一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，属于高速公路交通控制技术领域，以交通拥堵指数和饱和度为判别指标，在对高速公路交通运行状态分析判别分级的基础上，采取“可变限速控制+应急车道管控+匝道协调控制+上游远端截流控制”的分级多组合方式协同管控方法。本发明专利技术可针对不同交通运行状态，采取不同的交通管控策略，以适应不同条件下的交通运行管控需求，使得交通管控更有针对性，减少盲目失效管控，提高交通运行管控效率，提高路段/路网交通通行能力及服务水平，缓解局部路段/路网交通拥堵。解局部路段/路网交通拥堵。解局部路段/路网交通拥堵。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法


[0001]本专利技术涉及高速公路交通控制
，更具体的说是涉及一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法。

技术介绍

[0002]目前交通运输主干网络形成并达到一定规模，但是，随着机动车保有量持续增长，依然存在节假日拥堵严重、交通事故频发问题，尤其是在施工、事故、不良天气等环境下，这些问题都被一一放大，严重影响了高速公路的服务水平。
[0003]高速公路交通运行状态是一个动态变化的过程，及时掌握高速公路交通运行状态，并采取及时有效的管控措施，在一定程度上可以缓解交通拥堵，降低交通事故率，提高路网通行能力。现阶段的高速公路管控策略主要考虑动态限速控制、匝道控制及两者的协同控制，通过对可变限速和匝道控制模型的优化，已能实现平滑主线交通流和实时控制匝道的目的。然而，大多数协同管控策略的研究缺少针对性，较少根据不同事件的影响程度详细划分管控等级，协同管控策略的内容较单一，使得管控措施在实际应用中的效率和适应性还有所欠缺。
[0004]因此，提出一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，提高不同条件下高速公路交通运行的管控能力，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，通过判断交通状态，将交通运行状态分级，根据交通状态采取分级、多方式组合的协同管控策略以适应不同条件下的交通运行管控需求，提高交通运行管控效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取待测高速公路路段交通流数据，计算待测路段的交通拥堵指数和饱和度；
[0009]基于现有高速通行车流速度，计算交通拥堵指数γ
p
(t)，计算方式如下：
[0010][0011]式中：γ
p
(t)为在地点p的t时刻对应时段的交通拥堵指数；v
p
(t)为在地点p的t时刻的实际行驶速度；为在地点p的t时刻的自由流行驶速度。
[0012]饱和度是常用的反映道路拥挤程度的综合指标，它是道路流量与实际通行能力的比值。计算公式为：
[0013][0014]其中，Q
j
是第j个观测路段断面交通量观测值或统计值，单位：辆/单位时间；C
j
是第
j个观测路段的基准通行能力。
[0015]S2、将所述交通拥堵指数和饱和度作为待测路段的交通态势评价指标，分别划分高速公路拥堵等级和饱和度等级，对交通运行状态进行分级；
[0016]S3、根据交通运行状态分级情况，制定包括主线动态可变限速控制策略、应急车道管控策略、匝道控制策略和上游远端截流管控策略的多方式组合分级管控策略，对不同程度的交通拥堵进行管控疏导。
[0017]优选的，所述可变限速控制策略通过综合事故率最小化模型确定不同交通状态下动态限速标志的限速值，包括：
[0018]所述综合事故率最小化模型基于流量、速度、速度差和大车率建立，公式如下：
[0019][0020][0021]其中，交通量—事故率模型：
[0022]速度—事故率模型：
[0023]速度差—事故率模型：f3＝0.2078e
0.014Δv
，Δv＝v
i
‑
v
i
‑1；
[0024]大车率—事故率模型：
[0025]式中，v
i
为第i个动态限速子区的限速值；q
i
为第i个动态限速子区的交通量；x
i
为第i个动态限速子区的大车率；n为动态限速标志的布设数目，可取4；Δv可取10km/h。β1，β2，β3，β4分别为各子事故率模型所占权重，其值通过各模型的决定系数的关系加权所得，根据各事故率曲线关系及其相应的函数拟合结果可得β1＝0.274，β2＝0.225，β3＝0.232，β4＝0.269。
[0026]优选的，所述应急车道管控策略通过动态应急车道开放决策模型确定应急车道开放阈值；
[0027]为了确定合理的应急车道开放阈值，基于高速历史交通拥堵数据，利用路段信息采集设备采集的易发拥堵路段处的速度、流量及占有率数据，确定应急车道开发阈值，主要包括以下三个步骤：
[0028](1)评估拥堵点的拥堵现象：确定交通拥堵现象发生模式，量化时空上的拥堵程度；确定交通拥堵现象发生模式主要就是基于历史数据分析确定发生拥堵时/前的流量、速度、占有率等信息，分析拥堵演化规律，为应急车道动态管控策略实施提供支撑和参考。
[0029](2)评估拥堵概率：基于历史数据，在拥堵瓶颈点应用概率方法来识别拥堵事件并量化拥堵时间出现时的交通流量；
[0030](3)估计初始决策阈值：基于交通流量及速度数据进行计算确定应急车道开放阈值。
[0031]通过计算当前的交通拥堵指数与所述应急车道开放阈值进行比较分析，判别交通拥堵状态，做出应急车道管控决策。
[0032]在设定应急车道开放阈值后，由上述交通拥挤指数可判断道路的拥堵情况，即与
阈值相比较从而判断是畅通或者拥堵，但该计算结果仅为交通流判定的初步状态，可能存在一定的误判。为保证分析结论的稳定性及准确性，通常需要检测维持其持续性，利用下式可确立更为准确的评判。
[0033][0034]式中，为在地点p的t时刻的交通拥挤程度评判值，1代表畅通状态，2代表拥堵状态；I
p
(t)为在地点p的t时刻单次交通拥堵程度评判值，1代表畅通状态，2代表拥堵状态；g为设定的检测次数。
[0035]所述单次交通拥堵程度评判值根据当前交通拥堵指数与应急车道开放阈值的比较结果得到，当前交通拥堵指数超过应急车道开放阈值时，判定为拥堵，此时单次交通拥堵程度评判值为2；反之则为1。
[0036]优选的，所述匝道控制策略包括以下步骤：
[0037]S331、检测器采集主线和匝道到达流量、匝道排队长度；
[0038]S332、计算瓶颈上游2个紧邻互通立交或收费站汇入主线的匝道流量与主线流量之比；
[0039]S333、判断瓶颈上游2个紧邻立交或收费站汇入主线的匝道数n小于等于匝道数阈值a是否成立；若成立，则对所有匝道进行管控；若不成立，则对流量比前a个匝道进行管控，匝道数阈值a可取3；
[0040]S334、通过ALINEA/Q算法计算匝道控制率，进行匝道控制；
[0041]S335、根据交通运行状态判别决定是否加强进一步强化管控。
[0042]优选的，所述ALINEA/Q算法增加匝道控制长度，使匝道上的最大排队车辆不超过匝道最大排队长度w
′
，算法如下：
[0043]r(k)＝r(k
‑
1)+K
R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取待测高速公路路段交通流数据，计算待测路段的交通拥堵指数和饱和度；S2、将所述交通拥堵指数和饱和度作为待测路段的交通态势评价指标，分别划分高速公路拥堵等级和饱和度等级，对交通运行状态进行分级；S3、根据交通运行状态分级情况，制定包括主线动态可变限速控制策略、应急车道管控策略、匝道控制策略和上游远端截流管控策略的多方式组合分级管控策略，对不同程度的交通拥堵进行管控疏导。2.根据权利要求1所述的一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，其特征在于，所述可变限速控制策略通过综合事故率最小化模型确定不同交通状态下动态限速标志的限速值，包括：所述综合事故率最小化模型基于流量、速度、速度差和大车率建立，公式如下：所述综合事故率最小化模型基于流量、速度、速度差和大车率建立，公式如下：其中，交通量—事故率模型：速度—事故率模型：速度差—事故率模型：f3＝0.2078e
0.014Δv
,Δv＝v
i
‑
v
i
‑1；大车率—事故率模型：式中，v
i
为第i个动态限速子区的限速值；q
i
为第i个动态限速子区的交通量；x
i
为第i个动态限速子区的大车率；n为动态限速标志的布设数目；β1，β2，β3，β4分别为各子事故率模型所占权重，通过各模型的决定系数的关系加权所得。3.根据权利要求1所述的一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，其特征在于，所述应急车道管控策略通过计算当前的交通拥堵指数与应急车道开放阈值进行比较分析，判别交通拥堵状态，做出应急车道管控决策。4.根据权利要求3所述的一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，其特征在于，所述应急车道开放阈值通过动态应急车道开放决策模型确定，过程如下：(1)评估拥堵点的拥堵现象：确定交通拥堵现象发生模式，量化时空上的拥堵程度；(2)评估拥堵概率：基于历史数据，在拥堵瓶颈点应用概率方法来识别拥堵事件并量化拥堵时间出现时的交通流量；(3)基于交通流量及速度数据进行计算确定应急车道开放阈值。5.根据权利要求3所述的一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，其特征在于，判别交通拥堵状态还包括：当前交通拥堵指数与应急车道开放阈值进行比较分析进一步计算交通拥挤程度评判值，计算公式如下：
式中，为在地点p的t时刻的交通拥挤程度评判值，1代表畅通状态，2代表拥堵状态；I
p
(t)为在地点p的t时刻单次交通拥堵程度评判值，1代表畅通状态，2代表拥堵状态；g为设定的检测次数；所述单次交通拥堵程度评判值根据当前交通拥堵指数与应急车道开放阈值的比较结果得到，当前交通拥堵指数超过应急车道开放阈值时，判定为拥堵，此时单次交通拥堵程度评判值为2；反之则为1。6.根据权利要求1所述的一种基于交通运行状态分级的高速公路协同管控方法，其特征在于，所述匝道控制策略包括以下步骤：S331、检测器采集主线和匝道到达流量、匝道排队长度；S332、计算瓶颈上游两个紧邻互通立交或收费站汇入主线的匝道流量与主线流量之比；S333、判断瓶颈上游两个紧邻立交或收费站汇入主线的匝道数n小于等于匝道数阈值a是否成立；若成立，则对所有匝道进行管控；若不成立，则对流量比前a个匝道进行管控；S334、通过ALINEA/Q算法计算匝道控制率，进行匝道控制；S335、根据交通运行状...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺静，罗石贵，安泽萍，黄群龙，孟虎，郭沛，魏云凤，闫梦如，
申请(专利权)人：中咨数据有限公司，
类型：发明
国别省市：