CN106408956A - 一种隧道交通拥堵快速疏散方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道交通拥堵快速疏散方法及控制系统，当隧道内道路突发交通事故导致车辆无法正常通行时，所有到达事故点上游的车辆开始排队，开通其中被事故影响较小的几条道路作为紧急行车道，在排队车辆的排队长度中设置N个控制点处，将整条道路上的车辆分隔为N个部分，排队车辆根据控制点标志间断的通过事故点。控制系统由远程控制中心、交通检测单元和交通疏导单元所构成。交通疏导单元包括微波车辆检测器，视频监控摄像机，分别与远程控制中心相连。当交通检测单元检测到发生交通事故后，启动交通疏导单元。能解决隧道交通的拥堵情况，为车辆的通行节约了大量时间，具有较强的实施可能性和较高的经济和社会效益。

Description

一种隧道交通拥堵快速疏散方法及控制系统

技术领域

本发明属于交通管理技术领域，涉及交通拥堵的解决方案，特别涉及一种路隧道拥堵快速疏散控制方法及控制系统。

背景技术

随着我国高速公路建设的迅速发展，高速公路隧道的数量保持着较快增长趋势，并且随着经济的发展，高速公路隧道内的车流量持续增大，交通拥堵的现象越来越突出。由于隧道一般为单行道无法倒车，所以对于隧道拥堵的问题交通执法也比较困难。交通拥堵还会诱发交通安全事故、环境污染、出行时间增加、车辆能耗增加等一系列问题，因此，设计一种隧道交通拥堵快速疏散控制方法及控制系统对缓解隧道交通拥堵，改善隧道交通安全形势，减少隧道环境污染，提高隧道交通管理水平等显得尤为重要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种隧道交通拥堵快速疏散控制方法及控制系统。

为了实现上述任务，本发明采用以下的技术解决方案：

一种隧道交通拥堵快速疏散方法，其特征在于，当隧道内道路突发交通事故导致车辆无法正常通行时，将所有到达事故点上游的车辆进行排队，并开通其中被交通事故影响较小的几条道路作为紧急疏散行车道，在静止排队车辆长度中设置N个控制点，将整条道路上的车流分隔为N部分，疏散时静止排队车辆根据N个疏散控制点标志次通过交通事故点。

所述的N个控制点根据道路剩余通行能力指数h由公式计算；

式中：C_D为单向最大服务交通量；C_B为基本通行能力；h为道路剩余通行能力指数，即剩余通行能力与单向最大服务交通量之比；

根据《公路工程技术标准》中各级公路的服务水平，不同等级服务水平所需满足的运行速度，V/C及最大服务交通量的值各有不同：

在一级服务水平和二级服务水平下，当h≤1/3时，在交通事故点处设置一个控制点；

当1/3＜h≤2/3时，在交通事故点处设置2个控制点，所述2个控制点分别设置在交通事故点和静止排队车辆长度的二分之一处；

当h≥2/3时，在交通事故点处设置3个控制点，所述3个控制点分别设置在交通事故点和静止排队车辆长度的三分之一、三分之二处；

在三服务水平和四级服务水平下，由于隧道内实时交通量较大，交通事故的发生对交通流的干扰很大，其中：

三级服务水平设置三个控制点，所述三个控制点分别设置在交通事故和静止排队车辆长度的三分之一、三分之二处；

四级服务水平设置四个控制点，所述的控制点分别设置在事故点和静止车辆排队长度的四分之一、二分之一、四分之三处；

所述的单向剩余通行能力为不同事故情况下单向m条车道堵塞的通行能力，由公式C_D＝m×C_B×k计算得出；

式中，C_D为单向剩余通行能力，m为单向车道数，C_B为基本通行能力；

k为隧道内发生事故时单方向行车道通行能力与正常情况单方向行车道通行能力的比例系数；其中：

当隧道路段单向车道数为2条且阻塞一条车道，K取0.35；

当隧道路段单向车道数为3条且阻塞一条车道，K取0.49，当隧道路段单向车道数为3条且阻塞两条车道，K取0.17；

当隧道路段单向车道数为4条且阻塞一条车道，K取0.58，当隧道路段单向车道数为4条且阻塞两条车道，K取0.58，当隧道路段单向车道数为4条且阻塞三条车道，K取0.13；

当隧道路段单向车道数为5条且阻塞一条车道，K取0.65，当隧道路段单向车道数为5条且阻塞两条车道，K取0.40，当隧道路段单向车道数为5条且阻塞三条车道，K取0.20；

所述的静止排队车辆长度距离为最后一辆停止车辆尾部到交通事故点第一辆停车的距离；

由车流波动理论可知，事故条件下静止排队车辆的长度为：

式中，L为事故发生后拥堵车辆的最大排队长度；

v为事故发生前高速公路车流速度；

k₁为事故发生前高速公路车流密度；

k_j为事故发生后交通拥堵阻塞密度；

t为事故交通拥堵持续时间。

一种上述方法的隧道交通拥堵快速疏散控制系统，其特征在于，由远程控制中心、交通检测单元和交通疏导单元所构成，其中：

所述的交通检测单元包括设置在隧道内路段的微波车辆检测器和视频监控摄像机；微波车辆检测器布设之间留有一定的距离，微波车辆检测器采集路段的车流量、速度、车道占有率、车辆间距和车型的交通流基本信息；微波车辆检测器、视频监控摄像机分别与远程控制中心相连；微波车辆检测器将采集到的交通流基本信息通过光缆实时的传输到远程控制中心，当微波车辆检测器检测到车速骤降时，通过远程控制中心预先安装在计算机上的数据处理系统对数据进行处理分析；若判断隧道内发生交通事件或道路拥堵即发出警报，同时自动调出距离交通事故或道路拥堵路段最近的道路视频监控摄像机的实时视频，对是否发生道路交通事故或道路拥堵进行进一步的确认；

所述的交通疏导单元包括隧道事故指示灯、广播系统设备、交通信号灯、路边可变信息牌，其中，所述的隧道事故指示灯、广播系统设备设置在隧道入口处和隧道路段一侧；所述的交通信号灯和路边可变信息牌设置在隧道路段右侧；

所述的远程控制中心控制交通疏导单元的开启和关闭，当发出警报后，远程控制中心启动交通疏导单元，广播系统设备发布提醒信号，并开启隧道入口处和隧道路段的隧道事故指示灯，以及隧道路段右侧的交通信号灯，并及时对交通事故现场进行处理、疏导车辆，恢复隧道的正常通行能力。上述隧道交通拥堵快速疏散控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：交通检测单元中的微波车辆检测器检测到部分路段车速骤降，通过数据处理系统对检测到的数据进行分析，判断是否发生交通事故或道路拥堵，若发生，则发出预警，调出事故发生路段的视频监控摄像机进行进一步确认；

步骤二：远程控制中心启动交通疏导单元，通过隧道广播、隧道入口可变信息牌和路边可变信息牌发布事故提醒信号，开启隧道事故指示灯；

步骤三：调度有关的人员和设备，在最短的时间内赶到事故发生现场，并及时对事故进行处理、清除障碍，开通其中被事故影响较小的几条道路作为紧急行车道，根据道路剩余通行能力指数h分段设置N个控制点，分隔长度由静止排队车辆长度计算得出；将事故点前方第一辆到达的静止排队车辆允许通车的位置作为起始点，在起始点设置第一个控制点，设置N-1处相同距离间隔的控制点位置后依次通车；在每个控制点处分别设置交通信号灯，将整条道路上的车流分隔为N个部分，且N≤4；通车前所有控制点处的交通信号灯显示为红灯；

所述的控制点处的前后两车停车安全距离d＝1.5～2米；

步骤四：道路抢修完毕后，开始通车，第一个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第一个控制点之后的交通信号灯显示红灯，第一个控制点与第二个控制点之间的车辆开始行驶，第二个控制点之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤五：当第二个控制点之前的车辆通车完毕后，第二个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第三个控制点处的交通信号灯显示红灯，第二个控制点与第三个控制点之间的车辆开始行驶，第三个控制点之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤六：当第二个控制点与第三个控制点之间的车辆基本通车完毕后，第三个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第三个控制点与第四个控制点之间的车辆开始行驶，第四个控制点之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤七：第三个控制点与第四个控制点之间的车辆基本通车完毕后，第四个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第四个控制点之后的车辆开始行驶，当它之后的所有排队车辆全部通过拥堵区域后，整个疏散通车过程完成。

本发明的隧道交通拥堵快速疏散控制方法及控制系统，能解决隧道交通的拥堵情况，为车辆的通行节约了大量时间，具有较强的实施性和较高的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明的隧道交通拥堵快速疏散方法流程图；

图2为实现隧道交通拥堵快速疏散方法的控制系统的原理示意图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本实施例给出一种隧道交通拥堵快速疏散方法，当隧道内道路突发交通事故导致车辆无法正常通行时，将所有到达事故点上游的车辆进行排队，并开通其中被交通事故影响较小的几条道路作为紧急疏散行车道，在静止排队车辆长度中设置N个控制点，将整条道路上的车流分隔为N部分，疏散时静止排队车辆根据N个疏散控制点标志依次通过交通事故点。

N个控制点根据道路剩余通行能力指数h设置：

道路剩余通行能力指数h由公式计算；

式中，C_D为单向最大服务交通量；C_B为基本通行能力；h为道路剩余通行能力指数，即剩余通行能力与单向最大服务交通量之比；

根据《公路工程技术标准》中各级公路的服务水平，不同等级服务水平所需满足的运行速度，V/C及最大服务交通量的值各有不同。

在一级服务水平和二级服务水平下，当h≤1/3时，在交通事故点处设置一个控制点；

当1/3＜h≤2/3时，设置2个控制点，所述的控制点分别设置在事故点和静止排队车辆长度的二分之一处；

当h≥2/3时，设置3个控制点，所述的控制点分别设置在事故点和静止排队车辆长度的三分之一、三分之二处；

在三服务水平和四级服务水平下，由于隧道内实时交通量较大，交通事故的发生对交通流的干扰很大，三级服务水平设置三个控制点，所述的控制点分别设置在事故和静止排队车辆长度的三分之一、三分之二处；四级服务水平设置四个控制点，所述的控制点分别设置在事故点和静止排队车辆长度的四分之一、二分之一、四分之三处；

单向剩余通行能力为不同事故情况下单向m条车道堵塞的通行能力，由公式C_D＝m×C_B×k计算得出；

式中，C_D为单向剩余通行能力；m为单向车道数；C_B为基本通行能力；

k为隧道内发生事故时单方向行车道通行能力与正常情况单方向行车道通行能力的比例系数，由表1得出；

表1：发生事故时隧道路段可利用的通行能力比例系数k取值

单向车道数	阻塞一条车道	阻塞两条车道	阻塞三条车道
				2	0.35	0.00	--
3	0.49	0.17	0.00
				4	0.58	0.58	0.13
5	0.65	0.40	0.20

本实施例中，所述的控制点最多设置4个。

例如，常规采用3段分流，控制点分别设置在静止排队车辆长度的起点、三分之一和三分之二处；分隔长度由静止排队车辆长度计算得出；

上述静止排队车辆长度的距离为最后一辆停止车辆尾部到事故点第一辆停车的距离。

由车流波动理论可知，事故条件下静止排队车辆的长度为:

式中，L为事故发生后拥堵车辆的最大排队长度；

v为事故发生前高速公路车流速度；

k₁为事故发生前高速公路车流密度；

k_j为事故发生后交通拥堵阻塞密度；

t为事故交通拥堵持续时间。

实现上述隧道交通拥堵控制方法的控制系统，由远程控制中心、交通检测单元和交通疏导单元所构成；其中：

交通检测单元包括设置在隧道内路段的微波车辆检测器和视频监控摄像机；所述微波车辆检测器、视频监控摄像机分别与远程控制中心相连；

远程控制中心控制各个交通疏导单元的开启和关闭；

微波车辆检测器布设之间留有一定的距离，微波车辆检测器采集路段的车流量、速度、车道占有率、车辆间距和车型等交通流基本信息，将采集到的交通数据通过光缆实时的传输到远程控制中心，当微波车辆检测器检测到车速骤降时，通过远程控制中心预先安装在计算机上的数据处理系统对数据进行处理分析；若判断隧道内发生交通事件或道路拥堵即发出警报，同时自动调出距离路段最近的道路视频监控摄像机的实时视频，对是否发生道路拥堵、交通事件进行进一步的确认；

所述的交通疏导单元包括隧道事故指示灯、广播系统设备、交通信号灯、路边可变信息牌(标志)，其中，所述的隧道事故指示灯、广播系统设备设置在隧道入口处和隧道路段一侧；所述的交通信号灯和路边可变信息牌(标志)设置在隧道路段右侧；

当发出警报后，远程控制中心启动交通疏导单元，广播系统设备发布提醒信号，并开启隧道入口处和隧道路段的隧道事故指示灯，以及隧道路段右侧的交通信号灯，及时调度有关的人员和设备，在最短的时间内赶到事故发生现场，并及时对交通事故现场进行处理、清除障碍、疏导车辆，尽可能快的恢复隧道的正常通行能力。根据疏导方案，调用交通信号控制，驱动执行系统，减少道路的拥挤。

如图1、图2所示，隧道交通拥堵快速疏散控制系统的控制方法按照如下步骤进行：

步骤一：远程控制中心运行过程中，发现交通检测单元中的第一个微波车辆检测器1检测到部分路段车速骤降，通过数据处理系统对检测到的数据进行分析，判断是否发生交通事故、道路拥堵，若发生，则发出预警，调出事故发生路段的视频监控摄像机2进行进一步确认；

步骤二：远程控制中心启动交通疏导单元，通过隧道广播3、隧道入口可变信息牌和路边可变信息牌(标志)4发布事故提醒信号，开启隧道事故指示灯；

步骤三：调度有关的人员和设备，在最短的时间内赶到事故发生现场，并及时对事故进行处理、清除障碍，开通其中被事故影响较小的几条道路作为紧急行车道，根据道路剩余通行能力指数h分段设置N个控制点，分隔长度由静止排队车辆长度计算得出；将事故点前方第一辆到达的静止排队车辆允许通车的位置作为起始点，在起始点设置第一个控制点5，设置N-1处相同距离间隔的控制点位置后依次通车；在每个控制点处分别设置交通信号灯，将整条道路上的车流分隔为N(N≤4)个部分(本实施例中，在第一个控制点处设置交通信号灯6，在第二个控制点7处设置交通信号灯8，在第三个控制点9处设置交通信号灯10)；通车前所有控制点处的交通信号灯显示为红灯；

所述的控制点处的前后两车停车安全距离d＝1.5～2米，即车辆13的车尾和车辆14的车头距离为1.5～2米；

步骤四：道路抢修完毕后，开始通车，第一个控制点5处的交通信号灯6显示绿灯，第一个控制点5之后的交通信号灯显示红灯，第一个控制点5与第二个控制点7之间的车辆开始行驶，第二个控制点7之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤五：当第二个控制点7之前的车辆通车完毕后，第二个控制点7处的交通信号灯8显示绿灯，第三个控制点9处的交通信号灯10显示红灯，第二个控制点7与第三个控制点9之间的车辆开始行驶，第三个控制点9之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤六：当第二个控制点7与第三个控制点9之间的车辆基本通车完毕后，第三个控制点9处的交通信号灯10显示绿灯，第三个控制点9与第四个控制点11之间的车辆开始行驶，第四个控制点11之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤七：第三个控制点9与第四个控制点11之间的车辆基本通车完毕后，第四个控制点11处的交通信号灯12显示绿灯，第四个控制点11之后的车辆开始行驶，当它之后的所有排队车辆全部通过拥堵区域后，整个疏散通车过程就完成了。

Claims (4)

1.一种隧道交通拥堵快速疏散方法，其特征在于，当隧道内道路突发交通事故导致车辆无法正常通行时，将所有到达事故点上游的车辆进行排队，并开通其中被交通事故影响较小的几条道路作为紧急疏散行车道，在静止排队车辆长度中设置N个控制点，将整条道路上的车流分隔为N部分，疏散时静止排队车辆根据N个疏散控制点的标志依次通过交通事故点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的N个控制点根据道路剩余通行能力指数h由公式计算；

式中：C_D为单向最大服务交通量；C_B为基本通行能力；h为道路剩余通行能力指数，即剩余通行能力与单向最大服务交通量之比；

根据《公路工程技术标准》中各级公路的服务水平，不同等级服务水平所需满足的运行速度，V/C及最大服务交通量的值各有不同：

在一级服务水平和二级服务水平下，当h≤1/3时，在交通事故点处设置一个控制点；

当1/3＜h≤2/3时，在交通事故点处设置2个控制点，所述2个控制点分别设置在交通事故点和静止排队车辆长度的二分之一处；

当h≥2/3时，在交通事故点处设置3个控制点，所述3个控制点分别设置在交通事故点和静止排队车辆长度的三分之一、三分之二处；

在三服务水平和四级服务水平下，由于隧道内实时交通量较大，交通事故的发生对交通流的干扰很大，其中：

三级服务水平设置三个控制点，所述三个控制点分别设置在交通事故和静止排队车辆长度的三分之一、三分之二处；

四级服务水平设置四个控制点，所述的控制点分别设置在事故点和静止车辆排队长度的四分之一、二分之一、四分之三处；

所述的单向剩余通行能力为不同事故情况下单向m条车道堵塞的通行能力，由公式C_D＝m×C_B×k计算得出；

式中，C_D为单向剩余通行能力，m为单向车道数，C_B为基本通行能力；

k为隧道内发生事故时单方向行车道通行能力与正常情况单方向行车道通行能力的比例系数；其中：

当隧道路段单向车道数为2条且阻塞一条车道，K取0.35；

当隧道路段单向车道数为3条且阻塞一条车道，K取0.49，当隧道路段单向车道数为3条且阻塞两条车道，K取0.17；

当隧道路段单向车道数为4条且阻塞一条车道，K取0.58，当隧道路段单向车道数为4条且阻塞两条车道，K取0.58，当隧道路段单向车道数为4条且阻塞三条车道，K取0.13；

当隧道路段单向车道数为5条且阻塞一条车道，K取0.65，当隧道路段单向车道数为5条且阻塞两条车道，K取0.40，当隧道路段单向车道数为5条且阻塞三条车道，K取0.20；

所述的静止排队车辆长度距离为最后一辆停止车辆尾部到交通事故点第一辆停车的距离；

由车流波动理论可知，事故条件下静止排队车辆的长度为：

$L=\frac{v\×t}{(\frac{1}{k_1}-\frac{1}{k_j})\×k_j}$

式中，L为事故发生后拥堵车辆的最大排队长度；

v为事故发生前高速公路车流速度；

k₁为事故发生前高速公路车流密度；

k_j为事故发生后交通拥堵阻塞密度；

t为事故交通拥堵持续时间。

3.一种实现权利要求1所述方法的隧道交通拥堵快速疏散控制系统，其特征在于，由远程控制中心、交通检测单元和交通疏导单元所构成，其中：

所述的交通检测单元包括设置在隧道内路段的微波车辆检测器和视频监控摄像机；微波车辆检测器布设之间留有一定的距离，微波车辆检测器采集路段的车流量、速度、车道占有率、车辆间距和车型的交通流基本信息；微波车辆检测器、视频监控摄像机分别与远程控制中心相连；微波车辆检测器将采集到的交通流基本信息通过光缆实时的传输到远程控制中心，当微波车辆检测器检测到车速骤降时，通过远程控制中心预先安装在计算机上的数据处理系统对数据进行处理分析；若判断隧道内发生交通事件或道路拥堵即发出警报，同时自动调出距离交通事故或道路拥堵路段最近的道路视频监控摄像机的实时视频，对是否发生道路拥堵、交通事故进行进一步的确认；

所述的交通疏导单元包括隧道事故指示灯、广播系统设备、交通信号灯、路边可变信息牌，其中，所述的隧道事故指示灯、广播系统设备设置在隧道入口处和隧道路段一侧；所述的交通信号灯和路边可变信息牌设置在隧道路段右侧；

所述的远程控制中心控制交通疏导单元的开启和关闭，当发出警报后，远程控制中心启动交通疏导单元，广播系统设备发布提醒信号，并开启隧道入口处和隧道路段的隧道事故指示灯，以及隧道路段右侧的交通信号灯，并及时对交通事故现场进行处理、疏导车辆，恢复隧道的正常通行能力。

4.权利要求3所述的隧道交通拥堵快速疏散控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：交通检测单元中的微波车辆检测器检测到部分路段车速骤降，通过数据处理系统对检测到的数据进行分析，判断是否发生交通事故或道路拥堵，若发生，则发出预警，调出交通事故或道路拥堵路段的视频监控摄像机进行进一步确认；

步骤二：远程控制中心启动交通疏导单元，通过隧道广播、隧道入口可变信息牌和路边可变信息牌发布事故提醒信号，开启隧道事故指示灯；

步骤三：调度有关的人员和设备，在最短的时间内赶到事故发生现场，并及时对事故进行处理、清除障碍，开通其中被事故影响较小的几条道路作为紧急行车道，根据道路剩余通行能力指数h分段设置N个控制点，分隔长度由静止排队车辆长度计算得出；将事故点前方第一辆到达的静止排队车辆允许通车的位置作为起始点，在起始点设置第一个控制点，设置N-1处相同距离间隔的控制点位置后依次通车；在每个控制点处分别设置交通信号灯，将整条道路上的车流分隔为N个部分，且N≤4；通车前所有控制点处的交通信号灯显示为红灯；

所述的控制点处的前后两车停车安全距离d＝1.5～2米；

步骤四：道路抢修完毕后，开始通车，第一个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第一个控制点之后的交通信号灯显示红灯，第一个控制点与第二个控制点之间的车辆开始行驶，第二个控制点之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤五：当第二个控制点之前的车辆通车完毕后，第二个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第三个控制点处的交通信号灯显示红灯，第二个控制点与第三个控制点之间的车辆开始行驶，第三个控制点之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤六：当第二个控制点与第三个控制点之间的车辆基本通车完毕后，第三个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第三个控制点与第四个控制点之间的车辆开始行驶，第四个控制点之后的车辆仍处于静止等待状态；

步骤七：第三个控制点与第四个控制点之间的车辆基本通车完毕后，第四个控制点处的交通信号灯显示绿灯，第四个控制点之后的车辆开始行驶，当它之后的所有排队车辆全部通过拥堵区域后，整个疏散通车过程完成。