[发明专利]一种预防局部交通拥堵的高速公路入口分流及流量协同控制方法

摘要

本发明是一种预防局部交通拥堵的高速公路入口分流及流量协同控制方法，包括步骤：首先获取高速公路上出入口交通需求信息，之后计算不同时刻每一个出入口相邻路段内的交通需求量，并对整个高速公路上每个断面交通需求和通行能力进行分析，判断每一个路段交通流是否达到过饱和。针对交通需求大于通行能力的路段，根据交通需求分布，通过电子信息板对于即将进入收费站车辆进行预分流，对于上游各入口收费站的栏杆起落周期进行控制，通过核心控制策略来调节各入口最优交通量。本发明对于高速公路局部路段频繁出现交通拥堵情况下的拥堵预防和流量控制具有良好效果，在我国高速公路智能交通管控方面具有广泛的应用范围和良好的应用前景。

主权项

1.一种预防局部交通拥堵的高速公路入口分流及流量协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取每天不同时间段的高速公路出入口交通需求信息，得到不同时段高速公路每一个出入口相邻路段内的交通需求量；取某一时段内经过某一路段的所有交通量的和为这一时段该路段的交通需求量；(2)计算高速公路每一个出入口相邻路段内的通行能力，并对整个高速公路上每个断面交通需求和通行能力进行分析，分析各路段交通需求是否过饱和；若某一路段交通需求大于通行能力，则该路段通行能力不足；反之，则该路段交通需求未达到通行能力；高速公路每一个出入口相邻路段内的通行能力，计算如下：CD＝Msvi×N1×fw×fHV×fp×fkMsvi＝CB·(V/C)i式中：CD为高速公路单向车行道设计通行能力，单位为pcu/h；Msvi为第i级服务水平的最大服务交通量，单位为pcu/h；N1为单向车行道的车道数；fw为车道宽度和侧向净宽对通行能力的修正系数；fHV为大型车对通行能力的修正系数；fp为驾驶员条件对通行能力的修正系数；fk为基于拥堵路段监控视频数据获取的通行能力修正系数；CB为基本通行能力，单位为pcu/h；(V/C)i为第i级服务水平最大服务交通量V与第i级服务水平基本通行能力C的比值；所述基本通行能力指的是高速公路一条车道一小时所能通行的最大交通量；(3)对高速公路整体路段进行划分：根据所述步骤(1)和(2)中得到的高速公路每一出入口相邻路段交通需求与通行能力的大小，找出所有拥堵路段，确定最关键拥堵路段；以交通需求与通行能力比值最大的路段为最关键拥堵路段，以最关键拥堵路段上游收费站为分界点，将高速公路分为不同区段；(4)各收费站以所述步骤(3)中的分界点以及车辆行驶的终点为区分不同行驶方向，将分界点方向表示为DIR1，终点方向表示为DIR2；通过电子信息板将即将进入收费站的车辆进行预分流；入口收费站根据各方向交通需求量大小分配收费口数量，电子信息板提示车辆不同行驶方向信息，引导驾驶员根据提示信息选择相应的收费口通过收费站；具体如下：(41)计算收费站s总交通需求量，即为所有以s为起点的交通量的和：其中，Ds为收费站s处总交通需求量；dsj为起点为收费站s，终点为j的交通需求量；(42)根据步骤(1)所得的不同时间段的高速公路出入口交通需求信息，取所有以收费站s为起点且终点在s、DIRi之间或终点为DIRi的所有交通量的和为该时段收费站s处DIRi方向的交通需求量；若s为DIR1、DIR2之间的任一收费站，则只需计算该收费站处DIR2方向的交通需求量；计算公式为：其中，Ds，DIRi为收费站s处行驶方向为DIRi的交通需求量；dsj为起点为收费站s终点为i的交通需求量；i＝1或2；(43)根据各收费站不同方向的交通需求量，按比例分配各收费站DIR1、DIR2行驶方向的收费口数目，计算公式为：其中，Nsi为收费站s处行驶方向为DIRi的分配的收费口数目；Ns为收费站s处总收费口数目；Ds为收费站s处总交通需求量；(5)针对最关键拥堵路段，以该路段的通行能力为基准，计算该时间段内所有经过最关键拥堵路段的各OD量的最优交通量，根据交通量大小及收费口数目，计算上游各收费站每个收费口最优车辆通过率；最优交通量即在一定道路和交通条件下，道路某一路段单位时间内可以通过的最大车辆数，取最关键路段的通行能力为该路段的最优交通量；其中，所有经过最关键拥堵路段的各OD量指的是以高速公路各出入口为起点、终点且经过最关键拥堵路段的交通需求量；根据最关键拥堵路段的通行能力及所有经过该路段的各OD量所占比重计算各OD量的最优交通量；具体过程如下：(51)计算高速公路上各收费站不同方向的最优交通量，计算方法如下：①定义最关键拥堵路段mn，最优交通量为Cmn；对于任意路段ij，当ij路段不包括最关键拥堵路段时，不需要对收费站i的车辆通过率进行调整；当ij段包括最关键路段时，对该收费站车辆通过率进行调整，计算公式为：其中，ds为收费站s处行驶方向为DIR2的交通需求量；ds′为收费站s处行驶方向为DIR2的调整后的交通需求量；dsj为起点为收费站s，终点为j的交通需求量；Dmn为mn路段的交通需求量；则收费站s处行驶方向为DIR2的调整后的交通需求量为②若高速公路路段有多个路段拥堵，则所述步骤①调整完各交通需求量后，对调整后的交通需求量进行分析，计算其他拥堵路段调整后的交通需求量，分析是否满足该路段通行能力；若已满足该路段通行能力，则不需调整；对于仍不满足通行能力的路段按步骤①对该路段上游收费站交通量进行调整；具体方法为：若拥堵路段在通行车辆出发起点和DIR1之间，按步骤①调整拥堵路段上游收费站行驶方向为DIR1的交通量；若拥堵路段在DIR1和DIR2之间，按步骤①调整拥堵路段上游收费站行驶方向为DIR2的交通量；(52)计算各收费口最优车辆通过率：所述步骤(51)得到各收费站各方向最优交通量，根据各收费站不同方向收费口数目计算出不同方向单个收费口最优车辆通过率，计算公式为：其中，Rs，DIRi为收费站s处行驶方向为DIRi的单个收费口最优车辆通过率；Nsi为收费站s处行驶方向为DIRi的收费口数目；ds′为收费站s处调整后的行驶方向为DIRi的交通需求量；(6)定义收费口起落杆两次抬起的时间差为控制周期，根据步骤(5)计算得到的收费口最优车辆通过率，计算得到起落杆的最优控制周期；计算公式为：其中，Ts，DIRi为该时段收费站s处DIRi方向收费口起落杆最优控制周期；Rs，DIRi为收费站s处DIRi方向单个收费口最优车辆通过率；(7)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，进入下一个周期时段，重复步骤(3)至步骤(6)的过程，完成下一个周期时段收费口车辆通过率的最优化控制。