一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法及设备

1.本发明涉及智能交通安全技术领域，尤其涉及一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法及设备。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，人们的物质生活水平越来越高，自驾汽车也越来越多。为了满足交通量增长的需要，对已有高速公路的拓宽改扩建显得十分必要，尤其是国家的土地资源相对缺乏，相对于改扩建公路来说，加宽旧路路基能充分利用原有路基，缩短建设周期，且建设用地占地面积少。当前我国的高速公路除了新线路以前所未有的速度与规模营建外，改扩建工程也陆续成为高速公路建设的一大亮点，尤其是20世纪80～90年代建成的高速公路，由于当地与区域经济的快速发展，交通流量增长迅速，服务水平明显下降，交通事故有所增加，现有双向4车道已不能适应交通量继续增长的需要，不得不进行拓宽改造。
3.因此，近些年来，高速公路改扩建在基础设施建设中所占的比例越来越大，由于道路施工往往占用一条或多条车道，这不可避免的导致了大量车辆合流行为产生，严重威胁了改扩建路段的交通安全和通行效率。
4.近年来，智能交通技术中车路协同技术不断发展，为高速公路改扩建作业区的交通管理提供了新的思路，通过实时监测作业区路段上车辆的运行状态，并基于道路的实时交通状态向驾驶人发送警示信息，实现对道路作业区汇合行为的引导。但目前的高速公路智能交通技术研究仍然相对较少，现有的研究大多是在检测到车辆冲突风险时对司机进行预警提示，并对冲突车辆进行紧急制动以规避冲突风险。但车辆之间的制动方案并不明确，可能会出现两辆冲突车辆同时制动或者不确定哪方先制动的情况，容易造成合流位置的拥堵、秩序错乱，进而增加车辆的通行延误，并且在车辆智能制动时，仅从安全角度出发设计制动方案，未考虑司机驾驶的舒适性和减速的平顺性，大大降低了用户体验感。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法及设备，用于解决如下技术问题：现有的高速公路改扩建冲突预警方案中，车辆之间的制动方案不明确，易造成合流位置的拥堵、秩序错乱、通行时间延误；车辆智能制动未兼顾安全性与司机驾驶舒适性。
6.本发明实施例采用下述技术方案：
7.一方面，本发明实施例提供了一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，方法包括：实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，并根据所述各车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹；根据所述关键行驶轨迹，确定所述预设上游过渡区内存在冲突风险的第一目标车辆以及第二目标车辆；根据所述第一目标车辆的关键行驶轨迹以及所述第二目标车辆的关键行驶轨迹，确定所述第一目标车辆与第二目标车辆的预测冲突点位置；根据所述预测冲突点位置，确定预测冲突情形；并根据所述预测冲突情形匹配通行规则；根据匹配
到的通行规则，生成车辆舒适制动方案，并根据所述车辆舒适制动方案，向需要制动的目标车辆发送分级预警信息。
8.在一种可行的实施方式中，在实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，并根据所述各车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹之前，所述方法还包括：根据高速公路改扩建施工区的道路保通方案以及限速管理方案，确定封闭车道宽度以及保通车道的限速值；其中，所述道路保通方案至少包括：半幅封闭外侧车道-内侧车道通行、半幅封闭车道-借对向内车道通行；根据所述封闭车道宽度以及所述限速值，确定对应的预设上游过渡区的范围；在所述预设上游过渡区中设置智能路侧设备rsu，并在所述智能路侧设备rsu中写入施工路段的道路信息；其中，所述道路信息至少包括：道路经纬度信息、道路保通方案、限速管理方案。
9.在一种可行的实施方式中，实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，并根据所述各车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹，具体包括：在监测到车辆进入所述预设上游过渡区后，实时获取所述车辆的车辆信息；其中，所述车辆信息至少包括车辆经纬度信息、车辆运行速度信息；将所述车辆经纬度信息转换为地心位置坐标，并根据所述地心位置坐标，确定所述车辆四个轮廓顶点的地心坐标；将内侧车道中，车辆的外侧轮廓线的延长线确定为所述车辆的关键行驶轨迹线；将外侧车道中，车辆的内侧轮廓线的延长线确定为所述车辆的关键行驶轨迹线；根据所述四个轮廓顶点的地心坐标，确定所述关键行驶轨迹线的轨迹线参数，得到所述车辆的关键行驶轨迹表达式；其中，所述轨迹线参数至少包括关键行驶轨迹线的斜率。
10.在一种可行的实施方式中，根据所述关键行驶轨迹，确定所述上游过渡区内存在冲突风险的第一目标车辆以及第二目标车辆，具体包括：在所述预设上游过渡区中，将属于不同车道且车距小于第一预设阈值的两辆车确定为一个目标车辆组；根据所述目标车辆组中两辆车的关键行驶轨迹线的斜率，确定两辆车之间的关键行驶轨迹线夹角；在所述关键行驶轨迹线夹角大于第二预设阈值的情况下，确定所述目标车辆组存在冲突风险；将所述目标车辆组中位于内侧车道的车辆确定为第一目标车辆，位于外侧车道的车辆确定为第二目标车辆。
11.在一种可行的实施方式中，根据所述第一目标车辆的关键行驶轨迹以及所述第二目标车辆的关键行驶轨迹，确定所述第一目标车辆与第二目标车辆的预测冲突点位置，具体包括：根据第一目标车辆关键行驶轨迹线的斜率、轨迹常数，以及第二目标车辆关键行驶轨迹的斜率、轨迹常数，确定所述预测冲突点位置的横坐标；根据所述第一目标车辆关键行驶轨迹的斜率、轨迹常数，以及所述预测冲突点位置的横坐标，确定所述预测冲突点位置的纵坐标；根据预测冲突点位置的横坐标以及纵坐标，确定所述预测冲突点位置的地心坐标。
12.在一种可行的实施方式中，根据所述预测冲突点位置，确定预测冲突情形，具体包括：根据所述第一目标车辆以及所述第二目标车辆的当前运行信息，以及所述预测冲突点位置，确定所述第一目标车辆到达预测冲突点的第一时间，以及所述第二目标车辆到达所述预测冲突点的第二时间；其中，所述当前运行信息至少包括：目标车辆的当前位置、运行角度、运行速度以及运行加速度；在所述第一时间与所述第二时间均小于或等于预设时间间隔的情况下，若第一时间小于或等于第二时间，则确定所述预测冲突情形为第一冲突情形；若第一时间大于第二时间，则确定所述预测冲突情形为第二冲突情形；在所述第一时间
大于所述预设时间间隔，或者所述第二时间大于所述预设时间间隔的情况下，确定两辆目标车辆在当前时间间隔内无冲突情形；根据所述第一目标车辆以及第二目标车辆的当前运行信息，预测两辆目标车辆在下一预设时刻的车辆位置；所述下一预设时刻与当前时刻之间相差所述预设时间间隔；根据所述两辆目标车辆下一预设时刻的车辆位置，确定两辆目标车辆下一时刻的预测关键行驶轨迹线以及下一时刻的预测冲突点位置；在达到下一预设时刻后，再次进行冲突情形预测，在确定出两辆目标车辆的预测冲突情形，或者至少一辆目标车辆已驶出所述预设上游过渡区后，停止预测。
13.在一种可行的实施方式中，根据所述预测冲突情形匹配通行规则，具体包括：若所述预测冲突情形为第一冲突情形，则通行规则确定为：第一目标车辆车速不变，第二目标车辆减速让行；若所述预测冲突情形为第二冲突情形，则通行规则确定为：第一目标车辆减速让行，第二目标车辆车速不变。
14.在一种可行的实施方式中，根据匹配到的通行规则，生成车辆舒适制动方案，具体包括：通过微观仿真法标定需要减速让行的目标车辆的最大舒适减速度，并确定所述目标车辆制动至所述最大舒适减速度所需的第一时间；根据所述目标车辆的实时运行参数以及所述第一时间，确定所述目标车辆制动至最大舒适减速度所对应的横向速度以及纵向速度；根据所述横向速度以及纵向速度，确定所述目标车辆制动至最大舒适减速度所需的第一横向距离以及第一纵向距离；确定所述目标车辆从最大舒适减速度到车辆安全停车所需的第二时间；根据所述横向速度、纵向速度以及所述第二时间，确定所述目标车辆从最大舒适减速度到车辆安全停车所需的第二横向距离以及第二纵向距离；根据路侧智能设备的信息处理时间、信息传输时间、车载终端识别并发布预警用时以及所述目标车辆的行驶速度，确定所述目标车辆的反应距离；根据所述第一横向距离、第二横向距离以及所述反应距离的横向分量，确定所述目标车辆的横向舒适制动距离；根据所述第一纵向距离、第二纵向距离以及所述反应距离的纵向分量，确定所述目标车辆的纵向舒适制动距离；根据所述横向舒适制动距离以及所述纵向舒适制动距离，确定所述目标车辆的舒适制动距离阈值；将所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离，与所述舒适制动距离阈值以及预设紧急停车距离阈值分别进行对比，根据对比结果，生成对应的车辆舒适制动方案。
15.在一种可行的实施方式中，根据所述车辆舒适制动方案，向需要制动的目标车辆发送分级预警信息，具体包括：若所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离大于所述舒适制动距离阈值，则对应的车辆舒适制动方案为：以所述最大舒适减速度进行舒适减速；此时，向所述目标车辆发送一级预警信息；若所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离小于或等于所述车辆舒适制动距离阈值，且大于所述紧急停车距离阈值，则对应的车辆舒适制动方案为：以大于所述最大舒适减速度的减速度进行减速；此时，向所述目标车辆发送二级预警信息；若所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离小于所述紧急停车距离阈值，则对应的车辆制动方案为：以最大减速度进行紧急制动；此时，向所述目标车辆发送三级预警信息。
16.另一方面，本发明实施例还提供了一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警设备，所述设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器能够执行根据上述任一实施方式所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法。
17.与现有技术相比，本发明实施例提供的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法及设备，具有如下有益效果：
18.本发明基于车路协同技术，通过智能路侧设备rsu，对不同保通方案下的车辆关键行驶轨迹进行分析，确定存在冲突风险的车辆以及潜在的冲突点位置。进而分析两辆冲突车辆到达冲突点位置时可能的碰撞情形，根据不同情形确定需要减速让行的车辆，使车辆合流时的避让井然有序，避免产生混乱、拥堵的情况，节省驾驶者的通行时间。另外，在确定出需要减速让行的车辆后，本发明还能够提前为需要避让的车辆出具舒适减速方案并进行分级预警，使驾驶者能够在一个舒适的减速度下进行制动，在兼顾安全的同时提高了司机驾驶舒适性和平顺性，对用户更加友好。本发明应用于智能交通场景中，能够为智能交通提供更优的施工区冲突预警方案，保障高速公路施工区交通流的正常通行，具有积极的社会意义。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
20.图1为本发明实施例提供的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法流程图；
21.图2为本发明实施例提供的一种半幅封闭外侧车道-内侧车道通行方案示意图；
22.图3为本发明实施例提供的一种半幅封闭车道-借对向内车道通行方案示意图；
23.图4为本发明实施例提供的一种车辆外部轮廓示意图；
24.图5为本发明实施例提供的一种半幅封闭外侧车道-内侧车道通行场景下的车辆冲突示意图；
25.图6为本发明实施例提供的一种半幅封闭车道-借对向内车道通行场景下的车辆冲突示意图；
26.图7为本发明实施例提供的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警设备的结构示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
28.本发明实施例提供了一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，如图1所示，高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法具体包括步骤s101-s105：
29.s101、智能路侧设备rsu实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，并根据各车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹。
30.高速公路施工作业区主要分为警告区、上游过渡区、缓冲区、施工区、下游过渡区和终止区六个部分。上游过渡区是车辆交通行驶特性最复杂、安全性最低以及影响改扩建作业区全段通行能力的最关键区段。上游过渡区即合流区，主要作用是在车辆进入高速公路施工区前通过变道和限速等交通标志引导车流安全平稳地合流驶入作业区，其位置位于警告区后，缓冲区、作业区之前。合理的布设上游过渡区长度可以达到降低车辆运行风险的作用。
31.因此，本发明首先根据高速公路改扩建施工区的道路保通方案以及限速管理方案，确定封闭车道宽度以及保通车道的限速值。然后根据封闭车道宽度以及限速值，确定对应的预设上游过渡区的范围。其中，道路保通方案至少包括：半幅封闭外侧车道-内侧车道通行、半幅封闭车道-借对向内车道通行。
32.进一步地，在预设上游过渡区中设置智能路侧设备rsu，并在智能路侧设备rsu中写入施工路段的道路信息。其中，道路信息至少包括：道路经纬度信息、道路保通方案、限速管理方案。本发明选用上游过渡区起点作为交通冲突检测触发点，车辆进入上游过渡区后，rsu开始实时采集车辆信息并进行冲突分析与安全预警，进而确保车辆安全通过。
33.作为一种可行的实施方式，图2为本发明实施例提供的一种半幅封闭外侧车道-内侧车道通行方案示意图，如图2所示，图中下方通行车道的外侧车道需要施工，保通方案是通过内侧车道进行车辆保通，车辆在缓冲区附近合流进入内侧车道。图3为本发明实施例提供的一种半幅封闭车道-借对向内车道通行方案示意图，如图3所示，图中下方通行车道的两条车道都需要施工，保通方案是借对向车道的内侧车道进行车辆保通，车辆在缓冲区附近需要合流进入对向车道的内侧车道。
34.作为一种可行的实施方式，上游过渡区范围的设置应综合考虑施工场景、施工组织方案、封闭车道宽度、作业区限速值等多方面影响，其中施工区保通方案和限速值的影响最为显著。本发明在获取封闭车道的宽度以及保通车道的限速值之后，根据表1确定对应的预设上游过渡区范围。如表1所示，若当前的封闭车道宽度为3.5m，限速值为60km/h，那么预设上游过渡区范围即为100米。
35.表1上游过渡区长度(单位：m)
[0036][0037]
[0038]
进一步地，在监测到车辆进入预设上游过渡区后，实时获取车辆的车辆信息；其中，车辆信息至少包括车辆经纬度信息、车辆运行速度信息。然后将车辆经纬度信息转换为地心位置坐标，并根据地心位置坐标，确定车辆四个轮廓顶点的地心坐标。
[0039]
作为一种可行的实施方式，智能路侧设备rsu获取的位置坐标为wgs-84坐标，即经纬度坐标。路侧设备在提取到车辆位置信息后将经纬度坐标转换为地心坐标进行计算。由于同一高速公路改扩建作业区道路合流处车辆行驶平面近似重合，因此不考虑垂直向系数即z轴影响，坐标转换具体流程如下：
[0040]
将wgs-84坐标下的车辆位置参数标定为(l1,l2,alt)，转换后的地心坐标为(o
x
,oy)，二者关系式如下：
[0041][0042]
其中，e为偏心率，r
l
为地球长半轴长度，rs为地球短半轴长度；l1为经度，l2为纬度，alt为大地高度，n为基准椭体曲率半径。
[0043]
作为一种可行的实施方式，将车辆视作各边最外围平行线构成的轮廓矩形，车载中枢置于车辆中心，rsu设备可以将车辆实时位置信息与施工区道路空间信息精准匹配，实现一体化感知。图4为本发明实施例提供的一种车辆外部轮廓示意图，如图4所示，根据旋转平移公式计算得到车辆外轮廓四个顶点地心坐标为：
[0044][0045][0046][0047][0048]
其中，(o
x
,oy)为车辆中心点的地心坐标，为车辆运行方向与车道延申方向的夹角，i1为车辆长度的一半，i2为车辆宽度的一半。
[0049]
进一步地，将内侧车道中，车辆的外侧轮廓线的延长线确定为车辆的关键行驶轨迹线；将外侧车道中，车辆的内侧轮廓线的延长线确定为车辆的关键行驶轨迹线。
[0050]
在一个实施例中，图5为本发明实施例提供的一种半幅封闭外侧车道-内侧车道通行场景下的车辆冲突示意图，如图5所示，关键行驶轨迹线在图5中以虚线表示。内侧车辆a的外轮廓线la的延长线为车辆a的关键行驶轨迹线，外侧车辆b的内侧轮廓线lb的延长线为车辆b的关键行驶轨迹线。
[0051]
进一步地，根据四个轮廓顶点的地心坐标，确定关键行驶轨迹线的轨迹线参数，得到车辆的关键行驶轨迹表达式；其中，轨迹线参数至少包括关键行驶轨迹线的斜率。
[0052]
作为一种可行的实施方式，如图5所示，以车辆行驶方向为参照方向，经检测处理得到的内侧车辆a位于关键轨迹线上的前顶点位置为(x
p1
,y
p1
)，后顶点位置为(x
p2
,y
p2
)，车身长度为la，减速度为aa，车辆类型为typea。经检测处理得到的外侧车辆b的位于关键轨迹线上的前顶点位置为(x
p3
,y
p3
)，后顶点位置为(x
p4
,y
p4
)，车身长度为lb，减速度为ab，车辆类型为typeb。
[0053]
可得内侧车辆关键轨迹斜率ka为：
[0054]
内侧车辆关键轨迹线常数ba为：ba＝-ka×
x
p1
+y
p1
；
[0055]
外侧车辆关键轨迹斜率kb为：
[0056]
外侧车辆关键轨迹线常数bb为：bb＝-kb×
x
p3
+y
p3
。
[0057]
s102、智能路侧设备rsu根据关键行驶轨迹，确定预设上游过渡区内存在冲突风险的第一目标车辆以及第二目标车辆。
[0058]
具体地，在预设上游过渡区中，将属于不同车道且车距小于第一预设阈值的两辆车确定为一个目标车辆组。根据目标车辆组中两辆车的关键行驶轨迹线的斜率，确定两辆车之间的关键行驶轨迹线夹角。
[0059]
在关键行驶轨迹线夹角大于第二预设阈值的情况下，确定目标车辆组存在冲突风险。将目标车辆组中位于内侧车道的车辆确定为第一目标车辆，位于外侧车道的车辆确定为第二目标车辆。
[0060]
在一个实施例中，如图5所示，根据计算出的内侧车辆a和外侧车辆b的关键行驶轨迹线的斜率，计算两车关键行驶轨迹线之间的夹角，本发明结合专家经验，确定此处的第二预设阈值，若两车夹角小于这个阈值，则认为两辆车趋近于平行，视为两车在当前时刻没有冲突风险。若两车夹角大于等于这个阈值，则内侧车辆a即为第一目标车辆，外侧车辆b即为第二目标车辆。
[0061]
s103、智能路侧设备rsu根据第一目标车辆的关键行驶轨迹以及第二目标车辆的关键行驶轨迹，确定第一目标车辆与第二目标车辆的预测冲突点位置。
[0062]
具体地，根据第一目标车辆关键行驶轨迹线的斜率、轨迹常数，以及第二目标车辆关键行驶轨迹的斜率、轨迹常数，确定预测冲突点位置的横坐标。根据第一目标车辆关键行驶轨迹的斜率、轨迹常数，以及预测冲突点位置的横坐标，确定预测冲突点位置的纵坐标。根据预测冲突点位置的横坐标以及纵坐标，确定预测冲突点位置的地心坐标。
[0063]
作为一种可行的实施方式，根据内外侧两碰撞车辆关键轨迹斜率和对应轨迹线常数可得预测冲突点的横坐标和纵坐标为：yc＝a·
xc+a。
[0064]
s104、智能路侧设备rsu根据预测冲突点位置，确定预测冲突情形；并根据预测冲突情形匹配通行规则。
[0065]
具体地，根据第一目标车辆以及第二目标车辆的当前运行信息，以及预测冲突点位置，确定第一目标车辆到达预测冲突点的第一时间，以及第二目标车辆到达预测冲突点的第二时间；其中，当前运行信息至少包括：目标车辆的当前位置、运行角度、运行速度以及
运行加速度。
[0066]
进一步地，在第一时间与第二时间均小于或等于预设时间间隔的情况下，若第一时间小于或等于第二时间，则确定预测冲突情形为第一冲突情形；若第一时间大于第二时间，则确定预测冲突情形为第二冲突情形。
[0067]
进一步地，在第一时间大于预设时间间隔，或者第二时间大于预设时间间隔的情况下，确定两辆目标车辆在当前时间间隔内无冲突情形；
[0068]
根据第一目标车辆以及第二目标车辆的当前运行信息，预测两辆目标车辆在下一预设时刻的车辆位置；下一预设时刻与当前时刻之间相差预设时间间隔。
[0069]
根据两辆目标车辆下一预设时刻的车辆位置，确定两辆目标车辆下一时刻的预测关键行驶轨迹线以及下一时刻的预测冲突点位置。在达到下一预设时刻后，再次进行冲突情形预测，在确定出两辆目标车辆的预测冲突情形，或者至少一辆目标车辆已驶出预设上游过渡区后，停止预测。
[0070]
进一步地，若预测冲突情形为第一冲突情形，则通行规则确定为：第一目标车辆车速不变，第二目标车辆减速让行；若预测冲突情形为第二冲突情形，则通行规则确定为：第一目标车辆减速让行，第二目标车辆车速不变。
[0071]
作为一种可行的实施方式，在车辆进入预设上游过渡区后，本发明中的智能路侧设备rsu即开始每隔一段时间检测一次各个车辆之间是否有冲突风险，隔的这段时间定义为预设时间间隔。在当前时间间隔内，若内侧车辆a和外侧车辆b与预测冲突点的距离分别为da和db，则根据两车的运行速度、加速度以及该距离，计算两车到达冲突点的时间，两车到达冲突点的时间都在预设时间间隔内，那么在当前时间间隔内，两车有极大的碰撞风险。此时，根据两车谁先到达冲突点，分为两种冲突情形。若有任一辆车到达冲突点的时间超过了预设时间间隔，则证明两车在当前时间间隔之内不会产生碰撞。此时需要预测两车在预设时间间隔后的冲突点位置，在到达预设时间间隔后，再次重复上述步骤，判断下一个预设时间间隔内两车是否有碰撞风险。最后，直到在某个预设时间间隔内确定了两车的冲突情形，或者直到两车中的至少一辆车已经驶出上游过渡区，即可停止运行冲突情形的预测程序。
[0072]
预测两车在预设时间间隔后的冲突点位置的方法如下：
[0073]
根据公式：得到经过预设时间间隔t
预
后，车辆中心点地心坐标的横坐标x(t0+t
预
)；然后根据公式得到经过预设时间间隔t
预
后，车辆中心点地心坐标的纵坐标y(t0+t
预
)。
[0074]
其中，t0为初始时刻；t0时刻车辆的中点地心坐标为o(x(t0),y(t0))，速度为v(t0)，加速度为a(t0)，航向角为θ；x(t
预
)为t
预
时间段内车辆的行驶距离，下角标中的x、y仅用于区分横纵向。
[0075]
然后根据计算得到的预设时间间隔后两辆车的位置，计算两辆车的四个轮廓点，从而确定两辆车的预测关键行驶轨迹，进而计算出两辆车的预测冲突点位置，这些计算方法通过简单的数学公式即可完成，本发明中不再赘述。
[0076]
在一个实施例中，如图6所示，在借对向车道通行的场景下，由于内侧车道和外侧车道均需要变道合流，因此可以进一步将此场景下的冲突情形细分为四种情形：第一种是
内侧车辆a会先到达冲突点，且外侧车辆b的前顶点预计会与内侧车辆a的车身碰撞；第二种是外侧车辆b会先到达冲突点，且内侧车辆a的前顶点预计会与外侧车辆b的车身碰撞；第三种是内侧车辆a会先到达冲突点，且外侧车辆b的前顶点预计会与内侧车辆a的车尾碰撞；第四种是外侧车辆b会先到达冲突点，且内侧车辆a的前顶点预计会与外侧车辆b的车尾碰撞。第一种情形和第三种情形都需要外侧车辆b减速让行，第二种情形和第四种情形都需要内侧车辆a减速让行。
[0077]
本发明通过设置关键行驶轨迹线，将车辆合流时的冲突情况划分为不同的情形，从而让车辆能够更加井然有序地减速避让，提高了车辆合流的效率，增加了合流安全性。
[0078]
s105、智能路侧设备rsu根据匹配到的通行规则，生成车辆舒适制动方案，并根据车辆舒适制动方案，向需要制动的目标车辆发送分级预警信息。
[0079]
具体地，通过微观仿真法标定需要减速让行的目标车辆的最大舒适减速度，并确定目标车辆制动至最大舒适减速度所需的第一时间；根据目标车辆的实时运行参数以及第一时间，确定目标车辆制动至最大舒适减速度所对应的横向速度以及纵向速度。根据横向速度以及纵向速度，确定目标车辆制动至最大舒适减速度所需的第一横向距离以及第一纵向距离。
[0080]
进一步地，确定目标车辆从最大舒适减速度到车辆安全停车所需的第二时间。根据横向速度、纵向速度以及第二时间，确定目标车辆从最大舒适减速度到车辆安全停车所需的第二横向距离以及第二纵向距离。
[0081]
进一步地，根据路侧智能设备的信息处理时间、信息传输时间、车载终端识别并发布预警用时以及目标车辆的行驶速度，确定目标车辆的反应距离。根据第一横向距离、第二横向距离以及反应距离的横向分量，确定目标车辆的横向舒适制动距离；根据第一纵向距离、第二纵向距离以及反应距离的纵向分量，确定目标车辆的纵向舒适制动距离。根据横向舒适制动距离以及纵向舒适制动距离，确定目标车辆的舒适制动距离阈值。
[0082]
作为一种可行的实施方式，考虑到减速制动过程中驾驶员的舒适度以及速度平顺性，本发明将传统安全减速制动模型改进为变减速制动模型，提出车辆舒适制动减速模型，对应减速度匀变化，在车辆停止前减速度与速度均收敛于0。具体地，车辆舒适减速制动距离sz由rsu的反应距离sf、车辆变减速至最大舒适减速度的距离s
d1
以及二次变减速至车辆停止的距离s
d2
三部分组成。下面详细介绍这三部分距离的计算方法：
[0083]
(1)反应距离sf：sf＝(t1+t2+t3)v0；
[0084]
其中，t1为rsu设备检测并处理信息的时间，t2为rsu设备将检测到的信息发送给车载终端的用时，t3为车载终端识别信息并发布预警的用时，v0为车辆的初始运行速度。
[0085]
(2)舒适制动减速距离s
d1
：
[0086]
①
首先计算车辆的加加速度m：
[0087]
其中，加加速度用于描述速度变化快慢的物理量；vf为车辆的阶段结束速度，a0为车辆初始减速度，-a0为车辆初始加速度，af为车辆的阶段结束减速度，-af为车辆的阶段结束加速度。
[0088]
②
从初始速度到最大舒适减速度所需时间
△
t
d1
为：
[0089][0090]
横向变减速制动至最大舒适减速度所对应的速度为：
[0091][0092]
纵向变减速制动至最大舒适减速度所对应速度为：
[0093][0094]
其中，as为最大舒适减速度，该值可以通过微观仿真法标定；vs为到达最大舒适减速度的对应速度，t0为初始时间，ts为到达最大舒适减速度的时间，tz为减速结束时间，m1为从初始速度到最大舒适减速度阶段的加加速度。下角标中插入xy仅用于区分横向与纵向影响。由于高速公路施工区条件限制，车辆速度应恒保持在作业区限速值vm下。
[0095]
③
从初始速度到最大舒适减速度的制动距离s
d1
：
[0096]
横向变减速制动至最大舒适减速度所需距离为：
[0097][0098]
纵向变减速制动至最大舒适速度所需距离为：
[0099][0100]
(3)从最大舒适减速度到车辆安全停车所需距离s
d2
：
[0101]
①
变减速制动从最大舒适加速度至结束制动是速度与加速均趋向于零，变减速制动从最大舒适速度至结束制动所需时间为：其中，m2为从最大舒适减速度到车辆安全停车阶段的加加速度；
[0102]
横向变减速制动从最大舒适速度至结束制动所需距离为：
[0103][0104]
纵向变减速制动从最大舒适速度至结束制动所需距离为：
[0105][0106]
②
考虑平顺性的舒适减速距离sz：
[0107]
横向舒适制动阈值为：s
xz
＝s
xf
+s
xd1
+s
xd2
；
[0108]
纵向舒适制动阈值为：s
yz
＝s
yf
+s
yd1
+s
yd2
；
[0109]
合并横向距离和纵向距离后，得到车辆舒适制动减速距离阈值sz为：
[0110][0111]
③
紧急停车距离：不考虑车辆舒适制动减速模型中加加速度的影响，车辆以最大减速度减速，减速距离阈值为s
ε
。
[0112]
进一步地，将目标车辆与预测冲突点位置的距离，与舒适制动距离阈值以及预设紧急停车距离阈值分别进行对比，根据对比结果，生成对应的车辆舒适制动方案。
[0113]
进一步地，若目标车辆与预测冲突点位置的距离大于舒适制动距离阈值，则对应的车辆舒适制动方案为：以最大舒适减速度进行舒适减速；此时，向目标车辆发送一级预警信息。若目标车辆与预测冲突点位置的距离小于或等于车辆舒适制动距离阈值，且大于紧急停车距离阈值，则对应的车辆舒适制动方案为：以大于最大舒适减速度的减速度进行减速；此时，向目标车辆发送二级预警信息。若目标车辆与预测冲突点位置的距离小于紧急停车距离阈值，则对应的车辆制动方案为：以最大减速度进行紧急制动；此时，向目标车辆发送三级预警信息。
[0114]
作为一种可行的实施方式，若车辆与参考冲突点的距离d大于车辆舒适制动减速距离sz，则车辆可以舒适减速，预警提示一级预警信息，例如：“注意前方合流区车辆汇入，请按规范平缓减速”；若车辆预警与参考冲突点的距离d小于车辆舒适制动减速距离sz且大于紧急停车距离s
ε
，则车辆需采取制动措施以防碰撞，预警提示二级预警信息，例如：“注意前方合流区车辆汇入，请按规范减速”；若车辆与参考冲突点的距离d小于紧急停车距离s
ε
，则车辆需以最大减速度至停止，预警提示三级预警信息，例如：“即将发生碰撞，请即使调转车头方向，紧急刹车！”。
[0115]
在一个实施例中，对于同向外侧车流汇入内侧车流有两类车辆碰撞情形。如图5所示的场景中的情形一，外侧车辆b为避让车辆，内侧车辆a为优先通行车辆。根据外侧车辆b的位置，发送对应级别的减速预警信息，向内侧车辆a发送“注意前方合流区外侧车辆汇入，请减速慢行”信息。对于情形二，内侧车辆a为避让车辆，外侧车辆b为优先通行车辆。根据内侧车辆a的位置，发送对应级别的减速预警信息，向外侧车辆b发送“注意前方合流区内侧车辆行驶轨迹，请减速慢行”信息。
[0116]
在另一个实施例中，对于半幅封闭全部车道改扩建场景下高速公路施工区借道合流有四类碰撞情形。如图6所示，对于情形一、三，外侧车辆b为避让车辆，内侧车辆a为优先通行车辆。根据外侧车辆b的位置，发送对应级别的减速预警信息，向内侧车辆a发送“注意前方合流区车流交汇，请减速慢行”信息；对于情形二、四，内侧车辆a为避让车辆，外侧车辆b为优先通行车辆。根据内侧车辆a的位置，发送对应级别的减速预警信息，向外侧车辆b发送“注意前方合流区车流交汇，请减速慢行”信息。
[0117]
另外，本发明实施例还提供了一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警设备，如图7所示，高速公路改扩建施工区车辆冲突预警设备具体包括：
[0118]
至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0119]
存储器存储有能够被至少一个处理器执行的指令，以使至少一个处理器能够执行：
[0120]
实时采集进入预设上游过渡区的各车辆的车辆信息，并根据所述车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹；
[0121]
根据所述关键行驶轨迹，确定所述预设上游过渡区内存在冲突风险的第一目标车辆以及第二目标车辆；
[0122]
根据所述第一目标车辆的关键行驶轨迹以及所述第二目标车辆的关键行驶轨迹，确定所述第一目标车辆与第二目标车辆的预测冲突点位置；
[0123]
根据所述预测冲突点位置，确定预测冲突情形；并根据所述预测冲突情形匹配通行规则；
[0124]
根据匹配到的通行规则，生成车辆舒适制动方案，并根据所述车辆舒适制动方案，向需要制动的目标车辆发送分级预警信息。
[0125]
本发明中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0126]
上述对本发明特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0127]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明的实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，所述方法包括：实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，并根据所述各车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹；根据所述关键行驶轨迹，确定所述预设上游过渡区内存在冲突风险的第一目标车辆以及第二目标车辆；根据所述第一目标车辆的关键行驶轨迹以及所述第二目标车辆的关键行驶轨迹，确定所述第一目标车辆与第二目标车辆的预测冲突点位置；根据所述预测冲突点位置，确定预测冲突情形；并根据所述预测冲突情形匹配通行规则；根据匹配到的通行规则，生成车辆舒适制动方案，并根据所述车辆舒适制动方案，向需要制动的目标车辆发送分级预警信息。2.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，在实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，并根据所述各车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹之前，所述方法还包括：根据高速公路改扩建施工区的道路保通方案以及限速管理方案，确定封闭车道宽度以及保通车道的限速值；其中，所述道路保通方案至少包括：半幅封闭外侧车道-内侧车道通行、半幅封闭车道-借对向内车道通行；根据所述封闭车道宽度以及所述限速值，确定对应的预设上游过渡区的范围；在所述预设上游过渡区中设置智能路侧设备rsu，并在所述智能路侧设备rsu中写入施工路段的道路信息；其中，所述道路信息至少包括：道路经纬度信息、道路保通方案、限速管理方案。3.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，并根据所述各车辆信息确定各车辆的关键行驶轨迹，具体包括：在监测到车辆进入所述预设上游过渡区后，实时获取所述车辆的车辆信息；其中，所述车辆信息至少包括车辆经纬度信息、车辆运行速度信息；将所述车辆经纬度信息转换为地心位置坐标，并根据所述地心位置坐标，确定所述车辆四个轮廓顶点的地心坐标；将内侧车道中，车辆的外侧轮廓线的延长线确定为所述车辆的关键行驶轨迹线；将外侧车道中，车辆的内侧轮廓线的延长线确定为所述车辆的关键行驶轨迹线；根据所述四个轮廓顶点的地心坐标，确定所述关键行驶轨迹线的轨迹线参数，得到所述车辆的关键行驶轨迹表达式；其中，所述轨迹线参数至少包括关键行驶轨迹线的斜率。4.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，根据所述关键行驶轨迹，确定所述上游过渡区内存在冲突风险的第一目标车辆以及第二目标车辆，具体包括：在所述预设上游过渡区中，将属于不同车道且车距小于第一预设阈值的两辆车确定为一个目标车辆组；根据所述目标车辆组中两辆车的关键行驶轨迹线的斜率，确定两辆车之间的关键行驶轨迹线夹角；
在所述关键行驶轨迹线夹角大于第二预设阈值的情况下，确定所述目标车辆组存在冲突风险；将所述目标车辆组中位于内侧车道的车辆确定为第一目标车辆，位于外侧车道的车辆确定为第二目标车辆。5.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，根据所述第一目标车辆的关键行驶轨迹以及所述第二目标车辆的关键行驶轨迹，确定所述第一目标车辆与第二目标车辆的预测冲突点位置，具体包括：根据第一目标车辆关键行驶轨迹线的斜率、轨迹常数，以及第二目标车辆关键行驶轨迹的斜率、轨迹常数，确定所述预测冲突点位置的横坐标；根据所述第一目标车辆关键行驶轨迹的斜率、轨迹常数，以及所述预测冲突点位置的横坐标，确定所述预测冲突点位置的纵坐标；根据预测冲突点位置的横坐标以及纵坐标，确定所述预测冲突点位置的地心坐标。6.根据权利要求5所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，根据所述预测冲突点位置，确定预测冲突情形，具体包括：根据所述第一目标车辆以及所述第二目标车辆的当前运行信息，以及所述预测冲突点位置，确定所述第一目标车辆到达预测冲突点的第一时间，以及所述第二目标车辆到达所述预测冲突点的第二时间；其中，所述当前运行信息至少包括：目标车辆的当前位置、运行角度、运行速度以及运行加速度；在所述第一时间与所述第二时间均小于或等于预设时间间隔的情况下，若第一时间小于或等于第二时间，则确定所述预测冲突情形为第一冲突情形；若第一时间大于第二时间，则确定所述预测冲突情形为第二冲突情形；在所述第一时间大于所述预设时间间隔，或者所述第二时间大于所述预设时间间隔的情况下，确定两辆目标车辆在当前时间间隔内无冲突情形；根据所述第一目标车辆以及第二目标车辆的当前运行信息，预测两辆目标车辆在下一预设时刻的车辆位置；所述下一预设时刻与当前时刻之间相差所述预设时间间隔；根据所述两辆目标车辆下一预设时刻的车辆位置，确定两辆目标车辆下一时刻的预测关键行驶轨迹线以及下一时刻的预测冲突点位置；在达到下一预设时刻后，再次进行冲突情形预测，在确定出两辆目标车辆的预测冲突情形，或者至少一辆目标车辆已驶出所述预设上游过渡区后，停止预测。7.根据权利要求6所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，根据所述预测冲突情形匹配通行规则，具体包括：若所述预测冲突情形为第一冲突情形，则通行规则确定为：第一目标车辆车速不变，第二目标车辆减速让行；若所述预测冲突情形为第二冲突情形，则通行规则确定为：第一目标车辆减速让行，第二目标车辆车速不变。8.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，根据匹配到的通行规则，生成车辆舒适制动方案，具体包括：通过微观仿真法标定需要减速让行的目标车辆的最大舒适减速度，并确定所述目标车辆制动至所述最大舒适减速度所需的第一时间；
根据所述目标车辆的实时运行参数以及所述第一时间，确定所述目标车辆制动至最大舒适减速度所对应的横向速度以及纵向速度；根据所述横向速度以及纵向速度，确定所述目标车辆制动至最大舒适减速度所需的第一横向距离以及第一纵向距离；确定所述目标车辆从最大舒适减速度到车辆安全停车所需的第二时间；根据所述横向速度、纵向速度以及所述第二时间，确定所述目标车辆从最大舒适减速度到车辆安全停车所需的第二横向距离以及第二纵向距离；根据路侧智能设备的信息处理时间、信息传输时间、车载终端识别并发布预警用时以及所述目标车辆的行驶速度，确定所述目标车辆的反应距离；根据所述第一横向距离、第二横向距离以及所述反应距离的横向分量，确定所述目标车辆的横向舒适制动距离；根据所述第一纵向距离、第二纵向距离以及所述反应距离的纵向分量，确定所述目标车辆的纵向舒适制动距离；根据所述横向舒适制动距离以及所述纵向舒适制动距离，确定所述目标车辆的舒适制动距离阈值；将所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离，与所述舒适制动距离阈值以及预设紧急停车距离阈值分别进行对比，根据对比结果，生成对应的车辆舒适制动方案。9.根据权利要求8所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法，其特征在于，根据所述车辆舒适制动方案，向需要制动的目标车辆发送分级预警信息，具体包括：若所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离大于所述舒适制动距离阈值，则对应的车辆舒适制动方案为：以所述最大舒适减速度进行舒适减速；此时，向所述目标车辆发送一级预警信息；若所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离小于或等于所述车辆舒适制动距离阈值，且大于所述紧急停车距离阈值，则对应的车辆舒适制动方案为：以大于所述最大舒适减速度的减速度进行减速；此时，向所述目标车辆发送二级预警信息；若所述目标车辆与所述预测冲突点位置的距离小于所述紧急停车距离阈值，则对应的车辆制动方案为：以最大减速度进行紧急制动；此时，向所述目标车辆发送三级预警信息。10.一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警设备，其特征在于，所述设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器能够执行根据权利要求1-9任一项所述的一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法。

技术总结
本发明公开了一种高速公路改扩建施工区车辆冲突预警方法及设备，属于智能交通安全技术领域，用于解决现有的高速公路改扩建冲突预警方案中，车辆之间的制动方案不明确，易造成合流位置的拥堵、秩序错乱、通行时间延误；车辆智能制动未兼顾安全性与司机驾驶舒适性的技术问题。方法包括：实时采集进入预设上游过渡区的各车辆信息，确定各车辆的关键行驶轨迹；根据关键行驶轨迹，确定存在冲突风险的第一目标车辆以及第二目标车辆；根据目标车辆的关键行驶轨迹，确定目标车辆的预测冲突点位置；根据预测冲突点位置，确定预测冲突情形，并匹配通行规则；根据匹配到的通行规则，生成车辆舒适制动方案，向需要制动的目标车辆发送分级预警信息。警信息。警信息。


技术研发人员：周昆 付坤豪 郭亚娟 辛扬帆 张萌萌 陈仁山 刘震 马广廉 解树坤
受保护的技术使用者：山东高速烟蓬公路有限公司 山东致群信息技术股份有限公司 山东交通学院
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/8/21