[发明专利]一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法

摘要

本发明公开了一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法，通过判断快速道路瓶颈路段交通状态以及入口匝道上排队车辆长度，自动开展入口匝道控制及快速道路可变限速控制的协调优化控制，并通过匝道信号控制灯的颜色及时长、可变信息提示牌等实现对车辆的控制和车速提醒，充分发挥各个控制方法的优势。本发明与以往方法相比，更加全面的对瓶颈路段进行协调优化控制，适用范围更广，控制效果更好。

主权项

1.一种快速道路上可变限速与匝道控制协调优化控制方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：设置交通流检测器、匝道信号控制灯（6）和路侧可变信息牌（1），具体设置方法为：在入口匝道（7）与地方道路（5）相连位置处设置一组4#交通流检测器（3-4）；在入口匝道（7）与快速道路主线（8）交汇的入口处设置一组5#交通流检测器（3-5）；在入口匝道（7）入口处下游的快速道路瓶颈路段（4）设置一组1#交通流检测器（3-1）；在入口匝道（7）入口处上游的快速道路主线（8）上设置两组交通流检测器，其中处于下游的一组为2#交通流检测器（3-2），处于上游的一组为3#交通流检测器为（3-3），2#交通流检测器（3-2）和3#交通流检测器为（3-3）之间的快速道路设定为快速道路可变限速控制区（2）；上述各组交通流检测器每30s检测一次数据，并将数据传递给控制中心；在入口匝道（7）入口处设置匝道信号控制灯（6），缺省灯色为绿灯；在3#交通流检测器（3-3）上游设置路侧可变信息牌（1）；第二步：判断快速道路瓶颈路段（4）的道路通行能力是否突然下降，具体判断方法为：依据快速道路瓶颈路段（4）以往的历史交通流数据，确定快速道路瓶颈路段（4）的道路通行能力下降时对应的占有率阈值1#交通流检测器（3-1）检测到快速道路瓶颈路段（4）的当前占有率为o_b(k)；若满足判定快速道路瓶颈路段（4）道路通行能力下降，转入第三步；若满足判定快速道路瓶颈路段（4）道路通行能力正常，转入第四步；第三步：对当前入口匝道（7）和快速道路可变限速控制区（2）进行控制，具体控制方法为：a、控制入口匝道（7）：依据入口匝道（7）与地方道路（5）相连位置处以往的历史交通流数据，确定入口匝道（7）排队车辆溢出时对应的车辆平均运行速度阈值v_cri和占有率阈值o_cri；4#交通流检测器（3-4）检测到的当前周期车辆平均运行速度v_r和道路占有率o_r；若满足v_r<v_cri且o_r>o_cri，判定入口匝道（7）排队车辆溢出；否则判定入口匝道（7）排队车辆没有溢出；当入口匝道（7）排队车辆没有溢出时，匝道信号控制灯通过相位调节控制当前周期入口匝道（7）驶入快速道路主线（8）的流量q_r(k)满足下式；qr(k)=qr(k-1)+KI[o^b-ob(k)]]]>其中，q_r(k)—当前周期入口匝道（7）驶入快速道路主线（8）的入口匝道流量，单位：辆/小时；q_r(k-1)—上一周期入口匝道（7）驶入快速道路主线（8）的入口匝道流量，单位：辆/小时；K_I—控制算法的积分增益，取值范围50-70；o_b(k)—当前周期快速道路瓶颈路段（4）占有率；—快速道路瓶颈路段（4）道路通行能力下降时对应的占有率阈值当入口匝道（7）排队车辆溢出时，匝道信号控制灯（6）为绿色，直至满足入口匝道（7）排队车辆没有溢出时的判定条件，则按照入口匝道（7）排队车辆没有溢出时的控制方法控制当前周期入口匝道（7）驶入快速道路主线（8）的流量；b、控制快速道路可变限速控制区（2）：采用下列公式计算快速道路可变限速值：vlimit(k)=vlimit(k-1)+KII[q^(k)-q(k)-qr(k)]]]>其中，v_limit(k)—当前周期快速道路可变限速值，单位为km/h；v_limit(k-1)—上一周期快速道路可变限速值，单位为km/h；K_II—控制算法的积分增益，取值范围0.1-1；q_r(k)—当前周期入口匝道（7）驶入快速道路主线（8）的入口匝道流量，单位：辆/小时；q(k)—当前周期快速道路可变限速控制区（2）的驶出交通量，单位：辆/小时；—快速道路可变限速控制区（2）的目标交通量，单位：辆/小时，其中，q_b(k)为快速道路瓶颈路段（4）通行能力，单位：辆/小时，α为控制系数，满足0.9<α≤1；将计算所得快速道路可变限速值通过路侧可变信息牌（1）实时发布；c、进行完步骤a和b之后返回步骤二判断下一周期快速道路瓶颈路段（4）的道路通行能力是否突然下降；第四步：对当前快速道路可变限速控制区（2）进行控制，具体控制方法为：依据当前快速道路可变限速控制区（2）以往的历史交通流数据，确定快速道路可变限速控制区（2）的临界占有率阈值o_C；3#交通流检测器（3-3）检测到的当前周期快速道路可变限速控制区（2）的占有率o_vsl(k)；若满足o_vsl(k)＞o_C，判定当前快速道路可变限速控制区（2）车辆饱和，转入第五步；若满足o_vsl(k)≤o_C，判定当前快速道路可变限速控制区（2）车辆未饱和，转入第六步；第五步：采用下列公式计算快速道路可变限速值：vlimit(k)=vlimit(k-1)+KIII[β·o^b-ob(k)]]]>其中，v_limit(k)—当前周期快速道路可变限速值，单位：km/h；v_limit(k-1)—上一周期快速道路可变限速值，单位：km/h；K_III—控制算法的积分增益，取值范围2-4；β—控制系数，取值范围0.5-2；o_b(k)—当前周期快速道路瓶颈路段（4）占有率；—快速道路瓶颈路段（4）发生道路通行能力下降时对应的占有率阈值；将计算所得快速道路可变限速值通过路侧可变信息牌（1）实时发布；返回第四步判断下一周期快速道路可变限速控制区（2）车辆是否饱和；第六步：采用下列公式计算快速道路可变限速值：v_limit(k)=v_free其中，v_free—快速道路自由流速度，单位为km/h；将计算所得快速道路可变限速值通过路侧可变限速牌实时发布，匝道信号控制灯（6）为绿色；返回第二步判断下一周期快速道路瓶颈路段（4）的道路通行能力是否突然下降。