专利名称：城市快速路入口匝道柔性控制系统及方法
技术领域：
本发明属于快速路交通控制领域，具体涉及一种城市快速路入口匝道控制方法。
背景技术：
快速路系统在大城市交通中起着主骨架路网的作用，保障快速路系统的高效运行一直是交通管理部门重中之重的工作。入口匝道是城市快速路连续交通流和地面道路间断流转换的“咽喉”。因此，入口匝道控制一般被认为是最有效的一种缓解快速路拥挤的交通控制形式。城市快速路入口匝道控制是指通过调节汇入主线的车流量，达到减少快速路主线交通拥堵，提升整体使用性能的目的。北京、上海等大城市相继开展了快速路入口匝道控制。目前，入口匝道控制方式主要包括定时控制、单点反应式控制、协调反应式控制。 定时控制是根据历史数据确定固定的匝道汇入率；单点反应式控制则是根据匝道附近的交通参数检测结果实时确定匝道汇入率，如经典的ALINEA控制；协调反应式控制算法需要考虑多个入口匝道间的协调，此类算法的特点是具有较好的理论背景，但求解较复杂，参数标定较困难，实施难度也较大。虽然目前国内外快速路入口匝道控制方法很多，但是这些控制方法的核心是确定匝道的汇入率，亦即控制单位时间的匝道汇入车辆数。车辆在匝道处的行驶过程是根据匝道信号灯色判断“停”还是“行”如果是红灯，驶入匝道的车辆需在停车线前等待，绿灯时重新启动汇入主线；如果是绿灯，车辆直接驶入主线。然而我国的城市快速路系统很大一部分是高架快速路，因此入口匝道一般为上坡道，目前通过信号灯进行匝道控制存在如下的关键问题
1)车辆在匝道处停车，引起匝道通行能力较大损失，并使得车辆油耗和排放的过度增
加
车辆停车会使得部分驾驶员加大油门爬坡；部分驾驶员则通过离合控制缓慢爬坡(特别是手动挡驾驶员)。由此造成车辆启动损失大为增加，匝道通行能力降低；同时车辆的油耗和排放增加。2)车辆在匝道处停车造成匝道交通流安全性降低
一方面，由于车辆在坡道处起步，车辆会出现溜坡等行为，造成前后车的碰擦；另一方面，由于车辆的启动速度不同，造成车辆之间的车头间距均勻不一，极易诱发冒险性驾驶员车辆的换道行为，进而增加车辆之间相互碰撞的概率。3)车辆的脉冲特征使得匝道控制效益大打折扣
不同于高速公路，城市快速路匝道间距很小，且匝道接地处与地面交叉口距离很近，因此驶入匝道的车流受上游信号灯的控制，汇入车流具有极强的脉冲特征。传统的匝道控制算法很难实时响应这种动态脉冲特征，使得匝道控制效益大打折扣
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种城市快速路入口匝道柔性控制系统及方法，通过实时、柔性的控制手段使车辆可不停车汇入主线。为此，本发明采用以下技术方案
城市快速路入口匝道柔性控制系统，它包括
设于快速路主线上相对于入口匝道上游处的上游交通流运行参数检测器； 设于快速路主线上相对于入口匝道下游处的下游交通流运行参数检测器； 设于入口匝道上的若干交通管理装置； 控制交通管理装置运作的控制中心；
分析处理装置，包括储存有各交通管理装置与匝道汇入率的对应信息的数据库，分析处理装置根据上、下游检测器的检测数据计算出匝道的汇入率，并查询数据库得到匹配的交通管理装置信息，再将该信息发送至控制中心。作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合
所述的交通管理装置包括动态限速装置、物理减速装置、物理增加车头时距装置。所述的入口匝道上设有电子警察系统。对应上述的控制系统本发明进一步提出一种城市快速路入口匝道柔性控制方法， 包括以下步骤
1)根据预控制匝道处的实际交通流以及道路几何线形情况，通过已有匝道汇入实证数据、微观仿真或实地实验获得各交通管理装置组合可得到的匝道汇入率，将其整理成各交通管理装置与匝道汇入率的对应信息，存入数据库；
2)分别在快速路主线上相对于入口匝道的上、下游布设检测器，检测交通流运行参
数；
3)根据上下游检测器检测的交通流运行参数，按照传统的匝道信号控制方法(如定时控制、ALINEA控制等)计算匝道汇入率；
4)根据动态计算的匝道汇入率，查询数据库中不同交通管理装置组合可得到的匝道汇入率，进行匹配；
5)根据查询到的交通管理装置组合，在匝道处启动这些交通管理装置组合，达到控制目的。在匝道处启动交通管理装置组合时，同时启用电子警察系统，确保交通管理装置组合能达到预期的柔性控制效果。有益效果(1)本发明通过速度限制使车辆不停车而缓慢地汇入主线；(2)通过速度限制、设施隔离等调节匝道车辆汇入主线的交通量，进而有效地缓解主线的交通拥挤； (3)由于有效调节了车辆运行速度和车头时距，匝道汇入车流的脉冲性得到有效降低；(4) 车辆不停车汇入使得匝道通行能力损失较小，且车辆的油耗和排放得到降低。
图1为本发明的系统安装位置示意图； 图2为本发明的系统工作原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示的城市快速路入口匝道柔性控制系统，用于某市快速路系统中某个入口匝道上，该入口匝道为两车道，车道宽3. 5米，与匝道相连接的高架快速路主线上游为单向2车道，车道宽3. 5米，主线下游为单向3车道，车道宽为3米。在主线上游所有车道上距离入口匝道100米处设置上游交通流运行参数检测器1，在主线下游所有车道上距离入口匝道100米处设置下游交通流运行参数检测器2，入口匝道上可设置各种交通管理装置， 包括动态限速装置3 (如限速标志、电子警察、可变信息板等)、物理减速装置4 (如减速带)、 物理增加车头时距装置5、电子显示屏6等。实施时，按照图2所示的流程对该入口匝道进行柔性控制，步骤如下
1)根据该入口匝道的实际交通流及道路几何线形，在该入口匝道处分别进行不同交通管理装置组合的多次实地试验，获得不同交通管理装置组合的匝道汇入率，并将其整理成管理措施对应匝道汇入率数据库；
2)从主线上游的两个检测器的数据中获得主线上游流量 fi= MRij/fl ,从主线下游的三个检测器中获得主线下游流量I=MO ra/fi .
3)按照ALINEA匝道控制方法，确定该入口匝道的汇入率为400P⑶/H.
4)由·= /Λ查询已建立的不同交通管理装置组合对应匝道汇入率数据库，得到该匝道汇入率相对应的交通管理装置组合为速度限制与物理车头时距增加装置的组合，其中动态限速要求30km/h，物理设施为橡胶警示柱。5)启动交通管理装置
①速度限制在该入口匝道进口处设置30km/h限速标志，同时启动电子警察确保限速效果；
②物理车头时距增加装置在该入口匝道的上匝道的中心线上设置两组橡胶警示柱， 每组由15个间隔1米的橡胶警示柱组成，两组之间的间距为25米，这样可有效增大车辆汇入的车头时距，进而降低汇入率，同时在上匝道的末端外侧车道边缘向中心线逐渐布置一组橡胶警示柱，使车辆只能从内侧车道驶入加速车道，从而汇入主线。应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.城市快速路入口匝道柔性控制系统，其特征在于它包括设于快速路主线上相对于入口匝道上游处的上游交通流运行参数检测器；设于快速路主线上相对于入口匝道下游处的下游交通流运行参数检测器；设于入口匝道上的若干交通管理装置；控制交通管理装置运作的控制中心；分析处理装置，包括储存有各交通管理装置与匝道汇入率的对应信息的数据库，分析处理装置根据上、下游检测器的检测数据计算出匝道的汇入率，并查询数据库得到匹配的交通管理装置信息，再将该信息发送至控制中心。
2.根据权利要求1所述的城市快速路入口匝道柔性控制系统，其特征在于所述的交通管理装置包括动态限速装置、物理减速装置、物理增加车头时距装置。
3.根据权利要求2所述的城市快速路入口匝道柔性控制系统，其特征在于所述的入口匝道上设有电子警察系统。
4.根据权利要求1所述城市快速路入口匝道柔性控制系统的城市快速路入口匝道柔性控制方法，其特征在于包括以下步骤1)根据预控制匝道处的实际交通流以及道路几何线形情况，通过已有匝道汇入实证数据、微观仿真或实地实验获得各交通管理装置组合可得到的匝道汇入率，将其整理成各交通管理装置与匝道汇入率的对应信息，存入数据库；2)分别在快速路主线上相对于入口匝道的上、下游布设检测器，检测交通流运行参数；3)根据上下游检测器检测的交通流运行参数，按照传统的匝道信号控制方法计算匝道汇入率；4)根据动态计算的匝道汇入率，查询数据库中不同交通管理装置组合可得到的匝道汇入率，进行匹配；5)根据查询到的交通管理装置组合，在匝道处启动这些交通管理装置组合，达到控制目的。
5.根据权利要求4所述的城市快速路入口匝道柔性控制方法，其特征在于在匝道处启动交通管理装置组合时，同时启用电子警察系统，确保交通管理装置组合能达到预期的柔性控制效果。
全文摘要
城市快速路入口匝道柔性控制系统，涉及快速路交通控制领域。本发明分别在主线上、下游布设检测器，实时获取检测器检测的交通参数，计算匝道的汇入率；根据计算的匝道汇入率匹配查询不同交通管理装置组合可得到的匝道汇入率；根据匹配的交通管理装置组合，在入口匝道上启动这些管理措施组合。本发明通过速度限制使车辆不停车而缓慢地汇入主线；通过速度限制、设施隔离等调节匝道车辆汇入主线的交通量，进而有效地缓解主线的交通拥挤；由于有效调节了车辆运行速度和车头时距，匝道汇入车流的脉冲性得到有效降低；车辆不停车汇入使得匝道通行能力损失较小，且车辆的油耗和排放得到降低。
文档编号G08G1/08GK102542787SQ20101061377
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者孙剑 申请人:同济大学