CN108320535B - 一种道路合流区交织车辆的通行控制方法 - Google Patents

Abstract

一种道路合流区交织车辆的通行控制方法，本发明涉及道路合流区交织车辆的通行控制方法。本发明为了解决目前针对合流区高峰时实行的拉链式交通法规存在的车辆到达合流区之后需要减速瞭望后通过，产生交通延误以及车辆拥挤的问题。本发明包括：步骤一、调查道路合流区主路车辆的合流速度、辅路车辆的合流速度、主路最大限速、辅路最大限速和道路几何条件；步骤二、确定检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置；步骤三、根据步骤二确定的检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置，确定合流区交织车辆的通行控制规则。本发明用于交通信息工程与控制技术领域。

Description

一种道路合流区交织车辆的通行控制方法

技术领域

本发明涉及一种道路合流区交织车辆的通行控制方法，属于交通信息工程与控制技术领域。

背景技术

在城市交通系统中，道路合流区域的通行能力是影响道路通行能力的重要因素之一，而在现有城市道路系统之中分合流路口数量众多且无相应交通管理控制设施。这就导致在早、晚高峰期间分合流区交织变道车辆数量增多，使得分合流区成为"瓶颈"从而引发交通拥挤。而伴随城市道路合流区局部拥堵也会随着时间的积累蔓延到整个城市道路交通网，最终导致道路整体通行能力下降。因此开展能够提高城市道路合流区通行能力的具体控制方法研究对于充分发挥城市道路功能具有重要意义。

目前针对合流区高峰时实行的"拉链式"交通法规：“在两车道并一车道出现停车排队等候或者缓慢行驶时，左边过一辆车，右边过一辆车，然后左边再过一辆车，反反复复，有序行进。”该法规存在两个不足：1)车辆到达合流区之后需要减速瞭望后通过，由此会产生交通延误；2)法规应用前提是合流区两条道路都产生了排队，可以实施交替通行，如果有一方没有车辆将产生更大的延误，并且增大另一方向车辆拥挤程度。而且实地调查20个合流区高峰小时流量发现仅有80％的合流区主、辅路到达率约为1:1，因此，目前的针对合流区高峰时实行的"拉链式"交通法规的应用具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前针对合流区高峰时实行的"拉链式"交通法规存在的车辆到达合流区之后需要减速瞭望后通过，由此会产生交通延误以及车辆拥挤的问题。

一种道路合流区交织车辆的通行控制方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、在高峰小时前后对将要实施控制的道路合流区的主路车辆的合流速度以及辅路车辆的合流速度进行3个小时的采集，调查道路合流区主路车辆的合流速度、辅路车辆的合流速度、主路最大限速、辅路最大限速，测量合流区的道路宽度和合流区的加速车道长度，

步骤二、确定检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置，其具体过程为：

设置S₁为合流区位置；以车辆前进方向为正方向，主路和辅路奖惩限速区结束位置为S₂，并在S₂位置设置可变限速装置；

S₁S₂＝v_min×t_max

其中v_min为高峰小时主路车辆进入合流位置S₁前车辆行驶速度最小值；t_max为主路车辆经过电子限速牌位置S₂时能保持匀速的最大时间；

S₃为主路和辅路2号检测器的位置，奖惩限速区开始位置以及速度恢复区结束位置；

S₂S₃＝X+v₀t_s

其中X是车辆速度检测器安装视距，v₀是调查得到的合流区高峰小时主路车辆的平均速度，t_s为强制变速区设施运行时间；

以车辆前进方向为正方向，主路和辅路强制变速区结束位置以及速度恢复区开始位置为S₄；

S₂S₄≤120(m)

其中，a是车辆的最小制动加速度；

S₅为主路和辅路1号检测器的位置以及强制变速区开始位置；

S₅＝max(S₂S₃,S₃S₄)

主路和辅路S₁之间存在一个最小差值

其中v_主为主路调查最大限速值，T为主路和辅路最大限速值下的临界最小间隙；

步骤三、根据步骤二确定的检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置，确定合流区交织车辆的通行控制规则，其具体过程为：

步骤三一：当主路1号检测器检测到第i辆车的速度和到达时刻时，判断辅路1号检测器是否检测到车辆，若检测到车辆，则对辅路第j辆车进行控制，开始时i和j取值为1；

对辅路第j辆车进行控制过程为：

在主路和辅路S₅位置的1号检测器检测到车辆速度，记录车辆到达S₅位置的时刻，当主路1号检测器检测到主路第i辆车时判断辅路1号检测器是否检测到第j辆车，当i＝1时对主路车辆不进行控制；若有车辆，则计算主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间；

计算主路和辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间的过程为：

道路合流区的主路和辅路车辆以速度v从S₅行驶，且未采取控制措施时，驾驶员看到可变限速装置到达合流位置S₁前主路和辅路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁过程行驶时间t；

若辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间大于主路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间，则辅路S₄S₅之间的强制变速区进行先加速再减速的过程；

若辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间小于主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，则辅路S₄S₅之间的强制变速区进行先减速再加速的过程；

当辅路第j辆车行驶到2号检测器安装位置S₃时对车辆进行速度检测，将车速与运算得出的合流需要车速进行比对；若车辆在减速控制后速度处于合流需要速度范围值内，则位于S₂S₃内的奖惩限速区会对未按照速度控制的车辆进行惩罚使车辆运行速度降低，按照控制的车辆则让其正常行驶；

对主路的控制过程为：

在主路和辅路S₅位置的1号检测器检测车辆速度，记录第i个车辆到达S₅位置的时刻，当主路1号检测器检测到车辆时判断辅路1号检测器是否检测到车辆，若无车辆，则不对主路车辆进行控制；若有车辆，则当主路S₅位置的1号检测器检测到第i+1个车辆到达时，计算主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间；

计算主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间过程为：

道路合流区的主路车辆以速度v从S₅行驶，且未采取措施控制时，驾驶员看到可变限速装置到达合流位置S₁前主路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁过程行驶时间t；

若主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间t差值大于或等于主路和辅路可变限速装置限制的合流速度v^*对应的临界最小间隙T时不对第i+1个车辆进行控制；

若主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间t差值小于主路和辅路可变限速装置限制的合流速度v^*对应的临界最小间隙T时，则主路S₄S₅之间的强制变速区进行先减速再加速的过程；

当主路第i辆车行驶到2号检测器安装位置S₃时对车辆进行速度检测，将车速与运算得出的合流需要车速进行比对；若车辆在减速控制后速度处于合流需要速度范围值内，则位于S₂S₃内的奖惩限速区会对未按照速度控制的车辆进行惩罚使车辆运行速度降低，按照控制的车辆则让其正常行驶；

步骤三二：计算辅路Δh_j+1和主路Δt_i+2，并将计算的辅路Δh_j+1和主路Δt_i+2带入到步骤三一中进行循环控制；

当对辅路第j+1辆车进行控制时，计算v'_j+1辅时将主路第i+1辆车的Δt_i+1带入到辅路第i+1辆车计算Δh_i＝t_j辅-t_i主中，即Δh_j+1＝t_j+1辅-t_i+1主+Δt_i+1；

Δh_j+1为辅路第i+1辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间和主路第i+1辆车经过控制调整之后的实际时间t_i+1主+Δt_i+1的差值；

当对主路第i+2辆车进行控制时，计算v'_i+2主时将主路第i+1辆车的Δt_i+1带入到主路第i+2辆车计算Δt_i+2＝t_i+2主-t_i+1主中，即Δt_i+2＝t_i+2主-t_i+1主+Δt_i+1；

Δt_i+2为主路第i+2辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间和主路第i+1辆车经过控制调整之后的实际时间t_i+1主+Δt_i+1差值。

本发明的有益效果为：

本发明利用城市两显示信号控制十字平面交叉口的单车自身事故、追尾事故、对撞事故、斜碰撞事故、同向刮擦事故和直角碰撞事故的实际事故次数，结合计算出的城市两显示信号控制十字平面交叉口的一年内单车自身事故、追尾事故、对撞事故、斜碰撞事故、同向刮擦事故和直角碰撞事故的事故机会数，分别计算出单车自身事故、追尾事故、对撞事故、斜碰撞事故、同向刮擦事故和直角碰撞事故的事故风险，通过比较不同事故形态的事故风险大小，并选择出事故风险最大的事故形态作为该两显示信号控制十字平面交叉口的突出事故形态，针对本发明识别出的突出事故形态来提出具体的交通安全改善措施，可以减少两显示信号控制十字平面交叉口的事故数量的30％，交叉口的延误率下降28％，交叉口整体通行效率提高24％，有助于提高城市两显示信号控制十字平面交叉口的安全水平。填补了该技术领域的空白。

附图说明

图1为合流区检测器和变速区设置位置图；

图2为协同变速模型减速加速速度变化过程图；

图3为协同变速模型加速减速速度变化过程图；

图4为实施方案实际调查交通参数图；

图5为利用MATLAB仿真主路和辅路车辆运行S-T曲线图；

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种道路合流区交织车辆的通行控制方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、调查道路合流区主路车辆的合流速度、辅路车辆的合流速度、主路最大限速、辅路最大限速和道路几何条件；

步骤二、确定检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置；

步骤三、根据步骤二确定的检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置，确定合流区交织车辆的通行控制规则。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一的具体过程为：在高峰小时前后对将要实施控制的道路合流区的主路车辆的合流速度以及辅路车辆的合流速度进行3个小时的采集，测量合流区的道路宽度和合流区的加速车道长度。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中确定检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置的具体过程为：

设置S₁为合流区位置；以车辆前进方向为正方向，主路和辅路奖惩限速区结束位置为S₂，并在S₂位置设置可变限速装置；

如果车辆在离开可变限速装置位置S₂至合流位置S₁期间擅自变速，则会使得合流无法按要求完成，因此S₁S₂为使车辆经过减速加速或加速减速模型调整后，主路车辆合流速度保持匀速行驶的最小距离，即：

S₁S₂＝v_min×t_max

其中v_min为高峰小时主路车辆进入合流位置S₁前车辆行驶速度最小值；t_max为主路车辆经过电子限速牌位置S₂时能保持匀速的最大时间；

S₃为主路和辅路2号检测器的位置，奖惩限速区开始位置以及速度恢复区结束位置；

2号检测器的位置以地磁传感器检测速度的位置公式为例：

S₂S₃＝X+v₀t_s

其中X是不同车辆速度检测器安装视距，取值为常数；v₀是调查得到的合流区高峰小时主路车辆的平均速度，t_s为强制变速区设施运行时间；

以车辆前进方向为正方向，主路和辅路强制变速区结束位置以及速度恢复区开始位置为S₄；

主路车辆经过1号强制变速区变速之后需要调整速度，所以司机在通过1号强制变速区后会看到2号变速区旁的限速装置，故S₂S₄之间的距离应小于最大行车速度下的视距，即：

S₂S₄≤120(m)

其中m为单位米；

除此之外S₃S₄还应使得车辆在到达2号检测器之前能够完成速度恢复过程，即：

其中，a是车辆的最小制动加速度；

S₅为主路和辅路1号检测器的位置以及强制变速区开始位置；

类比S₂S₃，S₃S₄应取两者最大值，即：

S₅＝max(S₂S₃,S₃S₄)。

主路和辅路S₁之间存在一个最小差值

其中v_主为主路调查最大限速值，T为主路和辅路最大限速值下的临界最小间隙。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中根据步骤二确定的检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置，确定合流区交织车辆的通行控制规则的具体过程为：

步骤三一：当主路1号检测器检测到第i辆车的速度和到达时刻时，判断辅路1号检测器是否检测到车辆，若检测到车辆，则对辅路第j辆车进行控制，开始时i和j取值为1；

对辅路第j辆车进行控制过程为：

在主路和辅路S₅位置的1号检测器检测到车辆速度，记录车辆到达S₅位置的时刻，当主路1号检测器检测到主路第i辆车时判断辅路1号检测器是否检测到第j辆车，当i＝1时对主路车辆不进行控制；若有车辆，则计算主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间；

计算主路和辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间的过程为：

道路合流区的主路和辅路车辆以速度v从S₅行驶，且未采取控制措施时，驾驶员看到可变限速装置到达合流位置S₁前主路和辅路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁过程行驶时间t；

若辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间大于主路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间，则辅路S₄S₅之间的强制变速区进行先加速再减速的过程；

若辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间小于主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，则辅路S₄S₅之间的强制变速区进行先减速再加速的过程；

当辅路第j辆车行驶到2号检测器安装位置S₃时对车辆进行速度检测，将车速与运算得出的合流需要车速进行比对；若车辆在减速控制后速度处于合流需要速度范围值内，则位于S₂S₃内的奖惩限速区会对未按照速度控制的车辆进行惩罚使车辆运行速度降低(可以使用减速带等措施)，按照控制的车辆则让其正常行驶；

对主路的控制过程为：

在主路和辅路S₅位置的1号检测器检测车辆速度，记录第i个车辆到达S₅位置的时刻，当主路1号检测器检测到车辆时判断辅路1号检测器是否检测到车辆，若无车辆，则不对主路车辆进行控制；若有车辆，则当主路S₅位置的1号检测器检测到第i+1个车辆到达时，计算主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间；

计算主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间过程为：

道路合流区的主路车辆以速度v从S₅行驶，且未采取措施控制时，驾驶员看到可变限速装置到达合流位置S₁前主路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁过程行驶时间t(主路和辅路计算t均采用以下公式，t代表t_j辅和t_i主)；

若主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间t差值大于或等于主路和辅路可变限速装置限制的合流速度v^*对应的临界最小间隙T(T采用Drew法根据辅路车辆需要合流对应的速度与主路速度确定)时不对第i+1个车辆进行控制；

若主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间t差值小于主路和辅路可变限速装置限制的合流速度v^*对应的临界最小间隙T(T采用Drew法根据辅路车辆需要合流对应的速度与主路速度确定)时，则主路S₄S₅之间的强制变速区进行先减速再加速的过程；

当主路第i辆车行驶到2号检测器安装位置S₃时对车辆进行速度检测，将车速与运算得出的合流需要车速进行比对；若车辆在减速控制后速度处于合流需要速度范围值内，则位于S₂S₃内的奖惩限速区会对未按照速度控制的车辆进行惩罚使车辆运行速度降低(可以使用减速带等措施)，按照控制的车辆则让其正常行驶；

步骤三二：计算辅路Δh_j+1和主路Δt_i+2，并将计算的辅路Δh_j+1和主路Δt_i+2带入到步骤三一中进行循环控制；

当对辅路第j+1辆车进行控制时，计算v'_j+1辅时将主路第i+1辆车的Δt_i+1带入到辅路第i+1辆车计算Δh_i＝t_j辅-t_i主中，即Δh_j+1＝t_j+1辅-t_i+1主+Δt_i+1；

Δh_j+1为辅路第i+1辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间和主路第i+1辆车经过控制调整之后的实际时间t_i+1主+Δt_i+1的差值；

当对主路第i+2辆车进行控制时，计算v'_i+2主时将主路第i+1辆车的Δt_i+1带入到主路第i+2辆车计算Δt_i+2＝t_i+2主-t_i+1主中，即Δt_i+2＝t_i+2主-t_i+1主+Δt_i+1；

Δt_i+2为主路第i+2辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间和主路第i+1辆车经过控制调整之后的实际时间t_i+1主+Δt_i+1差值。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述先加速再减速的过程具体为：

当主路的相邻两辆被插空汽车之间的空隙大于最小临界间隙时，所述相邻两辆车中的后面一辆车需要经过变速区完成先加速再减速的过程，即减小所述相邻两辆车之间的车头时距，以满足合流插空要求，先加速再减速模型的具体实现过程如下：

若在t₀时刻位于辅路S₁位置1号检测器测出车辆的速度v，并将速度v的数据传递给变速区，则变速区根据实际通行速度v，计算出主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值Δh_j，在t₁时刻，辅路车辆进入强制变速区开始加速，直到时刻t₂加速至强制变速区规定的速度v'，进入速度恢复区开始减速，直到减速至限制的合流速度v^*，辅路车辆以速度v^*匀速行驶到达合流位置S₁；

经过强制变速区的加速过程和速度恢复区的减速过程，主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间减小Δh_j；

对于未采取措施控制的情况，辅路车辆先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁，在此过程中，辅路车辆行驶的距离为S'＝Δh·v^*；辅路车辆进入强制变速区开始加速，再进入速度恢复区开始减速的整个过程中，辅路车辆行驶的距离为

Δh_j＝t_j辅-t_i主

t_j辅为辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，t_i主为主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，v'_j辅为辅路S₅位置的1号检测器检测到第j辆车速度，

为可变限速装置时段变化限速值35km～45km每小时(根据实际交通调查确定的)，Δh_j为主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值，a＝2.67m/s²。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述先减速再加速的过程具体为：

当主路的相邻两辆被插空汽车之间的空隙小于最小临界间隙时，所述相邻两辆车中的后面一辆车需要经过变速区完成先减速再加速的过程，辅路车辆到达合流位置时间比主路早时需要经过变速区完成先减速再加速的过程，以满足合流插空要求，先减速再加速模型的具体实现过程如下：

道路合流区的主路和辅路车辆以速度v行驶，且未采取任何措施控制时，合流前主路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁；

若在t₀时刻测出主路和辅路车辆的实际通行速度v，并将速度v的数据传递给变速区，则变速区根据实际通行速度v，计算出主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值Δh_j和计算出主路第i辆车和主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值Δt_i，在t₁时刻，主路和辅路车辆进入强制变速区开始减速，直到时刻t₂减速至强制变速区规定的速度v'，然后进入速度恢复区开始加速，直到加速至限制的合流速度v^*，最后主路和辅路车辆以速度v^*匀速行驶到达合流位置S₁；

经过强制变速区的减速过程和速度恢复区的加速过程，主路相邻两被插空车辆之间的车头时距增加Δt，辅路第j辆车与主路第i辆车同时到达；

对于未采取措施控制的情况，主路和辅路车辆先以加速度a减速到合流速度v^*，然后再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁，在此过程中，主路车辆行驶的距离为S'＝Δh·v^*；主路车辆进入强制变速区开始减速，再进入速度恢复区开始加速的整个过程中，主路车辆行驶的距离为

Δt_i+1＝t_i+1主-t_i主

Δh_j＝t_j辅-t_i主

t_i+1主为主路第i+1辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，t_i主为主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，v'_i+1主为主路S₅位置的1号检测器检测到第i+1辆车速度，

为限速牌时段变化限速值40km～50km每小时(根据实际交通调查确定的)，Δt_i+1为主路第i辆车和主路第i+1辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值；

t_j辅为辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，t_i主为主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，v'_j辅为辅路S₅位置的1号检测器检测到第j辆车速度，

为限速牌时段变化限速值35km～45km每小时(根据实际交通调查确定的)，Δh_j为辅路第j辆车和主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值，a＝2.67m/s²。

减速——加速模型。

当主路相邻两被插空汽车之间的空隙不够大时，后一辆车需经过1号强制变速区和2号速度恢复区完成减速——加速过程，拉出相应的车头时距，扩大空隙，满足合流插空要求。若辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间大于主路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间则需要经过1号强制变速区和2号速度恢复区完成减速——加速过程和主路空隙同时到达，速度变化过程如图2所示：图2、3中v为主路和辅路1号检测器检测到的车辆行驶速度，v'为主路和辅路经过1号强制变速区之后变化到的最优速度，v^*为主路和辅路位于S₂位置的可变限速装置的限速值。

主路和辅路车辆以正常速度v行驶，在t₀时刻测出主路和辅路实际通行速度v，并将数据传递给1号强制变速区，1号强制变速区根据主路车辆和辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间大于主路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间差Δh，在t₁时刻，辅路车辆进入1号强制变速区按照步骤三所述规则开始减速，直到t₂减速至1号强制变速区规定的速度v'，开始在2号速度恢复区加速至限制的合流速度v^*。由于行驶过程中由强制变速区和速度恢复区引起的减速加速过程而导致的到达车辆合流位置S₁的时间差为Δ_t；1号强制变速区根据主路i车辆和主路i+1车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间差Δt比主路和辅路2号奖惩限速区结束位置的可变限速装置限速值v^*对应的临界最小间隙T小，在t₁时刻，主路i+1车进入1号强制变速区按照步骤三所述规则开始减速，直到t₂减速至1号强制变速区规定的速度v'，开始在2号速度恢复区加速至限制的合流速度v^*。由于行驶过程中由强制变速区和速度恢复区引起的减速加速过程而导致的到达车辆合流位置S₁的时间差为Δt_i+1由面积相等可计算变速区要求的速度v'，计算公式如下：

S_ΔAHC＝S_矩DEFG

S_矩DEFG＝Δ_hv^*

其中加速度a＝2.67m²/s，其余参数由实际检测数据确定。

加速——减速模型。

若辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间小于主路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间则需要经过1号强制变速区和2号速度恢复区完成加速——减速过程和主路空隙同时到达。

其变速过程如图3所示。其变速过程如下：

辅路车辆以正常速度v行驶，在t₀时刻测出主辅路实际通行速度v，并将数据传递给1号强制变速区，1号强制变速区根据主路车辆和辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间小于主路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间差Δh，在t₁时刻，辅路车辆进入1号强制变速区按照步骤三所述规则开始减速，直到t₂减速至1号强制变速区规定的速度v'，开始在2号速度恢复区加速至限制的合流速度v^*。由于行驶过程中由强制变速区和速度恢复区引起的减速加速过程而导致的到达车辆合流位置S₁的时间差为Δ_t，由面积相等可计算变速区要求的速度v'，计算公式如下：

S_四BHAC＝S_矩DEFG

S_矩DEFG＝Δ_hv^*

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

实施例一：

本例以哈尔滨市城市道路的某一合流路口为例，为确定理论控制决策的可行性，首先进行实际道路合流区交通运行状态的调查，见图4。得到合流区车辆到达率和实际运行效果，然后利用MATLAB按照理论决策仿真得到主辅路车辆优化后的运行效果。由于条件所限，仅针对最常见的合流车辆1:1到达情况进行仿真；在车辆进入决策体系内忽略车辆之间的跟驰效应，仅考虑减速带减速效应；对于实际调查车辆的运行速度求取平均值，流量利用均匀分布进行拟合，理论MATLAB(控制程序见说明书)仿真主辅路s-t曲线，见图5。仿真中主辅路1号检测器安装位置距离S1140m,1号强制变速区长度60m,2号速度恢复区长度30m,2号奖惩限速区长度30m,2号奖惩限速区结束位置到S1的长度为20m,由MATLAB仿真S-T图可见主辅路1号强制限速区位置70m前有减速趋势，在其后有加速趋势，最后在合流位置S1 150m辅路车辆有序插入主路车辆空隙。

基于实际调查车辆合流前车速、合流路口车辆行驶速度、短时流量与理论决策MATLAB仿真对比见表1：

表1 仿真结果

仿真结果表明，本控制方案可以使车辆合流行驶速度提高150％-200％，可以减少两显示信号控制十字平面交叉口的事故数量的30％，交叉口的延误率下降28％，交叉口整体通行效率提高24％。

由实施例可知：

本控制方案可以使车辆合流行驶速度提高150％-200％，道路通行能力提高20.3％-28.5％。

本发明基于道路检测到的实时数据进行控制和优化，减速带采取奖惩决策方案体现了智能化、人性化的交通；为智能交通中的“信息共享和业务协同”提供思路，在未来的交织区管理中可以将车辆的信息共享给其他车辆，进而协同、安全、高效地通过交织区。

本发明设计是将车辆信息传递给单片机。在未来，车联网可以将车辆信息与道路之间进行交互，即实现V2X。将需要限速直接传递给车辆，能够更加准确地对车辆进行控制，更好地实现交织区“拉链式”穿插。

本发明通过车辆的加减速有序无停滞运行替代车辆在交织区路口的停车，减少了车辆在启动时的能源消耗，符合交通的节能原则。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种道路合流区交织车辆的通行控制方法，其特征在于，所述道路合流区交织车辆的通行控制方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、调查道路合流区主路车辆的合流速度、辅路车辆的合流速度、主路最大限速、辅路最大限速和道路几何条件；

步骤二、确定检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置，其具体过程为：

设置S₁为合流区位置；以车辆前进方向为正方向，主路和辅路奖惩限速区结束位置为S₂，并在S₂位置设置可变限速装置；

S₁S₂＝v_min×t_max

其中v_min为高峰小时主路车辆进入合流位置S₁前车辆行驶速度最小值；t_max为主路车辆经过电子限速牌位置S₂时能保持匀速的最大时间；

S₃为主路和辅路2号检测器的位置，奖惩限速区开始位置以及速度恢复区结束位置；

S₂S₃＝X+v₀t_s

其中X是车辆速度检测器安装视距，v₀是调查得到的合流区高峰小时主路车辆的平均速度，t_s为强制变速区设施运行时间；

以车辆前进方向为正方向，主路和辅路强制变速区结束位置以及速度恢复区开始位置为S₄；

S₂S₄≤120(m)

其中，a是车辆的最小制动加速度；

S₅为主路和辅路1号检测器的位置以及强制变速区开始位置；

S₅＝max(S₂S₃,S₃S₄)

主路和辅路S₁之间存在一个最小差值

其中v_主为主路调查最大限速值，T为主路和辅路最大限速值下的临界最小间隙；

步骤三、根据步骤二确定的检测器、强制变速区、速度恢复区、奖惩限速区、可变限速装置的位置，确定合流区交织车辆的通行控制规则，其具体过程为：

步骤三一：当主路1号检测器检测到第i辆车的速度和到达时刻时，判断辅路1号检测器是否检测到车辆，若检测到车辆，则对辅路第j辆车进行控制，开始时i和j取值为1；

对辅路第j辆车进行控制过程为：

在主路和辅路S₅位置的1号检测器检测到车辆速度，记录车辆到达S₅位置的时刻，当主路1号检测器检测到主路第i辆车时判断辅路1号检测器是否检测到第j辆车，当i＝1时对主路车辆不进行控制；若有车辆，则计算主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间；

计算主路和辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间的过程为：

道路合流区的主路和辅路车辆以速度v从S₅行驶，且未采取控制措施时，驾驶员看到可变限速装置到达合流位置S₁前主路和辅路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁过程行驶时间t；

若辅路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间大于主路车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间，则辅路S₄S₅之间的强制变速区进行先加速再减速的过程；

若辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间小于主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，则辅路S₄S₅之间的强制变速区进行先减速再加速的过程；

当辅路第j辆车行驶到2号检测器安装位置S₃时对车辆进行速度检测，将车速与运算得出的合流需要车速进行比对；若车辆在减速控制后速度处于合流需要速度范围值内，则位于S₂S₃内的奖惩限速区会对未按照速度控制的车辆进行惩罚使车辆运行速度降低，按照控制的车辆则让其正常行驶；

对主路的控制过程为：

在主路和辅路S₅位置的1号检测器检测车辆速度，记录第i个车辆到达S₅位置的时刻，当主路1号检测器检测到车辆时判断辅路1号检测器是否检测到车辆，若无车辆，则不对主路车辆进行控制；若有车辆，则当主路S₅位置的1号检测器检测到第i+1个车辆到达时，计算主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间；

计算主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间过程为：

道路合流区的主路车辆以速度v从S₅行驶，且未采取措施控制时，驾驶员看到可变限速装置到达合流位置S₁前主路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁过程行驶时间t；

若主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间t差值大于或等于主路和辅路可变限速装置限制的合流速度v^*对应的临界最小间隙T时不对第i+1个车辆进行控制；

若主路第i个车辆和第i+1个车辆预计到达车辆合流位置S₁的时间t差值小于主路和辅路可变限速装置限制的合流速度v^*对应的临界最小间隙T时，则主路S₄S₅之间的强制变速区进行先减速再加速的过程；

当主路第i辆车行驶到2号检测器安装位置S₃时对车辆进行速度检测，将车速与运算得出的合流需要车速进行比对；若车辆在减速控制后速度处于合流需要速度范围值内，则位于S₂S₃内的奖惩限速区会对未按照速度控制的车辆进行惩罚使车辆运行速度降低，按照控制的车辆则让其正常行驶；

步骤三二：计算辅路△h_j+1和主路△t_i+2，并将计算的辅路△h_j+1和主路△t_i+2带入到步骤三一中进行循环控制；

当对辅路第j+1辆车进行控制时，计算v′_j+1辅时将主路第i+1辆车的△t_i+1带入到辅路第i+1辆车计算△h_i＝t_j辅-t_i主中，即△h_j+1＝t_j+1辅-t_i+1主+△t_i+1；

△h_j+1为辅路第i+1辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间和主路第i+1辆车经过控制调整之后的实际时间t_i+1主+△t_i+1的差值；

当对主路第i+2辆车进行控制时，计算v′_i+2主时将主路第i+1辆车的△t_i+1带入到主路第i+2辆车计算△t_i+2＝t_i+2主-t_i+1主中，即△t_i+2＝t_i+2主-t_i+1主+△t_i+1；

△t_i+2为主路第i+2辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间和主路第i+1辆车经过控制调整之后的实际时间t_i+1主+△t_i+1差值。

2.根据权利要求1所述的一种道路合流区交织车辆的通行控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：在高峰小时前后对将要实施控制的道路合流区的主路车辆的合流速度以及辅路车辆的合流速度进行3个小时的采集，测量合流区的道路宽度和合流区的加速车道长度。

3.根据权利要求1所述的一种道路合流区交织车辆的通行控制方法，其特征在于，步骤三一中所述先加速再减速的过程具体为：

若在t₀时刻位于辅路S₁位置1号检测器测出车辆的速度v，并将速度v的数据传递给变速区，则变速区根据实际通行速度v，计算出主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值△h_j，在t₁时刻，辅路车辆进入强制变速区开始加速，直到时刻t₂加速至强制变速区规定的速度v'，进入速度恢复区开始减速，直到减速至限制的合流速度v^*，辅路车辆以速度v^*匀速行驶到达合流位置S₁；

经过强制变速区的加速过程和速度恢复区的减速过程，主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间减小△h_j；

对于未采取措施控制的情况，辅路车辆先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁，辅路车辆行驶的距离为S'＝△h·v^*；辅路车辆进入强制变速区开始加速，再进入速度恢复区开始减速的整个过程中，辅路车辆行驶的距离为

△h_j＝t_j辅-t_i主

t_j辅为辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，t_i主为主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，v'_j辅为辅路S₅位置的1号检测器检测到第j辆车速度，

为可变限速装置时段变化限速值35km～45km每小时，△h_j为主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值，a＝2.67m/s²。

4.根据权利要求3所述的一种道路合流区交织车辆的通行控制方法，其特征在于，步骤三一中所述先减速再加速的过程具体为：

道路合流区的主路和辅路车辆以速度v行驶，且未采取任何措施控制时，合流前主路车辆需要先以加速度a减速到合流速度v^*，再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁；

若在t₀时刻测出主路和辅路车辆的实际通行速度v，并将速度v的数据传递给变速区，则变速区根据实际通行速度v，计算出主路第i辆车和辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值△h_j和计算出主路第i辆车和主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值△t_i，在t₁时刻，主路和辅路车辆进入强制变速区开始减速，直到时刻t₂减速至强制变速区规定的速度v'，然后进入速度恢复区开始加速，直到加速至限制的合流速度v^*，最后主路和辅路车辆以速度v^*匀速行驶到达合流位置S₁；

经过强制变速区的减速过程和速度恢复区的加速过程，主路相邻两被插空车辆之间的车头时距增加△t，辅路第j辆车与主路第i辆车同时到达；

对于未采取措施控制的情况，主路和辅路车辆先以加速度a减速到合流速度v^*，然后再以合流速度v^*匀速通过合流位置S₁，在此过程中，主路车辆行驶的距离为S'＝△h·v^*；主路车辆进入强制变速区开始减速，再进入速度恢复区开始加速的整个过程中，主路车辆行驶的距离为

△t_i+1＝t_i+1主-t_i主

△h_j＝t_j辅-t_i主

t_i+1主为主路第i+1辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，t_i主为主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，v'_i+1主为主路S₅位置的1号检测器检测到第i+1辆车速度，

为限速牌时段变化限速值40km～50km每小时，△t_i+1为主路第i辆车和主路第i+1辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值；

t_j辅为辅路第j辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，t_i主为主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间，v′_j辅为辅路S₅位置的1号检测器检测到第j辆车速度，

为限速牌时段变化限速值35km～45km每小时，△h_j为辅路第j辆车和主路第i辆车预计到达车辆合流位置S₁的时间差值，a＝2.67m/s²。

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