CN109191834B - 一种高速公路突发危险品运输事故的协同疏导控制方法 - Google Patents

一种高速公路突发危险品运输事故的协同疏导控制方法 Download PDF

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CN109191834B CN201811002137.5A CN201811002137A CN109191834B CN 109191834 B CN109191834 B CN 109191834B CN 201811002137 A CN201811002137 A CN 201811002137A CN 109191834 B CN109191834 B CN 109191834B
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Abstract

本发明公开了一种高速公路突发危险品运输事故的协同疏导控制方法，包括如下步骤：S1确定事发地点通行能力；S2预测该事故的持续时间；S3应急疏导协同控制范围的确定，该控制范围包括应急禁止驶入范围、应急控制范围及应急疏导范围；S4在控制范围内建立应急疏导协同控制模型；S5根据应应急疏导系统控制模型的求解结果，制定相应的信号交叉口控制方案。本发明提供的方法与高速公路的交通流特性和路网结构相适应，能起到快速生成协同疏导控制方案，保障高速公路及周边路网的顺畅运行的作用，有很大的推广价值。

Description

一种高速公路突发危险品运输事故的协同疏导控制方法
技术领域
本发明涉及危险品运输管理领域，具体涉及一种高速公路突发危险品运输 事故的协同疏导控制方法。
背景技术
高速公路突发交通事件及其引发的交通拥挤已经成为交通系统运行中不可 忽视的问题，特别是危险品类的运输交通事故，影响范围更加更广，发生二次 危害的可能性也更大。
目前已有的疏导控制模型或疏导控制方法大多数针对于城市道路突发交通 事件，不同于城市道路网，高速公路路网结构具有出入口少、分隔行驶以及路 段全封闭性的特点，已有疏导方法不能完全适用于高速公路突发交通事件下的 疏导。而且现有的一些交通疏导方法，基本上没有特别考虑危险品运输的特别 事故情况，建立的疏导控制模型也基本围绕总交通网络费用最小、总行程时间 最小或者可达性较好等一个或者多个疏导目标，模型复杂、求解缓慢，疏导方 案产生速度慢、效率低，而高速公路突发交通事件的处理对时间要求又相当紧 迫，所以应该需要一个更加高效产生协同疏导控制的方法。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种高速公路突发危险 品运输事故的协同疏导控制方法。
本发明采用如下技术方案：
一种高速公路突发危险品运输事故的协同疏导控制方法，包括如下步骤：
S1确定事发地点通行能力；
S2预测该事故的持续时间；
S3应急疏导协同控制范围的确定，该控制范围包括应急禁止驶入范围、应 急控制范围及应急疏导范围；
S4在控制范围内建立应急疏导协同控制模型；
S5根据应急疏导系统控制模型的求解结果，制定相应的信号交叉口控制方 案。
所述S1确定事发地点通行能力，具体为：
设事发地点的通行能力为C，事故发生时，其通行能力下降变成C′；
一种情况是：事故发生时，该事故路段完全不能通行则C′＝0；
另一种情况是：事故事发时，除了事故车辆及救援车辆占用车道外，该事 发地点还能继续通行，则C′＝βC，式中β值根据不同类型紧急事件对道路通行能 力的影响程度得出。
所述S2预测该事故的持续时间T＝t1+t2+t3，其中t1为事故应急响应平均用时， t2为救援车辆达到事发地点的时间，t3为该类危险货物事故救援的平均用时。
所述S3应急疏导协同控制范围的确定，该控制范围包括应急禁止驶入范围、 应急控制范围及应急疏导范围；
应急禁止驶入范围的确定：
利用埋设在道路的车辆检测器，得到事发地点上游初始行车道交通量q0和上 游初始行车道平均速度u0，得到上游初始行车道密度为
Figure BDA0001783202510000021
设事发路段的交通量q′＝C′，C′为事故发生时，该路段的通行能力；
确定事发路段的密度k′根据Greenshields流量与密度模型q′＝ufk′(1-k′/kj) 求得，其中uf为自由流速度，kj为阻塞密度；
确定事故引起的排队长度函数为L(t)＝wu·t，其中t为排队时间，
Figure BDA0001783202510000022
为事故路段形成的集结波波速，k'表示路段的密度；
设距离事发地点最近的匝道距离为l0，则匝道1与匝道2，匝道2与匝道3… 匝道n-1与匝道n的距离分别为l1,l2,l3…ln-1；
若
Figure BDA0001783202510000023
则在事故发生t小时后应急禁止驶入的范围为
Figure BDA0001783202510000024
即从第1个匝道到第k+1个匝道都应该在匝道进口前的普通公路上通过交 叉口的信号控制方案的调整禁止车辆驶入，并当
Figure BDA0001783202510000025
时，有最大禁止驶入范围
Figure BDA0001783202510000026
应急疏导范围的确定：
在事故发生后t＝0时刻，假设距离事发地点s处有一辆车正以上游平均行驶 速度
Figure BDA0001783202510000027
朝着事发地点驶来，则由
Figure BDA0001783202510000028
求得车辆在时刻
Figure BDA0001783202510000029
遇上排 队车辆，此时车辆数为
Figure BDA0001783202510000031
由此排队消散时间
Figure BDA0001783202510000032
经过事发地点到达下游最近匝道的时间
Figure BDA0001783202510000033
则该辆车经过事发地点到达下游最近匝道的时间T1＝t+t消散+t下游匝道；
假设该辆车不从入口匝道进入高速，而是由普通公路路口绕道到达事发地 点最近的下游匝道，根据路网最短算法重新确定车辆绕过事发路段到达距离事 发地点最近的下游匝道的时间T2；
令T2≤T1，则求得此时的应急诱导范围大于s，即与事故地点距离大于s时， 应该在最靠近该点的入口匝道之前给予车辆即时信息诱导车辆绕行；
应急控制范围的确定
应急控制范围为L(t)≤s应急控制范围≤s。
所述S4中在控制范围内建立应急疏导系统控制模型，模型表达式如下：
Figure BDA0001783202510000034
Q路段i＝q路段i+Δq路段i，i＝1,2,······,k
Figure BDA0001783202510000035
s.t.
Figure BDA0001783202510000036
Figure BDA0001783202510000037
Figure BDA0001783202510000038
其中，Q路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制后的流量；
C路段i为控制范围内路网路段i的通行能力；
q路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制前的检查到的流量；
Δq路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制后的流量增量；
Q匝道j为匝道出入口编号为j的交通需求量即交通流量；
C匝道j为匝道出入口编号为j的通行能力；
Figure BDA0001783202510000041
为控制范围内路网总的交通增量，
Figure BDA0001783202510000042
为控制范围内事发地点之 前匝道的总的交通需求量，ΔQ匝道j为控制范围内匝道的交通增量。
所述S5根据应急疏导系统控制模型的求解结果，制定相应的信号交叉口控 制方案，具体为：
S5.1发布应急疏导协同控制范围的信息，包括应急禁止驶入范围、应急控 制范围以及应急疏导范围；
S5.2对应急疏导协同控制模型进行求解，得到需要控制的入口匝道、交叉 路口及流量调整；
S5.3制定相应的信号交叉口控制方案，具体是根据每个路段的Δq路段i，对相 应方向的信号配时进行调整，使满足路段流量达到Q路段i的要求。
确定救援车辆到达事故地点的时间，首先需要事故车辆上为何种危险品， 从而确定应急救援的专业队伍类型，再选择最近的救援队预测达到的时间，从 而根据路网最短路算法可以得到救援队伍到达事发地点的时间。
本发明的有益效果：
本方法与高速公路的交通流特性和路网结构相适应，能起到快速生成协同 疏导控制方案，保障高速公路及周边路网的顺畅运行的作用。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是本发明实施例中的事发地点周边的简化路网图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施 方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种高速公路突发危险品运输事故的协同疏导控制方法，包 括如下步骤：
S1确定事发地点通行能力；
假设在高速公路的一侧发生危险货物运输的突发交通事故，导致事发地点 的通行能力C下降变成C′。当事故相当严重时，导致事故路段完全不能通行即 C′＝0。还有当事故比较轻时，除了被事故车辆和救援车辆占用的车道外还能继 续通行一部分车辆即C′＝βC，式中β值根据1996年美国FHWA《交通控制系统手 册》中给出的不同类型紧急事件对道路通行能力的影响程度得出，见表1。
表1不同紧急事件下高速公路有效通行能力比例
Figure BDA0001783202510000051
设事发地点的通行能力为C，事故发生时，其通行能力下降变成C′；
一种情况是：事故发生时，该事故路段完全不能通行则C′＝0；
另一种情况是：事故事发时，除了事故车辆及救援车辆占用车道外，该事 发地点还能继续通行，则C′＝βC，式中β值根据不同类型紧急事件对道路通行能 力的影响程度得出。
若事故地点上游的交通需求Q＜C′，则此时只需对路段进行降速限制，车辆 可以低速通过事故路段。若Q＞C′则使得上游的到达车辆不能够顺畅地通过，于 是在事发地点上游形成拥堵排队。本发明讨论的一种高速公路突发危险品运输 事故的协同疏导控制方法主要基于第二种拥堵情况，第一种情况可以根据第二 种情况类似得到。
S2预测该事故的持续时间；持续时间T＝t1+t2+t3，其中t1为事故应急响应 平均用时，t2为救援车辆达到事发地点的时间，t3为该类危险货物事故救援的平 均用时。t1和t3的确定要依赖于应急办的应急救援数据库，根据历史数据可以近 似得到。而要确定救援车辆的达到事故地点的时间，首先需要事故车辆上为何 种危险品，如易燃品、易爆品、易腐蚀品、高辐射品和有毒物品等，从而确定 应急救援的专业队伍类型，再选择最近的救援队预测达到的时间，从而可以根 据路网最短路算法可以得到救援队伍到达事发地点的时间。
S3应急疏导协同控制范围的确定，该控制范围包括应急禁止驶入范围、应 急控制范围及应急疏导范围；
应急禁止驶入范围的确定：
利用埋设在道路的车辆检测器，得到事发地点上游初始行车道交通量q0和上 游初始行车道平均速度u0，得到上游初始行车道密度为
Figure BDA0001783202510000061
设事发路段的交通量q′＝C′，C′为事故发生时，该路段的通行能力；
确定事发路段的密度k′根据Greenshields流量与密度模型q′＝ufk′(1-k′/kj) 求得，其中uf为自由流速度，在高速公路一般取100-120km/h，kj为阻塞密度， 一般取100-150pcu/km；
确定事故引起的排队长度函数为L(t)＝wu·t，其中t为排队时间，
Figure BDA0001783202510000062
为事故路段形成的集结波波速，k'表示路段的密度；
设距离事发地点最近的匝道距离为l0，则匝道1与匝道2，匝道2与匝道3… 匝道n-1与匝道n的距离分别为l1,l2,l3…ln-1；
若
Figure BDA0001783202510000063
则在事故发生t小时后应急禁止驶入的范围为
Figure BDA0001783202510000064
即从第1个匝道到第k+1个匝道都应该在匝道进口前的普通公路上通过交 叉口的信号控制方案的调整禁止车辆驶入，并当
Figure BDA0001783202510000065
时，有 最大禁止驶入范围
Figure BDA0001783202510000066
应急疏导范围的确定：
在事故发生后t＝0时刻，假设距离事发地点s处有一辆车正以上游平均行驶 速度
Figure BDA0001783202510000067
朝着事发地点驶来，则由
Figure BDA0001783202510000068
求得车辆在时刻
Figure BDA0001783202510000069
遇上排 队车辆，此时车辆数为
Figure BDA00017832025100000610
由此排队消散时间
Figure BDA00017832025100000611
经过事发地点到达下游最近匝道的时间
Figure BDA00017832025100000612
则该辆车经过事发地点到达下游最近匝道的时间T1＝t+t消散+t下游匝道；
假设该辆车不从入口匝道进入高速，而是由普通公路路口绕道到达事发地 点最近的下游匝道，根据路网最短算法重新确定车辆绕过事发路段到达距离事 发地点最近的下游匝道的时间T2；
令T2≤T1，则求得此时的应急诱导范围大于s，即与事故地点距离大于s时， 应该在最靠近该点的入口匝道之前给予车辆即时信息诱导车辆绕行。
应急控制范围的确定
应急控制范围为L(t)≤s应急控制范围≤s。
S4在控制范围内建立应急疏导协同控制模型；
在控制范围内建立应急疏导协同控制模型的具体表达式如下所示：
Figure BDA0001783202510000071
其中Q路段i＝q路段i+Δq路段i(i＝1,2,······,k)
Figure BDA0001783202510000072
s.t.
Figure BDA0001783202510000073
Figure BDA0001783202510000074
Figure BDA0001783202510000075
目标函数是在满足总体交通网络运行顺畅的前提下使控制范围内的受影响 道路的总饱和度最小。Q路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制后的流量， C路段i为控制范围内路网路段i的通行能力。q路段i为控制范围内路网路段i的实施疏 导控制前的检查到的流量，Δq路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制后的流 量增量。Q匝道j为匝道出入口编号为j的交通需求量即交通流量，C匝道j为匝道出入 口编号为j的通行能力。
Figure BDA0001783202510000076
为控制范围内路网总的交通增量，
Figure BDA0001783202510000077
为控 制范围内事发地点之前匝道的总的交通需求量，ΔQ匝道j为控制范围内匝道的交通 增量。C为事发地点的通行能力，β值根据1996年美国FHWA《交通控制系统 手册》中给出的不同类型紧急事件对道路通行能力的影响程度得出。
S5根据应急疏导系统控制模型的求解结果，制定相应的信号交叉口控制 方案，具体为：
S5.1发布应急疏导协同控制范围的信息，包括应急禁止驶入范围、应急控 制范围以及应急疏导范围；
S5.2对应急疏导协同控制模型进行求解，得到需要控制的入口匝道、交叉 路口及流量调整；
S5.3制定相应的信号交叉口控制方案，具体是根据每个路段的Δq路段i，对相 应方向的信号配时进行调整，使满足路段流量达到Q路段i的要求。
本实施例中假设在广深高速G4路段距离新塘立交出入口(收费站)南侧3 公里处突发气体类危险品运输交通事故，事故相对较轻，导致事发地点单向三 车道仍有一条高速车道能够通行，并且通行能力由C下降变成C′。由于C′＝βC， 由表1中查询可得此时的β值为0.27，即通行能力下降为0.27C。根据14支救 援队伍位置和各自的负责救援的类型，选择广石物流救援队对事故进行救援， 根据路网最短路算法可以得到救援队伍到达事发地点的时间，图2为简化路网 图。
假设事故应急响应平均用时(包括准备装备和人员)为30min，救援车辆达 到事发地点的时间根据规划路径得到最短时间为30min，同时根据应急救援数据 库的历史数据可以近似得到知道危险货物事故救援的平均用时为60min。因此对 于此次事故的持续时间T为2h。
根据S3确定应急禁止驶入范围、应急控制范围及应急疏导范围，采用Matlab 软件实现模型求解，从求解的结果来看，路网的饱和度基本小于0.9，运行相对 顺畅，没有形成大的拥堵。因此，采用本文所述模型的求解结果与实际情况较 为接近，具有一定的可操作性和现实意义。
综上所述，在采用以上方案后，本发明为高速公路突发危险品运输事故的 协同疏导控制提供了一种新的方法，能够有效提高制定高速公路突发危险品运 输事故的协同疏导控制方案的效率，具有实际推广价值，值得推广。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高速公路突发危险品运输事故的协同疏导控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1确定事发地点通行能力；
S2预测该事故的持续时间；
S3应急疏导协同控制范围的确定，该控制范围包括应急禁止驶入范围、应急控制范围及应急疏导范围；
S4在控制范围内建立应急疏导协同控制模型；
S5根据应急疏导系统控制模型的求解结果，制定相应的信号交叉口控制方案；
所述S3应急疏导协同控制范围的确定，包括:
应急禁止驶入范围的确定：
利用埋设在道路的车辆检测器，得到事发地点上游初始行车道交通量q0和上游初始行车道平均速度u0，得到上游初始行车道密度为
Figure FDA0003166808870000011
设事发路段的交通量q′＝C′，C′为事故发生时，该路段的通行能力；
确定事发路段的密度k′,根据Greenshields流量与密度模型q′＝ufk′(1-k′/kj)求得，其中uf为自由流速度，kj为阻塞密度；
确定事故引起的排队长度函数为L(t)＝wu·t，其中t为排队时间，
Figure FDA0003166808870000012
为事故路段形成的集结波波速；
设距离事发地点最近的匝道距离为l0，则匝道1与匝道2，匝道2与匝道3...匝道n-1与匝道n的距离分别为l1,l2,l3…ln-1；
若
Figure FDA0003166808870000013
则在事故发生t小时后应急禁止驶入的范围为
Figure FDA0003166808870000014
即从第1个匝道到第k+1个匝道都应该在匝道进口前的普通公路上通过交叉口的信号控制方案的调整禁止车辆驶入，并当
Figure FDA0003166808870000015
时，有最大禁止驶入范围
Figure FDA0003166808870000016
应急疏导范围的确定：
在事故发生后t＝0时刻，假设距离事发地点s处有一辆车正以上游平均行驶速度
Figure FDA0003166808870000017
朝着事发地点驶来，则由
Figure FDA0003166808870000018
求得车辆在时刻
Figure FDA0003166808870000019
遇上排队车辆，此时车辆数为
Figure FDA0003166808870000021
由此排队消散时间
Figure FDA0003166808870000022
经过事发地点到达下游最近匝道的时间
Figure FDA0003166808870000023
则该辆车经过事发地点到达下游最近匝道的时间T1＝t+t消散+t下游匝道；
假设该辆车不从入口匝道进入高速，而是由普通公路路口绕道到达事发地点最近的下游匝道，根据路网最短算法重新确定车辆绕过事发路段到达距离事发地点最近的下游匝道的时间T2；
令T2≤T1，则求得此时的应急诱导范围大于s，即与事故地点距离大于s时，应该在最靠近该点的入口匝道之前给予车辆即时信息诱导车辆绕行；
应急控制范围的确定
应急控制范围为L(t)≤s应急控制范围≤s；
所述S4中在控制范围内建立应急疏导系统控制模型，模型表达式如下：
Figure FDA0003166808870000024
Q路段i＝q路段i+Δq路段i，i＝1,2,······,k
Figure FDA0003166808870000025
s.t.
Figure FDA0003166808870000026
Figure FDA0003166808870000027
Figure FDA0003166808870000028
其中，Q路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制后的流量；
C路段i为控制范围内路网路段i的通行能力；
q路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制前的检查到的流量；
Δq路段i为控制范围内路网路段i的实施疏导控制后的流量增量；
Q匝道j为匝道出入口编号为j的交通需求量即交通流量；
C匝道j为匝道出入口编号为j的通行能力；
Figure FDA0003166808870000031
为控制范围内路网总的交通增量，
Figure FDA0003166808870000032
为控制范围内事发地点之前匝道的总的交通需求量，ΔQ匝道j为控制范围内匝道的交通增量；
β值根据不同类型紧急事件对道路通行能力的影响程度得出；
C为事发地点的通行能力。
2.根据权利要求1所述的协同疏导控制方法，其特征在于，所述S1确定事发地点通行能力，具体为：
设事发地点的通行能力为C，事故发生时，其通行能力下降变成C′；
一种情况是：事故发生时，该事故路段完全不能通行则C′＝0；
另一种情况是：事故事发时，除了事故车辆及救援车辆占用车道外，该事发地点还能继续通行，则C′＝βC，式中β值根据不同类型紧急事件对道路通行能力的影响程度得出。
3.根据权利要求1所述的协同疏导控制方法，其特征在于，所述S2预测该事故的持续时间T＝t1+t2+t3，其中t1为事故应急响应平均用时，t2为救援车辆达到事发地点的时间，t3为该类危险货物事故救援的平均用时。
4.根据权利要求1所述的协同疏导控制方法，其特征在于，所述S5根据应急疏导系统控制模型的求解结果，制定相应的信号交叉口控制方案，具体为：
S5.1发布应急疏导协同控制范围的信息，包括应急禁止驶入范围、应急控制范围以及应急疏导范围；
S5.2对应急疏导协同控制模型进行求解，得到需要控制的入口匝道、交叉路口及流量调整；
S5.3制定相应的信号交叉口控制方案，具体是根据每个路段的Δq路段i，对相应方向的信号配时进行调整，使满足路段流量达到Q路段i的要求。
5.根据权利要求3所述的协同疏导控制方法，其特征在于，确定救援车辆到达事故地点的时间，首先需要事故车辆上为何种危险品，从而确定应急救援的专业队伍类型，再选择最近的救援队预测达到的时间，从而根据路网最短路算法可以得到救援队伍到达事发地点的时间。
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