[发明专利]一种基于VSL的高速公路主线收费站速度控制方法

摘要

本发明提出一种基于VSL的高速公路主线收费站速度控制系统及其控制方法，包括站前区域、收费排队区域和若干缓冲减速区域，上述站前区域设有一获取出站交通量的感应线圈检测器，缓冲减速区域设有判定系统开启条件的视频检测器，缓冲减速区域根据控制条件分为若干段，每一段缓冲减速区域均设有一用于获得交通量的感应线圈检测器，每一感应线圈视频检测器均连接有一用于显示限速要求的显示牌，所有的感应线圈检测器、视频检测器和显示牌共同连接有执行控制活动的中央处理器。在高速公路主线收费站前过渡段设置该控制系统，不但可以疏导收费站处交通流，缓解交通拥堵，提高交通安全,还可收集交通信息，对后续的交通规划与管理具有十分重要的作用。

主权项

1.一种基于VSL的高速公路主线收费站速度控制方法，其特征在于，包括出站区域、收费区域和若干个缓冲减速区域，VSL通过车速控制进入每一个缓冲减速区域的交通量，从而缓解收费站拥堵，设置有两个视频检测器，上述视频检测器安装于收费站前的车道上方，检测控制区段的排队长度，作为用于判断VSL系统的启动的条件和控制路段限速牌开启的条件,视频检测器安装在收费站入口处和距离收费站入口2.5公里处，每一所述缓冲减速区域均设有一用于获得车流量的感应线圈检测器,每一所述感应线圈检测器均连接有一用于显示限速要求的显示牌，所有所述的检测器和显示牌共同连接有执行控制活动的中央处理器，缓冲减速区域设有十段，每段减速区域的长度为500m；包括以下步骤，步骤一，取出收费站后的500米作为出站区域，取收费站前5Km为缓冲减速的过渡段实施VSL控制，将整个过渡段以500m间隔划分为十个控制区段并编号；步骤二，VSL控制入口处，距收费站2.5公里处设置视频检测器实时抓拍道路检测区域的视频图像，进行数字化处理，依据分析检测区域的图像变化，判断交通流状况，根据收费站排队长度作为判断启动VSL控制区段的条件；步骤三，在每个控制区段中间各车道的道路路基段埋设一组感应线圈，每组有两个感应线圈，每组感应线圈与多通道车辆检测器相连,当车辆分别经过两个线圈时，由于线圈电感量的变化，使得检测卡输出电平，车辆的通过状态将被检测到，同时状态信号传输给车辆检测器，由其进行采集和计算；步骤四，中央处理器根据每个区段前埋置的感应线圈检测器，得出检测断面的车流量信息，根据实时交通条件动态预测指定时域该区段的限速值；步骤四的算法包括:S1、计算区段的交通密度；采用Papageorgiou模型对交通状况进行预测，首先将目标公路划分为长度为ΔL的N个等长子段，每个子段的长度应满足车辆在时间段t内不能通过一个子段，其中t表示离散交通流模型的时间间隔指标，对于每个子段i，平均密度由下述公式表示：其中K为i子段指定时域的密度，n为车道数，qi(t)为t时间内从i子段到i+1子段的过渡流率；S2、计算区段速度；平均速度表达式为：其中，V[Ki(t)]为基于密度得出的i分段上t时间段上的静态速度：其中，Uf为自由流速度，Kc为临界交通密度；S3、最优速度控制模型基于实际的交通条件，应用上述Papageorgiou宏观交通流模型预测指定时域的交通状态，并依此得到最优限速值，建立最优控制模型的关键是选择合适的目标函数，因为VSL的目的是增加交通流的速度，平缓速度变化，减少车辆停止次数并减小震荡波对交通条件的影响，因此选择下述最小速度方差作为控制模型的目标函数，通过优化该目标函数求得过渡段上的最佳限速值，其中Vave是过渡段的平均速度:步骤五，根据排队长度，开启距离排队队尾最近的两个控制区域的显示牌对该两个区段进行VSL控制，上述显示牌基于速度和精确度条件计算得出最优速度值，动态地修正显示的速度限制，驾驶员将直接通过显示牌得知限速要求，使得驾驶员对限速值有充分的反应时间并使车速达到限速值要求。