[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

说明书

技术领域

本发明涉及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，根据当前交通流运行状态自动控制主线收费口车辆通过率，属于交通管理与智能交通技术领域。

背景技术

近二十年来，我国高速公路建设得到飞速发展，2011年底我国高速公路总里程达到8.5万公里，稳居世界第二位。随着社会经济的发展和居民收入的增加，我国机动化水平发展迅猛，机动车保有量迅速增加，截止2011年底，全国机动车保有量为2.25亿辆，其中汽车1.06亿辆；全国机动车驾驶人达2.36亿人。随着高速公路发展与机动车数量增长，高速公路交通需求迅速增加，高速公路不再是“高速、安全”的代名词。高速公路交通需求大于通行能力时，导致高速公路交通拥堵频发，不仅降低了高速公路通行效率，而且增加了车辆之间冲突与摩擦。因此，如何采用智能交通技术来缓解我国高速公路潜在交通瓶颈附近交通拥堵，预防交通拥堵生成与传播，成为我国高速公路交通管理实践中亟待解决的重要问题。

我国高速公路主线上普遍设有收费站，上游到达车辆可以根据具体情况来选择通行的收费口，缴费后车辆汇入高速公路下游主线继续通行。由于交通需求较大，当收费口通过的车辆率大于下游主线通行能力时，导致车辆在进入高速公路下游主线位置时与其他车辆间冲突与摩擦加剧，导致交通拥堵及排队现象生成，且排队车辆的消散率低于正常非拥堵时候通行能力。近年来，随着高速公路智能收费系统(ETC)的普及，单个收费口车辆通行率明显提高；节假日高速公路免费通行的交通政策发布后，单个收费口车辆通过率大幅提高，进一步加剧了收费站下游高速公路主线的交通拥堵。交通拥堵生成后产生一系列负面效果，使得高速公路并没有充分发挥其通行能力，降低了高速公路基础设施的使用水平。本发明提出了旨在消除交通拥堵的高速公路主线收费站通过流量控制方法，可根据交通流运行状态自动控制收费站最优通过车辆数，避免交通拥堵生成，充分发挥高速公路通行能力。

发明内容

发明目的：通过自动检测高速公路交通流运行状态，自动调节高速公路主线收费口车辆通过率维持在最优水平，从而避免下游主线位置交通拥堵生成及通行能力下降，提高高速公路车辆通行效率。克服现有高速公路主线收费口车辆通过率无法自动调控从而导致交通拥堵的缺陷。本发明提供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。

技术方案：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，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。该控制方法随着时间的推移而不断调节车辆通过率，可以使主线下游入口位置交通保持畅通，避免交通拥堵出现，防止通行能力下降。

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。

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。为了确保当前拥堵生成位置为收费站下游主线入口，需要确保第一检测器位置处占有率大幅提升同时第二检测器位置处占有率保持现状。斜累计车辆数随时间变化图中的拐点即表明通行能力下降产生，确定为通行能力下降的时刻。占有率随时间变化图中可以鉴别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。根据历史交通流数据，如果要维持主线交通流处于最大通过能力水平，需要维持占有率在阈值附近，将该占有率阈值作为收费口最优车辆通过率的计算根据。

所述步骤3中，所述积分控制算法为：