專利名稱：高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可變限速控制系統(tǒng)，特別是涉及交通管理與控制領(lǐng)域中的高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
瓶頸路段是指公路上突然變狹窄的路段，其特點(diǎn)為:在瓶頸路段處的道路通行能力顯著降低，當(dāng)高速公路部分路段有施工或發(fā)生事故時(shí)，往往會(huì)封閉某些車道，從而使該路段成為瓶頸路段。瓶頸路段對(duì)高速公路的安全高效運(yùn)營有重要影響，由于瓶頸路段的出現(xiàn)具有不確定性，因此統(tǒng)一限速與限速牌固定安裝的方法降低了高速公路的安全性與運(yùn)營效率。我國針對(duì)瓶頸路段的可變限速的相關(guān)專利較少，專利號(hào)為02224582.0的專利提供一種可變限速顯示裝置，并沒有考慮路段瓶頸因素；專利號(hào)為201010164710.X的專利，提供了一種屬于隧道安全領(lǐng)域的可變限速控制算法的專利，沒有考慮瓶頸路段的限速控制問題，難以對(duì)高速公路實(shí)現(xiàn)的高效管理與控制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:提供一種高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，能夠保證高速公路瓶頸路段安全運(yùn)營的前提下，實(shí)現(xiàn)其最大的通行能力。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，其特征在于:高速公路分為至少2個(gè)控制路段，每個(gè)控制路段設(shè)置有用于檢測(cè)交通流量的車輛檢測(cè)器；高速公路中有I個(gè)瓶頸路段，瓶頸路段前設(shè)有一段過渡路段，瓶頸路段指高速公路上突然變狹窄的路段，過渡路段指車輛由于高速公路變窄而變道的路段；在過渡路段、瓶頸路段及瓶頸路段后的控制路段分別設(shè)置用于顯示限速值的可變限速標(biāo)志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系統(tǒng)；車輛檢測(cè)器、可變限速標(biāo)志牌和超速抓拍系統(tǒng)分別與用于接收并根據(jù)交通流量并結(jié)合各路段車速的約束條件利用非線性規(guī)劃的二次規(guī)劃算法依次求出各路段的最優(yōu)化限速值在對(duì)應(yīng)路段的可變限速標(biāo)志牌上顯示、并依據(jù)最優(yōu)化限速值控制超速抓拍系統(tǒng)對(duì)超速車輛進(jìn)行抓拍的交通控制機(jī)連接。按上述方案，所述的每條控制路段長度為1km，每條控制路段各設(shè)置一組車輛檢測(cè)器。按上述方案，所述的過渡路段長700m，在過渡路段起始位置、距離起始位置400m和600m、以及過渡路段的結(jié)束位置即過渡路段與瓶頸路段交界處各設(shè)置一個(gè)可變限速標(biāo)志牌。按上述方案，所述的瓶頸路段后的控制路段設(shè)置的可變限速標(biāo)志牌與瓶頸路段的結(jié)束位置之間間隔為50m。按上述方案，所述的車輛檢測(cè)器、可變限速標(biāo)志牌和超速抓拍系統(tǒng)分別通過無線網(wǎng)絡(luò)與交通控制機(jī)連接。按上述方案，所述的車輛檢測(cè)器為環(huán)形線圈檢測(cè)器。本實(shí)用新型的有益效果為:1、當(dāng)高速公路出現(xiàn)瓶頸路段時(shí)，按本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)置可變限速標(biāo)志牌，由交通控制機(jī)根據(jù)檢測(cè)的實(shí)時(shí)交通流量利用二次規(guī)劃算法結(jié)合速度約束條件求解各路段的最優(yōu)限速值發(fā)送給各可變限速標(biāo)志牌進(jìn)行顯示，以提醒司機(jī)合理安排車速，從而保證高速公路瓶頸路段安全運(yùn)營的前提下，實(shí)現(xiàn)其最大的通行能力。2、通過在過渡路段合適的位置設(shè)置可變限速標(biāo)志牌，使得車輛能夠合理的緩慢減速，避免突然減速而帶來的安全隱患。3、通過在瓶頸路段后合適的位置設(shè)置可變限速標(biāo)志牌，使得車輛在行駛過瓶頸路段后合理的緩慢加速，避免突然加速而帶來的安全隱患。

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，高速公路分為至少2個(gè)控制路段，每個(gè)控制路段設(shè)置有用于檢測(cè)交通流量的車輛檢測(cè)器(本實(shí)施例中，每條控制路段長度為1km，每條控制路段各設(shè)置一個(gè)車輛檢測(cè)器，車輛檢測(cè)器選用最常用的環(huán)形線圈檢測(cè)器)；高速公路中有I個(gè)瓶頸路段，瓶頸路段前設(shè)有一段過渡路段，瓶頸路段指高速公路上突然變狹窄的路段，過渡路段指車輛由于高速公路變窄而變道的路段；在過渡路段、瓶頸路段及瓶頸路段后的控制路段分別設(shè)置用于顯示限速值的可變限速標(biāo)志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系統(tǒng)；車輛檢測(cè)器、可變限速標(biāo)志牌和超速抓拍系統(tǒng)分別通過無線網(wǎng)絡(luò)與用于接收并根據(jù)交通流量并結(jié)合各路段車速的約束條件利用非線性規(guī)劃的二次規(guī)劃算法依次求出各路段的最優(yōu)化限速值在對(duì)應(yīng)路段的可變限速標(biāo)志牌上顯示、并依據(jù)最優(yōu)化限速值控制超速抓拍系統(tǒng)對(duì)超速車輛進(jìn)行抓拍的交通控制機(jī)連接。本實(shí)施例中，過渡路段長700m，在過渡路段起始位置、距離起始位置400m和600m、以及過渡路段的結(jié)束位置即過渡路段與瓶頸路段交界處各設(shè)置一個(gè)可變限速標(biāo)志牌。瓶頸路段后的控制路段設(shè)置的可變限速標(biāo)志牌與瓶頸路段的結(jié)束位置之間間隔為50m。系統(tǒng)按周期對(duì)交通流數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，周期設(shè)置為lmin，采集后的數(shù)據(jù)將由各子系統(tǒng)的控制機(jī)通過無線傳輸?shù)姆绞絺鬟f到控制系統(tǒng)交通控制機(jī)，可變限速標(biāo)志牌具有可移動(dòng)性，采用太陽能充電，其背面安裝雷達(dá)超速抓拍系統(tǒng)，交通控制機(jī)通過數(shù)據(jù)線控制可變限速標(biāo)志牌的速度顯示與超速抓拍。本專利主要實(shí)現(xiàn)如下功能:(I)當(dāng)高速公路中出現(xiàn)瓶頸路段時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)交通流信息，對(duì)限速值進(jìn)行優(yōu)化，在保證瓶頸路段安全運(yùn)營的前提下，實(shí)現(xiàn)其最大通行能力。(2)結(jié)合動(dòng)態(tài)限速值，實(shí)現(xiàn)各路段的動(dòng)態(tài)超速抓拍。本專利的具體實(shí)施方案如下:1.當(dāng)高速公路出現(xiàn)瓶頸路段時(shí)，將可變限速標(biāo)志牌移動(dòng)到瓶頸路段處，其布置方式如圖1所示，車輛經(jīng)過700m的距離在瓶頸處速度減小到最優(yōu)值。2.系統(tǒng)將自動(dòng)依次檢測(cè)各路段車流量，根據(jù)算法程序計(jì)算出最優(yōu)化的限速值，其速度最優(yōu)值通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)姆绞綄⑵滹@示在可變限速標(biāo)志牌的屏幕上。3.雷達(dá)超速抓拍系統(tǒng)位于限速標(biāo)志牌的背面，根據(jù)可變限速的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)超速車輛的抓拍系統(tǒng)的控制流程如附圖2所示，現(xiàn)以一個(gè)控制周期為例加以說明。(1)當(dāng)出現(xiàn)瓶頸路段時(shí)，在系統(tǒng)中設(shè)定瓶頸路段i，移動(dòng)可變限速標(biāo)志牌，其布置方式如圖1所示。(2)系統(tǒng)采集瓶頸路段i的交通流參數(shù)，根據(jù)速度密度關(guān)系，結(jié)合二次規(guī)劃算法及算法約束條件，求出基準(zhǔn)路段的最優(yōu)解，并將i路段的值作為i_l路段的一個(gè)約束條件，并依次向上游路段求最優(yōu)解，系統(tǒng)的抓拍基準(zhǔn)值Vtl跟隨各路段的優(yōu)化值V進(jìn)行實(shí)時(shí)變化。利用非線性規(guī)劃的二次規(guī)劃算法，并結(jié)合各路段車速的約束條件，求系統(tǒng)的最優(yōu)化限速值，其優(yōu)化步驟如下:(I)通過模型預(yù)測(cè)控制方法中的預(yù)測(cè)時(shí)區(qū)Np和控制時(shí)區(qū)N。將時(shí)空連續(xù)變量即第i路段第 k 周期限速值 ve,i(k)離散化，使 ve,i(k)只可在{40、50、60、70、80、90、100、110、120}中取值，同時(shí)確定本次控制周期的約束條件與動(dòng)態(tài)優(yōu)化方程J(k)。(2)運(yùn)用二次規(guī)劃算法求解約束條件下的目標(biāo)函數(shù)J(k)取得最小值時(shí)的一組限速值最優(yōu)解，系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)方程:
權(quán)利要求1.高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，其特征在于:高速公路分為至少2個(gè)控制路段，每個(gè)控制路段設(shè)置有用于檢測(cè)交通流量的車輛檢測(cè)器； 高速公路中有I個(gè)瓶頸路段，瓶頸路段前設(shè)有一段過渡路段，瓶頸路段指高速公路上突然變狹窄的路段，過渡路段指車輛由于高速公路變窄而變道的路段；在過渡路段、瓶頸路段及瓶頸路段后的控制路段分別設(shè)置用于顯示限速值的可變限速標(biāo)志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系統(tǒng)； 車輛檢測(cè)器、可變限速標(biāo)志牌和超速抓拍系統(tǒng)分別與交通控制機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的每條控制路段長度為1km，每條控制路段各設(shè)置一組車輛檢測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的過渡路段長700m，在過渡路段起始位置、距離起始位置400m和600m、以及過渡路段的結(jié)束位置即過渡路段與瓶頸路段交界處各設(shè)置一個(gè)可變限速標(biāo)志牌。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的瓶頸路段后的控制路段設(shè)置的可變限速標(biāo)志牌與瓶頸路段的結(jié)束位置之間間隔為50mo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的車輛檢測(cè)器、可變限速標(biāo)志牌和超速抓拍系統(tǒng)分別通過無線網(wǎng)絡(luò)與交通控制機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的車輛檢測(cè)器為環(huán)形線圈檢測(cè)器。
專利摘要本實(shí)用新型提供高速公路瓶頸路段可變限速控制系統(tǒng)，高速公路分為至少2個(gè)控制路段，每個(gè)控制路段設(shè)置有車輛檢測(cè)器；高速公路中設(shè)有1個(gè)瓶頸路段，瓶頸路段前設(shè)有一段過渡路段；在過渡路段、瓶頸路段及瓶頸路段后的控制路段分別設(shè)置用于顯示限速值的可變限速標(biāo)志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系統(tǒng)；車輛檢測(cè)器、可變限速標(biāo)志牌和超速抓拍系統(tǒng)分別與用于接收并根據(jù)交通流量并結(jié)合各路段車速的約束條件利用非線性規(guī)劃的二次規(guī)劃算法依次求出各路段的最優(yōu)化限速值在對(duì)應(yīng)路段的可變限速標(biāo)志牌上顯示、并依據(jù)最優(yōu)化限速值控制超速抓拍系統(tǒng)對(duì)超速車輛進(jìn)行抓拍的交通控制機(jī)連接。
文檔編號(hào)G08G1/09GK203070533SQ201220567400
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者張存保, 張培嶺, 嚴(yán)新平, 萬平, 梅朝輝 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)