[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及智能交通管理与控制技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容：

发明目的：本发明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：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

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(Transportation Operation Center，TOC)、路段层路侧单元(Road Side Unit,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；