一種快速道路上可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速道路上可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，通過判斷快速道路瓶頸路段交通狀態(tài)以及入口匝道上排隊(duì)車輛長(zhǎng)度，自動(dòng)開展入口匝道控制及快速道路可變限速控制的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，并通過匝道信號(hào)控制燈的顏色及時(shí)長(zhǎng)、可變信息提示牌等實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的控制和車速提醒，充分發(fā)揮各個(gè)控制方法的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明與以往方法相比，更加全面的對(duì)瓶頸路段進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)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(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交通控制和智能交通【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是針對(duì)快速道路路段實(shí)行可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)優(yōu)化控制的方法，提出一種新的降低快速道路行駛延誤的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法。
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[0028]【背景技術(shù)】
[0029]隨著改革的深化和城市化、機(jī)動(dòng)化進(jìn)程的不斷深入，自20世紀(jì)80年代中期開始，我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)迅速發(fā)展，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)得到不斷完善，交通基礎(chǔ)設(shè)施條件不斷改善。但是，近年來交通需求急速增長(zhǎng)，快速道路上交通流量迅速增加，道路基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)逐漸滿足不了機(jī)動(dòng)車交通需求，導(dǎo)致了快速道路上出現(xiàn)頻繁的交通擁堵?？焖俚缆方煌ㄆ款i路段在占有率較高時(shí)存在通行能力瞬時(shí)下降的現(xiàn)象，具體現(xiàn)象如圖1所示，加劇了瓶頸交通擁堵嚴(yán)重程度，成為制約整條道路通行效率的關(guān)鍵?？焖俚缆飞献钇毡榈慕煌ㄆ款i即由于入口匝道與主線交匯處交通流量過高而導(dǎo)致。
[0030]現(xiàn)有快速道路入口匝道交通瓶頸區(qū)域交通控制最常用技術(shù)為匝道控制技術(shù)。近年來可變限速控制技術(shù)也逐漸應(yīng)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(yōu)點(diǎn)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(diǎn)為匝道上車輛排隊(duì)長(zhǎng)度收到匝道長(zhǎng)度限制；可變限速控制優(yōu)點(diǎn)為無車輛排隊(duì)限制約束，但缺點(diǎn)為由于限制主線交通流，導(dǎo)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(yōu)勢(shì)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(jù)實(shí)時(shí)交通流特征來判斷僅啟動(dòng)匝道控制或者可變限速控制，或是同時(shí)啟動(dòng)兩種控制算法。故面對(duì)越來越復(fù)雜的交通狀況時(shí)，原有的控制方法無法很好地實(shí)現(xiàn)控制，應(yīng)用范偉不夠全面且協(xié)調(diào)性能差，導(dǎo)致瓶頸區(qū)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(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0032]要解決的技術(shù)問題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種一種快速道路上可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中的單一控制方法不能全面協(xié)調(diào)控制復(fù)雜路況的技術(shù)問題。
[0033]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0034]一種快速道路上可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，包括以下步驟:
[0035]第一步:設(shè)置交通流檢測(cè)器、匝道信號(hào)控制燈和路側(cè)可變信息牌，具體設(shè)置方法為:
[0036]在入口匝道與地方道路相連位置處設(shè)置一組4#交通流檢測(cè)器；
[0037]在入口匝道與快速道路主線交匯的入口處設(shè)置一組5#交通流檢測(cè)器；
[0038]在入口匝道入口處下游的快速道路瓶頸路段設(shè)置一組1#交通流檢測(cè)器；
[0039]在入口匝道入口處上游的快速道路主線上設(shè)置兩組交通流檢測(cè)器，其中處于下游的一組為2#交通流檢測(cè)器，處于上游的一組為3#交通流檢測(cè)器為，2#交通流檢測(cè)器和3#交通流檢測(cè)器為之間的快速道路設(shè)定為快速道路可變限速控制區(qū)；
[0040]上述各組交通流檢測(cè)器每30s檢測(cè)一次數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給控制中心；
[0041]在入口匝道入口處設(shè)置匝道信號(hào)控制燈，缺省燈色為綠燈，在整個(gè)交通沒有出現(xiàn)擁堵狀況的情況下，保持放行；
[0042]在3#交通流檢測(cè)器上游設(shè)置路側(cè)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(jù)快速道路瓶頸路段以往的歷史交通流數(shù)據(jù)，確定快速道路瓶頸路段的道路通行能力下降時(shí)對(duì)應(yīng)的占有率閾值么;
[0045]1#交通流檢測(cè)器檢測(cè)到快速道路瓶頸路段的當(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)入第四步；
[0048]第三步:對(duì)當(dāng)前入口匝道和快速道路可變限速控制區(qū)進(jìn)行控制，具體控制方法為:
[0049]a、控制入口匝道:
[0050]依據(jù)入口匝道與地方道路相連位置處以往的歷史交通流數(shù)據(jù)，確定入口匝道排隊(duì)車輛溢出時(shí)對(duì)應(yīng)的車輛平均運(yùn)行速度閾值Vrai和占有率閾值Orai ；
[0051]4#交通流檢測(cè)器檢測(cè)到的當(dāng)前周期車輛平均運(yùn)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(duì)車輛溢出；否則判定入口匝道排隊(duì)車輛沒有溢出；
[0053]當(dāng)入口匝道排隊(duì)車輛沒有溢出時(shí)，匝道信號(hào)控制燈通過相位調(diào)節(jié)控制當(dāng)前周期入口匝道駛?cè)肟焖俚缆分骶€的流量qjk)滿足下式；
[0054](\M= I )+? [ Ob -Ob糊
[0055]其中，
[0056]qjk)—當(dāng)前周期入口匝道駛?cè)肟焖俚缆分骶€的入口匝道流量，單位:輛/小時(shí)；
[0057]t (k_l)一上一周期入口匝道駛?cè)肟焖俚缆分骶€的入口匝道流量，單位:輛/小時(shí)；
[0058]K1+控制算法的積分增益，取值范圍50-70 ；
[0059]Ob (k) —當(dāng)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(shí)對(duì)應(yīng)的占有率閾值％ ;
[0061]當(dāng)入口匝道排隊(duì)車輛溢出時(shí)，匝道信號(hào)控制燈為綠色，直至滿足入口匝道排隊(duì)車輛沒有溢出時(shí)的判定條件，則按照入口匝道排隊(duì)車輛沒有溢出時(shí)的控制方法控制當(dāng)前周期入口匝道駛?cè)肟焖俚缆分骶€的流量。
[0062]b、控制快速道路可變限速控制區(qū):
[0063]采用下列公式計(jì)算快速道路可變限速值:
[0064]VUmaik)= Viimit(W)十 K11 [_,(*)-_]
[0065]其中，
[0066]Vlimit (k) 一當(dāng)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(dāng)前周期入口匝道駛?cè)肟焖俚缆分骶€的入口匝道流量，單位:輛/小時(shí)；
[0070]q(k) —當(dāng)前周期快速道路可變限速控制區(qū)的駛出交通量，單位:輛/小時(shí)；
[0071]卜快速道路可變限速控制區(qū)的目標(biāo)交通量，單位:輛/小時(shí)，_=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(shí)，α為控制系數(shù)，滿足0.9〈α ( 1，保證快速道路可變限速控制區(qū)的目標(biāo)交通量低于瓶頸路段的通行能力；
[0072]將計(jì)算所得快速道路可變限速值通過路側(cè)可變信息牌實(shí)時(shí)發(fā)布；
[0073]C、進(jìn)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(duì)當(dāng)前快速道路可變限速控制區(qū)進(jìn)行控制，具體控制方法為:[0075]依據(jù)當(dāng)前快速道路可變限速控制區(qū)以往的歷史交通流數(shù)據(jù)，確定快速道路可變限速控制區(qū)的臨界占有率閾值Oc ；
[0076]3#交通流檢測(cè)器檢測(cè)到的當(dāng)前周期快速道路可變限速控制區(qū)的占有率Ovsl (k)；
[0077]若滿足0vsl (k) > O。，判定當(dāng)前快速道路可變限速控制區(qū)車輛飽和，轉(zhuǎn)入第五步；
[0078]若滿足Ovsl (k) ( O。，判定當(dāng)前快速道路可變限速控制區(qū)車輛未飽和，轉(zhuǎn)入第六
步；
[0079]第五步:采用下列公式計(jì)算快速道路可變限速值:
[0080]
【權(quán)利要求】
1.一種快速道路上可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步:設(shè)置交通流檢測(cè)器、匝道信號(hào)控制燈(6)和路側(cè)可變信息牌(1)，具體設(shè)置方法為: 在入口匝道(7 )與地方道路(5 )相連位置處設(shè)置一組4#交通流檢測(cè)器(3-4 );在入口匝道(7 )與快速道路主線(8 )交匯的入口處設(shè)置一組5#交通流檢測(cè)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(shè)置一組1#交通流檢測(cè)器(3-1);在入口匝道(7)入口處上游的快速道路主線(8)上設(shè)置兩組交通流檢測(cè)器，其中處于下游的一組為2#交通流檢測(cè)器(3-2)，處于上游的一組為3#交通流檢測(cè)器為(3-3)，2#交通流檢測(cè)器(3-2)和3#交通流檢測(cè)器為(3-3)之間的快速道路設(shè)定為快速道路可變限速控制區(qū)(2); 上述各組交通流檢測(cè)器每30s檢測(cè)一次數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給控制中心； 在入口匝道(7)入口處設(shè)置匝道信號(hào)控制燈(6)，缺省燈色為綠燈； 在3#交通流檢測(cè)器(3-3)上游設(shè)置路側(cè)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(jù)快速道路瓶頸路段(4)以往的歷史交通流數(shù)據(jù)，確定快速道路瓶頸路段(4)的道路通行能力下降時(shí)對(duì)應(yīng)的占有率閾值4 ； 1#交通流檢測(cè)器(3-1)檢測(cè)到快速道路瓶頸路段(4)的當(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)入第四步； 第三步:對(duì)當(dāng)前入口匝道(7)和快速道路可變限速控制區(qū)(2)進(jìn)行控制，具體控制方法為: a、控制入口匝道(7): 依據(jù)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(shù)據(jù)，確定入口匝道(7)排隊(duì)車輛溢出時(shí)對(duì)應(yīng)的車輛平均運(yùn)行速度閾值Vrai和占有率閾值Orai ； 4#交通流檢測(cè)器(3-4)檢測(cè)到的當(dāng)前周期車輛平均運(yùn)行速度 ' 和道路占有率~ ；若滿足且0,0&，判定入口匝道(7)排隊(duì)車輛溢出；否則判定入口匝道(7)排隊(duì)車輛沒有溢出； 當(dāng)入口匝道(7)排隊(duì)車輛沒有溢出時(shí)，匝道信號(hào)控制燈通過相位調(diào)節(jié)控制當(dāng)前周期入口匝道(7)駛?cè)肟焖俚缆分骶€(8)的流量(k)滿足下式；
C{,.= qT(k~l)+Ki [Sb-oh(k)J 其中， qjk)—當(dāng)前周期入口匝道(7)駛?cè)肟焖俚缆分骶€(8)的入口匝道流量，單位:輛/小時(shí)； qjk-l)—上一周期入口匝道(7)駛?cè)肟焖俚缆分骶€(8)的入口匝道流量，單位:輛/小時(shí)； K1+控制算法的積分增益，取值范圍50-70 ；Ob(k) —當(dāng)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(shí)對(duì)應(yīng)的占有率閾值~; 當(dāng)入口匝道(7)排隊(duì)車輛溢出時(shí)，匝道信號(hào)控制燈(6)為綠色，直至滿足入口匝道(7)排隊(duì)車輛沒有溢出時(shí)的判定條件，則按照入口匝道(7 )排隊(duì)車輛沒有溢出時(shí)的控制方法控制當(dāng)前周期入口匝道(7)駛?cè)肟焖俚缆分骶€(8)的流量； b、控制快速道路可變限速控制區(qū)(2): 采用下列公式計(jì)算快速道路可變限速值:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:1#交通流檢測(cè)器(3-1)和2#交通流檢測(cè)器(3-2)的距離為600-800m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:所述1=60。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:所述 K11=0.5，α =0.98。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:所述 ΚΙΠ=3, β =1 。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速道路可變限速與匝道控制協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于:路側(cè)可變信息牌(I)發(fā)布的快速道路可變限速值是5km/h的倍數(shù)，當(dāng)計(jì)算結(jié)果不是5km/h的倍數(shù)時(shí)，以計(jì)算結(jié)果最接近的5km/h的倍數(shù)值作為發(fā)布的快速道路可變限速值。
【文檔編號(hào)】G08G1/00GK103700251SQ201310612740
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】李志斌, 劉攀, 王煒, 徐鋮鋮 申請(qǐng)人:東南大學(xué)