基于交叉口車輛不停車通過車速誘導(dǎo)要點(diǎn)分析

趙斌 蔣佳錕 路林文

摘要：近年城市中交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重，這些擁堵很多發(fā)生在交叉口附近，有學(xué)者指出通過車速誘導(dǎo)使車輛在交叉口不停車通過可有效降低延誤。本文在現(xiàn)有交叉口不停車車速誘導(dǎo)系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上對(duì)其應(yīng)用范圍和限制條件提出一些建議，包括信息交互、路段和速度限制，以便交叉口不停車技術(shù)在未來的發(fā)展中更好的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：交叉口；車速誘導(dǎo)；信息交互

1車輛與交叉口信號(hào)間信息的實(shí)時(shí)交互問題

要使車輛在到達(dá)信號(hào)交叉口時(shí)能夠不停車通過，其車速誘導(dǎo)系統(tǒng)必須準(zhǔn)確采集將要通過的交叉口信號(hào)配時(shí)方案，實(shí)時(shí)掌握車輛行駛動(dòng)態(tài)（行駛速度，地理位置信息），中心處理器根據(jù)配時(shí)方案和車輛行駛動(dòng)態(tài)對(duì)當(dāng)前行駛車輛做出合理的建議速度。

車—路之間的通信技術(shù)從上世紀(jì)末起就受到各國科研機(jī)構(gòu)及其科研人員的注意。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不同時(shí)段的學(xué)者提出了不同的方法，例如主要應(yīng)用在不停車電子收費(fèi)系統(tǒng)（Electronic Toll Collection，ETC）中的專用短程通信技術(shù)（Dedicated Short Range Communications，DSRC），由美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)開發(fā)，到現(xiàn)在各方面技術(shù)已相當(dāng)成熟。由于其通信距離一般在數(shù)十米（10m～30m），在應(yīng)用于較長距離的信息傳輸時(shí)受到很大的限制且無法為車輛提供連續(xù)的通信服務(wù)；藍(lán)牙技術(shù)能夠同時(shí)支持異步方式和同步方式通訊，現(xiàn)已發(fā)展到了5.0版本，具有低功耗，低延遲，但同時(shí)傳輸距離有限（一般<100m），不同設(shè)備間不兼容，在車路協(xié)同中的發(fā)展受到限制；Wife技術(shù)具有較高的傳送速率，較廣的覆蓋范圍，在區(qū)域辦公中應(yīng)用非常廣泛。因?yàn)槠渚W(wǎng)絡(luò)延遲高（秒級(jí)），移動(dòng)性差，不適用于較快速移動(dòng)的情況，因此在車路信息的傳送上也受到了極大的限制；

車—路間信息的傳送系統(tǒng)與平常的無線傳送系統(tǒng)相比，其車輛節(jié)點(diǎn)快速變化，道路上車輛基數(shù)大，道路系統(tǒng)復(fù)雜多樣。因此對(duì)傳送的穩(wěn)定性，延誤，速率，節(jié)點(diǎn)的加入和脫離都具有更高的要求。

面對(duì)5G（第五代移動(dòng)通信技術(shù)）時(shí)代的到來，智能交通和車聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代也會(huì)隨之而來，與前幾代通信技術(shù)相比，5G網(wǎng)速快，延時(shí)低，高連密度下的穩(wěn)定性更高。這些特點(diǎn)正是在當(dāng)前交叉口車輛不停車速度誘導(dǎo)系統(tǒng)所遇到難題。目前國內(nèi)大多數(shù)交叉口交通信號(hào)的控制方式為單個(gè)定時(shí)信號(hào)控制，每個(gè)交叉口信號(hào)機(jī)單獨(dú)工作，通行車輛須與每個(gè)交叉口之間建立局域網(wǎng)絡(luò)，面對(duì)城市中眾多的交叉口，此方法不具有較好的可行性。在設(shè)計(jì)的過程中只有利用好5G的明顯優(yōu)勢(shì)（理論延時(shí)為1ms，傳送速率1Gbit/s～20Gbit/s），該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)才具有現(xiàn)實(shí)意義。

2設(shè)計(jì)時(shí)速度應(yīng)該滿足的條件

根據(jù)所獲得的到前面路口的距離以及所獲得的到達(dá)下個(gè)交叉口的時(shí)間，路段車輛大致有兩種不同的行駛方式駛過交叉口。

這兩種車速的區(qū)分條件為：若以當(dāng)前運(yùn)行的速度加速到最大速度并以該速度行駛至交叉口，所到達(dá)交叉口信號(hào)燈的顯示有兩種狀態(tài)，所到時(shí)刻在綠燈時(shí)間區(qū)間內(nèi)，在路段道路容許的情況下，以最大速度行駛。若所到時(shí)刻為紅燈時(shí)間區(qū)間。在采取加速或減速建議，以保證不在前面路口停車等待，降低啟停油耗和路口時(shí)間損耗。

行駛方式一：先判斷路段是否容許加速至最大車速，若 ，則容許，再判斷到達(dá)時(shí)刻 ，若二者同時(shí)滿足，則以方式一行駛。

式中： ——最大車速

——初始車速

S——路段長度

——車輛加速時(shí)的平均加速度，

t——起始時(shí)刻

——到達(dá)時(shí)刻

行駛方式二：

（1）加速行駛：

（2）減速行駛：

式中：v——建議速度

——車輛減速的平均加速度。，

若v>s/t，則減速行駛；若v

車輛加速度的大小還受到天氣，路面情況和車輛性能等的綜合影響，且車輛間的相互影響也不可忽視，智能車速控制系統(tǒng)最好以車輛編隊(duì)的方式實(shí)現(xiàn)，以減少同向車輛行駛過程中的隨機(jī)性。

3對(duì)于適用路段的考慮

交叉口車輛不停車車速誘導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)還受到車輛行駛路段的制約。

城市車輛行駛路段的長度和交叉口之間的間距是實(shí)現(xiàn)交叉口不停車車速誘導(dǎo)系統(tǒng)的影響因素之一。行駛中的車輛接收到當(dāng)前信號(hào)交叉口的實(shí)時(shí)交通信號(hào)之后，需要相應(yīng)的調(diào)整車輛的行駛速度，而達(dá)到車輛到達(dá)交叉口正好為綠燈的目的。路段必須為需要加速通過的車輛提供足夠的加速空間。

根據(jù)我國現(xiàn)有的城市道路要求，設(shè)計(jì)時(shí)建議的指標(biāo)為：主干路間距為700～1200米，次干路為350～500米，支路為150～250米，城市中道路一公里范圍內(nèi)與2～4條道路平交，甚至更多。因此，交叉口不停車車速誘導(dǎo)系統(tǒng)適用于城市主干路或交叉口間距較大的次干路，不建議使用于城市支路中，支路不能為車輛提供適宜的加速或減速路段長度。其次，在擁堵路段由于車輛之間的相互制約影響也導(dǎo)致車輛不能擁有合理的加速空間。

4結(jié)語：

通過對(duì)以上幾個(gè)方面的討論，指出了要使車輛能夠不停車等待通過路口，從而消除車輛在紅綠燈前等待的時(shí)間，就要解決好交叉口信號(hào)和車輛間信息實(shí)時(shí)交互問題，并且考慮到不停車誘導(dǎo)系統(tǒng)的適用路段以及車輛加速度的限制。通過無線通信實(shí)現(xiàn)車與車、車與路之間的信息共享，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的協(xié)同互動(dòng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了車與車、車與交通控制系統(tǒng)之間的信息與決策交互。最終使得路段上的車輛以最大的通行率在路口不停車通過。

同時(shí)本文的論述還不夠全面，交叉口不停車車速誘導(dǎo)系統(tǒng)的大規(guī)模運(yùn)用和實(shí)施仍有很多方面去考慮，如何減少車—車之間的相互影響仍是該系統(tǒng)需要解決的技術(shù)難點(diǎn)。

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作者簡介：趙斌，生于1998年1月，漢族，甘肅定西人，江蘇大學(xué)，交通工程專業(yè)

蔣佳錕，生于1998年5月，漢族，江西景德鎮(zhèn)人，江蘇大學(xué)，交通工程專業(yè)

路林文，生于1997年8月，漢族，河南輝縣人，江蘇大學(xué)，交通工程專業(yè)

【項(xiàng)目信息】江蘇大學(xué)科研立項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)，17A375

（作者單位：江蘇大學(xué)）