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于提供一種基于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛屏障的高速公路動(dòng)態(tài)限速管控方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中并未充分利用客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛對(duì)高速公路出現(xiàn)瓶頸區(qū)路段時(shí)進(jìn)行交通管控的技術(shù)問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

3、一種基于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛屏障的高速公路動(dòng)態(tài)限速管控方法，包括步驟：

4、s10，獲取高速公路路段的交通流運(yùn)行狀態(tài)，若所述交通流運(yùn)行狀態(tài)為擁堵?tīng)顟B(tài)則確定所述高速公路路段為瓶頸區(qū)路段，其中，所述高速公路路段的交通流為智能網(wǎng)聯(lián)車輛與人工駕駛車輛組成的混合交通流；

5、s20，激活所述瓶頸區(qū)路段的上游路段為成排分布管控區(qū)域段a1和動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2，其中，成排分布管控區(qū)域段a1、動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2以及瓶頸區(qū)路段相鄰設(shè)置且動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2處于瓶頸區(qū)路段和成排分布管控區(qū)域段a1之間；

6、s30，根據(jù)獲取的成排分布管控區(qū)域段a1內(nèi)的當(dāng)前車輛行駛信息，將位于成排分布管控區(qū)域段a1內(nèi)的cav客貨車輛根據(jù)預(yù)設(shè)條件進(jìn)行分組，使每?jī)奢v所述cav客貨車輛組合形成一組目標(biāo)調(diào)控車輛組；

7、s40，對(duì)同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的所述cav客貨車輛進(jìn)行調(diào)控，使?jié)M足錯(cuò)位分布條件同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛處于不同的行駛車道上；

8、s51，判斷處于不同車道上的同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛在當(dāng)前時(shí)刻是否處于成排并行狀態(tài)，若處于不同車道上的同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛在當(dāng)前時(shí)刻處于成排并行狀態(tài)，則進(jìn)入步驟s60，若處于不同車道上的同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛在當(dāng)前時(shí)刻不處于成排并行狀態(tài)，則進(jìn)入步驟s52；

9、其中，若處于不同車道上的同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛的縱向間距不大于預(yù)設(shè)成排閾值，則確定同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛處于成排并行狀態(tài)；

10、s52，判斷處于不同車道上的同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛在達(dá)到所述成排分布管控區(qū)域段a1的末端之前是否滿足成排并行行駛條件；若處于不同車道上的同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛在達(dá)到所述成排分布管控區(qū)域段a1的末端之前滿足成排并行行駛條件，則進(jìn)入步驟s53，

11、s53，進(jìn)行管控使處于不同車道上的同一所述目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛在達(dá)到所述成排分布管控區(qū)域段a1的末端之前形成成排并行狀態(tài)；

12、s60，使所述成排并行狀態(tài)的兩輛所述cav客貨車輛保持并排同速行駛形成成排同速并行行駛狀態(tài)，并進(jìn)入所述動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2；

13、s70，對(duì)進(jìn)入動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2內(nèi)的成排同速并行行駛狀態(tài)下的所述目標(biāo)調(diào)控車輛組對(duì)應(yīng)的cav客貨車輛進(jìn)行減速控制；對(duì)進(jìn)入動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2內(nèi)的單列cav客貨車輛進(jìn)行減速控制。

14、進(jìn)一步地，步驟s30具體包括：

15、s31，獲取所述成排分布管控區(qū)域段a1內(nèi)的當(dāng)前車輛行駛信息，所述當(dāng)前車輛行駛信息包括cav客貨車輛的車輛位置信息、車輛車道信息、車輛屬性信息、車輛速度信息、車輛加速度信息以及車輛縱向距離信息，根據(jù)車輛行駛方向按照前后順序進(jìn)行排序構(gòu)建成排分布管控區(qū)域段a1的cav車輛排布序列數(shù)據(jù)庫(kù)；

16、s32，獲取cav車輛排布序列數(shù)據(jù)庫(kù)中的頭部的cav客貨車輛以及與頭部的cav客貨車輛相鄰的次位的cav客貨車輛；

17、s33，判斷次位的cav客貨車輛與頭部的cav客貨車輛之間的距離是否在預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)，若次位的cav客貨車輛與頭部的cav客貨車輛之間的距離在預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)則進(jìn)入步驟s34，若次位的cav客貨車輛與頭部的cav客貨車輛之間的距離不在預(yù)設(shè)距離范圍內(nèi)，則進(jìn)入步驟s35；

18、s34，確定次位的cav客貨車輛與頭部的cav客貨車輛為一組目標(biāo)調(diào)控車輛組，從當(dāng)前的cav車輛排布序列數(shù)據(jù)庫(kù)中剔除頭部的cav客貨車輛與次位的cav客貨車輛得到剩余排布數(shù)據(jù)庫(kù)，并將剩余排布數(shù)據(jù)庫(kù)更新為cav車輛排布序列數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)入步驟s32，

19、s35，從當(dāng)前的cav車輛排布序列數(shù)據(jù)庫(kù)中剔除頭部的cav客貨車輛得到剩余排布數(shù)據(jù)庫(kù)，并將剩余排布數(shù)據(jù)庫(kù)更新為cav車輛排布序列數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)入步驟s32，

20、重復(fù)步驟s32至s35，對(duì)cav車輛排布序列數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有cav客貨車輛進(jìn)行分組，獲取成排分布管控區(qū)域段a1內(nèi)的cav客貨車輛所有的目標(biāo)調(diào)控車輛組。

21、進(jìn)一步地，所述cav客貨車輛為cav客車或者cav貨車，所述目標(biāo)調(diào)控車輛組為cav客車和cav客車的組合，或者所述目標(biāo)調(diào)控車輛組為cav客車和cav貨車的組合，或者所述目標(biāo)調(diào)控車輛組為cav貨車和cav貨車的組合?。

22、進(jìn)一步地，當(dāng)前車輛行駛信息包括cav客貨車輛的車輛車道信息、車輛屬性信息、車輛縱向距離信息，步驟s40具體包括：

23、s41，判斷同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛是否處于不同車道上，若同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛處于不同車道上，則進(jìn)入步驟s42；若同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛處于同一車道上，則進(jìn)入步驟s50；

24、s42，對(duì)同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的cav客貨車輛進(jìn)行調(diào)控，使?jié)M足錯(cuò)道分布條件同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛處于不同的行駛車道上，

25、其中，采用公式以及判斷車組內(nèi)的單個(gè)車輛是否存在滿足安全換道條件，若單個(gè)車輛滿足安全換道條件則確定車組內(nèi)的兩輛cav客貨車輛滿足錯(cuò)道分布條件，為目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛所述cav客貨車輛的任意車輛的本車位置，為擬切入車道中處于本車位置后方的后車位置，為擬切入車道中處于本車位置前方的前車位置，為預(yù)設(shè)安全換道間距，若，且，則確定滿足錯(cuò)道分布條件。

26、進(jìn)一步地，步驟s42中“對(duì)同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的cav客貨車輛進(jìn)行調(diào)控，使?jié)M足錯(cuò)道分布條件同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛處于不同的行駛車道上”具體包括：

27、若目標(biāo)調(diào)控車輛組中的只有其中一輛cav客貨車輛滿足錯(cuò)道分布條件，則控制滿足安全換道條件的cav客貨車輛進(jìn)行換道；

28、若目標(biāo)調(diào)控車輛組中的兩輛cav客貨車輛均滿足錯(cuò)道分布條件，則獲取目標(biāo)調(diào)控車輛組中的兩輛cav客貨車輛的車輛類型；若兩車車輛類型不同，鑒于貨車體積龐大、重量重，其加速、減速及轉(zhuǎn)向性能均不如客車靈活，換道時(shí)需要更多空間和時(shí)間，且貨車慣性大，換道風(fēng)險(xiǎn)增加，可能會(huì)對(duì)周圍交通流造成較大干擾，相較之下客車換道則更為直接快捷，因此控制車輛類型為客車的cav車輛進(jìn)行換道；若兩車車輛類型相同，則依據(jù)它們?cè)陉?duì)列中的前后位置，控制位于前方的cav車輛執(zhí)行換道動(dòng)作。

29、進(jìn)一步地，步驟s52中，假定當(dāng)前時(shí)刻為t，同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的前車車輛a和后車車輛b行駛至成排分布狀態(tài)的時(shí)刻為，為前車車輛a的減速度，為行駛最小限速值，為時(shí)刻前車車輛a距成排分布區(qū)域起點(diǎn)的距離，為時(shí)刻后車車輛b距成排分布區(qū)域起點(diǎn)的距離，分別為t時(shí)刻前車車輛a和后車車輛b的速度，分別為t時(shí)刻前車車輛a距成排分布區(qū)域起點(diǎn)的距離和后車車輛b距成排分布區(qū)域起點(diǎn)的距離，為時(shí)刻前車車輛a的速度，為車組i成排所需時(shí)間，采用公式

30、

31、獲取時(shí)刻前車車輛a距成排分布區(qū)域起點(diǎn)的距離以及后車車輛b距成排分布區(qū)域起點(diǎn)的距離；

32、令（假定成排并行狀態(tài)時(shí)刻，在截止線內(nèi)），兩邊取等號(hào)時(shí)求解方程得到的值，為成排分布管控區(qū)域段a1的長(zhǎng)度；

33、對(duì)的值進(jìn)行檢驗(yàn)，若滿足約束公式，則判斷前車車輛a和后車車輛b滿足成排并行條件，表明在前車車輛a到達(dá)車輛成排區(qū)域終點(diǎn)前，車輛a和b的車輛間距滿足成排要求，為時(shí)刻前車車輛a和后車車輛b的當(dāng)前實(shí)時(shí)間距，為預(yù)設(shè)成排判斷間距；

34、其中，采用遍歷搜索方法進(jìn)行求解和檢驗(yàn)，設(shè)定減速度的初始減速度值為0.5m/s2，將按從小到大順序依次從1s并按整秒遞增帶入方程式，分別計(jì)算和的值，并判斷是否滿足成排約束條件；若滿足約束公式，則當(dāng)前值為可行解，并停止搜索；若不滿足約束公式，則以0.1m/s2為單位逐步增加減速度的值，并重新求解方程，計(jì)算可行解，上限為2m/s2；

35、若遍歷之后仍不滿足約束公式，則判斷處于不同車道上的同一目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛在達(dá)到成排分布管控區(qū)域段a1的末端（成排分布終點(diǎn)線d）之前不滿足成排并行行駛條件。

36、進(jìn)一步地，若滿足約束公式，則獲取的可行解，計(jì)算得到的該目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛的車輛成排時(shí)間t+、成排速度和、成排加速度以及成排位置和，

37、根據(jù)目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛的車輛成排時(shí)間t+、成排速度和、成排加速度以及成排位置和對(duì)該組相應(yīng)的cav客貨車輛進(jìn)行速度調(diào)控。

38、進(jìn)一步地，步驟s70中，確定動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2內(nèi)已成排行駛的cav客貨車輛的實(shí)際減速度，控制已成排行駛的目標(biāo)調(diào)控車輛組的兩輛cav客貨車輛以相同的實(shí)際減速度行駛；

39、確定動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2內(nèi)未成排行駛的cav客貨車輛的實(shí)際減速度，控制cav客貨車輛以車輛實(shí)際減速度行駛；

40、形成cav移動(dòng)屏障，引導(dǎo)后續(xù)跟馳hv在到達(dá)瓶頸區(qū)前提前被動(dòng)減速；

41、其中，動(dòng)態(tài)限速模型公式如下：

42、

43、式中，為根據(jù)動(dòng)態(tài)限速公式計(jì)算的車輛減速度，分別為本車的本車速度和本車位置，、、...、為本車前在無(wú)線通信范圍內(nèi)所有cav車輛的速度，、、...、為本車前在無(wú)線通信范圍內(nèi)所有cav車輛的位置；

44、其中，實(shí)際動(dòng)態(tài)限速模型公式如下：

45、

46、式中，為本車i在當(dāng)前時(shí)刻k的間隙誤差，、、、分別為本車i和前車i-1在當(dāng)前時(shí)刻k的速度和位置，為前車車輛a車長(zhǎng)，=1.1為期望車間時(shí)距，=0.04、=0.8，和為控制增益參數(shù)，為未成排行駛cav車輛實(shí)際減速度，為已成排行駛cav車輛實(shí)際減速度，為根據(jù)跟馳模型計(jì)算的車輛減速度，為車輛最大減速度，為根據(jù)動(dòng)態(tài)限速公式計(jì)算的車輛減速度，分別為車組內(nèi)前車車輛a和后車車輛b根據(jù)跟馳模型計(jì)算的車輛減速度，分別為車組內(nèi)前車車輛a和后車車輛b根據(jù)動(dòng)態(tài)限速公式計(jì)算的車輛減速度，為客貨cav相鄰時(shí)間步長(zhǎng)最大加速度變化量，其中cav貨車的=2，cav客車的=3。

47、本發(fā)明還提供一種基于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛屏障的高速公路動(dòng)態(tài)限速管控系統(tǒng)，

48、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于對(duì)路段行車環(huán)境進(jìn)行全息感知，利用路側(cè)傳感設(shè)備以及智能網(wǎng)聯(lián)車輛傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)獲取高速公路路段的車輛運(yùn)動(dòng)及交通流運(yùn)行狀態(tài)的信息；

49、監(jiān)測(cè)模塊，基于獲取到的車輛運(yùn)動(dòng)及交通流運(yùn)行狀態(tài)的信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)判別所在路段是否出現(xiàn)交通的瓶頸區(qū)路段；

50、運(yùn)算模塊，用于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）換道、速度調(diào)控方案的搜索策略，路側(cè)傳感設(shè)備及智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）傳感設(shè)備將采集處理的成排分布管控區(qū)域a1和動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2內(nèi)的車輛運(yùn)動(dòng)及交通流信息上傳至云端，云端運(yùn)算得到控制方案；

51、控制模塊，用于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）成排分布策略和動(dòng)態(tài)限速指令的發(fā)送與執(zhí)行，云端將控制方案反饋至對(duì)應(yīng)智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav），智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）接收到命令進(jìn)行換道或速度調(diào)控。

52、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序用于被微處理器編程或配置以執(zhí)行如上述的基于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛屏障的高速公路動(dòng)態(tài)限速管控方法的步驟。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

54、本發(fā)明面向即將到來(lái)的混合流場(chǎng)景，基于智能交通物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)技術(shù)，采用北斗定位系統(tǒng)進(jìn)行車輛位置獲取，考慮了客貨車輛物理特性、行駛特征以及屏障效應(yīng)等方面差異，并充分利用智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）的網(wǎng)聯(lián)通訊和自動(dòng)駕駛等功能，提供了一種基于客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛屏障的高速公路動(dòng)態(tài)限速管控方法。同時(shí)，針對(duì)路況中出現(xiàn)瓶頸區(qū)路段情況時(shí)，通過(guò)使兩輛所述cav客貨車輛組合形成一組目標(biāo)調(diào)控車輛組，管控目標(biāo)調(diào)控車輛組使其在成排分布管控區(qū)域段a1形成成排并行行駛狀態(tài)，管控成排并行行駛狀態(tài)下的目標(biāo)調(diào)控車輛組在所述動(dòng)態(tài)限速管控區(qū)域段a2內(nèi)減速并排行駛，引入成排分布策略以調(diào)整客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）車輛在混合交通流的分布，加強(qiáng)了移動(dòng)屏障效果，提升動(dòng)態(tài)減速策略的控制效果，接著在優(yōu)化分布格局的基礎(chǔ)上進(jìn)一步地控制客貨智能網(wǎng)聯(lián)車輛（cav）車輛的駕駛行為，引導(dǎo)后續(xù)跟馳的人工車輛（hv）實(shí)現(xiàn)提前被動(dòng)減速，減少減速波的影響，降低瓶頸區(qū)附近的碰撞風(fēng)險(xiǎn)以及高速公路交通事故的發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)流粒協(xié)同控制。