CN104794919A - 一种多车道高速公路车道资源实时优化配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，包含采集交通数据、确定当量交通量、计算饱和度、客货分离确定、配置车道资源、分道限速确定和实时信息发布七个步骤。该方法通过实时采集和分析高速公路不同车型的流量数据，判断是否需要对高速公路进行客货分离，并确定客货分离和客货不分离两种情况下的车道限速措施，形成实时的车道资源配置方案。本发明通过对高速公路车道资源实时分配和控制，减少由于客货混行引起的安全问题，最大限度的发挥不同车型的速度优势，提高高速公路的通行效率。

Description

一种多车道高速公路车道资源实时优化配置方法

技术领域

本发明涉及公路规划设计及公路交通运行与组织技术领域，尤其涉及一种多车道高速公路车道资源实时优化配置方法。

背景技术

高速公路区别于一般的公路具有行车速度快、通行能力大等优点。随着我国交通运输事业的迅猛发展，高速公路的建设力度不断提升交通量也随之增长。然而近年来，高速公路交通流组成中的货车比例也在不断增加，使得高速公路承载的车辆不断向大型化和重型化的方向发展，造成客货车之间的冲突与矛盾越来越明显。在客货混行情况下，客车和货车的车辆性能存在较大的差异，与客车相比，货车尤其是大型货车存在着载重大、车速慢、加减速能力和爬坡能力均较差的特点，使得货车长期占用道路资源，造成货车后面运行的客车不得不降低速度跟驰行驶，形成“移动瓶颈”；若后面运行的客车为能够快速行驶，必须进行超车，这样会造成频繁的换道，存在一定的安全隐患。在现有客货混行道路上，客车与货车随意转换车道、频繁超车或发生机械故障等情况也时有发生。客货混行会带来交通事故率高、通行效率低下和交通运输现代化管理不便等问题。因此，对高速公路进行客货分离显得格外重要。

由于客货混行无法满足高速公路高效、快捷、安全的运输需求，客货分离逐渐成为一种发展趋势。客货分离是指在道路运输中根据车辆类型和车速限制建立相对独立的行驶车道，改变客车与货车的混行模式，将客车与货车分道行驶。随着高速公路交通量的持续增加和货车比例的不断上升，国内外研究表明，对高速公路实施客货分离可以使客车与货车各行其道，降低客货车之间的相互干扰，提高行车速度和通行效率，充分发挥了高速公路的运输能力。

目前，我国多数高速公路从规划、设计到运营管理均采用客货混行，虽然部分高速公路设有大型车、小型车的车道标志牌，但这一管理方式仍然无法有效地实现客货交通分离。此外，我国在动态交通流的调节方面尚未进行深入的研究，以至于高速公路缺乏交通压力自身调控能力，交通流在组成和数量上稍稍发生变化就有可能产生交通拥堵、交通事故频发等问题。经过发明人的长期研究发现，对多车道高速公路进行监控管理设施建设很有必要，通过对高速公路进行客货分离，实时发布车道资源配置方案，合理地诱导交通流，能够在很大程度上提高高速公路的通行效率。

发明内容

针对现有技术由于高速公路客货混行、缺乏实时动态的高速公路管控措施而引发的安全隐患大和运行效率低的问题，本发明提供了一种多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，对高速公路进行客货分离，并通过可变信号板实时发布车道配置方案和分道限速措施，合理诱导交通流的运行，从而提升高速公路车辆通行安全和通行效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，包括以下步骤：A)采集交通数据步骤、B)确定当量交通量步骤、C)计算饱和度步骤、D)客货分离确定步骤、E)配置车道资源步骤、F)确定分道限速确定步骤和G)实时信息发布步骤。

A、采集高速公路交通数据；

所述交通数据包括：高速公路单向车道数量N，N为自然数；高速公路每间隔t分钟统计的小客车交通量大客车交通量小货车交通量中型货车交通量大货车交通量拖挂车交通量其中i为统计的间隔每t分钟数量，且i为大于零的整数，交通量和的单位取辆，高速公路单车道实际通行能力C，其中，交通量以及C的单位为pcu/h/ln。

B、根据所采集的交通数据确定当量交通量，包括：

B1)根据和计算混合车辆标准车小汽车当量交通量总量Q；

B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N；

B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c；

B4)根据和计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t；

B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V；

C、计算饱和度，包括：

C1)根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S；

C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c；

C3)根据Q_t和C计算货车饱和度S_t；

D、根据单车道平均饱和度S和客货车当量交通量比V，对客货车是否需要分离进行判断，若客货车分离，则进入步骤E，否则进入步骤F；

E、执行车道资源配置策略；

F、分道限速确定；

所述分道限速确定包括：F1)客货车不分离时的分道限速确定；F2)客货分离时的分道限速确定；

G、实时发布车道配置策略和分道限速信息。

进一步地，所述步骤B中B1)根据和计算混合车辆标准车小汽车当量交通量总量Q，如下式所示：

$Q=q_1^i\×E_1+q_2^i\×E_2+q_3^i\×E_3+q_4^i\×E_4+q_5^i\×E_5+q_6^i\×E_6---\left(1\right)$

其中，E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆分别为小客车、大客车、小货车、中型货车、大货车和拖挂车的车辆换算系数；

B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N，如下式所示：

$Q_N=\frac{Q}{N}---\left(2\right)$

B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c，如下式所示：

$Q_c=q_1^i\×E_1+q_2^i\×E_2---\left(3\right)$

B4)根据和计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t，如下式所示：

$Q_t=q_3^i\×E_3+q_4^i\×E_4+q_5^i\×E_5+q_6^i\×E_6---\left(4\right)$

B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V，如下式所示：

$V=\frac{Q_c}{Q_t}---\left(5\right)$

进一步地，所述步骤C中C1)中根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S，如下式所示：

$S=\frac{Q}{N\×C}---\left(6\right)$

C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c，如下式所示：

$S_c=\frac{Q_c}{C}---\left(7\right)$

C3)根据Q_t和C计算货车饱和度S_t，如下式所示：

$S_t=\frac{Q_t}{C}---\left(8\right)$

进一步地，所述步骤D中客货车是否需要分离的判断具体为：

D1)当高速公路单车道平均饱和度S＜0.5，无论客货车当量交通量比V取任何值，客货车不进行分离；

D2)当高速公路单车道平均饱和度S≥0.5，且客货车当量交通量比V＞5.67或V＜0.17时，客货车不进行分离；

D3)当高速公路单车道平均饱和度S≥0.5，且客货车当量交通量比0.17≤V≤5.67时，客货进行分离；

客货车进行分离情况下，则进入步骤E，否则进入步骤F；

进一步地，所述步骤E中车道资源配置策略执行具体为：

E1)计算客车车道的个数，如下式所示：

计算货车车道的个数，如下式所示：

计算客货混行车道的个数，如下式所示：

其中，和为结果向下取整；

E2)车道资源配置如下：

1)高速公路单向车道由内至外从第1个车道至第N₁个车道设置为客车车道；

2)高速公路单向车道由内至外从第N₁+1个车道至第N-N₂个车道设置为客货混行车道；

3)高速公路单向车道由内至外从第N-N₂+1个车道至第N个车道设置为货车车道。

客车车道只允许行驶小客车和大客车，货车车道只允许行驶小货车、中型货车、大货车和拖挂车，客货混行车道可以行驶客车和货车，尤其是速度较慢的客车或是速度较快的货车。

进一步地，所述步骤F中F1)客货车不分离时的分道限速确定，具体为：

1)设置三组不同的分车道限速措施：

a)将最内侧车道限速值设置为120～100km/h，将中间车道限速值设置为120～80km/h，将最外侧车道限速值设置为120～60km/h；

b)将最内侧车道限速值设置为120～100km/h，将中间车道限速值设置为100～80km/h，将最外侧车道限速值设置为80～60km/h；

c)将最内侧车道限速值设置为120～60km/h，将中间车道限速值设置为100～60km/h，将最外侧车道限速值设置为80～60km/h；

2)分车道限速措施的选择：

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量0≤Q_N＜400pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V＞4时，选择a)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量0≤Q_N＜400pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V≤4时；或者当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V＞4时；选择b)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V≤4时，选择c)组分车道限速措施。

进一步地，所述步骤F中F2)客货车分离时的分道限速确定，具体为：

1)设置三组不同的分车道限速措施：

d)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～80km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

e)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

f)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为80～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

2)分车道限速措施的选择：

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量900≤Q_N＜1300pcu/h/ln，且无论客货车当量交通量比V取任何值时；或者当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤Q_N＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比V≥1.5时，选择d)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤Q_N＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比0.7≤V＜1.5时，选择e)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且当客货车当量交通量V＞0.7时，选择f)组分车道限速措施。

进一步地，所述步骤G中，根据计算得到的客车车道数量N₁、货车车道数量N₂、客货混行车道数量N₃以及各车道的限速值，实时发布车道配置策略和分道限速措施：

当相邻两个统计间隔时间获得的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量、以及各车道的限速值存在不同时，将新的车道配置策略和分道限速措施发送到高速公路可变情报板；

当相邻两个统计间隔时间获得的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量、以及各车道的限速值保持一致时，高速公路可变情报板将维持原车道配置策略和分道限速措施。

进一步地，可变情报板采用龙门架式，可变情报板设置在高速公路的非匝道路段，位于高速公路入口的下游1公里处的缓冲区内。

进一步地，高速公路入口处至可变情报板设置位置的区域称为缓冲段，缓冲段区间的车道线为白色虚线，车辆可以根据可变情报板提示的信息变换车道；缓冲段区间以外的车道线为白色实线，禁止车辆之间进行换道；可变情报板分别对每个车道进行控制，显示每个车道配置的车道类型和限速措施。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提出的一种多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，该方法充分考虑了高速公路客车和货车的不同行驶特性，以及交通流动态变化的特点，通过对高速公路上的车流数据进行实时采集和分析，产生高速公路的客货车道分配方案和分道限速措施，并通过可变情报板实时发布车道资源配置方案和分道限速措施，动态诱导交通流的合理运行，解决了客货混行下带来的高速公路交通安全隐患和通行效率低下的问题。

2)相较于客货混合形式，本发明通过判断是否需要对高速公路进行客货分离，并给出在客货分离和客货不分离两种情况下的客货车道分配方案和分道限速措施，规范了不同车型行驶的车道和速度，避免了客货混行下货车对于客车运行的相互干扰，减少交通事故，提高车辆行驶速度和通行效率。

3)相较于静态交通流管控策略，本发明方法通过实时地采集和分析高速公路上的车流信息，对高速公路车道资源进行动态配置。与现有方法相比，本发明对高速公路上混合交通流起到实时分流、诱导作用，平滑交通流，并且，本发明方法亦可以及时监测、发现、处理交通流变化产生的问题，在一定程度上减少高速公路因车流组成的突然变化而引发的安全隐患，保证道路畅通和行车安全。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

图2为本发明多车道高速公路车道资源实时优化配置的示意图。

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和图2所示，本发明多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，包括以下步骤：A)采集交通数据步骤、B)确定当量交通量步骤、C)计算饱和度步骤、D)客货分离确定步骤、E)配置车道资源步骤、F)确定分道限速确定步骤和G)实时信息发布步骤。

A、采集高速公路交通数据；

所述交通数据包括：高速公路单向车道数量N，N为自然数；高速公路每间隔t分钟统计的小客车交通量大客车交通量小货车交通量中型货车交通量大货车交通量拖挂车交通量其中i为统计的间隔每t分钟数量，且i为大于零的整数，交通量和的单位取辆，高速公路单车道实际通行能力C。

在步骤A)中，高速公路每t分钟统计间隔的小客车交通量大客车交通量小货车交通量中型货车交通量大货车交通量和拖挂车交通量可以从高速公路收费道口处设置的全自动发卡机处获取，当车辆进入高速公路收费站入口，前轮触到地面上的感应器后，自动发卡机会自动识别车型，并将得到的车型信息传送到交通监控中心，交通监控中心每隔t分钟将不同车型的交通量进行统计，并转换成小时交通量。在进行交通量统计时，需将车辆转换成标准车，在国道网交通量统计中，规定了6种汽车车型，分别是小客车、大客车、小货车、中型货车、大货车和拖挂车，并给出这些车型的车辆换算系数，分别是E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆，其中，E₁＝1.0，E₂＝1.5，E₃＝1.0，E₄＝1.0，E₅＝2.0，E₆＝3.0。

B、根据所采集的交通数据确定当量交通量，包括：B1)根据和计算混合车辆标准车小汽车当量交通量总量Q；B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N；B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c；B4)根据和计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t；B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V。

B1)根据和计算混合车辆标准车小汽车当量交通量总量Q，如下式所示：

$Q=q_1^i\×E_1+q_2^i\×E_2+q_3^i\×E_3+q_4^i\×E_4+q_5^i\×E_5+q_6^i\×E_6---\left(1\right)$

其中，E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆分别为小客车、大客车、小货车、中型货车、大货车和拖挂车的车辆换算系数；

B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N，如下式所示：

$Q_N=\frac{Q}{N}---\left(2\right)$

B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c，如下式所示：

$Q_c=q_1^i\×E_1+q_2^i\×E_2---\left(3\right)$

B4)根据和计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t，如下式所示：

$Q_t=q_3^i\×E_3+q_4^i\×E_4+q_5^i\×E_5+q_6^i\×E_6---\left(4\right)$

B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V，如下式所示：

$V=\frac{Q_c}{Q_t}---\left(5\right).$

C、计算饱和度，包括：C1)根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S；C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c；C3)根据Q_t和C计算货车饱和度S_t。

C1)中根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S，如下式所示：

$S=\frac{Q}{N\×C}---\left(6\right)$

C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c，如下式所示：

$S_c=\frac{Q_c}{C}---\left(7\right)$

C3)根据Q_t和C计算货车饱和度S_t，如下式所示：

$S_t=\frac{Q_t}{C}---\left(8\right).$

实际通行能力C是指在选定的时间内，在实际的道路、几何线形、交通、环境和管制条件下，合理的期望通过车道或道路某一点或某均匀路段的最大可承受的交通流率。高速公路单车道实际通行能力C采用《交通工程手册》中的高速公路基本路段通行能力公式C＝C_B×f_CW×f_SW×f_HV×f_p。其中，C代表高速公路单车道实际通行能力数值(pcu/h/ln)；C_B代表高速公路基本通行能力，即在理想条件下高速公路一车道所能通行的最大交通量(pcu/h/ln)，设计速度为120、100、80、60km/h的高速公路基本路段C_B分别为2000、2000、1900、1800pcu/h/ln；N代表高速公路单向车道数量；f_CW代表车道宽度对通行能力的修正系数；f_SW代表侧向净宽对通行能力的修正系数；f_HV代表大型车对通行能力的修正系数；f_p代表驾驶员条件对通行能力的修正系数。

D、根据单车道平均饱和度S和客货车当量交通量比V，对客货车是否需要分离进行判断，若客货车分离，则进入步骤E，否则进入步骤F，具体为：

D1)当高速公路单车道平均饱和度S＜0.5，无论客货车当量交通量比V取任何值，客货车不进行分离；

D2)当高速公路单车道平均饱和度S≥0.5，且客货车当量交通量比V＞5.67或V＜0.17时，客货车不进行分离；

D3)当高速公路单车道平均饱和度S≥0.5，且客货车当量交通量比0.17≤V≤5.67时，客货进行分离；

客货车进行分离情况下，则进入步骤E，否则进入步骤F。

E、执行车道资源配置策略，具体为：

E1)计算客车车道的个数，如下式所示：

计算货车车道的个数，如下式所示：

计算客货混行车道的个数，如下式所示：

其中，和为结果向下取整；

E2)车道资源配置如下：

1)高速公路单向车道由内至外从第1个车道至第N₁个车道设置为客车车道；

2)高速公路单向车道由内至外从第N₁+1个车道至第N-N₂个车道设置为客货混行车道；

3)高速公路单向车道由内至外从第N-N₂+1个车道至第N个车道设置为货车车道。

客车车道只允许行驶小客车和大客车，货车车道只允许行驶小货车、中型货车、大货车和拖挂车，客货混行车道可以行驶客车和货车，尤其是速度较慢的客车或是速度较快的货车。

F、分道限速确定，包括：F1)客货车不分离时的分道限速确定和F2)客货分离时的分道限速确定，具体为：

F1)客货车不分离时的分道限速确定：

1)设置三组不同的分车道限速措施：

a)将最内侧车道限速值设置为120～100km/h，将中间车道限速值设置为120～80km/h，将最外侧车道限速值设置为120～60km/h；

b)将最内侧车道限速值设置为120～100km/h，将中间车道限速值设置为100～80km/h，将最外侧车道限速值设置为80～60km/h；

c)将最内侧车道限速值设置为120～60km/h，将中间车道限速值设置为100～60km/h，将最外侧车道限速值设置为80～60km/h；

2)分车道限速措施的选择：

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量0≤Q_N＜400pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V＞4时，选择a)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量0≤Q_N＜400pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V≤4时；或者当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V＞4时；选择b)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V≤4时，选择c)组分车道限速措施。

F2)客货车分离时的分道限速确定：

1)设置三组不同的分车道限速措施：

d)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～80km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

e)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

f)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为80～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

2)分车道限速措施的选择：

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量900≤Q_N＜1300pcu/h/ln，且无论客货车当量交通量比V取任何值时；或者当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤Q_N＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比V≥1.5时，选择d)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤Q_N＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比0.7≤V＜1.5时，选择e)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且当客货车当量交通量V＞0.7时，选择f)组分车道限速措施。

G、实时发布车道配置策略和分道限速信息，具体为：

根据计算得到的客车车道数量N₁、货车车道数量N₂、客货混行车道数量N₃以及各车道的限速值，实时发布车道配置策略和分道限速措施：

当相邻两个统计间隔时间获得的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量、以及各车道的限速值存在不同时，将新的车道配置策略和分道限速措施发送到高速公路可变情报板；

当相邻两个统计间隔时间获得的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量、以及各车道的限速值保持一致时，高速公路可变情报板将维持原车道配置策略和分道限速措施。

可变情报板采用龙门架式，可变情报板设置在高速公路的非匝道路段，位于高速公路入口的下游1公里处，高速公路入口处至可变情报板设置位置的区域称为缓冲段，缓冲段区间的车道线为白色虚线，车辆可以根据可变情报板提示的信息变换车道；缓冲段区间以外的车道线为白色实线，禁止车辆之间进行换道；可变情报板分别对每个车道进行控制，显示每个车道配置的车道类型和限速措施。

可变情报板采用龙门架式，可变情报板设置在高速公路的非匝道路段，位于高速公路入口的下游1公里处的缓冲区内。

高速公路入口处至可变情报板设置位置的区域称为缓冲段，缓冲段区间的车道线为白色虚线，车辆可以根据可变情报板提示的信息变换车道；缓冲段区间以外的车道线为白色实线，禁止车辆之间进行换道；可变情报板分别对每个车道进行控制，显示每个车道配置的车道类型和限速措施。

上述多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，通过对高速公路上的交通量数据分车型进行实时地采集和分析，判断是否需要对高速公路进行客货分离，并给出在客货分离和客货不分离两种情况下的客货车道分配方案和分道限速措施，通过可变情报板信号实时发布车道资源配置信息，从而对高速公路交通流进行动态地管理和诱导。本发明充分考虑了多车道高速公路客货车的行驶特性和交通流动态变化的特点，对高速公路车道资源实行动态地配置，平滑交通流，减少客车与货车之间的相互干扰，保证车辆安全、高效地通行。本发明方法便于计算与实际操作，实用性强，可以大大保提升高速公路交通运行的效率和安全性，具有重要的现实意义。

实施例1

图2所示为某港区一条单向四车道(双向八车道)的高速公路，该高速公路单车道实际通行能力数值C取1800pcu/h/ln，此时采用本发明方法对该段高速公路进行车道资源实时优化配置，包括以下几个步骤：

A)采集交通数据步骤中，采集的数据包含：高速公路单向车道数量N＝4，每间隔t分钟取为15分钟，高速公路早高峰期间某两个15分钟统计间隔的小客车交通量大客车交通量小货车交通量中型货车交通量大货车交通量和拖挂车交通量见下表1。

表1

B)根据所采集的交通数据确定当量交通量，包括：B1)根据和计算混合车辆标准车小汽车当量交通量总量Q；B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N；B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c；B4)根据和计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t；B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V。

B1)根据和计算混合车辆标准车小汽车当量交通量总量Q，如下式所示：

$Q=q_1^i\×E_1+q_2^i\×E_2+q_3^i\×E_3+q_4^i\×E_4+q_5^i\×E_5+q_6^i\×E_6$

其中，小客车、大客车、小货车、中型货车、大货车和拖挂车的车辆换算系数E₁＝1.0，E₂＝1.5，E₃＝1.0，E₄＝1.5，E₅＝2.0，E₆＝3.0。

于是，第一个统计间隔的混合车辆标准车小汽车当量交通量总量为：

＝2710×1.0+205×1.5+320×1.0+311×1.5+494×2.0+147×3.0

＝5233pcu/h

第二个统计间隔的混合车辆标准车小汽车当量交通量总量为：

＝2129×1.0+109×1.5+314×1.0+405×1.5+824×2.0+179×3.0

＝5399pcu/h

B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N，如下式所示： $Q_N=\frac{Q}{N}$

第一个统计间隔的混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量为

$=\frac{5233}{4}=1308\mathrm{pcu}/h$

第二个统计间隔的混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量为

$=\frac{5399}{4}=1350\mathrm{pcu}/h$

B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c，如下式所示：

$Q_c=q_1^i\×E_1+q_2^i\×E_2$

第一个统计间隔的客车标准车小汽车当量交通量为

＝2710×1.0+205×1.5＝3017.5pcu/h

第二个统计间隔的客车标准车小汽车当量交通量为

＝2129×1.0+109×1.5＝2292.5pcu/h

B4)根据和计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t，如下式所示：

$Q_t=q_3^i\×E_3+q_4^i\×E_4+q_5^i\×E_5+q_6^i\×E_6$

第一个统计间隔的客车标准车小汽车当量交通量为

＝320×1.0+311×1.5+494×2.0+147×3.0＝2215.5pcu/h

第二个统计间隔的客车标准车小汽车当量交通量为

＝314×1.0+405×1.5+824×2.0+179×3.0＝3106.5pcu/h

B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V，如下式所示：

$V=\frac{Q_c}{Q_t}$

第一个统计间隔的客货车当量交通量比为

$=\frac{3017.5}{2215.5}=1.36$

第二个统计间隔的客货车当量交通量比为

$=\frac{2292.5}{3106.5}=0.74$

C)计算饱和度，包括：C1)根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S；C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c；C3)根据Q_t和C计算货车饱和度Ｓ_t。

C1)中根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S，如下式所示：

$S=\frac{Q}{N\×C}$

第一个统计间隔的单车道平均饱和度为

$=\frac{5233}{4\×1800}=0.73$

第二个统计间隔的单车道平均饱和度为

$=\frac{5399}{4\×1800}=0.75$

C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c，如下式所示：

$S_c=\frac{Q_c}{C}$

第一个统计间隔的客车饱和度为

$=\frac{3017.5}{1800}=1.68$

第二个统计间隔的客车饱和度为

$=\frac{2292.5}{1800}=1.27$

C3)根据Ｑ_t和C计算货车饱和度Ｓ_t，如下式所示：

$S_t=\frac{Q_t}{C}$

第一个统计间隔的客货车当量交通量比为

$=\frac{2215.5}{1800}=1.23$

第二个统计间隔的客货车当量交通量比为

$=\frac{.3106.5}{1800}=1.73$

D)根据单车道平均饱和度S和客货车当量交通量比V，对客货车是否需要分离进行判断：

第一个统计间隔内，高速公路单车道平均饱和度为0.73≥0.5，且客货车当量交通量比为0.17≤1.36≤5.67，客货车需要进行分离；

第二个统计间隔内，高速公路单车道平均饱和度为0.75≥0.5，且客货车当量交通量比为0.17≤0.74≤5.67，客货车需要进行分离；

于是，客货车进行分离情况下，则进入步骤E。

E)执行车道资源配置策略，具体为：

第一个统计间隔内，客车车道的个数为货车车道的个数为客货混行车道的个数为

于是，车道资源配置为：

1)高速公路单向车道由内至外从第1个车道至第2个车道为客车车道；

2)高速公路单向车道由内至外起第3个车道为客货混行车道；

3)高速公路单向车道由内至外起第4个车道为货车车道。

第二个统计间隔内，客车车道的个数为货车车道的个数为客货混行车道的个数为

于是，车道资源配置为：

1)高速公路单向车道由内至外起第1个车道为客车车道；

2)高速公路单向车道由内至外起第2个车道为客货混行车道；

3)高速公路单向车道由内至外从第3个车道至第4个车道为货车车道。

F)分道限速确定步骤中，进行客货分离时分道限速确定，具体如下：

1)设置三组不同的分车道限速措施：

d)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～80km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

e)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

f)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为80～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

2)分车道限速措施的选择：

第一个统计间隔内，混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤(Q_N＝1380)＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比0.7≤(V＝1.36)＜1.5时，选择e)组分车道限速措施，即客车车道限速值为120～100km/h，客货混行车道限速值为100～60km/h，货车车道限速值为80～60km/h。

第二个统计间隔内，混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤(Q_N＝1350)＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比0.7≤(V＝0.74)＜1.5，选择e)组分车道限速措施，即客车车道限速值为120～100km/h，客货混行车道限速值为100～60km/h，货车车道限速值为80～60km/h。

G)实时信息发布步骤中，两个15分钟统计间隔计算得到的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量以及各车道的限速值如下表2-3所示：

表2第一个统计间隔内显示信息

表3第二个统计间隔内显示信息

由于第二个统计间隔分析产生的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量、以及各车道的限速值与第一个不同，故将第二个统计间隔分析产的车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量以及各车道的限速值发送到高速公路可变情报板。

以上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 (10)

1.一种多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，该方法通过实时对多车道高速公路进行车道资源分配，采用可变情报板发布车道分配与限速信息，该方法包括以下几个步骤：

A、采集高速公路交通数据；

所述交通数据包括：高速公路单向车道数量N，N为自然数；高速公路每间隔t分钟统计的小客车交通量大客车交通量小货车交通量中型货车交通量大货车交通量拖挂车交通量其中i为统计的间隔每t分钟数量，且i为大于零的整数；高速公路单车道实际通行能力C；

B、根据所采集的交通数据确定当量交通量，包括：

B1)根据计算混合车辆标准车小汽车当量交通量总量Q；

B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N；

B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c；

B4)根据和计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t；

B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V；

C、计算饱和度，包括：

C1)根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S；

C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c；

C3)根据Q_t和C计算货车饱和度S_t；

D、根据单车道平均饱和度S和客货车当量交通量比V，对客货车是否需要分离进行判断，若客货车分离，则进入步骤E，否则进入步骤F；

E、执行车道资源配置策略；

F、分道限速确定；

所述分道限速确定包括：F1)客货车不分离时的分道限速确定；F2)客货分离时的分道限速确定；

G、实时发布车道配置策略和分道限速信息。

2.根据权利要求2所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，所述步骤B中B1)根据和计算混合车辆 标准车小汽车当量交通量总量Q，如下式所示：

其中，E₁、E₂、E₃、E₄、E₅、E₆分别为小客车、大客车、小货车、中型货车、大货车和拖挂车的车辆换算系数；

B2)根据Q和N计算混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量Q_N，如下式所示：

B3)根据和计算客车标准车小汽车当量交通量Q_c，如下式所示：

B4)根据计算货车标准车小汽车当量交通量Q_t，如下式所示：

B5)根据Q_c和Q_t计算客货车当量交通量比V，如下式所示：

3.根据权利要求2所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，所述步骤C中C1)中根据Q、N和C计算单车道平均饱和度S，如下式所示：

C2)根据Q_c和C计算客车饱和度S_c，如下式所示：

C3)根据Q_t和C计算货车饱和度S_t，如下式所示：

4.根据权利要求3所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，所述步骤D中客货车是否需要分离的判断具体为：

D1)当高速公路单车道平均饱和度S＜0.5，无论客货车当量交通量比V取任何值，客货车不进行分离；

D2)当高速公路单车道平均饱和度S≥0.5，且客货车当量交通量比V＞5.67或V＜0.17时，客货车不进行分离；

D3)当高速公路单车道平均饱和度S≥0.5，且客货车当量交通量比0.17≤V≤5.67时，客货进行分离；

客货车进行分离情况下，则进入步骤E，否则进入步骤F。

5.根据权利要求4所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，所述步骤E中车道资源配置策略执行具体为：

E1)计算客车车道的个数，如下式所示：

计算货车车道的个数，如下式所示：

计算客货混行车道的个数，如下式所示：

其中，和为结果向下取整；

E2)车道资源配置如下：

1)高速公路单向车道由内至外从第1个车道至第N₁个车道设置为客车车道；

2)高速公路单向车道由内至外从第N₁+1个车道至第N-N₂个车道设置为客货混行车道；

3)高速公路单向车道由内至外从第N-N₂+1个车道至第N个车道设置为货车车道。

6.根据权利要求5所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，所述步骤F中F1)客货车不分离时的分道限速确定，具体为：

1)设置三组不同的分车道限速措施：

a)将最内侧车道限速值设置为120～100km/h，将中间车道限速值设置为120～80km/h，将最外侧车道限速值设置为120～60km/h；

b)将最内侧车道限速值设置为120～100km/h，将中间车道限速值设置为100～80km/h，将最外侧车道限速值设置为80～60km/h；

c)将最内侧车道限速值设置为120～60km/h，将中间车道限速值设置为 100～60km/h，将最外侧车道限速值设置为80～60km/h；

2)分车道限速措施的选择：

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量0≤Q_N＜400pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V＞4时，选择a)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量0≤Q_N＜400pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V≤4时；或者当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V＞4时；选择b)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且客货车当量交通量比V≤4时，选择c)组分车道限速措施。

7.根据权利要求6所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，所述步骤F中F2)客货车分离时的分道限速确定，具体为：

1)设置三组不同的分车道限速措施：

d)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～80km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

e)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为100～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

f)将客车车道限速值设置为120～100km/h，将客货混行车道限速值设置为80～60km/h，将货车车道限速值设置为80～60km/h；

2)分车道限速措施的选择：

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量900≤Q_N＜1300pcu/h/ln，且无论客货车当量交通量比V取任何值时；或者当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤Q_N＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比V≥1.5时，选择d)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量1300≤Q_N＜1600pcu/h/ln，且当客货车当量交通量比0.7≤V＜1.5时，选择e)组分车道限速措施；

当混合车辆标准车小汽车单车道当量交通量400≤Q_N＜900pcu/h/ln，且当客货车当量交通量V＞0.7时，选择f)组分车道限速措施。

8.根据权利要求7所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，所述步骤G中，根据计算得到的客车车道数量N₁、货车车道数量N₂、客货混行车道数量N₃以及各车道的限速值，实时发布车道配置策略和分道限速措施：

当相邻两个统计间隔时间获得的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量、以及各车道的限速值存在不同时，将新的车道配置策略和分道限速措施发送到高速公路可变情报板；

当相邻两个统计间隔时间获得的客车车道数量、货车车道数量、客货混行车道数量、以及各车道的限速值保持一致时，高速公路可变情报板将维持原车道配置策略和分道限速措施。

9.根据权利要求8所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，可变情报板设置在高速公路的非匝道路段，位于高速公路入口的下游1公里处的缓冲区内。

10.根据权利要求9所述的多车道高速公路车道资源实时优化配置方法，其特征在于，缓冲段区间的车道线为白色虚线，缓冲段区间以外的车道线为白色实线；可变情报板分别对每个车道进行控制，显示每个车道配置的车道类型和限速措施。