CN108122418A

CN108122418A - 城市快速路主线与匝道协同控制方法及系统

Info

Publication number: CN108122418A
Application number: CN201711372614.2A
Authority: CN
Inventors: 代磊磊; 刘东波; 徐棱; 何广进; 付强; 刘成生; 树爱兵
Original assignee: Traffic Management Research Institute of Ministry of Public Security
Current assignee: Traffic Management Research Institute of Ministry of Public Security
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2018-06-05

Abstract

本发明涉及一种城市快速路主线与匝道协同控制方法及系统，属于道路交通信号控制技术领域，其特征是，包括：检测器，检测器用于检测匝道和主线的交通流状态；信号灯，信号灯用于控制匝道和主线车道的开启、关闭和放行；信号机，所述信号机与检测器、信号灯和控制系统连接，信号机用于采集匝道和主线交通流运行状态数据并上传给控制系统，并根据控制系统的控制命令控制信号灯；以及，控制系统，所述控制系统根据触发阈值选择相应的预置方案下发到信号机。本发明解决传统断面采集指标不准确、有效性不高的问题，面向不同场景采取主线、匝道信号灯联动控制策略及方案，实现交通组织与信号控制方案的协同，以及匝道的动态响应控制。

Description

城市快速路主线与匝道协同控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种城市快速路主线与匝道协同控制方法及系统，属于道路交通信号控制技术领域。

背景技术

近年来，随着城市机动化进程的加快，快速路主线高峰时段呈现出周期性、长时间、长距离的交通堵塞，快速路主线与匝道连接处及临近地段已成为常态化交通拥堵的源头，一方面是快速路及匝道的规划、设计和建设本身存在不少问题；另一方面，对于快速路、短匝道、下匝道与地面衔接等情况，缺乏精细化的交通组织与控制措施，特别是快速路主线与匝道的协同控制考虑较少，也是引起主线与匝道连接段拥堵的重要原因。

目前，国外常用的对匝道的控制方法有占有率方法、需求-容量方法、定时调节方法等，这些方法都是根据上下游检测的实时数据来确定的，其中ALINEA算法在局部入口匝道控制上是最优的，且应用广泛。国内从我国快速路的交通流特性上研究，借鉴国外的建模思路及考虑因素，对控制模型重新进行参数标定与改进，但大多是从匝道控制本身出发，对于匝道与主线的协同联动控制考虑较少。专利方面，CN 104240521A提出了一种智能匝道交通控制机、控制系统以及控制方法，更多的是从设备层面的匝道控制系统；CN201410333667.3提出了一种快速路入匝道与主线协同信号控制系统及方法，主要是基于断面检测指标确定控制的配时方案。总体来看，对快速路匝道控制研究较多，但对于快速路匝道、主线之间的协同控制，以及两者之间的控制策略和控制方式，有待进一步深化。

当前研究大多集中在快速路匝道控制上，对主线与匝道的协同考虑较少，实际应用中，在快速路拥堵严重情况下，仅通过匝道的控制很难实现拥堵的有效疏解，亟需将快速路主线与匝道作为一个整体，进行协同控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种城市快速路主线与匝道协同控制方法及系统，解决传统断面采集指标不准确、有效性不高的问题，面向不同场景采取主线、匝道信号灯联动控制策略及方案，实现交通组织与信号控制方案的协同，以及匝道的动态响应控制。

按照本发明提供的技术方案，所述城市快速路主线与匝道协同控制系统，其特征是，包括：

检测器，检测器用于检测匝道和主线的交通流状态；

信号灯，信号灯用于控制匝道和主线车道的开启、关闭和放行；

信号机，所述信号机与检测器、信号灯和控制系统连接，信号机用于采集匝道和主线交通流运行状态数据并上传给控制系统，并根据控制系统的控制命令控制信号灯；

以及，控制系统，所述控制系统根据触发阈值选择相应的预置方案下发到信号机。

进一步地，所述检测器包括匝道检测器、主线下游检测器和主线上游检测器，匝道检测器、主线下游检测器和主线上游检测器的输出端和信号机连接；所述匝道检测器用于检测匝道排附情况，主线下游检测器用于检测下游路段拥堵溢出情况，主线上游检测器）用于检测上游路段拥堵情况。

进一步地，所述信号灯包括匝道车道灯、匝道汇合处信号灯和主线车道灯，匝道车道灯、匝道汇合处信号灯和主线车道灯和信号机连接；所述匝道车道灯用于控制匝道的开启和关闭；所述匝道汇合处信号灯用于控制匝道定周期或自适应调节控制；所述主线车道灯用于控制主线车道开启和关闭。

进一步地，还包括最外侧车道渠化、可变限速标志、LED诱导屏和电子警察抓拍设备。

所述城市快速路主线与匝道协同控制方法，其特征是，采用上述的控制系统，具体步骤如下：

（1）通过视频检测方式，实时判断主线上下游交通运行状态，判断交通拥堵程度；

（2）针对交通状态触发阈值，生成对应控制策略，采取相应预置方案对主线车道灯、匝道车道灯及汇合处信号灯进行控制；

（3）评估主线交通运行状态，判断拥堵是否有缓解，如有缓解，则执行相应控制策略；否则，继续启动相应控制策略。

进一步地，所述交通运行状态包括畅通状态、一般状态、主线下游拥堵状态、主线上游拥堵状态和严重阻塞；所述对应控制策略如下：

畅通状态时，入口匝道车道信号灯开启，匝道汇合处信号灯常绿，主线车道灯常绿；入口、主线车辆不进行控制；

一般状态时，入口匝道车道信号灯开启、主线车道信号灯常绿，匝道汇合处信号灯以匝道检测器检测到的排队长度、占有状态为依据，进行动态的信号灯自适应控制；

主线下游拥堵状态时，入口匝道车道灯开启、主线车道灯关闭最外侧车道，匝道汇合处信号灯以定周期控制方式，处于长红状态，主线排队出现短暂下降，输出短时绿灯信号，给予入口短暂通行权；

主线上游拥堵状态时，入口匝道车道灯开启、主线车道灯常绿；匝道汇合处信号灯以定周期控制方式，处于长红状态，主线排队出现短暂下降，输出短时绿灯信号，给予入口短暂通行权；

严重阻塞时，入口匝道车道灯关闭，匝道汇合处信号灯给一段绿灯保证清空后，保持红灯常亮状态；主线车道灯关闭最外侧车道。

本发明具有以下优点：（1）本发明采取视频检测方式，采集排队长度和尾部占有状态等指标，突破传统断面采集指标不准确、有效性不高的问题；（2）本发明将主线与匝道控制联动起来，基于交通运行状态判断触发相应控制策略，面向不同场景采取主线、匝道信号灯联动控制策略及方案；（3）本发明在采取信号灯控制的同时，配套车道渠化、可变限速标志、LED诱导屏、电子警察抓拍等设施，实现交通组织与信号控制方案的协同；（4）本发明基于视频采集车辆排队长度，匝道信号配时方案采取自适应控制方式，实现与匝道拥堵状态相匹配的动态控制。

附图说明

图1为本发明所述城市快速路主线与匝道协同控制系统的总体架构示意图。

图2为本发明所述城市快速路主线与匝道协同控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述城市快速路主线与匝道协同控制系统包括信号机、检测器、信号灯和控制系统；所述信号机用采集匝道交通流运行状态数据上传给控制系统，控制系统根据触发阈值判断选择相应的预置方案下发到信号机，信号机根据系统控制命令执行相应方案。

所述检测器包括匝道检测器D1、主线下游检测器D2和主线上游检测器D3，匝道检测器D1、主线下游检测器D2和主线上游检测器D3的输出端和信号机连接，匝道检测器D1用于检测匝道排队情况，主线下游检测器D2用于检测下游路段拥堵溢出情况，主线上游检测器D3用于检测上游路段拥堵情况。

所述信号灯包括匝道车道灯L1、匝道汇合处信号灯L2和主线车道灯L3，匝道车道灯L1、匝道汇合处信号灯L2和主线车道灯L3和信号机连接，由信号机进行控制；所述匝道车道灯L1用于控制匝道的开启和关闭；所述匝道汇合处信号灯L2用于控制匝道定周期或自适应调节控制；所述主线车道灯L3用于控制主线车道开启和关闭。

所述主线车道灯L3设置在主线和匝道交汇处前端600-800米处，匝道放行时最外侧车道关闭，持续至少15min；配套限速和诱导标志，设置VMS限速标志，速度由80km/h降到60km/h；在200米范围内施划可变车道标线，配套电子警察抓拍设备。

所述匝道汇合处信号灯L2设置于主线与匝道交汇处，在匝道停车线前30-50m处设置匝道检测器D1，在进入匝道车道起始位置设置匝道车道灯L1。

本发明所述城市快速路主线与匝道协同控制系统还包括配套设施，具体为：最外侧车道渠化、可变限速标志、LED诱导屏显示“前方外侧车道关闭、请选择内侧车道通行”、电子警察抓拍设施。

本发明所述城市快速路主线与匝道协同控制方法，采用视频检测设备进行交通流检测，并通过通信板与信号机连接，通过匝道检测器D1、主线下游检测器D2和主线上游检测器D3采集到的车辆排队长度数据，判断相应交通拥堵状态及触发条件，进行主线和匝道的协同控制，具体步骤如下：

（1）通过视频检测方式，采集车辆排队长度和尾部占有状态指标，依据主线不同位置检测器采集的指标为依据，来判断交通拥堵程度，并启动相应控制策略；

（2）针对交通状态触发的阈值，分别对应畅通状态、一般状态、主线下游拥堵状态、主线上游拥堵状态、严重阻塞等5种状态，设计对应控制策略：

a、畅通状态：入口匝道车道信号灯L1开启，匝道汇合处信号灯L2常绿，主线车道灯L3常绿；入口、主线车辆不需要进行控制；

b、一般状态：入口匝道车道信号灯L1开启、主线车道信号灯L3常绿，匝道汇合处信号灯L2以匝道检测器D1检测到的排队长度、占有状态等为依据，进行动态的信号灯自适应控制；

c、主线下游拥堵状态：当主线下游检测器D2检测到主线下游拥堵时，入口匝道车道灯L1开启、主线车道灯L3关闭最外侧车道，控制前方限速标志由80km/h将为60km/h，控制可变信息板发布“前方外侧车道关闭、请选择内侧车道通行”信息；匝道汇合处信号灯L2以定周期控制方式，处于长红状态，主线排队出现短暂下降，输出短时绿灯信号，给予入口短暂通行权（时间可设置）；匝道排队溢出到地面路口时，系统采取协同控制策略，将地面路口与匝道一并进行控制；

d、主线上游拥堵状态：当主线上游检测器D3检测到主线上游拥堵时，入口匝道车道灯L1开启、主线车道灯L3常绿；匝道汇合处信号灯L2以定周期控制方式，处于长红状态，主线排队出现短暂下降，输出短时绿灯信号，给予入口短暂通行权（时间可设置）。匝道排队溢出到地面路口时，系统采取协同控制策略，将地面路口与匝道一并进行控制；

e、严重阻塞：当主线下游检测器D2、主线上游检测器D3均检测到拥堵时，入口匝道车道灯L1关闭，匝道汇合处信号灯L2给一段绿灯保证清空后，保持红灯常亮状态；主线车道灯L3关闭最外侧车道，控制前方限速标志由80km/h将为60km/h，控制可变信息板发布“前方外侧车道关闭、请选择内侧车道通行”信息；

（3）采取相应控制策略后，评估快速路主线交通运行状态，判断拥堵是否有缓解。如有缓解，则执行相应控制策略；否则，继续启动相应控制策略。

本发明针对快速路主线与匝道协同控制，通过视频检测方式，实时判断主线上下游交通运行状态，来判断交通拥堵程度，并启动相应控制策略；针对交通状态触发的判断阈值，分别对应畅通状态、一般状态、主线下游拥堵状态、主线上游拥堵状态、严重阻塞等5种状态，系统生成对应控制策略，配套相应交通设施及监控措施，采取相应控制方案对主线车道灯、匝道车道灯及汇合处信号灯进行控制；评估快速路主线交通运行状态，判断拥堵是否有缓解，以确定系统控制策略及方案的有效性。

Claims

1.一种城市快速路主线与匝道协同控制系统，其特征是，包括：

检测器，检测器用于检测匝道和主线的交通流状态；

2.如权利要求1所述的城市快速路主线与匝道协同控制系统，其特征是：所述检测器包括匝道检测器（D1）、主线下游检测器（D2）和主线上游检测器（D3），匝道检测器（D1）、主线下游检测器（D2）和主线上游检测器（D3）的输出端和信号机连接；所述匝道检测器（D1）用于检测匝道排队情况，主线下游检测器（D2）用于检测下游路段拥堵溢出情况，主线上游检测器（D3）用于检测上游路段拥堵情况。

3.如权利要求1所述的城市快速路主线与匝道协同控制系统，其特征是：所述信号灯包括匝道车道灯（L1）、匝道汇合处信号灯（L2）和主线车道灯（L3），匝道车道灯（L1）、匝道汇合处信号灯（L2）和主线车道灯（L3）和信号机连接；所述匝道车道灯（L1）用于控制匝道的开启和关闭；所述匝道汇合处信号灯（L2）用于控制匝道定周期或自适应调节控制；所述主线车道灯（L3）用于控制主线车道开启和关闭。

4.如权利要求3所述的城市快速路主线与匝道协同控制系统，其特征是：还包括最外侧车道渠化、可变限速标志、LED诱导屏和电子警察抓拍设备。

5.一种城市快速路主线与匝道协同控制方法，其特征是，采用如权利要求1-4任一项所述的控制系统，具体步骤如下：

6.如权利要求5所述的城市快速路主线与匝道协同控制方法，其特征是：所述交通运行状态包括畅通状态、一般状态、主线下游拥堵状态、主线上游拥堵状态和严重阻塞；所述对应控制策略如下：

畅通状态时，入口匝道车道信号灯（L1）开启，匝道汇合处信号灯（L2）常绿，主线车道灯（L3）常绿；入口、主线车辆不进行控制；

一般状态时，入口匝道车道信号灯（L1）开启、主线车道信号灯（L3）常绿，匝道汇合处信号灯（L2）以匝道检测器（D1）检测到的排队长度、占有状态为依据，进行动态的信号灯自适应控制；

主线下游拥堵状态时，入口匝道车道灯（L1）开启、主线车道灯（L3）关闭最外侧车道，匝道汇合处信号灯（L2）以定周期控制方式，处于长红状态，主线排队出现短暂下降，输出短时绿灯信号，给予入口短暂通行权；

主线上游拥堵状态时，入口匝道车道灯（L1）开启、主线车道灯（L3）常绿；匝道汇合处信号灯（L2）以定周期控制方式，处于长红状态，主线排队出现短暂下降，输出短时绿灯信号，给予入口短暂通行权；

严重阻塞时，入口匝道车道灯（L1）关闭，匝道汇合处信号灯（L2）给一段绿灯保证清空后，保持红灯常亮状态；主线车道灯（L3）关闭最外侧车道。