一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法，通过判断快速道路瓶颈路段交通状态以及入口匝道上排队车辆长度，自动开展入口匝道控制及快速道路可变限速控制的协调优化控制，并通过匝道信号控制灯的颜色及时长、可变信息提示牌等实现对车辆的控制和车速提醒，充分发挥各个控制方法的优势。本发明与以往方法相比，更加全面的对瓶颈路段进行协调优化控制，适用范围更广，控制效果更好。
【专利说明】一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于交通控制和智能交通【技术领域】，特别是针对快速道路路段实行可变限速与匝道控制协调优化控制的方法，提出一种新的降低快速道路行驶延误的协调优化控制方法。
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[0028]【背景技术】
[0029]随着改革的深化和城市化、机动化进程的不断深入，自20世纪80年代中期开始，我国交通运输业迅速发展，路网结构得到不断完善，交通基础设施条件不断改善。但是，近年来交通需求急速增长，快速道路上交通流量迅速增加，道路基础设施已经逐渐满足不了机动车交通需求，导致了快速道路上出现频繁的交通拥堵。快速道路交通瓶颈路段在占有率较高时存在通行能力瞬时下降的现象，具体现象如图1所示，加剧了瓶颈交通拥堵严重程度，成为制约整条道路通行效率的关键。快速道路上最普遍的交通瓶颈即由于入口匝道与主线交汇处交通流量过高而导致。
[0030]现有快速道路入口匝道交通瓶颈区域交通控制最常用技术为匝道控制技术。近年来可变限速控制技术也逐渐应用于缓解快速道路交通拥堵中，主要有匝道控制何可变限速控制两种控制方法。匝道控制优点为使主线交通流量保持在较高值，因此整条高速公路主线上通过出口匝道流出的车辆较多，但缺点为匝道上车辆排队长度收到匝道长度限制；可变限速控制优点为无车辆排队限制约束，但缺点为由于限制主线交通流，导致从主线上通过出口匝道流出的车辆较少。
[0031]在某一路段以往的控制方法仅采用匝道控制或可变限速控制其中一种控制方法，没有充分挖掘两种算法的优势从而将两种算法合理的融合在一起。以往的算法并没有考虑到如何根据实时交通流特征来判断仅启动匝道控制或者可变限速控制，或是同时启动两种控制算法。故面对越来越复杂的交通状况时，原有的控制方法无法很好地实现控制，应用范伟不够全面且协调性能差，导致瓶颈区域通行能力下降和匝道上车辆溢出到地方道路的不良后果出现。
【发明内容】
[0032]要解决的技术问题:针对现有技术的不足，本发明提出一种一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法，解决现有技术中的单一控制方法不能全面协调控制复杂路况的技术问题。
[0033]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0034]一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法，包括以下步骤:
[0035]第一步:设置交通流检测器、匝道信号控制灯和路侧可变信息牌，具体设置方法为:
[0036]在入口匝道与地方道路相连位置处设置一组4#交通流检测器；
[0037]在入口匝道与快速道路主线交汇的入口处设置一组5#交通流检测器；
[0038]在入口匝道入口处下游的快速道路瓶颈路段设置一组1#交通流检测器；
[0039]在入口匝道入口处上游的快速道路主线上设置两组交通流检测器，其中处于下游的一组为2#交通流检测器，处于上游的一组为3#交通流检测器为，2#交通流检测器和3#交通流检测器为之间的快速道路设定为快速道路可变限速控制区；
[0040]上述各组交通流检测器每30s检测一次数据，并将数据传递给控制中心；
[0041]在入口匝道入口处设置匝道信号控制灯，缺省灯色为绿灯，在整个交通没有出现拥堵状况的情况下，保持放行；
[0042]在3#交通流检测器上游设置路侧可变信息牌；
[0043]第二步:判断快速道路瓶颈路段的道路通行能力是否突然下降，具体判断方法为:
[0044]依据快速道路瓶颈路段以往的历史交通流数据，确定快速道路瓶颈路段的道路通行能力下降时对应的占有率阈值么;
[0045]1#交通流检测器检测到快速道路瓶颈路段的当前占有率为Ob (k)；
[0046]若满足Ob (k) > %，判定快速道路瓶颈路段道路通行能力下降，转入第三步；[0047]若满足ob(k) <4，判定快速道路瓶颈路段道路通行能力正常，转入第四步；
[0048]第三步:对当前入口匝道和快速道路可变限速控制区进行控制，具体控制方法为:
[0049]a、控制入口匝道:
[0050]依据入口匝道与地方道路相连位置处以往的历史交通流数据，确定入口匝道排队车辆溢出时对应的车辆平均运行速度阈值Vrai和占有率阈值Orai ；
[0051]4#交通流检测器检测到的当前周期车辆平均运行速度 ' 和道路占有率O,;
[0052]若满足Vr〈Vrai且Or>Orai，判定入口匝道排队车辆溢出；否则判定入口匝道排队车辆没有溢出；
[0053]当入口匝道排队车辆没有溢出时，匝道信号控制灯通过相位调节控制当前周期入口匝道驶入快速道路主线的流量qjk)满足下式；
[0054](\M= I )+? [ Ob -Ob糊
[0055]其中，
[0056]qjk)—当前周期入口匝道驶入快速道路主线的入口匝道流量，单位:辆/小时；
[0057]t (k_l)一上一周期入口匝道驶入快速道路主线的入口匝道流量，单位:辆/小时；
[0058]K1+控制算法的积分增益，取值范围50-70 ；
[0059]Ob (k) —当前周期快速道路瓶颈路段占有率；
[0060]—快速道路瓶颈路段道路通行能力下降时对应的占有率阈值％ ;
[0061]当入口匝道排队车辆溢出时，匝道信号控制灯为绿色，直至满足入口匝道排队车辆没有溢出时的判定条件，则按照入口匝道排队车辆没有溢出时的控制方法控制当前周期入口匝道驶入快速道路主线的流量。
[0062]b、控制快速道路可变限速控制区:
[0063]采用下列公式计算快速道路可变限速值:
[0064]VUmaik)= Viimit(W)十 K11 [_,(*)-_]
[0065]其中，
[0066]Vlimit (k) 一当前周期快速道路可变限速值,单位:km/h ；
[0067]Vlimit (k-1)—上一周期快速道路可变限速值,单位:km/h ；
[0068]K11 一控制算法的积分增益，取值范围0.1-1 ；
[0069]qjk)—当前周期入口匝道驶入快速道路主线的入口匝道流量，单位:辆/小时；
[0070]q(k) —当前周期快速道路可变限速控制区的驶出交通量，单位:辆/小时；
[0071]卜快速道路可变限速控制区的目标交通量，单位:辆/小时，_=a.qh(k),其
中，qb(k)为快速道路瓶颈路段通行能力，即最大交通流量，单位:辆/小时，α为控制系数，满足0.9〈α ( 1，保证快速道路可变限速控制区的目标交通量低于瓶颈路段的通行能力；
[0072]将计算所得快速道路可变限速值通过路侧可变信息牌实时发布；
[0073]C、进行完步骤a和b之后返回步骤二判断下一周期快速道路瓶颈路段的道路通行能力是否突然下降；
[0074]第四步:对当前快速道路可变限速控制区进行控制，具体控制方法为:[0075]依据当前快速道路可变限速控制区以往的历史交通流数据，确定快速道路可变限速控制区的临界占有率阈值Oc ；
[0076]3#交通流检测器检测到的当前周期快速道路可变限速控制区的占有率Ovsl (k)；
[0077]若满足0vsl (k) > O。，判定当前快速道路可变限速控制区车辆饱和，转入第五步；
[0078]若满足Ovsl (k) ( O。，判定当前快速道路可变限速控制区车辆未饱和，转入第六
步；
[0079]第五步:采用下列公式计算快速道路可变限速值:
[0080]
【权利要求】
1.一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法，其特征在于:包括以下步骤: 第一步:设置交通流检测器、匝道信号控制灯(6)和路侧可变信息牌(1)，具体设置方法为: 在入口匝道(7 )与地方道路(5 )相连位置处设置一组4#交通流检测器(3-4 );在入口匝道(7 )与快速道路主线(8 )交汇的入口处设置一组5#交通流检测器(3-5 );在入口匝道(7)入口处下游的快速道路瓶颈路段(4)设置一组1#交通流检测器(3-1);在入口匝道(7)入口处上游的快速道路主线(8)上设置两组交通流检测器，其中处于下游的一组为2#交通流检测器(3-2)，处于上游的一组为3#交通流检测器为(3-3)，2#交通流检测器(3-2)和3#交通流检测器为(3-3)之间的快速道路设定为快速道路可变限速控制区(2); 上述各组交通流检测器每30s检测一次数据，并将数据传递给控制中心； 在入口匝道(7)入口处设置匝道信号控制灯(6)，缺省灯色为绿灯； 在3#交通流检测器(3-3)上游设置路侧可变信息牌(I)； 第二步:判断快速道路瓶颈路段(4)的道路通行能力是否突然下降，具体判断方法为:依据快速道路瓶颈路段(4)以往的历史交通流数据，确定快速道路瓶颈路段(4)的道路通行能力下降时对应的占有率阈值4 ； 1#交通流检测器(3-1)检测到快速道路瓶颈路段(4)的当前占有率为Ob(k)； 若满足(_> Oh ,判定快速道路瓶颈路段(4)道路通行能力下降，转入第三步； 若满足，判定快速道路瓶颈路段(4)道路通行能力正常，转入第四步； 第三步:对当前入口匝道(7)和快速道路可变限速控制区(2)进行控制，具体控制方法为: a、控制入口匝道(7): 依据入口匝道(7)与地方道路(5)相连位置处以往的历史交通流数据，确定入口匝道(7)排队车辆溢出时对应的车辆平均运行速度阈值Vrai和占有率阈值Orai ； 4#交通流检测器(3-4)检测到的当前周期车辆平均运行速度 ' 和道路占有率~ ；若满足且0,0&，判定入口匝道(7)排队车辆溢出；否则判定入口匝道(7)排队车辆没有溢出； 当入口匝道(7)排队车辆没有溢出时，匝道信号控制灯通过相位调节控制当前周期入口匝道(7)驶入快速道路主线(8)的流量(k)满足下式；
C{,.= qT(k~l)+Ki [Sb-oh(k)J 其中， qjk)—当前周期入口匝道(7)驶入快速道路主线(8)的入口匝道流量，单位:辆/小时； qjk-l)—上一周期入口匝道(7)驶入快速道路主线(8)的入口匝道流量，单位:辆/小时； K1+控制算法的积分增益，取值范围50-70 ；Ob(k) —当前周期快速道路瓶颈路段(4)占有率； %'—快速道路瓶颈路段(4)道路通行能力下降时对应的占有率阈值~; 当入口匝道(7)排队车辆溢出时，匝道信号控制灯(6)为绿色，直至满足入口匝道(7)排队车辆没有溢出时的判定条件，则按照入口匝道(7 )排队车辆没有溢出时的控制方法控制当前周期入口匝道(7)驶入快速道路主线(8)的流量； b、控制快速道路可变限速控制区(2): 采用下列公式计算快速道路可变限速值:
2.根据权利要求1所述的快速道路可变限速与匝道控制协调控制方法，其特征在于:1#交通流检测器(3-1)和2#交通流检测器(3-2)的距离为600-800m。
3.根据权利要求1所述的快速道路可变限速与匝道控制协调控制方法，其特征在于:所述1=60。
4.根据权利要求1所述的快速道路可变限速与匝道控制协调控制方法，其特征在于:所述 K11=0.5，α =0.98。
5.根据权利要求1所述的快速道路可变限速与匝道控制协调控制方法，其特征在于:所述 ΚΙΠ=3, β =1 。
6.根据权利要求1所述的快速道路可变限速与匝道控制协调控制方法，其特征在于:路侧可变信息牌(I)发布的快速道路可变限速值是5km/h的倍数，当计算结果不是5km/h的倍数时，以计算结果最接近的5km/h的倍数值作为发布的快速道路可变限速值。
【文档编号】G08G1/00GK103700251SQ201310612740
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】李志斌, 刘攀, 王炜, 徐铖铖 申请人:东南大学