[发明专利]消除交通拥堵的高速公路主线收费站通过流量控制方法

权利要求书

1.一种消除交通拥堵的高速公路主线收费站通过流量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集收费站下游主线入口位置实时交通流数据，来判断当前时刻交通流运行状态；

(2)根据历史交通流数据来判断维持下游主线交通流运行状态在通行能力时的占有率阈值；

(3)根据下游主线入口位置实时交通流数据，采用积分控制算法自动计算当前每个收费口最优车辆通过率；

(4)计算单个收费口起落杆最优控制周期，根据步骤(3)计算出的单个收费口最优车辆通过率，计算起落杆最优控制周期；

(5)完成当前起落杆控制周期内收费口车辆通过率最优化控制之后，进入下一个周期之内，重复步骤(3)至步骤(4)的过程检测下一周期内交通流占有率阈值，由积分控制算法自动计算下一周期内各收费口最优车辆通过率，并计算单个收费口起落杆最优控制周期，从而完成下一个周期的收费口车辆通过率的最优化控制。

2.如权利要求1所述的消除交通拥堵的高速公路主线收费站通过流量控制方法，其特征在于，所述步骤1中，通过设置在下游主线入口出的第一检测器以及设在下游主线的下游的第二检测器，采集收费站下游主线入口位置实时交通流数据，判断当前时刻交通流运行状态；所述第一检测器和第二检测器检测各个车道上每30秒的交通流速度、流量、占有率数据，并自动将检测到的数据上传至服务器。

3.如权利要求1所述的消除交通拥堵的高速公路主线收费站通过流量控制方法，其特征在于，所述步骤2中，根据历史交通流数据绘制重采样的斜累计车辆数随时间变化图，以及第一检测器和第二检测器位置处占有率随时间变化图；将所述斜累计车辆数随时间变化图中的拐点确定为通行能力下降的时刻，占有率随时间变化图中将通行能力下降时刻的占有率值作为占有率阈值，之后占有率大幅提升，表示交通拥堵生成，排队现象出现。

4.如权利要求1所述的消除交通拥堵的高速公路主线收费站通过流量控制方法，其特征在于，所述步骤3中，所述积分控制算法为：

ri(t)=ri(t-Δt)+α[o^-o(t)]N---(1)]]>

其中r_i(t)为t时刻收费口i的车辆通过率(辆/小时)，r_i(t-Δt)为t-Δt时刻收费口i的车辆通过率，Δt为数据检测周期(30秒)，a为自动控制参数，为最优占有率阈值，o(t)为t时刻占有率值，N为收费口数量；

为保持控制系统的稳定，对于车辆通过率r_i(t)的有效取值范围进行设定，即[r_最小值，r_最大值]，r_最小值设置为0，r_最大值设置为收费口最大车辆通过率；考虑取值范围的收费口车辆通过率为：

所述步骤4中，采用以下公式计算起落杆最优控制周期：

Ti(t)=3600r~i(t)---(3)]]>

其中T_i(t)为t时刻的i收费口起落杆最优控制周期；

实际中每辆车通过收费口需要一定时间，标记为T_i(k)，需要协调考虑每辆车通过收费口的需要的时间和最优控制时间；当车辆完成收费、通过收费口产生的时间大于起落杆最优控制周期时，按照实际产生时间来控制起落杆；当车辆完成收费时间小于起落杆最优控制周期时，按照起落杆最优控制周期来控制起落杆，即：