一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法，通過判斷快速道路瓶頸路段交通狀態以及入口匝道上排隊車輛長度，自動開展入口匝道控制及快速道路可變限速控制的協調優化控制，并通過匝道信號控制燈的顏色及時長、可變信息提示牌等實現對車輛的控制和車速提醒，充分發揮各個控制方法的優勢。本發明與以往方法相比，更加全面的對瓶頸路段進行協調優化控制，適用范圍更廣，控制效果更好。
【專利說明】一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于交通控制和智能交通【技術領域】，特別是針對快速道路路段實行可變限速與匝道控制協調優化控制的方法，提出一種新的降低快速道路行駛延誤的協調優化控制方法。
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[0028]【背景技術】
[0029]隨著改革的深化和城市化、機動化進程的不斷深入，自20世紀80年代中期開始，我國交通運輸業迅速發展，路網結構得到不斷完善，交通基礎設施條件不斷改善。但是，近年來交通需求急速增長，快速道路上交通流量迅速增加，道路基礎設施已經逐漸滿足不了機動車交通需求，導致了快速道路上出現頻繁的交通擁堵。快速道路交通瓶頸路段在占有率較高時存在通行能力瞬時下降的現象，具體現象如圖1所示，加劇了瓶頸交通擁堵嚴重程度，成為制約整條道路通行效率的關鍵。快速道路上最普遍的交通瓶頸即由于入口匝道與主線交匯處交通流量過高而導致。
[0030]現有快速道路入口匝道交通瓶頸區域交通控制最常用技術為匝道控制技術。近年來可變限速控制技術也逐漸應用于緩解快速道路交通擁堵中，主要有匝道控制何可變限速控制兩種控制方法。匝道控制優點為使主線交通流量保持在較高值，因此整條高速公路主線上通過出口匝道流出的車輛較多，但缺點為匝道上車輛排隊長度收到匝道長度限制；可變限速控制優點為無車輛排隊限制約束，但缺點為由于限制主線交通流，導致從主線上通過出口匝道流出的車輛較少。
[0031]在某一路段以往的控制方法僅采用匝道控制或可變限速控制其中一種控制方法，沒有充分挖掘兩種算法的優勢從而將兩種算法合理的融合在一起。以往的算法并沒有考慮到如何根據實時交通流特征來判斷僅啟動匝道控制或者可變限速控制，或是同時啟動兩種控制算法。故面對越來越復雜的交通狀況時，原有的控制方法無法很好地實現控制，應用范偉不夠全面且協調性能差，導致瓶頸區域通行能力下降和匝道上車輛溢出到地方道路的不良后果出現。

【發明內容】

[0032]要解決的技術問題:針對現有技術的不足，本發明提出一種一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法，解決現有技術中的單一控制方法不能全面協調控制復雜路況的技術問題。
[0033]技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
[0034]一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法，包括以下步驟:
[0035]第一步:設置交通流檢測器、匝道信號控制燈和路側可變信息牌，具體設置方法為:
[0036]在入口匝道與地方道路相連位置處設置一組4#交通流檢測器；
[0037]在入口匝道與快速道路主線交匯的入口處設置一組5#交通流檢測器；
[0038]在入口匝道入口處下游的快速道路瓶頸路段設置一組1#交通流檢測器；
[0039]在入口匝道入口處上游的快速道路主線上設置兩組交通流檢測器，其中處于下游的一組為2#交通流檢測器，處于上游的一組為3#交通流檢測器為，2#交通流檢測器和3#交通流檢測器為之間的快速道路設定為快速道路可變限速控制區；
[0040]上述各組交通流檢測器每30s檢測一次數據，并將數據傳遞給控制中心；
[0041]在入口匝道入口處設置匝道信號控制燈，缺省燈色為綠燈，在整個交通沒有出現擁堵狀況的情況下，保持放行；
[0042]在3#交通流檢測器上游設置路側可變信息牌；
[0043]第二步:判斷快速道路瓶頸路段的道路通行能力是否突然下降，具體判斷方法為:
[0044]依據快速道路瓶頸路段以往的歷史交通流數據，確定快速道路瓶頸路段的道路通行能力下降時對應的占有率閾值么;
[0045]1#交通流檢測器檢測到快速道路瓶頸路段的當前占有率為Ob (k)；
[0046]若滿足Ob (k) > %，判定快速道路瓶頸路段道路通行能力下降，轉入第三步；[0047]若滿足ob(k) <4，判定快速道路瓶頸路段道路通行能力正常，轉入第四步；
[0048]第三步:對當前入口匝道和快速道路可變限速控制區進行控制，具體控制方法為:
[0049]a、控制入口匝道:
[0050]依據入口匝道與地方道路相連位置處以往的歷史交通流數據，確定入口匝道排隊車輛溢出時對應的車輛平均運行速度閾值Vrai和占有率閾值Orai ；
[0051]4#交通流檢測器檢測到的當前周期車輛平均運行速度 ' 和道路占有率O,;
[0052]若滿足Vr〈Vrai且Or>Orai，判定入口匝道排隊車輛溢出；否則判定入口匝道排隊車輛沒有溢出；
[0053]當入口匝道排隊車輛沒有溢出時，匝道信號控制燈通過相位調節控制當前周期入口匝道駛入快速道路主線的流量qjk)滿足下式；
[0054](\M= I )+? [ Ob -Ob糊
[0055]其中，
[0056]qjk)—當前周期入口匝道駛入快速道路主線的入口匝道流量，單位:輛/小時；
[0057]t (k_l)一上一周期入口匝道駛入快速道路主線的入口匝道流量，單位:輛/小時；
[0058]K1+控制算法的積分增益，取值范圍50-70 ；
[0059]Ob (k) —當前周期快速道路瓶頸路段占有率；
[0060]—快速道路瓶頸路段道路通行能力下降時對應的占有率閾值％ ;
[0061]當入口匝道排隊車輛溢出時，匝道信號控制燈為綠色，直至滿足入口匝道排隊車輛沒有溢出時的判定條件，則按照入口匝道排隊車輛沒有溢出時的控制方法控制當前周期入口匝道駛入快速道路主線的流量。
[0062]b、控制快速道路可變限速控制區:
[0063]采用下列公式計算快速道路可變限速值:
[0064]VUmaik)= Viimit(W)十 K11 [_,(*)-_]
[0065]其中，
[0066]Vlimit (k) 一當前周期快速道路可變限速值,單位:km/h ；
[0067]Vlimit (k-1)—上一周期快速道路可變限速值,單位:km/h ；
[0068]K11 一控制算法的積分增益，取值范圍0.1-1 ；
[0069]qjk)—當前周期入口匝道駛入快速道路主線的入口匝道流量，單位:輛/小時；
[0070]q(k) —當前周期快速道路可變限速控制區的駛出交通量，單位:輛/小時；
[0071]卜快速道路可變限速控制區的目標交通量，單位:輛/小時，_=a.qh(k),其
中，qb(k)為快速道路瓶頸路段通行能力，即最大交通流量，單位:輛/小時，α為控制系數，滿足0.9〈α ( 1，保證快速道路可變限速控制區的目標交通量低于瓶頸路段的通行能力；
[0072]將計算所得快速道路可變限速值通過路側可變信息牌實時發布；
[0073]C、進行完步驟a和b之后返回步驟二判斷下一周期快速道路瓶頸路段的道路通行能力是否突然下降；
[0074]第四步:對當前快速道路可變限速控制區進行控制，具體控制方法為:[0075]依據當前快速道路可變限速控制區以往的歷史交通流數據，確定快速道路可變限速控制區的臨界占有率閾值Oc ；
[0076]3#交通流檢測器檢測到的當前周期快速道路可變限速控制區的占有率Ovsl (k)；
[0077]若滿足0vsl (k) > O。，判定當前快速道路可變限速控制區車輛飽和，轉入第五步；
[0078]若滿足Ovsl (k) ( O。，判定當前快速道路可變限速控制區車輛未飽和，轉入第六
步；
[0079]第五步:采用下列公式計算快速道路可變限速值:
[0080]
【權利要求】
1.一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步:設置交通流檢測器、匝道信號控制燈(6)和路側可變信息牌(1)，具體設置方法為: 在入口匝道(7 )與地方道路(5 )相連位置處設置一組4#交通流檢測器(3-4 );在入口匝道(7 )與快速道路主線(8 )交匯的入口處設置一組5#交通流檢測器(3-5 );在入口匝道(7)入口處下游的快速道路瓶頸路段(4)設置一組1#交通流檢測器(3-1);在入口匝道(7)入口處上游的快速道路主線(8)上設置兩組交通流檢測器，其中處于下游的一組為2#交通流檢測器(3-2)，處于上游的一組為3#交通流檢測器為(3-3)，2#交通流檢測器(3-2)和3#交通流檢測器為(3-3)之間的快速道路設定為快速道路可變限速控制區(2); 上述各組交通流檢測器每30s檢測一次數據，并將數據傳遞給控制中心； 在入口匝道(7)入口處設置匝道信號控制燈(6)，缺省燈色為綠燈； 在3#交通流檢測器(3-3)上游設置路側可變信息牌(I)； 第二步:判斷快速道路瓶頸路段(4)的道路通行能力是否突然下降，具體判斷方法為:依據快速道路瓶頸路段(4)以往的歷史交通流數據，確定快速道路瓶頸路段(4)的道路通行能力下降時對應的占有率閾值4 ； 1#交通流檢測器(3-1)檢測到快速道路瓶頸路段(4)的當前占有率為Ob(k)； 若滿足(_> Oh ,判定快速道路瓶頸路段(4)道路通行能力下降，轉入第三步； 若滿足，判定快速道路瓶頸路段(4)道路通行能力正常，轉入第四步； 第三步:對當前入口匝道(7)和快速道路可變限速控制區(2)進行控制，具體控制方法為: a、控制入口匝道(7): 依據入口匝道(7)與地方道路(5)相連位置處以往的歷史交通流數據，確定入口匝道(7)排隊車輛溢出時對應的車輛平均運行速度閾值Vrai和占有率閾值Orai ； 4#交通流檢測器(3-4)檢測到的當前周期車輛平均運行速度 ' 和道路占有率~ ；若滿足且0,0&，判定入口匝道(7)排隊車輛溢出；否則判定入口匝道(7)排隊車輛沒有溢出； 當入口匝道(7)排隊車輛沒有溢出時，匝道信號控制燈通過相位調節控制當前周期入口匝道(7)駛入快速道路主線(8)的流量(k)滿足下式；
C{,.= qT(k~l)+Ki [Sb-oh(k)J 其中， qjk)—當前周期入口匝道(7)駛入快速道路主線(8)的入口匝道流量，單位:輛/小時； qjk-l)—上一周期入口匝道(7)駛入快速道路主線(8)的入口匝道流量，單位:輛/小時； K1+控制算法的積分增益，取值范圍50-70 ；Ob(k) —當前周期快速道路瓶頸路段(4)占有率； %'—快速道路瓶頸路段(4)道路通行能力下降時對應的占有率閾值~; 當入口匝道(7)排隊車輛溢出時，匝道信號控制燈(6)為綠色，直至滿足入口匝道(7)排隊車輛沒有溢出時的判定條件，則按照入口匝道(7 )排隊車輛沒有溢出時的控制方法控制當前周期入口匝道(7)駛入快速道路主線(8)的流量； b、控制快速道路可變限速控制區(2): 采用下列公式計算快速道路可變限速值:
2.根據權利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協調控制方法，其特征在于:1#交通流檢測器(3-1)和2#交通流檢測器(3-2)的距離為600-800m。
3.根據權利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協調控制方法，其特征在于:所述1=60。
4.根據權利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協調控制方法，其特征在于:所述 K11=0.5，α =0.98。
5.根據權利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協調控制方法，其特征在于:所述 ΚΙΠ=3, β =1 。
6.根據權利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協調控制方法，其特征在于:路側可變信息牌(I)發布的快速道路可變限速值是5km/h的倍數，當計算結果不是5km/h的倍數時，以計算結果最接近的5km/h的倍數值作為發布的快速道路可變限速值。
【文檔編號】G08G1/00GK103700251SQ201310612740
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】李志斌, 劉攀, 王煒, 徐鋮鋮 申請人:東南大學