本發明涉及車輛通行控制，具體為一種網聯環境下應急車輛優先通行控制方法。

背景技術：

1、應急車輛優先通行對維護交通秩序、保障人民生命財產安全至關重要，現有的優先通行控制方式為：路徑優化、信號搶占、路段預留；路徑優化是指應急車輛在行駛過程中動態選擇最佳路線，以獲得最短的響應時間；信號搶占是通過調節信號燈，使應急車輛優先通行；路段預留是指提前引導社會車輛換道，為應急車輛提供快速行駛通道；前兩種為傳統研究方式，研究成果較多，但隨著v2x技術不斷發展，車輛交互越來越頻繁，借助路段預留技術，進行多車協同控制，實現路段預留將成為近幾年研究的熱點。

2、路段預留方式按照調整對象一般可以分為兩類：應急車輛、社會車輛；則基于路段預留方式調整應急車輛實現優先通行，如圖1所示，包括以下三個步驟：

3、第一步：應急車輛檢測前方車道密度，確定最小密度車道并判斷是否需要換道；

4、第二步：如果需要換道，則調整所換車道內社會車輛的間距，使其足夠應急車輛換道；如果不需要換道，則正常行駛；

5、第三步：應急車輛完成換道，跟車行駛一段時間后，再次檢測前方車道密度，重復第一步；

6、上述調整應急車輛實現優先通行的方式，在一定程度上減小了社會車輛的延誤，但是頻繁換道增加了應急車輛的制動和反應時間，且未考慮低密度車道內為應急車輛提供讓行空間的社會車輛的調整時間；

7、基于路段預留方式調整社會車輛實現優先通行，如圖2所示，包括以下三個步驟：

8、第一步：應急車輛距離擁堵路段一定距離時給擁堵路段內的社會車輛發送讓行警報；

9、第二步：借助算法計算每輛車的調整速度，并發送給社會車輛；

10、第三步：社會車輛接收到調整警報和指令后，換道至無應急車輛的車道，應急車輛則保持原速通過該路段；

11、上述調整社會車輛實現優先通行的方式，雖然應急車輛不受影響，但是換道過程中，該車道如何獲得足夠的空間是一個難題，目前的研究文獻采用兩種策略，一種是默認空間足夠，另一種是控制前方車輛加、減速；具體來說，減速策略是指第一輛社會車輛減速，為剩余社會車輛的調整讓出足夠間距；加速策略是指當有應急車輛進入時，附近或者全路段內的車輛加速駛離該區域，但是減速策略會造成較大的延誤，加速策略則忽略了車道剩余空間；

12、綜上，無論調整對象是應急車輛還是社會車輛，都存在兩個問題：

13、(1)只適用于能夠提供足夠換道空間的擁堵路段(密度不太大的狀態)；

14、(2)換道對交通運行效率影響大(讓行方式不合理)，且對于應急車輛通過擁堵路段的行程時間是無法預知的。

技術實現思路

1、針對上述問題，本發明提供了一種網聯環境下應急車輛優先通行控制方法，其可適用于各種密度狀態下的應急車輛優先通行，且無需社會車輛換車道，對交通運行效率影響比較小，能夠有效保障應急車輛的優先通行。

2、本發明采用如下技術方案，一種網聯環境下應急車輛優先通行控制方法，包括以下步驟：

3、s1、采集通信區域擁堵路段的基本信息，包括車道寬度、路段長度，確定路段優先控制區域；

4、s2、圈定應急車輛前方兩個車道內最鄰近的兩輛社會車輛，并獲取圈定的兩輛社會車輛的車頭橫向間距、頭尾縱向間距，隨后根據車頭橫向間距和頭尾縱向間距判斷是否需要引導社會車輛進行速度調整，若需要，則通過計算獲得的最短調整時間和調整速度對圈定社會車輛進行相應速度引導，且在調整過程中，應急車輛跟車低速行駛；若不需要，則應急車輛正常警報以實現優先通行；

5、s3、調整完成后，應急車輛恢復原速行駛直至通過圈定的兩輛社會車輛，隨后再次重復所述步驟s2，直至應急車輛駛離擁堵路段，并獲得應急車輛通過擁堵路段的最短行程時間。

6、進一步地，在所述步驟s2中，若不需要對圈定的兩輛社會車輛進行速度調整，則通過應急車輛自身警報以引導社會車輛靠邊行駛后，應急車輛正常直行通過；

7、進一步地，在所述步驟s2中，若需要對圈定的兩輛社會車輛進行速度調整時，還包括以下步驟：

8、s2.1、基于車輛狀態，獲取位于控制區域路段車道中的應急車輛和社會車輛的位置、速度信息；

9、s2.2、構建雙目標約束模型，以使得圈定的兩輛社會車輛的車頭橫向間距、頭尾縱向間距滿足應急車輛的通行要求；

10、s2.3、根據車輛狀態轉移，更新應急車輛和社會車輛的位置；

11、進一步地，在所述步驟s2.2中，構建由約束式(1)～(6)構成的雙目標約束模型，即：

12、

13、其中，lgmin表示最小車頭橫向間距；l表示頭尾縱向間距；

14、vmin表示社會車輛的調整速度下限；vmax表示社會車輛的調整速度上限；

15、min是指最小化；j是目標函數的代稱；

16、表示位于應急車輛前方左側車道中社會車輛i在t+δtk時刻的速度；

17、表示位于應急車輛前方右側車道中社會車輛j在t+δtk時刻的速度；

18、表示位于應急車輛前方左側車道中社會車輛i在t+δtk時刻的位置；

19、表示位于應急車輛前方右側車道中社會車輛j在t+δtk時刻的位置；

20、表示位于應急車輛前方左側車道中社會車輛i+1在t+δtk時刻的位置；

21、表示位于應急車輛前方右側車道中社會車輛j+1在t+δtk時刻的位置；δvi表示位于應急車輛前方左側車道中第i輛社會車輛調整過程中的速度變化量；

22、δvj表示位于應急車輛前方右側車道中第j輛社會車輛調整過程中的速度變化量；

23、δtk表示第k次調整時間，k≥1；

24、約束式(1)和約束式(2)表示社會車輛的調整速度滿足速度上下限；

25、約束式(3)表示社會車輛調整完成時，頭尾縱向間距滿足要求；

26、約束式(4)和約束式(5)表示位于應急車輛前方左、右側車道中的兩輛社會車輛，在調整過程中滿足最小車頭橫向間距要求；

27、約束式(6)表示若無解，無法求得速度變化量δvi、速度變化量δvj，則將調整時間δtk增加一個單位時長后代入至目標函數和約束式(1)～(5)中，再次計算，若有解，則進入所述步驟s2.3，以更新應急車輛和社會車輛的位置；

28、進一步地，在所述步驟s2.3中，車輛狀態轉移計算公式為：

29、

30、其中，表示位于應急車輛前方左側車道中社會車輛i在t時刻的位置；

31、表示位于應急車輛前方右側車道中社會車輛j在t時刻的位置；

32、表示位于應急車輛前方左側車道中社會車輛i在t時刻的速度；

33、表示位于應急車輛前方右側車道中社會車輛j在t時刻的速度；

34、y(t+1)表示第t+1時刻應急車輛的位置；y(t)表示第t時刻應急車輛的位置；

35、ve表示應急車輛的行駛速度；

36、進一步地，在所述步驟s3中，還包括：

37、社會車輛速度調整完成后，應急車輛恢復原速行駛一個單位時長后，將應急車輛的行程時間更新為：

38、t＝t+δtk+1

39、隨后，將通過雙目標約束模型迭代求得的調整時間δtk、速度變化量δvi、速度變化量δvj代入應急車輛的狀態轉移方程y(t+1)中，進而判斷應急車輛是否駛離擁堵路段；

40、進一步地，應急車輛駛離擁堵路段的判斷式為：y(t)≥l，

41、若滿足判斷式，則表示應急車輛已經駛離擁堵路段；

42、若不滿足判斷式，則表示應急車輛還未駛離擁堵路段，那么將更新后的應急車輛行程時間值代入至步驟s2.2的雙目標約束模型中，重復檢測調整；

43、其中，l表示擁堵路段長度。

44、進一步地，在滿足應急車輛駛離擁堵路段判斷式時，根據公式：

45、min?t＝arg[y(t)]

46、獲得應急車輛通過擁堵路段的最短行程時間；

47、其中，arg表示反函數。

48、本發明的有益效果是，當應急車輛需要通過擁堵路段時，無需社會車輛換車道，對交通運行效率影響比較小，其可根據車頭橫向間距和頭尾縱向間距判斷并引導社會車輛進行速度調整，以在盡可能短時間內滿足應急車輛通行要求，能夠有效保障應急車輛的優先通行，并可預測應急車輛通過擁堵路段的時間，可適用于各種密度狀態下的應急車輛優先通行，具有較好的實用價值。