[发明专利]一种可变限速控制下交通流基本图的确定方法

摘要

一种可变限速控制下交通流基本图的确定方法。首先用感应式线圈连续采集各可变限速控制下快速道路上各桩号处的交通流量和密度。对所采集数据进行预处理后，采用最优线性拟合的方法拟合数据，分别得到针对不同可变限速控制状态下的交通流基本图。基于实时采集的交通流密度及可变限速控制状态，判断实时交通流状态，在相应可变限速控制状态下的交通流基本图上绘制对应的状态转移图。本发明弥补了之前交通流基本图绘制中没有针对可变限速控制下交通流特性进行分析的不足，针对可变限速控制下交通流数据进行专门分析，在交通流基本图中有效体现可变限速控制对交通流的影响机理，使基于可变限速控制的交通流基本图的可变限速控制策略发挥更大效益。

主权项

一种基于可变限速控制对交通流影响机理的可变限速控制下交通流基本图的确定方法，其特征是包括以下步骤：1)采集快速道路上不同可变限速控制状态下的交通流量和密度数据并初步处理数据得到基本数据库，具体步骤包括：101)选取采用动态可变限速控制下的快速道路路段，采集数据的时间跨度需要同时包含不采用可变限速控制和采用可变限速控制两个时间段；102)选定快速道路上某一桩号处设置感应式线圈检测器，以5分钟为周期循环检测记录通过检测器位置的每辆车的行驶速度、通过时间、车头时距和车辆长度等，同时在数据库中相应的产生车辆通过时刻可变限速控制状态作为当前记录的可变限速控制信息；103)从原始数据库中挑选天气状态良好和可视条件良好下的数据，其中，所述天气状态良好指无雨雾，所述可视条件良好指非夜间，再将数据按照无可变限速控制和不同可变限速值进行归类处理得到用于交通流基本图绘制的基本数据库；2)针对步骤1)中的可变限速控制下的交通流数据进行分析；分别统计不同控制状态下车辆车头时距分布、车速分布和驾驶员遵从情况，车头时距分布和车速分布的分析结果表明可变限速控制使驾驶员行为更一致、车头时距分布更均匀、交通流稳定性提高，同时，可变限速控制下车辆平均速度明显低于无控状态且限速值越低、平均速度越低，驾驶员遵从情况的分析是通过绘制不同控制状态下车辆行驶速度分布散点图，统计各控制状态下超速车辆比例，在绘制可变限速控制下交通流基本图时需要考虑实际驾驶员遵从度对基本图斜率的影响；3)将步骤1)中基本数据库中不同可变限速控制状态下的交通流数据记录绘制成密度流量图，分别得到不同可变限速控制状态下的关键密度值和最大流量值；其中，基于无可变限速控制下的交通流记录绘制得到的流量密度图可以得到关键密度d_C和通行能力Q，基于不同可变限速值下的交通流记录绘制得到的流量密度图可以得到各限速值下的关键密度d_VSL和对应限速值下的最大流量Q_VSL；4)基于步骤3)中得到的各可变限速控制状态下的关键密度值将相应交通流基本图划分为两部分：自由流枝和拥堵枝，再用步骤1)中得到的基本数据库分别对不同可变限速控制状态下的交通流基本图的自由流枝和拥堵枝分别拟合，得到每个交通流控制状态下交通流基本图的线性拟合图；5)采用步骤1)中设置的感应式线圈检测器检测当前时刻下的实时交通流行驶速度，计算超速车辆的比例用于衡量驾驶员实际遵从情况，基于检测到的驾驶员实际行驶速度，对步骤4)中拟合得到的完全遵从状态下可变限速控制的交通流基本图进行修正；6)采用步骤1)中设置的感应式线圈检测器检测当前时刻下的实时交通流密度，同时获取当前时刻对应的可变限速控制状态，依据当前可变限速控制状态及从步骤3)所得的各最大流量及关键密度数据，选择相应限速值下对应的最大流量及最大流量对应的关键密度值，依据以下公式判断当前时刻交通流状态：$Sact=\left\{\begin{array}{ccc}Sf,& if& dact\<dc\\ So,& if& dc\<dact\<dvsl\\ Soo,& if& dvsl\<dact\end{array}\right.---\left(1\right)$其中，Sact表示当前时刻交通流状态；Sf表示自由流状态；So表示轻微拥堵状态；Soo表示严重拥堵状态；d_act表示当前时刻交通流密度；d_C表示无可变限速控制下最大流量对应的关键密度；dvsl表示当前限速值下最大流量对应的关键密度；7)依据步骤6)中得到的当前时刻交通流状态，选择对应的交通状态转移图绘制方法，交通状态转移图基本构成为左侧的两条自由流枝和右侧的一条拥堵枝，两条自由流枝A枝和B枝分别对应驾驶员完全遵从限速值和考虑实际驾驶员遵从的两种情况，四种不同初始状态对应四种不同的交通状态转移图；具体地，首先，自由流状态下，当前交通状态处于自由流A枝范围内，初始状态1)为自由流状态下当前交通状态1下流量(q1)小于限速值所对应最大流量(Q_VSL)时，可变限速控制将交通状态1水平平移至与自由流B枝相交的交通状态1′；反之，初始状态2)为自由流状态下当前交通状态2下流量(q2)大于限速值所对应最大流量时，可变限速控制将交通状态2转变至自由流B枝和拥堵枝交点的交通状态2′；初始状态3)为轻微拥堵状态下，当前交通状态处于拥堵枝上介于自由流A、B枝与拥堵枝交点构成的线段范围内，当前交通状态3下流量(q3)大于限速值所对应最大流量时，可变限速控制将交通状态3转变至自由流B枝和拥堵枝交点的交通状态3′；初始状态4)为严重拥堵状态下，当前交通状态4下流量(q4)小于限速值所对应最大流量时，可变限速控制下交通状态不发生变化。