一种规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导系统

1.本发明涉及城市高架快速路交通管理与控制领域，特别涉及一种规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导系统。


背景技术：

2.城市高架快速路作为城市的最高等级道路，具有容量大、速度快等特点，在众多大中型城市的道路交通网络中起到骨架作用，是城市交通中长距离快速通行的重要渠道，其对提高整个城市的交通通行安全和交通运输效率有较大作用。因此，为有效缓解交通压力，适应城市整体和谐发展，许多大中型城市选择建设城市高架快速路来提高车辆行驶速度，提升道路通行能力，满足城市客运、货运的需求。
3.近年来随着城市机动车保有量的增加，高架快速路的畅通运行受到了影响和挑战，经常产生交通拥堵事件，高架快速路交通拥堵事件的产生一般是由交通事故、并道驶入匝道和车辆加塞通行等问题导致的，这些交通事件的发生可能占据高架快速路的部分道路，从而使得高架快速路通行能力下降，导致拥堵排队的形成。拥堵排队现象是局部性形成的，如果不及时对后续交通流进行引导通行，可能会迅速蔓延导致全路段拥堵。如果只是把车流引导离开高架道路又不及时把车流引导回来，又会造成非排队高架路段的资源浪费，因此提出一种规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导系统是十分重要的，对于充分利用高架快速路资源并有效提高高架快速路通行效率是十分必要的。
4.针对高架快速路通行问题，目前已有技术为了提高高架快速路主线交通流通行效率和降低主线交通流密度，对高架快速路匝道采取限流控制措施；也有较新技术通过雷达、视频检测技术对高架快速路交通流速度、排队长度等参数进行监测，通过排队影响范围分析，采用高架快速路匝道控制等措施，对车辆上匝道实施限流和截流控制方案。但排队是一个动态变化过程，包括后来车辆到达导致排队增加以及前方车辆离开使得排队消散两个过程，所以需要根据排队的动态变化情况对周边同向行驶的上、下行匝道进行及时的分流和截流，同时考虑到要充分利用好未排队的高架路段资源，也需要通过合理的方法把分流出去的车辆及时引导回高架快速路通行，在降低局部拥堵排队影响的同时充分利用高架道路资源是很有必要的。关于实时监测高架快速路局部拥堵排队动态变化情况，并且根据排队增加和消散过程及时关联到匝道口led诱导屏和地面信号灯，对车辆进行有效分流和限流，并且将从高架分流出去的车辆再次引流回高架快速路的方法目前尚未涉及。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本发明的目的在于规避高架快速路交通事故或车辆变道加塞等事件造成的局部排队拥堵问题，和保障高架快速路资源的充分有效利用。通过对局部拥堵排队的后方增长和前方消散过程进行每秒实时监测，并动态关联局部排队前后一定距离的上、下行匝道以及地面信号灯配套设施的引导控制方法，将高架交通流及时引导至地面道路，避开局部拥堵排队路段后又重新引流上匝道进入
高架通行，从而在有效避免高架快速路拥堵排队的前提下充分利用好高架快速路其他路段资源，这对于高架快速路的有效利用和提高城市交通通行效率具有重要意义。
6.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导系统，包括硬件层以及处理层，所述硬件层与处理层之间实时通过数据信号实现交互；
7.所述硬件层包括微波雷达、led诱导屏以及路口信号灯；所述微波雷达用于实现对高架快速路全线车辆通行情况的全覆盖实时监测，所述led诱导屏安装于高架快速路上行匝道入口和下行匝道出口处；所述路口信号灯位于高架上下行匝道与地面衔接的城市道路；
8.所述处理层包括规则设定模块、分析处理模块以及决策制定模块，所述规则设定模块用于设定通行引导规则，所述分析处理模块用于实时接收硬件层发送的数据信号，并结合规则设定模块完成通行引导分析，所述决策制定模块用于接收分析处理模块发送的信号，制定通行引导决策。
9.优选的，微波雷达采用安装在路侧路灯杆件上的方式，前后两个雷达布设间距为a，a的取值根据实际情况进行调整，具体的数值由处理层给出；
10.通过调整角度实现前后两个雷达检测范围部分重叠无死角，进而实现对高架快速路全线车辆通行情况的全覆盖实时监测。
11.优选的，当高架发生局部拥堵排队时，与高架分流和引流的匝道进行关联控制，采用调整高架通行同方向绿灯时间和多个路口绿灯信号协调的方式。
12.优选的，规则设定模块进行通行引导规则设定的过程包括以下：
13.片区划分；规则设定模块获取全线高架快速路主线全线长度，规则设定模块设定检测片区长度b，b的取值根据实际情况进行调整，由规则设定模块设定给出；
14.周期设定；规则设定模块获取检测片区长度，并给出微波雷达的统计周期t，t的取值根据实际情况进行调整，具体的数值由规则设定模块设定给出；处理层通过数据信号交互将统计周期t发送至硬件层；
15.阈值确立；规则设定模块给定片区速度阈值v，v的取值根据实际情况进行调整，具体的数值由规则设定模块设定给出；规则设定模块将确立的片区速度阈值v发送至分析处理模块。
16.优选的，所述分析处理模块实现通行引导分析的过程包括以下步骤：
17.步骤一：微波雷达实时检测各时段、各检测片区、各个车辆的实时车速，并结合规则设定模块设定的统计周期t，将检测到的各时段、各检测片区、各个车辆的实时车速发送至分析处理模块；
18.步骤二：分析处理模块计算统计周期t内各检测片区的车辆平均速度；分析处理模块将车辆平均速度与片区速度阈值进行比较；
19.步骤三：当检测片区内的车辆平均速度小于等于片区速度阈值时，将该检测片区标记为拥堵片区；
20.当检测片区内的车辆平均速度大于片区速度阈值时，将该检测片区标记为正常片区；
21.步骤四：分析处理模块将拥堵片区以及正常片区发送至决策制定模块。
22.优选的，所述决策制定模块用于接收分析处理模块发送的信号，制定通行引导决策，过程包括以下步骤：
23.决策制定模块接收分析处理模块发送的拥堵片区以及正常片区，决策制定模块将属于同一状态的相邻检测片区进行合并，标记为拥堵路段或正常路段；
24.决策制定模块获取相邻拥堵路段之间的距离，并标记为缓冲距离，当缓冲距离小于引导阈值距离时，将相邻拥堵路段合并；并获取拥堵路段的排队起点以及排队终点；
25.步骤s3：决策制定模块对实时检测的拥堵路段和排队终点后方c米范围内的下行匝道口提前分流，并通过led诱导屏提示“前方拥堵，可绕行至前方上匝道”，且该范围内上行匝道全部限行，并且通过led诱导屏提示“前方拥堵，禁止驶入匝道”；
26.排队起点前方d米范围外的首个上行匝道口进行及时引流，通过led诱导屏提示“前方无拥堵，可上匝道进入高架”；
27.决策制定模块对路口信号灯进行关联控制，保障车辆能够及时绕过高架局部拥堵路段，通过地面信号灯的绿波协调联动快速通行至下一个前方无拥堵的上行匝道口，重新驶入高架通行。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.1、通过对局部拥堵排队的后方增长和前方消散过程进行每秒实时监测，并动态关联局部排队前后一定距离的上、下行匝道以及地面信号灯配套设施的引导控制方法，将高架交通流及时引导至地面道路，避开局部拥堵排队路段后又重新引流上匝道进入高架通行，从而在有效避免高架快速路拥堵排队的前提下充分利用好高架快速路其他路段资源，这对于高架快速路的有效利用和提高城市交通通行效率具有重要意义。
30.2、本发明针对规避高架快速路局部拥堵排队的引导方法问题，以微波雷达对高架快速路进行全线监测，把高架快速路划分为多个连续的检测片区，实时检测各个片区车辆平均速度并判断是否发生排队，当发生局部拥堵排队时，每秒监测局部拥堵排队的增长和消散动态变化过程，在此基础上提出高架快速路通行引导方法，做到了高架快速路局部拥堵排队实时监测、提前分流和及时引流，形成一个有效的管控方案，提前防止后续车辆进一步增加拥堵排队长度，又将分流出去的车辆及时引流回高架快速路通行，从而在有效避免高架快速路局部拥堵排队的前提下充分利用好高架快速路未受影响的道路资源。
附图说明
31.图1为规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导方法流程图；
32.图2为系统设备安装位置及检测范围示意图；
33.图3为规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导方法示意图；
34.图4为考虑高架多个局部拥堵排队的区分方法示意图；
35.图5为规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导系统原理图。
具体实施方式
36.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的
范围。
37.本发明的第一方面的实施例提出一种规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导系统，如图5所示，该引导系统包括：硬件层以及处理层，所述硬件层与处理层之间实时通过数据信号实现交互；
38.所述硬件层包括微波雷达、led诱导屏以及路口信号灯；所述微波雷达用于实现对高架快速路全线车辆通行情况的全覆盖实时监测，所述led诱导屏安装于高架快速路上行匝道入口和下行匝道出口处；
39.需要进行说明的是，在一个具体的实施例中，以上行方向为例，微波雷达采用安装在路侧路灯杆件上的方式，前后两个雷达布设间距为a，其中a一般取100米，且a的取值根据实际情况进行调整，具体的数值由处理层给出；在具体的操作过程中，通过调整合适的角度实现前后两个雷达检测范围部分重叠无死角，从而实现对高架快速路全线车辆通行情况的全覆盖实时监测；
40.所述led诱导屏以立杆方式安装于高架快速路上行匝道入口和下行匝道出口，下行匝道出口处led诱导屏根据车辆分流情况显示“前方拥堵，可绕行至前方上匝道”，上行匝入口处led诱导屏根据车辆限流和引流不同情况分别显示“前方拥堵，禁止驶入匝道”和“前方无拥堵，可上匝道进入高架”；
41.所述路口信号灯位于高架上下行匝道与地面衔接的城市道路，当高架发生局部拥堵排队时，可以与高架分流和引流的匝道进行关联控制，采用调整高架通行同方向绿灯时间和多个路口绿灯信号协调的方式，保障高架分流和引流车辆快速通行；
42.其中，所述处理层包括规则设定模块、分析处理模块以及决策制定模块，所述规则设定模块用于设定通行引导规则，具体的，规则设定模块进行通行引导规则设定的过程包括以下：
43.片区划分：规则设定模块获取全线高架快速路主线全线长度，规则设定模块设定检测片区长度b，其中b一般取值2米，且b的取值根据实际情况进行调整，具体的数值由规则设定模块设定给出；
44.周期设定：规则设定模块获取检测片区长度，并给出微波雷达的统计周期t，其中t的取值一般为10s，且t的取值根据实际情况进行调整，具体的数值由规则设定模块设定给出；处理层通过数据信号交互将统计周期t发送至硬件层；
45.阈值确立：规则设定模块给定片区速度阈值v，其中v的取值一般为5km/h，且v的取值根据实际情况进行调整，具体的数值由规则设定模块设定给出；片区速度阈值用于判定此时该路段发生局部拥堵排队情况；规则设定模块将确立的片区速度阈值v发送至分析处理模块；
46.所述分析处理模块用于实时接收硬件层发送的数据信号，并结合规则设定模块完成通行引导分析，具体的，所述分析处理模块实现通行引导分析的过程包括以下步骤：
47.步骤一：微波雷达实时检测各时段、各检测片区、各个车辆的实时车速，并结合规则设定模块设定的统计周期t，将检测到的各时段、各检测片区、各个车辆的实时车速发送至分析处理模块；
48.步骤二：分析处理模块计算统计周期t内各检测片区的车辆平均速度；分析处理模块将车辆平均速度与片区速度阈值进行比较；
49.步骤三：当检测片区内的车辆平均速度小于等于片区速度阈值时，将该检测片区标记为拥堵片区；
50.当检测片区内的车辆平均速度大于片区速度阈值时，将该检测片区标记为正常片区；
51.步骤四：分析处理模块将拥堵片区以及正常片区发送至决策制定模块。
52.其中，需要进一步说明的是，拥堵片区以及正常片区为一个增长和消散动态变化过程。
53.所述决策制定模块用于接收分析处理模块发送的信号，制定通行引导决策，具体的过程包括以下步骤：
54.步骤s1：决策制定模块接收分析处理模块发送的拥堵片区以及正常片区，决策制定模块将属于同一状态的相邻检测片区进行合并，标记为拥堵路段或正常路段；
55.步骤s2：决策制定模块获取相邻拥堵路段之间的距离，并标记为缓冲距离，当缓冲距离小于引导阈值距离时，将相邻拥堵路段合并；并获取拥堵路段的排队起点以及排队终点；
56.步骤s3：决策制定模块对实时检测的拥堵路段和排队终点后方c米(c取值为1000米，可根据实际情况调整)范围内的下行匝道口提前分流，并通过led诱导屏提示“前方拥堵，可绕行至前方上匝道”，且该范围内上行匝道全部限行，并且通过led诱导屏提示“前方拥堵，禁止驶入匝道”；
57.排队起点前方d米(d取值为200米，可根据实际情况调整)范围外的首个上行匝道口进行及时引流，通过led诱导屏提示“前方无拥堵，可上匝道进入高架”；
58.步骤四：决策制定模块对路口信号灯进行关联控制，保障车辆能够及时绕过高架局部拥堵路段，通过地面信号灯的绿波协调联动快速通行至下一个前方无拥堵的上行匝道口，重新驶入高架通行。
59.在具体的实施例中，如图1所示，结合图2至图4为本发明的另一方面的实施例提出一种规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导方法，该方法包括以下步骤：
60.首先，如图2所示完成一种规避局部拥堵排队的高架快速路通行引导系统的设备安装；
61.其次是如图3所示将高架快速路纵向每隔2m长度范围划分为一个检测片区；
62.然后，利用安装好的微波雷达检测设备检测高架快速路各时段、各片区、各车辆的实时车速，每10秒统计各个片区的平均速度；
63.判断片区内平均速度与5km/h的大小，若某一片区内的平均车速小于或等于5km/h则判定该区域内发生局部拥堵排队事件，通过多个连续检测片区排队情况的实时检测，即可以监测高架快速路局部拥堵排队的增长和消散动态变化过程，然后通过高架上下行匝道、led诱导屏和路口信号灯的关联控制对高架快速路通行车辆进行实时动态引导。
64.由于局部拥堵排队是一个后方不断来车增加和前方不断消散的过程，故需要对局部拥堵前后一定距离的高架快速路通行车流进行引导控制。
65.如图4所示，当检测到ab段发生局部拥堵排队事件，则对ab段和终点b点后方1000米范围内(可根据实际情况调整)的上下行匝道进行分流和限流控制，此时上行匝道
①
led诱导屏提示“前方拥堵，禁止驶入匝道”，避免拥堵排队长度增加；下行匝道
②
led诱导屏提
示“前方拥堵，可绕行至前方上匝道”，提示车辆提前下高架从而规避拥堵路段；上行匝道
③
处理方式与上行匝道
①
相同；
66.与此同时，对起点a点前方200米范围外(可根据实际情况调整)的首个上行匝道进行引流控制，下行匝道不做任何处理，此时下行匝道
④
led诱导屏不显示引导信息；上行匝道
⑤
led诱导屏提示“前方无拥堵，可上匝道进入高架通行”，将局部拥堵排队后方分流出去的车流再次引流回高架快速路通行。
67.另外，对引导至地面通行的车辆所途经的路口信号灯绿信比进行调整和多路口绿灯信号进行协调控制，保障从高架快速路分流出来的车辆能够获得足够多的绿灯时间并且连续通过绿灯，从而可以快速通过地面道路交叉口并及时引流回高架快速路通行。
68.考虑到可能发生多个局部拥堵排队情况发生，如图4所示方法加以区分。上述过程都是根据高架快速路局部拥堵排队的动态增长和消散情况实时变化的，随着局部拥堵排队消散逐步恢复被关联的匝道、led诱导屏和路口信号灯正常运行，待局部拥堵排队完全消散后，所有被关联的匝道、led诱导屏和路口信号灯全部恢复至正常运行状态。
69.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。