车联网环境下的高速公路出入口匝道联合控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车联网环境下的出入口匝道联合控制系统及方法，系统由路段层控制系统、匝道节点层控制系统以及车载控制系统构成。路段层控制系统用于获取所辖路段的交通状态信息，并对出入口匝道的放行车辆数进行调节确保匝道及附近区域不发生拥堵。匝道节点层控制系统决定车辆在出入口匝道交汇点的优先级，并对车辆汇入过程进行控制。车载控制系统通过和控制系统及其他车辆的实时通信发送自己的请求并按控制指令行驶。本发明专利技术包括系统各层的关系架构，匝道控制系统的布设结构和路段层、出入口匝道控制的方法和流程。本发明专利技术不仅有助于车辆网技术在高速公路主动管控方面的发展应用，同时对于提升现有的匝道出入效率和匝道汇入安全有重要意义。

Freeway entrance and exit ramp joint control system and method under vehicle networking environment

The invention discloses a combined control system and method for an off ramp at a vehicle networking environment, comprising a link layer control system, a ramp node layer control system and a vehicle control system. The road layer control system is used to obtain the traffic status information of the sections, and adjust the number of released vehicles on the ramp to ensure that no congestion occurs on the ramp and nearby areas. The ramp node layer control system determines the priority of the vehicle at the exit ramp intersection and controls the vehicle import process. The vehicle control system sends its own request and runs in accordance with the control instructions through real-time communication with the control system and other vehicles. The invention comprises the relation frame of each layer of the system, the layout structure of the ramp control system and the method and process of the ramp control of the section, the entrance and the exit. The invention not only contributes to the development and application of the vehicle network technology in the active control and management of the expressway, but also has important significance for improving the existing ramp access efficiency and the ramp inlet safety.

【技术实现步骤摘要】
车联网环境下的高速公路出入口匝道联合控制系统及方法
本专利技术涉及智能交通管理与控制
，尤其涉及一种基于车联网的高速公路出入口匝道联合控制系统与一种基于车联网环境的高速公路匝道出入口车辆控制方法。
技术介绍
高速公路的出入口管控技术是高速公路主动管控技术的重要组成部分，高速公路出入口匝道也是高速公路拥堵高发的瓶颈位置。在通勤高峰时段或事故发生时段，由于从匝道进入高速公路的车流量大于高速公路的通行能力，时常造成高速公路某一段交通瘫痪。为避免上述情况，目前国内外通常采用匝道控制信号灯对匝道入口车辆进行控制，即当高速公路出现拥堵时，匝道信号灯变为红灯，禁止车辆进入，从而减少进入主线的车流量。这种控制方法属于“事后控制”，不能在拥堵发生前对交通流进行调整以预防拥堵发生，并且由于缺乏交通诱导手段，容易在入口匝道上造成较长排队。在工程实践中，高速出口匝道和入口匝道往往配对出现且相距较近。但国内外主要控制方法仅通过入口匝道对车辆进行控制，而对出口匝道控制研究较为缺乏，而出口匝道往往容易由于相邻道路(辅路)不畅而导致车辆回堵，影响高速公路主线运行。因此拥堵发生时，仅考虑入口控制的控制效果较难令人满意。此外，目前的匝道控制缺乏具体的车辆汇入控制策略，使匝道交织区仍然是事故易发地点。随着无线通信技术和智能车辆技术的发展，车联网和车路协同技术在智能交通领域备受关注，是当今国际公认的提高行车安全、提升运输效率和实现节能减排的最佳手段。在车联网环境下，路段层交通信息中心(TOC)可以通过车路通信获取车辆位置并对每辆车的运行策略进行实时指导，从而实现对主线、出入口匝道和辅路交通流进行全局诱导并将出入口匝道控制进行整合。同时，车车间通信可以确保车辆以最小安全间距行驶，并对汇入过程进行控制，从而保证汇入过程安全高效。这为改进和完善现有的匝道控制策略提供了一种很好的解决方案。因此，提出一种能够在车联网环境下合理、精细控制的出入口匝道控制系统不仅有助于车联网技术的发展应用，并且对提升现有的出入口匝道控制的运行效率和安全水平有重要意义。
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术的目的是设计一种基于车联网环境的高速公路出入口匝道联合控制系统及方法，该系统对出入口匝道控制进行整合，并通过出入口匝道控制子系统对车辆从匝道汇入连接道路的过程进行控制，同时通过车车通信系统保证车辆的最小安全间距，从而保证车辆从匝道汇入连接道路的过程安全、可控、高效。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种车联网环境下的高速公路出入口匝道联合控制系统，包括：路段层交通信息中心(TransportationOperationCenter，TOC)、路段层路侧单元(RoadSideUnit,RSU)组、入口匝道控制子系统、出口匝道控制子系统以及车载控制子系统；所述路段层RSU组包括设置在与出入口匝道连接的高速公路主路和辅路路段上的若干路段RSU单元，所述路段RSU单元用于与车载控制子系统数据通信，以及采集并向路段层TOC传递所管辖路段的交通状态信息；所述入口匝道控制子系统,用于根据路段层TOC下发的周期内入口匝道运行放行的车辆数、已放行车辆数、匝道交通状况以及主线交通状况，确定是否允许辅路车辆进入入口匝道以及入口匝道最前方的车辆是否允许汇入主路；以及用于将控制指令下发给所管辖车辆的车载控制子系统；所述出口匝道控制子系统，用于根据路段层TOC下发的周期内出口匝道运行放行的车辆数、已放行车辆数、匝道交通状况以及辅路交通状况，确定是否允许主线车辆进入出口匝道以及出口匝道最前方车辆是否允许进入辅路；以及用于将控制指令下发给所管辖车辆的车载控制子系统；所述车载控制子系统，用于向路段层RSU组实时发送车辆信息和驾驶员请求信息，接收出/入口匝道控制子系统发送的控制指令并引导车辆按照指令行驶。进一步地，所述入口匝道控制子系统包括入口匝道RSU、上游主线RSU、入口匝道排队检测器和入口匝道节点控制中心；所述上游主线RSU和入口匝道RSU，分别用于采集入口匝道主线上游车辆和匝道上车辆的速度和位置信息；所述入口匝道排队检测器，用于采集入口匝道上车辆的排队长度；所述入口匝道节点控制中心，与上游主线RSU、入口匝道RSU和排队检测器进行数据通信，获取主线和匝道交通信息，确定是否允许辅路车辆进入入口匝道以及入口匝道最前方的车辆是否允许汇入主路，并生成车辆控制指令,分别通过主线RSU和入口匝道RSU传递给主线车辆和匝道车辆的车载控制子系统。作为优选，所述出口匝道控制子系统包括出口匝道RSU、辅路RSU、出口匝道排队检测器、辅路排队检测器和出口匝道节点控制中心；所述出口匝道RSU，用于采集驶离高速公路的车辆速度和位置信息；所述辅路RSU，用于采集出口匝道和辅路交汇位置上游的车辆速度和位置信息；所述出口匝道排队检测器，用于采集出口匝道上的车辆排队长度；所述辅路排队检测器，用于采集上游辅路的车辆排队长度；所述出口匝道节点控制中心，与出口匝道RSU、辅路RSU和排队检测器进行数据通信，获取辅路和匝道交通信息，确定是否允许主线车辆进入出口匝道以及出口匝道最前方车辆是否允许进入辅路，并生成车辆控制指令,分别通过辅路RSU和出口匝道RSU传递给辅路车辆和出匝道车辆的车载控制子系统。一种车联网环境下的高速公路入口匝道控制方法，包括如下步骤：(101)路段层TOC将单位控制周期内可放行的车辆数传递给入口匝道节点控制中心，入口匝道节点控制中心在每个周期开始将已放行车辆数清零；(102)根据当前周期内入口匝道已放行车辆数和入口匝道的车辆排队长度确定是否允许辅路车辆进入入口匝道，并将控制指令传递给辅路车辆；(103)判断入口匝道最前方车辆是否可以在当前周期到达匝道入口停车线位置；如果能则进入(104)，否则待下一控制周期开始时重新判断；(104)比较入口匝道最前方车辆和主线即将通过匝道入口处车辆的行驶优先级；(105)如果匝道车辆具有优先权，向入口匝道最前方车辆发送保持现有速度或加速通过汇入点进入主线的指令，向主线车辆发送减速让行指令；(106)如果主线车辆具有优先权，为匝道车辆制定可接受间隙汇入策略：控制中心计算匝道车辆到达汇入位置时是否有足够间隙汇入主线，如果有，控制中心计算并告知匝道车辆所需保持的速度和加速度数值；如果没有，控制中心寻找主线后续可接受间隙引导匝道车辆减速汇入，若匝道车辆以最低速度到达停车线位置仍然没有合适的汇入间隙时，在停车线位置停止等待；(107)匝道车辆驶入主线后，控制中心将已放行车辆数加1。作为优选，所述入口匝道控制方法中还包括：(108)匝道车辆驶入主线后，匝道车辆和主线前后车辆通过车载系统自动调节前后车间距，使车辆保持大于小安全间距行驶。一种车联网环境下的高速公路出口匝道控制方法，包括如下步骤：(201)路段层TOC将单位控制周期内可放行的车辆数传递给出口匝道节点控制中心，出口匝道节点控制中心在每个周期开始将已放行车辆数清零；(202)根据当前周期内出口匝道已放行车辆数和出口匝道的车辆排队长度确定是否允许主线车辆进入出口匝道，并将控制指令传递给主线车辆；(203)判断出口匝道最前方车辆是否可以在当前周期到达停车线；如果能则进入(204)，否则待下一控制周期开始时重新判断；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车联网环境下的高速公路出入口匝道联合控制系统，其特征在于，包括：路段层交通信息中心（TOC）、路段层路侧单元（RSU）组、入口匝道控制子系统、出口匝道控制子系统以及车载控制子系统；所述路段层RSU组包括设置在与出入口匝道连接的高速公路主路和辅路路段上的若干路段RSU单元，所述路段RSU单元用于与车载控制子系统数据通信，以及采集并向路段层TOC传递所管辖路段的交通状态信息；所述入口匝道控制子系统,用于根据路段层TOC下发的周期内入口匝道运行放行的车辆数、已放行车辆数、匝道交通状况以及主线交通状况，确定是否允许辅路车辆进入入口匝道以及入口匝道最前方的车辆是否允许汇入主路；以及用于将控制指令下发给所管辖车辆的车载控制子系统；所述出口匝道控制子系统，用于根据路段层TOC下发的周期内出口匝道运行放行的车辆数、已放行车辆数、匝道交通状况以及辅路交通状况，确定是否允许主线车辆进入出口匝道以及出口匝道最前方车辆是否允许进入辅路；以及用于将控制指令下发给所管辖车辆的车载控制子系统；所述车载控制子系统，用于向路段层RSU组实时发送车辆信息和驾驶员请求信息，接收出/入口匝道控制子系统发送的控制指令并引导车辆按照指令行驶。...

【技术特征摘要】
1.一种车联网环境下的高速公路出入口匝道联合控制系统，其特征在于，包括：路段层交通信息中心（TOC）、路段层路侧单元（RSU）组、入口匝道控制子系统、出口匝道控制子系统以及车载控制子系统；所述路段层RSU组包括设置在与出入口匝道连接的高速公路主路和辅路路段上的若干路段RSU单元，所述路段RSU单元用于与车载控制子系统数据通信，以及采集并向路段层TOC传递所管辖路段的交通状态信息；所述入口匝道控制子系统,用于根据路段层TOC下发的周期内入口匝道运行放行的车辆数、已放行车辆数、匝道交通状况以及主线交通状况，确定是否允许辅路车辆进入入口匝道以及入口匝道最前方的车辆是否允许汇入主路；以及用于将控制指令下发给所管辖车辆的车载控制子系统；所述出口匝道控制子系统，用于根据路段层TOC下发的周期内出口匝道运行放行的车辆数、已放行车辆数、匝道交通状况以及辅路交通状况，确定是否允许主线车辆进入出口匝道以及出口匝道最前方车辆是否允许进入辅路；以及用于将控制指令下发给所管辖车辆的车载控制子系统；所述车载控制子系统，用于向路段层RSU组实时发送车辆信息和驾驶员请求信息，接收出/入口匝道控制子系统发送的控制指令并引导车辆按照指令行驶。2.根据权利要求1所述的一种车联网环境下的高速公路出入口匝道联合控制系统，其特征在于，所述入口匝道控制子系统包括入口匝道RSU、上游主线RSU、入口匝道排队检测器和入口匝道节点控制中心；所述上游主线RSU和入口匝道RSU，分别用于采集入口匝道主线上游车辆和匝道上车辆的速度和位置信息；所述入口匝道排队检测器，用于采集入口匝道上车辆的排队长度；所述入口匝道节点控制中心，与上游主线RSU、入口匝道RSU和排队检测器进行数据通信，获取主线和匝道交通信息，确定是否允许辅路车辆进入入口匝道以及入口匝道最前方的车辆是否允许汇入主路，并生成车辆控制指令,分别通过主线RSU和入口匝道RSU传递给主线车辆和匝道车辆的车载控制子系统。3.根据权利要求1所述的一种车联网环境下的高速公路出入口匝道联合控制系统，其特征在于，所述出口匝道控制子系统包括出口匝道RSU、辅路RSU、出口匝道排队检测器、辅路排队检测器和出口匝道节点控制中心；所述出口匝道RSU，用于采集驶离高速公路的车辆速度和位置信息；所述辅路RSU，用于采集出口匝道和辅路交汇位置上游的车辆速度和位置信息；所述出口匝道排队检测器，用于采集出口匝道上的车辆排队长度；所述辅路排队检测器，用于采集上游辅路的车辆排队长度；所述出口匝道节点控制中心，与出口匝道RSU、辅路RSU和排队检测器进行数据通信，获取辅路和匝道交通信息，确定是否允许主线车辆进入出口匝道以及出口匝道最前方车辆是否允许进入辅路，并生成车辆控制指令,分别通过辅路RSU和出口匝道RSU传递给辅路车辆和出匝道车辆的车载控制子系统。4.一种车联网环境下的高速公路入口匝道控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(101)路段层TOC将单位控制周期内可放行的车辆数传递给入口匝道节点控制中心，入口匝道节点控制中心在每个周期开始将已放行车辆数清零；(102)根据当前周期内入口匝道已放行车辆数和入口匝道的车辆排队长度确定是否允许辅路车辆进入入口匝道，并将控制指令传递给辅路车辆；(103)判断入口匝道最前方车辆是否可以在当前周期到达匝道入口停车线位置；如果能则进入（104），否则待下一控制周期开始时重新判断；(104)比较入口匝道最前方车辆和主线即将通过匝道入口处车辆的行驶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王翀，钟罡，冉斌，张健，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32