CN103093635B - 一种快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，在下坡段安装交通流检测器，在上坡端安装路侧可变信息提示板，利用拥堵波的传播速度计算选择快速道路凸形竖曲线路段上坡的最优限速值，实现了对驾驶员在快速道路凸形竖曲线路段视距不良条件下的可变速度控制，可以使驾驶员驶入凸形竖曲线路段前提前将车速降低至安全车速，从而预防由于下坡交通拥堵导致的追尾事故。此控制方法更贴合实际交通流特性且简便易实施，在预防快速道路凸形竖曲线路段视距不良条件下追尾事故方面具有广泛的工程价值和良好的应用前景。

Description

一种快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法

技术领域

本发明涉及交通安全和智能交通技术，尤其涉及一种可预防追尾事故的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法。

背景技术

随着我国快速道路通车里程数和机动车保有量迅速增长，道路交通安全形势日益严峻。快速道路凸形竖曲线路段常伴随视距不良的问题，当凸形竖曲线路段下坡出现拥堵时拥堵位置常处于上坡车辆驾驶员的视线盲区，导致驾驶员行驶过快速道路凸形竖曲线路段后才能发现下坡拥堵情况，同时凸形竖曲线路段下坡的拥堵会形成车辆排队并向上坡路段传播，进一步减少了上坡行驶而来的车辆与拥堵排队车辆的间距。当车辆间距不足以提供上坡行驶而来的车辆完成减速行为时，极易导致严重的追尾事故。而在我国快速道路事故统计中，较多追尾事故发生在凸形竖曲线路段等视距不良的条件下，表明快速道路凸形竖曲线路段的视距不良增加了追尾事故的风险。

目前我国在快速道路凸形竖曲线路段上坡缺乏针对下坡交通拥堵等特殊交通状况的预告与警示，缺乏对拥堵波会向上坡传播现象的考虑，这些技术缺陷导致快速道路转弯处追尾事故频发且事故严重程度较高。迫切需要采用智能交通控制技术来减少快速道路凸形竖曲线路段由于交通拥堵导致的追尾事故，以提高快速道路行车安全。

发明内容

发明目的：针对快速道路凸形竖曲线路段上坡驾驶员视距不良，无法察觉转弯下坡路段的交通拥堵，导致凸形竖曲线路段追尾事故频发的问题，本发明基于拥堵波传播交通流特征设计最优限速值计算算法，提供一种快速道路凸形竖曲线路段的可变限速控制方法，能够自动检测转弯下坡路段交通拥堵，并通过可变限速控制提前降低上坡路段车辆速度，从而预防快速道路凸形竖曲线路段由于视距不良导致的追尾事故，对提高快速道路上车辆行驶安全具有重要意义。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，包括如下步骤：

（1）确定快速道路凸形竖曲线路段下坡段发生拥堵时拥堵波的传播速度v_s；

（2）结合拥堵波的传播速度v_s，在快速道路凸形竖曲线路段上坡段设置路侧可变信息提示板，在快速道路凸形竖曲线路段下坡段设置交通流检测器；

（3）通过交通流检测器对快速道路凸形竖曲线路段下坡段的交通信息进行检测，并依据拥堵判定条件判断快速道路凸形竖曲线路段下坡段是否处于拥堵状态；

（4）若步骤（3）中的判断为是，则触发可变限速控制系统，即将可选的限速值按降序排列后依次带入最优限速值判定条件中计算，选取满足最优限速值判定条件的最大可选限速值为最优限速值并将该最优限速值通过路侧可变信息提示板显示。

一般可以通过指挥控制中心进行综合管制，交通流检测器将检测到的快速道路凸形竖曲线路段下坡段的交通流信息提供给指挥控制中心，指挥控制中心根据获得的信息计算出最优限速值并将最优限速值发送给路侧可变信息提示板，将优限速值显示给上坡车辆。

当快速道路凸形竖曲线路段下坡段发生拥堵时，会产生向快速道路凸形竖曲线路段上坡段传播的拥堵波，而拥堵波的传播速度v_s可根据相关交通流数据计算得到，优选的，所述步骤（1）中拥堵波的传播速度v_s为：

q_A·Δt+k_A·l=(v_B·Δt+l)·k_B

v_s=l/Δt=(q_A-q_B)/(k_B-k_A)

其中：q_A为自由流状态的交通流流量，单位为veh/s；k_A为自由流状态的交通流密度，单位为veh/m；q_B为拥堵状态的交通流流量，单位为veh/s；k_B为拥堵状态的交通流密度，单位为veh/m；v_B为拥堵状态的交通流速度，单位为m/s；l为A点与B点之间的距离，单位为m；Δt为拥堵状态从B点传播到A点的时间，单位为s；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h。

路侧可变信息提示板需要实现对上坡车辆给出提前控制信息，因此需要设置在快速道路凸形竖曲线路段上坡段，优选的，所述步骤（2）中，路侧可变信息提示板与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距L_b为：

$L_b=\frac{{(v_u/3.6)}^2-{(v_p/3.6)}^2}{{2a}_u}$

其中：v_u为快速道路凸形竖曲线路段上坡段实测车流速度的85%分位值，单位为km/h；v_p为快速道路凸形竖曲线路段最低限速值，单位为km/h；a_u为车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度，单位为m/s²；L_b为路侧可变信息提示板与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m。

车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度a_u需要考虑重力加速度g的影响，因此优选的，所述车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度a_u为：

a_u=a_p+g·sinθ_u

其中，a_u为车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度，单位为m/s²；a_p为车辆在平直路段减速时的加速度，单位为m/s²；g为重力加速度，单位为m/s²；θ_u为快速道路凸形竖曲线路段上坡段的坡角。

交通流检测器需要让指挥控制中心尽可能早地发现快速道路凸形竖曲线路段下坡段的拥堵状态，保证上坡车辆能在安全距离内完成制动过程，因此需要设置在快速道路凸形竖曲线路段下坡段，优选的，所述步骤（2）中，交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距L为：

$L=\frac{v\·\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{t}}{3.6}+\frac{{(v/3.6)}^2}{{2a}_d}+\frac{v_s}{3.6}\·(\frac{v/3.6-0}{a_d}+\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{t})$

其中：v为车辆在进入快速道路凸形竖曲线路段下坡段前匀速行驶速度，单位为km/h；为驾驶员制动反应时间，单位为s；a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h；L为交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m。

车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度a_d需要考虑重力加速度g的影响，因此优选的，所述车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度a_d为：

a_d=a_p-g·sinθ_d

其中：a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；a_p为车辆在平直路段减速时的加速度，单位为m/s²；g为重力加速度，单位为m/s²；θ_d为快速道路凸形竖曲线路段下坡段的坡角。

交通流检测器以一定频率对快速道路凸形竖曲线路段下坡段的交通信息进行检测，比如每30s检测一次各道路断面速度、车辆数及占有率数据等，并据此根据拥堵判定条件判断快速道路凸形竖曲线路段下坡段是否处于拥堵状态，优选的，所述步骤（3）中的拥堵判定条件为：

O_a>O_c或v_a<v_r

其中，O_a为快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流占有率检测值，百分比值；O_c为快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流占有率阈值，百分比值；v_a为快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流速度检测值，单位为km/h；v_r为快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流速度阈值，单位为km/h。

优选的，所述步骤（4）中最优限速值判定条件为：

$(\stackrel{-}{s}/3.6)\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t}+\frac{{(\stackrel{-}{s}/3.6)}^2}{{2a}_d}+(v_s/3.6)\&CenterDot;(\frac{(\stackrel{-}{s}/3.6)}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t})<L-(v_s/3.6)(t-\stackrel{-}{t})$

其中，为当前选择带入判定条件的可选的限速值，单位为km/h；为驾驶员制动反应时间，单位为s；a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h；L为交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m；t为当前时刻；为交通流检测器检测到拥堵状态时刻。

优选的，所述步骤（4）中可选的限速值包括120km/h、100km/h、80km/h、60km/h、和40km/h。

一般来说，拥堵波的传播速度v_s为一个参考值，需要对实际交通流数据进行多次计算获得；重力加速度g的取值一般为9.8m/s²；在对车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度a_u和车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度a_d计算过程中，使用到的车辆在平直路段减速时的加速度a_p是在天气晴朗无雨雪条件下的参考值；快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流占有率阈值O_c和快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流速度阈值v_r，是基于多组实际交通流数据的计算与判断得出的参考值。

有益效果：本发明提供的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，利用拥堵波的传播速度计算选择快速道路凸形竖曲线路段上坡段的最优限速值，实现了对驾驶员在快速道路凸形竖曲线路段视距不良条件下的可变速度控制，可以使驾驶员驶入凸形竖曲线路段前提前将车速降低至安全车速，从而预防由于下坡交通拥堵导致的追尾事故。

附图说明

图1为快速道路凸形竖曲线路段视距不良现象示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为拥堵排队状态向上坡传播过程示意图；

图4为快速道路凸形竖曲线路段的路侧可变限速板及交通流检测器位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为快速道路上凸形竖曲线路段的交通示意图，其中1为上坡车辆，2为下坡排队车辆，3为快速道路凸形竖曲线路的曲线中点，4为视距不良范围。上坡车辆1无法察觉快速道路上凸形竖曲线路段下坡段的交通拥堵情况，从而可能诱发严重的交通追尾事故。

本案基于拥堵波传播特性开发了快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，通过在快速道路上凸形竖曲线路段下坡段设置交通流检测器，实时自动获取交通流数据来判断快速道路上凸形竖曲线路段下坡段的交通流运行状态，当快速道路上凸形竖曲线路段下坡段处于拥堵状态，则对快速道路上凸形竖曲线路段上坡段采取可变限速控制，降低车辆的行驶速度，具体流程如图2所示，具体过程如下：

步骤一：依据拥堵波的传播特性确定快速道路凸形竖曲线路段下坡段发生拥堵时拥堵波的传播速度v_s

交通瓶颈是实际道路中常见的交通现象，瓶颈区内通行能力通常低于正常路段，当通行需求大于瓶颈区通行能力时，会在瓶颈起始位置产生排队现象，且排队拥堵会向上坡路段传播。交通瓶颈的产生可能有多种方式，例如车道变少、出口匝道、入口匝道、施工区、交通事件及事故等。当快速道路凸形竖曲线路段下坡段发生拥堵产生排队现象时，由拥堵波的传播特性可知快速道路凸形竖曲线路段下坡段的排队现象会随时间推移而向快速道路凸形竖曲线路段上坡段传播，即产生向上坡传播的冲击波（拥堵波）。拥堵排队状态向上坡传播过程如图3所示。快速道路凸形竖曲线路段下坡拥堵状态向上坡传播速度v_s的计算公式如下：

q_A.Δt+k_A·l=(v_B·Δt+l)·k_B

v_s=l/Δt=(q_A-q_B)/(k_B-k_A)

其中：q_A为自由流状态的交通流流量，单位为veh/s；k_A为自由流状态的交通流密度，单位为veh/m；q_B为拥堵状态的交通流流量，单位为veh/s；k_B为拥堵状态的交通流密度，单位为veh/m；v_B为拥堵状态的交通流速度，单位为m/s；l为A点与B点之间的距离，单位为m；Δt为拥堵状态从B点传播到A点的时间，单位为s；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h。

一般来说，拥堵波的传播速度v_s为一个参考值，需要对实际交通流数据进行多次计算获得。

步骤二：在快速道路凸形竖曲线路段上坡段设置路侧可变信息提示板，在快速道路凸形竖曲线路段下坡段设置交通流检测器

交通流检测器需要让指挥控制中心尽可能早地发现快速道路凸形竖曲线路段下坡段的拥堵状态，保证上坡车辆能在安全距离内完成制动过程，因此需要设置在快速道路凸形竖曲线路段下坡段；交通流检测器需要让指挥控制中心尽可能早地发现快速道路凸形竖曲线路段下坡段的拥堵状态，保证上坡车辆能在安全距离内完成制动过程，因此需要设置在快速道路凸形竖曲线路段下坡段。具体设定过程如下：

(a1)计算车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度a_u：

a_u=a_p+g·sinθ_u

计算车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度a_d：

a_d=a_p-g·sinθ_d

其中：a_p为车辆在平直路段减速时的加速度，单位为m/s²；g为重力加速度，单位为m/s²；θ_u为快速道路凸形竖曲线路段上坡段的坡角；θ_d为快速道路凸形竖曲线路段下坡段的坡角；a_u为车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度，单位为m/s²；a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²。

(a2)由于路侧可变信息提示板用于对快速道路凸形竖曲线路段上坡段车辆进行信息提示和速度控制，必须保证上坡车辆在发现下坡段拥堵状态以前就可以看见路侧可变信息提示板的提示信息。为保证驾驶员在快速道路凸形竖曲线路段曲线中点处可减速至限速值，路侧可变信息提示板需设置在凸形竖曲线路段曲线中点的上坡位置。路侧可变信息提示板与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距为：

$L_b=\frac{{(v_u/3.6)}^2-{(v_p/3.6)}^2}{{2a}_u}$

其中：v_u为快速道路凸形竖曲线路段上坡段实测车流速度的85%分位值，单位为km/h；v_p为快速道路凸形竖曲线路段最低限速值，单位为km/h；a_u为车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度，单位为m/s²；L_b为路侧可变信息提示板与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m。

(a3)从快速道路凸形竖曲线路段下坡段的交通流检测器发现拥堵现象到快速道路凸形竖曲线路段上坡段驶来的车辆发现拥堵被最被终止需要一段制动距离和制动时间，而在这段时间期内快速道路凸形竖曲线路段下坡段的拥堵状态将以拥堵波速度v_s向快速道路凸形竖曲线路段上坡段传播，所以计算分析快速道路凸形竖曲线路段下坡段交通流检测器的设置位置，其目的是保证从上坡段驶来的车辆在与下坡段传来的拥堵波相遇前能够完成制动过程，从而避免追尾事故的发生。由上述分析可知，交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距为：

L＝L_r+L_b+L_s

其中：L_r为驾驶员反应时间内车辆以减速前初速度近似匀速行驶的距离，单位为m；L_b为车辆制动距离，单位为m；L_s为从驾驶员观测到下坡拥堵到车辆完成制动过程中拥堵波的传播距离，单位为m。

对上式进行改写可以得到：

$L=\frac{v\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t}}{3.6}+\frac{{(v/3.6)}^2}{{2a}_d}+\frac{v_s}{3.6}\&CenterDot;(\frac{v/3.6-0}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t})$

其中：v为车辆在进入快速道路凸形竖曲线路段下坡段前匀速行驶速度，单位为km/h；为驾驶员制动反应时间，单位为s；a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h；L为交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m。

路侧可变信息提示板和交通流检测器的安装位置如图4所示。

步骤三：通过交通流检测器对快速道路凸形竖曲线路段下坡段的交通信息进行检测，并依据拥堵判定条件判断快速道路凸形竖曲线路段下坡段是否处于拥堵状态

(b1)通过交通流检测器每隔30s检测一次各道路断面速度、车辆数及占有率数据等信息，并检测信息送至指挥控制中心；

(b2)根据拥堵判定条件将检测信息与预设阈值相比较，当满足拥堵判定条件时则触发可变限速控制系统计算最优限速值进行动态速度控制；所述拥堵判定条件为：

O_a>O_c或v_a<v_r

其中，O_a为快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流占有率检测值，百分比值；O_c为快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流占有率阈值，百分比值；v_a为快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流速度检测值，单位为km/h；v_r为快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流速度阈值，单位为km/h。

快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流占有率阈值O_c和快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流速度阈值v_r，是基于多组实际交通流数据的计算与判断得出的参考值，当然也可以根据快速道路凸形竖曲线路段的实际交通流状况确定。

步骤四：可变限速控制系统对快速道路凸形竖曲线路段实时可变限速值计算并发布

当快速道路凸形竖曲线路段下坡段满足拥堵判定条件，则触发可变限速控制系统计算最优限速值进行动态速度控制，具体如下：

可选择的限速值包括120km/h、100km/h、80km/h、60km/h、和40km/h，将上述可选的限速值按降序排列后依次带入最优限速值判定条件中计算，其中最优限速值判定条件为：

$(\stackrel{-}{s}/3.6)\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t}+\frac{{(\stackrel{-}{s}/3.6)}^2}{{2a}_d}+(v_s/3.6)\&CenterDot;(\frac{(\stackrel{-}{s}/3.6)}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t})<L-(v_s/3.6)(t-\stackrel{-}{t})$

其中，为当前选择带入判定条件的可选的限速值，单位为km/h；为驾驶员制动反应时间，单位为s；a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h；L为交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m；t为当前时刻；为交通流检测器检测到拥堵状态时刻。

选取满足最优限速值判定条件的最大可选限速值为最优限速值并将该最优限速值通过路侧可变信息提示板显示。

下面结合实例对上述技术方案进行说明

首先，给出本发明中各个公式变量的参考值：

驾驶员制动反应时间车辆在平直路段减速时的加速度a_p=6m/s²，快速道路凸形竖曲线路段上坡段的坡角θ_u=15°，快速道路凸形竖曲线路段下坡段的坡角θ_d=15°，快速道路凸形竖曲线路段最低限速值v_p=60km/h，拥堵波的传播速度v_s=15km/h，快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流占有率阈O_c=20%，快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流速度阈值v_r=100km/h

计算车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度a_u为：

a_u=a_p+g·sinθ_u=6+9.8·sin15°=8.54

计算车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度a_d为：

a_d=a_p-g·sinθ_d=6-9.8·sin15°=3.46

若某快速道路转弯路段现有数据显示该快速道路弯转路段上游实测车流速度的85%分位值v_u=120km/h，则可计算路侧可变信息提示板与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距L_b为：

$L_b=\frac{{(v_u/3.6)}^2-{(v_p/3.6)}^2}{{2a}_u}=\frac{{(110/3.6)}^2-{(60/3.6)}^2}{2\&times;8.54}=38.40$

因此，在该快速道路凸形竖曲线路段的曲线中点前约40m处设置路侧可变信息提示板。

假设车辆在进入快速道路凸形竖曲线路段下坡段前匀速行驶速度v=120km/h，则可计算交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距L为：

$L=\frac{v\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t}}{3.6}+\frac{{(v/3.6)}^2}{{2a}_d}+\frac{v_s}{3.6}\&CenterDot;(\frac{v/3.6-0}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t})$

$=\frac{120.2}{3.6}+\frac{{(120/3.6)}^2}{2\&CenterDot;3.46}+\frac{15}{3.6}\&CenterDot;(\frac{120/3.6-0}{3.46}+2)$

$=275.71$

因此，在该快速道路凸形竖曲线路段的曲线中点后约280m处设置交通流检测器。

假设某日上午9:30:09时刻，从交通流检测器实时获取的快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流占有率检测值O_a＝23.8%和快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流速度检测值v_a=87km/h时，拥堵判定如下：

23.8>20且87<100

故快速道路凸形竖曲线路段下坡段交通拥堵，触发可变限速控制系统，可变限速控制系统被触发后：

在9:30:30时刻选择限速值120km/h带入计算：

$(\stackrel{-}{s}/3.6)\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t}+\frac{{(\stackrel{-}{s}/3.6)}^2}{{2a}_d}+(v_s/3.6)\&CenterDot;(\frac{(\stackrel{-}{s}/3.6)}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t})<L-(v_s/3.6)(t-\stackrel{-}{t})$

计算结果为242.37>150.71，故120km/h不符合最优限速值判定条件；

在9:30:30时刻选择限速值100km/h带入计算：

$(\stackrel{-}{s}/3.6)\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t}+\frac{{(\stackrel{-}{s}/3.6)}^2}{{2a}_d}+(v_s/3.6)\&CenterDot;(\frac{(\stackrel{-}{s}/3.6)}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t})<L-(v_s/3.6)(t-\stackrel{-}{t})$

计算结果为181.06>150.71，故100km/h不符合最优限速值判定条件；

在9:30:30时刻选择限速值80km/h带入计算：

$(\stackrel{-}{s}/3.6)\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t}+\frac{{(\stackrel{-}{s}/3.6)}^2}{{2a}_d}+(v_s/3.6)\&CenterDot;(\frac{(\stackrel{-}{s}/3.6)}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{-}{t})<L-(v_s/3.6)(t-\stackrel{-}{t})$

计算结果为128.68<150.71，故80km/h符合最优限速值判定条件。

最后，指挥控制中心可通过路侧可变信息提示板发布“当前快速道路限速值为80km/h”。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)确定快速道路凸形竖曲线路段下坡段发生拥堵时拥堵波的传播速度v_s；

(2)结合拥堵波的传播速度v_s，在快速道路凸形竖曲线路段上坡段设置路侧可变信息提示板，在快速道路凸形竖曲线路段下坡段设置交通流检测器；

(3)通过交通流检测器对快速道路凸形竖曲线路段下坡段的交通信息进行检测，并依据拥堵判定条件判断快速道路凸形竖曲线路段下坡段是否处于拥堵状态；

(4)若步骤(3)中的判断为是，则触发可变限速控制系统，即将可选的限速值按降序排列后依次带入最优限速值判定条件中计算，选取满足最优限速值判定条件的最大可选限速值为最优限速值并将该最优限速值通过路侧可变信息提示板显示；

所述步骤(1)中拥堵波的传播速度v_s为：

q_A·Δt+k_A·l＝(v_B·Δt+l)·k_B

v_s＝l/Δt＝(q_A-q_B)/(k_B-k_A)

其中：q_A为自由流状态的交通流流量，单位为veh/s；k_A为自由流状态的交通流密度，单位为veh/m；q_B为拥堵状态的交通流流量，单位为veh/s；k_B为拥堵状态的交通流密度，单位为veh/m；v_B为拥堵状态的交通流速度，单位为m/s；l为A点与B点之间的距离，单位为m；Δt为拥堵状态从B点传播到A点的时间，单位为s；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h；

所述步骤(4)中最优限速值判定条件为：

$(\stackrel{\&OverBar;}{s}/3.6)\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t}+\frac{{(\stackrel{\&OverBar;}{s}/3.6)}^2}{2a_d}+(v_s/3.6)\&CenterDot;(\frac{(\stackrel{\&OverBar;}{s}/3.6)}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t})<L-(v_s/3.6)(t-\stackrel{\&OverBar;}{t})$

其中，为当前选择带入判定条件的可选的限速值，单位为km/h；为驾驶员制动反应时间，单位为s；a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h；L为交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m；t为当前时刻；为交通流检测器检测到拥堵状态时刻。

2.根据权利要求1所述的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，路侧可变信息提示板与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距L_b为：

$L_b=\frac{{(v_u/3.6)}^2-{(v_p/3.6)}^2}{2a_u}$

其中：v_u为快速道路凸形竖曲线路段上坡段实测车流速度的85％分位值，单位为km/h；v_p为快速道路凸形竖曲线路段最低限速值，单位为km/h；a_u为车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度，单位为m/s²；L_b为路侧可变信息提示板与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m。

3.根据权利要求2所述的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，其特征在于：所述车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度a_u为：

a_u＝a_p+g·sinθ_u

其中，a_u为车辆在快速道路凸形竖曲线路段上坡段减速时的加速度，单位为m/s²；a_p为车辆在平直路段减速时的加速度，单位为m/s²；g为重力加速度，单位为m/s²；θ_u为快速道路凸形竖曲线路段上坡段的坡角。

4.根据权利要求1所述的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距L为：

$L=\frac{v\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t}}{3.6}+\frac{{(v/3.6)}^2}{{2a}_d}+\frac{v_s}{3.6}\&CenterDot;(\frac{v/3.6-0}{a_d}+\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{t})$

其中：v为车辆在进入快速道路凸形竖曲线路段下坡段前匀速行驶速度，单位为km/h；为驾驶员制动反应时间，单位为s；a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；v_s为拥堵波的传播速度，单位为km/h；L为交通流检测器与快速道路凸形竖曲线路的曲线中点间距，单位为m。

5.根据权利要求4所述的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，其特征在于：所述车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度a_d为：

a_d＝a_p-g·sinθ_d

其中：a_d为车辆在快速道路凸形竖曲线路段下坡段减速时的加速度，单位为m/s²；a_p为车辆在平直路段减速时的加速度，单位为m/s²；g为重力加速度，单位为m/s²；θ_d为快速道路凸形竖曲线路段下坡段的坡角。

6.根据权利要求1所述的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中的拥堵判定条件为：

O_a＞O_c或v_a＜v_r

其中，O_a为快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流占有率检测值，百分比值；O_c为快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流占有率阈值，百分比值；v_a为快速道路凸形竖曲线路段下坡段实时交通流速度检测值，单位为km/h；v_r为快速道路凸形竖曲线路段下坡段拥堵状态交通流速度阈值，单位为km/h。

7.根据权利要求1所述的快速道路凸形竖曲线路段可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中可选的限速值包括120km/h、100km/h、80km/h、60km/h、和40km/h。