本發(fā)明屬于智能交通，具體涉及一種基于多源信息融合的隧道互通小凈距復(fù)合路段協(xié)同誘導(dǎo)預(yù)警裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著山區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，受地勢環(huán)境影響，部分高速公路隧道出口與互通出入口存在小凈距，嚴(yán)重影響著高速公路安全運(yùn)行，同時受視距不良、車速過快、車輛駕駛員警惕性不高等原因，極易在分流或者匯入?yún)^(qū)域發(fā)生追尾事故，影響路段安全暢通。因此研發(fā)一套隧道與互通出入口小凈距路段的誘導(dǎo)方法和裝置，降低事故發(fā)生概率和嚴(yán)重程度，誘導(dǎo)車輛安全駕駛，具有重要意義。

2、相關(guān)研究表明：現(xiàn)有的隧道誘導(dǎo)系統(tǒng),主要通過光電提示等方式，加強(qiáng)隧道路段的視線誘導(dǎo)，提高警示作用，但隨著大流量公路的發(fā)展以及互通與隧道小凈距路段的交通特性，無法滿足車輛在特殊路段的駕駛需求，在分流區(qū)或匯入?yún)^(qū)域變道行為引發(fā)交通流紊亂以及完成隧道駕駛?cè)蝿?wù)的松懈心理等多重影響因素下，極易發(fā)生交通事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于多源信息融合的隧道互通小凈距復(fù)合路段協(xié)同誘導(dǎo)預(yù)警裝置及方法，可有效解決上述問題。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供一種基于多源信息融合的隧道互通小凈距復(fù)合路段協(xié)同誘導(dǎo)預(yù)警裝置，包括：外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置、內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置、主線車輛檢測裝置、匝道車輛檢測裝置、匝道誘導(dǎo)裝置以及總控制器；所述外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置、所述內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置、所述主線車輛檢測裝置、所述匝道車輛檢測裝置和所述匝道誘導(dǎo)裝置，均連接到所述總控制器；

4、對于隧道出口路段與匝道匯入后具有小凈距路段的場景，僅考慮主線道路中從隧道駛向匝道匯入點(diǎn)方向的主線單向車道，假設(shè)所述主線道路具有n個從隧道駛向匝道匯入點(diǎn)方向的主線單向車道，在n個主線單向車道中，具有m個不受匝道匯入影響的外側(cè)主線車道，稱為外側(cè)主線車道組合，具有n個受匝道匯入影響的內(nèi)側(cè)主線車道，稱為內(nèi)側(cè)主線車道組合；其中，n=m+n；

5、沿隧道縱向在隧道兩側(cè)壁上分別布置所述外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和所述內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置，所述外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置用于對外側(cè)主線車道進(jìn)行行車誘導(dǎo)；所述內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置用于對內(nèi)側(cè)主線車道進(jìn)行行車誘導(dǎo)；

6、在隧道靠近出口的頂部設(shè)置所述主線車輛檢測裝置，所述主線車輛檢測裝置用于檢測外側(cè)主線車道和內(nèi)側(cè)主線車道的車流量；

7、在匝道設(shè)置所述匝道車輛檢測裝置，所述匝道車輛檢測裝置用于檢測匝道的車流量；在匝道設(shè)置所述匝道誘導(dǎo)裝置，所述匝道誘導(dǎo)裝置用于對匝道車輛進(jìn)行行車誘導(dǎo)。

8、本發(fā)明還提供一種所述的基于多源信息融合的隧道互通小凈距復(fù)合路段協(xié)同誘導(dǎo)預(yù)警裝置的協(xié)同誘導(dǎo)預(yù)警方法，包括以下步驟：

9、步驟s1，根據(jù)主線單向車道和匝道的車輛長期運(yùn)行速度統(tǒng)計均值，以及主線車輛檢測裝置的布置位置，確定匝道車輛檢測裝置在匝道的布置位置；

10、步驟s2，設(shè)置檢測周期和移動步長；

11、步驟s3，在每個檢測周期，根據(jù)主線車輛檢測裝置檢測到的外側(cè)主線車道組合的車流量以及不同車型車輛所占比例，預(yù)測外側(cè)主線車道組合在與匯入?yún)^(qū)域平行路段的飽和度;

12、基于預(yù)測到的外側(cè)主線車道組合在與匯入?yún)^(qū)域平行路段的飽和度，聯(lián)動外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置，對通過隧道的外側(cè)主線車道組合的車輛進(jìn)行行車誘導(dǎo)；

13、步驟s4，在每個檢測周期=15min，根據(jù)主線車輛檢測裝置檢測到的內(nèi)側(cè)主線車道組合的車流量以及不同車型車輛所占比例，以及匝道車輛檢測裝置檢測到的匝道車流量以及不同車型車輛所占比例，預(yù)測內(nèi)側(cè)主線車道組合和匝道在匯入?yún)^(qū)域的飽和度；

14、基于預(yù)測到的內(nèi)側(cè)主線車道組合和匝道在匯入?yún)^(qū)域的飽和度，以及主線車輛檢測裝置檢測到的外側(cè)主線車道組合的小客車第85位運(yùn)行速度?，聯(lián)動內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和匝道誘導(dǎo)裝置，分別對通過隧道的內(nèi)側(cè)主線車道組合的車輛進(jìn)行行車誘導(dǎo)，以及對通過匝道的車輛進(jìn)行行車誘導(dǎo)。

15、優(yōu)選的，步驟s1具體為：

16、采用公式（1），確定匝道車輛檢測裝置在匝道的布置位置：

17、（1）

18、其中：代表主線車輛檢測裝置布置位置a到匝道匯入主線的匝道匯入點(diǎn)b的距離；代表匝道車輛檢測裝置在匝道的布置位置c到匝道匯入點(diǎn)b的距離；代表匝道的車輛長期運(yùn)行速度統(tǒng)計均值；代表n個主線單向車道的車輛長期運(yùn)行速度統(tǒng)計均值；為道路修正系數(shù)，通過公式（2）計算：

19、（2）

20、其中：代表匝道在歷史時刻的小客車運(yùn)行速度；代表n個主線單向車道在歷史時刻的小客車運(yùn)行速度均值；和代表求平均運(yùn)算。

21、優(yōu)選的，外側(cè)主線車道組合在與匯入?yún)^(qū)域平行路段的飽和度，通過公式（3）預(yù)測：

22、（3）

23、（4）

24、其中：代表最大交通量；

25、代表第種車型車輛，，代表共有4種車型車輛，代表小客車，代表中型車，代表大型車，代表汽車列車；

26、代表外側(cè)主線車道組合的第種車型車輛所占比例；代表駕駛?cè)丝傮w特性修正系數(shù)；代表外側(cè)主線車道組合的第種車型車輛折算系數(shù)，與相關(guān)，、、和分別等于1、1.5、2.5和4；

27、為主線道路參數(shù)修正通行能力，通過公式（5）計算：

28、（5）

29、其中：

30、為主線道路實(shí)際自由流速度；；為主線道路在隧道路段的基準(zhǔn)自由流速度；為主線道路在隧道路段的車道寬度和路側(cè)寬度對基準(zhǔn)自由流速度的修正值；；

31、其中：、和，分別代表主線道路中車道平均寬度，左側(cè)路緣帶寬度和右側(cè)路肩寬度；

32、、和分別代表車道平均寬度修正值，左側(cè)路緣帶寬度修正值和右側(cè)路肩寬度修正值，取值方式為：

33、；；

34、代表主線單向車道總數(shù)對基準(zhǔn)自由流速度的修正值；。

35、優(yōu)選的，所述基于預(yù)測到的外側(cè)主線車道組合在與匯入?yún)^(qū)域平行路段的飽和度，聯(lián)動外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置，對通過隧道的外側(cè)主線車道組合的車輛進(jìn)行行車誘導(dǎo)，具體為：

36、外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置具有5種運(yùn)行模式：

37、運(yùn)行模式1：對于路段啟用，外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為白燈常亮，僅作為視線誘導(dǎo)，增強(qiáng)隧道照明，提高駕駛安全水平；

38、運(yùn)行模式2：對于路段啟用，外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為黃燈常亮，增強(qiáng)視線誘導(dǎo)警示提示效果，增強(qiáng)駕駛?cè)藛T注意力；

39、運(yùn)行模式3：對于路段啟用，外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為橙燈常亮，增強(qiáng)視線誘導(dǎo)提示效果，增強(qiáng)駕駛?cè)藛T警示作用，注意前方路段車流量較大，提高駕駛警惕性，有必要的情況下提前緩慢減速駕駛；

40、運(yùn)行模式4：對于路段啟用，外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為紅燈常亮，表征路段可能發(fā)生擁堵情況，建議提前緩慢減速駕駛；

41、運(yùn)行模式5：為應(yīng)急預(yù)警模式，表現(xiàn)為外側(cè)主線誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為黃燈頻閃，可通過視頻觀察裝置是否正常運(yùn)行，該模式下主要因供電系統(tǒng)或裝置破損因素啟用，可方便監(jiān)測更換本裝置。

42、優(yōu)選的，預(yù)測內(nèi)側(cè)主線車道組合和匝道在匯入?yún)^(qū)域的飽和度時，根據(jù)內(nèi)側(cè)主線車道組合中的各個內(nèi)側(cè)主線車道在通過隧道路段是否允許變道，采用不同的計算模型。

43、優(yōu)選的，如果內(nèi)側(cè)主線車道組合中的各個內(nèi)側(cè)主線車道在通過隧道路段時不允許變道，則采用公式（6）預(yù)測：

44、

45、（6）

46、其中：代表不允許變道時的函數(shù)；

47、代表經(jīng)過匯入?yún)^(qū)域進(jìn)入下游主線道路的飽和度，；

48、代表下游主線道路的最大通行能力，通過公式（7）計算：

49、（7）

50、其中：為隧道路段的基準(zhǔn)自由流速度；為受匝道匯入影響的內(nèi)側(cè)主線車道的數(shù)量；代表駕駛?cè)丝傮w特性修正系數(shù)；

51、代表第種車型車輛，，代表共有4種車型車輛，代表小客車，代表中型車，代表大型車，代表汽車列車；

52、代表匝道的第種車型車輛所占比例；代表匝道的第種車型車輛折算系數(shù)；、、和分別等于1、1.5、2.5和4；代表內(nèi)側(cè)主線車道組合的第種車型車輛所占比例；代表內(nèi)側(cè)主線車道組合的第種車型車輛折算系數(shù)，、、和分別等于1、1.5、2.5和4。

53、優(yōu)選的，如果內(nèi)側(cè)主線車道組合中的各個內(nèi)側(cè)主線車道在通過隧道路段時允許變道，則采用公式（8）預(yù)測：

54、

55、（8）

56、其中：

57、代表允許變道時的函數(shù)；

58、代表進(jìn)口匝道在內(nèi)側(cè)主線車道影響區(qū)域飽和度，通過公式（9）預(yù)測：

59、（9）

60、其中：為主線道路參數(shù)修正通行能力；為進(jìn)口匝道在內(nèi)側(cè)主線車道影響區(qū)域的交通量，通過公式（10）計算：

61、（10）

62、其中：代表進(jìn)口匝道在內(nèi)側(cè)主線車道影響區(qū)域的長度，即為進(jìn)口匝道終點(diǎn)d到進(jìn)口匝道在內(nèi)側(cè)主線車道影響區(qū)域終點(diǎn)e之間的長度。

63、優(yōu)選的，步驟s4中，基于預(yù)測到的內(nèi)側(cè)主線車道組合和匝道在匯入?yún)^(qū)域的飽和度，以及主線車輛檢測裝置檢測到的外側(cè)主線車道組合的小客車第85位運(yùn)行速度?，聯(lián)動內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和匝道誘導(dǎo)裝置，分別對通過隧道的內(nèi)側(cè)主線車道組合的車輛進(jìn)行行車誘導(dǎo)，以及對通過匝道的車輛進(jìn)行行車誘導(dǎo)，具體包括五種誘導(dǎo)模式，表示為公式（11）所示的誘導(dǎo)模型：

64、（11）

65、其含義為：

66、如果，或者，，則執(zhí)行誘導(dǎo)模式1；

67、如果，或者，，則執(zhí)行誘導(dǎo)模式2；

68、如果，或者，，則執(zhí)行誘導(dǎo)模式3；

69、如果，或者，，則執(zhí)行誘導(dǎo)模式4；

70、如果為應(yīng)急預(yù)警模式，則執(zhí)行誘導(dǎo)模式5；

71、其中：

72、誘導(dǎo)模式1為：內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和匝道誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為白燈常亮，僅作為視線誘導(dǎo)，增強(qiáng)隧道照明，提高駕駛安全水平；

73、誘導(dǎo)模式2為：內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和匝道誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為黃燈常亮，增強(qiáng)視線誘導(dǎo)警示提示效果，增強(qiáng)駕駛?cè)藛T注意力；

74、誘導(dǎo)模式3為：內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和匝道誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為橙燈常亮，增強(qiáng)視線誘導(dǎo)提示效果，增強(qiáng)駕駛?cè)藛T警示作用，注意前方路段車流量較大，提高駕駛警惕性，有必要的情況下提前緩慢減速駕駛；

75、誘導(dǎo)模式4為：內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和匝道誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為紅燈常亮，表征路段可能發(fā)生擁堵情況，建議提前緩慢減速駕駛；

76、誘導(dǎo)模式5為：內(nèi)側(cè)主線誘導(dǎo)裝置和匝道誘導(dǎo)裝置的led燈帶轉(zhuǎn)為黃燈頻閃，可通過視頻觀察裝置是否正常運(yùn)行，該模式下主要因供電系統(tǒng)或裝置破損因素啟用，可方便監(jiān)測更換本裝置。

77、本發(fā)明提供的一種基于多源信息融合的隧道互通小凈距復(fù)合路段協(xié)同誘導(dǎo)預(yù)警裝置及方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

78、本發(fā)明基于多源信息融合的隧道互通小凈距復(fù)合路段協(xié)同誘導(dǎo)預(yù)警方法及裝置，是充分考慮隧道與互通出入口小凈距路段特點(diǎn)和車輛運(yùn)行安全特性，融合交通安全誘導(dǎo)功能和交通流信息，構(gòu)建集檢測車輛信息和安全誘導(dǎo)預(yù)警多功能一體化的隧道與互通出入口小凈距路段主動誘導(dǎo)系統(tǒng)，解決隧道出口與互通出入口存在小凈距引發(fā)的交通流紊亂問題，降低事故發(fā)生概率和嚴(yán)重程度。