仿真驱动的高速公路意外事件的应急控制方法与流程

本发明涉及高速公路的交通控制，具体而言，涉及一种仿真驱动的高速公路意外事件的应急控制方法。

背景技术：

1、近年来，我国高速公路通车里程逐年增加，稳居世界第一。但高速公路多发交通事故、恶劣天气、自然灾害、车辆机械故障、危险化学品泄漏等意外事件，威胁着人们的生命财产安全。若高速公路发生意外事件时未采取合适的管控策略保障交通系统的运行，事件将有可能诱发次生交通安全事故、显著降低交通运输效率。

2、高速公路推动着国家社会经济的发展，其交通安全与运行效率受到了广泛关注，高速公路意外事件下的应急交通管控更不容忽视。《高速公路交通应急管理程序规定》根据意外事件影响交通中断的时间与空间范围将应急响应分为四级，并分级分类规定了管理措施。高速公路意外事件下的交通管控策略有匝道控制、可变限速、可变车道、收费站控制、路径诱导、与高速公路接驳路段信号控制等，快速精准地选择适宜的交通管控策略，是高速公路应急管理的难点。国内外大量学者已经从风险预警、避障设施、应急救援等角度研究了高速公路应对意外事件的问题，但对以下两种问题还缺乏考虑：

3、(1)较少考虑高速公路多种不同意外事件下的应急管控策略，如现有研究经常将意外事件限定在交通拥堵、危险品泄露、恶劣天气等模式下进行交通控制，为扩大发明成果的适用性，应对多种意外事件进行研究、并保证不同事件下应急措施的准确性和可行性；

4、(2)较少考虑某一意外事件下高速公路多种管控策略混合设置情况，如根据不同高速公路的结构特点、意外事件的等级，采取某种或某几种管控策略提高通行效率、改善交通安全形势。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种仿真驱动的高速公路意外事件的应急控制方法，以解决上述现有技术的缺陷。

2、为了实现本发明目的，本发明提供的仿真驱动的高速公路意外事件的应急控制方法，包括如下步骤：

3、s1、建立高速公路基础信息库、高速公路意外事件信息库，并构建并校验基本仿真模型；

4、s2、建立高速公路管控策略专家库和仿真管控方案；

5、s3、当产生高速公路意外事件时，对意外事件的时间和空间影响范围在线分析；

6、s4、基于高速公路管控策略专家库动态匹配交通管控策略；

7、s5、高速公路应急管控结束后，整理事件信息及应急管理策略信息，作为新的交通管控策略样本存储至高速公路管控策略专家库中库。

8、所述步骤s1包括：

9、s101、建立全国高速公路基础信息库、高速公路意外事件信息库；

10、s102、基于可变元胞传输模型分别模拟高速公路主线、交织区、匝道、收费站、与地面接驳路段的道路状况；

11、s103、选取实际的高速公路，通过调整高速公路主线、交织区、匝道、收费站、与地面接驳路口或路段的可变属性，将模拟的道路状况图与实际的高速公路图拼合，并运行各基本仿真模型获得平均行程车速和交通量评价指标；

12、s104、依据高速公路的平均行程车速和交通量数据检验各基本仿真模型，若满足检验要求则执行步骤s2，否则调整仿真模型参数，重新得到评价指标并执行s103。

13、检验各基本仿真模型是否满足要求包括：

14、在各基本仿真模型中，输入“高速公路平均小时交通量”，将仿真1小时输出的“平均行程车速”和“通过车辆数qvctm”与高速公路基础信息库的“高速公路平均行程车速”和“高速公路平均小时交通量qh”分别对比，同时满足下式则认为仿真模型满足要求；

15、

16、

17、进一步的，所述步骤s2包括：

18、s201、建立高速公路管控策略专家库；

19、s202、基于s1的基本仿真模型设置不同交通管控策略，形成新的仿真模型并编号储存，以供步骤s4的匹配调用，同时仿真模型将仿真管控方案的参数设置为超参数，以供快速仿真不同参数下的交通管控策略并得到评价指标。

20、进一步的，不同交通管控策略设置的超参数包括：

21、匝道控制超参数，包括匝道所处元胞编号、匝道流量输入输出率、匝道控制开始时间、匝道控制持续时间；

22、可变限速超参数包括可变限速控制开始元胞、可变限速控制结束元胞、可变限速值、限速控制开始时间、限速控制结束时间；

23、可变车道超参数包括可变车道控制开始元胞、可变车道控制结束元胞、可变车道行驶方向、可变车道控制开始时间、可变车道控制结束时间；

24、收费站控制超参数包括收费站所处元胞编号、收费站etc通道开放数、收费站人工通道开放数、收费站etc/人工混合通道开放数、收费站控制开始时间、收费站控制结束时间；

25、路径诱导超参数包括诱导开始位置所处元胞编号、诱导结束位置所处元胞编号、路径诱导实施后高速公路的交通流量、路径诱导实施后新路径的交通流量、诱导控制开始时间、诱导控制持续时间；

26、下匝道接驳路口信号控制超参数包括受信号控制的元胞编号，信号控制的周期、相位个数、相位顺序、各相位的有效绿灯时间；

27、其中，所述路径诱导实施后高速公路的交通流量、路径诱导实施后新路径的交通流量的参数求解方式如下：

28、根据bpr阻抗函数和交通流分配的wardrop第一原则，路径诱导的路径诱导实施后高速公路的交通流量qa和路径诱导实施后新路径的交通流量qb，由下式联立求得：

29、

30、qa+qb＝qh+qhnew  (4)

31、式中：ta为高速公路路径诱导开始至结束段的自由流通行时间，tb为新路径从诱导开始至结束段的自由流通行时间，qa、qb分别为路径诱导实施后高速公路和新路径的交通流量，ca、cb分别为高速公路和新路径的实用通行能力，α、β为参数，美国联邦公路局推荐α＝0.15、β＝4，qhnew为路径诱导实施前新路径的交通流量。

32、进一步的，所述高速公路管控策略专家库的内容包括但不限于：应急管理策略编号、应急管理策略类型、应急管理策略内容说明、管理策略开始时间、管理策略结束时间、管理策略实施地点的经纬度、策略实施效果、管理策略关联的意外事件编号、管理策略关联的高速公路编号。

33、进一步的，对意外事件的时间和空间影响范围在线分析，包括：

34、根据高速公路意外事件信息库的数据定位到高速公路的元胞，以事件所处的元胞作为影响范围分析的中心；

35、对每个元胞绘制平均行程车速数据曲线，统计事件发生前后三小时的数据及历史7天、14天、21天同星期、同时段的三个小时数据；

36、设置异常值的持续时段阈值；

37、采用基于iqr法分析异常值；

38、选择所有受事件影响的元胞及其影响程度；

39、建立基于贝叶斯的事件影响范围预测模型，输入特征为高速公路日均交通量、设计速度、高速公路平均行程车速、道路车道数、意外事件类型、事件开始时间、事件结束时间、事件地点经纬度、事件所处的元胞编号、研究的元胞距离事件所处元胞的长度、事件等级、事件阻断车道数和事件关联的高速公路编号，标签为元胞受事件的影响程度；

40、根据实时事件的属性，用预测的事件持续时间与事件开始时间求和代替事件结束时间，结合元胞受事件的影响程度，经多次预测后整理可得到所有元胞受意外事件的影响程度，即事件的影响范围。

41、所述步骤s3包括:

42、s301、当高速公路发生意外事件时，获取该高速公路历史一个月至当前的检测器数据和互联网统计数据；

43、s302、基于生存分析模型分析事件的持续时间；

44、s303、基于iqr法的异常值识别法分析事件的影响范围。

45、生存分析模型分析事件的持续时间表示事件持续时间t长于时间t的概率，通过以下公式获得：

46、

47、其中f(x)、f(t)分别表示事件持续时间t的密度函数、分布函数，t为连续型随机变量，s(t)为生存函数也是概率密度函数f(x)的积分。

48、所述步骤s4包括:

49、s401、基于高速公路管控策略专家库训练得到应急策略选择模型；

50、s402、通过应急策略选择模型为高速公路意外事件选定一级应急管理策略类型；

51、s403、通过基本仿真模型为高速公路意外事件选定二级应急管理策略实时参数；

52、s404、输出基本仿真模型中评价指标最优时对应的参数，作为所述高速公路意外事件的详细管控方案。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下：

54、(1)本发明综合性强、适用性广。本发明的应急策略控制方法为混合策略管控方法，综合了事件影响分析、管控策略仿真、方案定量自动选择等关键技术，能够形成完整的高速公路应急策略管控体系，本发明可适应不同场景下的高速路网，因而具有较强的实用性。

55、(2)本发明考虑的意外事件类型和交通应急管控策略多样而全面、考虑的高速公路类型也随着样本库的增加而丰富，相比现有根据经验或单一采用某种管控策略用于高速公路交通应急，本发明的方法更科学性和可靠性。

56、(3)本发明的应急策略控制方法，通过定量评价指标从而确定高速公路在不同意外事件场景下的最佳管控方法，能最大程度地减少意外事件造成地社会经济损失、保障交通使用者的安全和交通系统的运行。