CN110853371A - 一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置，通过对快速路主路和汇流道路进行周期性可变限速控制或信号控制，入口匝道信号灯控制装置的控制周期、汇流道路可变限速控制装置的控制周期均与快速路主路可变限速控制装置的控制周期同步，来改善快速路出入口或汇流处交通状态。本发明能够主动改变快速路主路车流量分布密度，并结合主路车流量分布密度，调节相应的入口匝道的信号灯或汇流道路可变限速控制，实现在快速路主路车流量分布密度较小时，加大入口匝道/汇流道路进入主路的通行量，避免主路和匝道/汇流道路车辆频繁汇流引起的拥堵和行驶缓慢，从而改善快速路交通状态，提升快速路通行能力。

Description

一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置

技术领域

本发明涉及控制交通信号控制领域，尤其涉及一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置，通过对快速路主路进行周期性可变限速控制，来改善快速路出入口或汇流处交通状态。

背景技术

城市快速路，属于快速路的一种，也是快速公路的主体，位居城市道路四个等级中的顶端。城市快速路通常道路中设有中央分隔带，具有双向四车道以上的规模、全部或部分采用立体交叉与控制出入，供车辆以较高速度行驶，其主要作用是保证汽车快速连续行驶，提高城市内部的交通效率。与高速公路相比，城市快速路的出入口间距小，车流的交织分流更为频繁，受附近交叉口影响大，导致城市快速路容易出现拥堵，因此对快速路出入口进行控制是当前的主要研究目标。

当前，快速路常用的控制方法是对入口匝道安装信号灯，进行定时信号控制，即使用固定的周期及相位控制信号灯，依据人工经验设置不同时间段的配时方案，此方法可以一定程度上缓解快速路主路的拥堵情况，但是存在如下缺陷：

1、信号灯的配时方案依赖人工经验；

2、需要根据实际运行效果反复进行调整，费时费力；

3、不能自动适应车流分布的变化。

另一种常用的信号灯控制方案是感应控制，即将信号灯与快速路的流量检测装置相关联，自动调整信号灯的绿信比。这种方式的学习和适应能力较强，但是仍然需要根据人工经验设定反馈控制方案，而且只能被动适应快速路流量的变化，缺乏主动调节能力，控制效果通常比较滞后。

发明内容

本发明要解决以上技术问题，提供一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置，通过对快速路主路进行周期性可变限速控制，以达到主动改变快速路的车流量分布，减少频繁汇流引起的交通拥堵问题，来改善快速路出入口或汇流处交通状态的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于可变限速的快速路交通优化方法，快速路主路汇流入口上游一段距离处，对快速路主路车辆进行可变限速控制，同时对汇流道路车辆进行相同周期的可变限速控制或信号灯周期控制。

确定快速路主路的两种不同限行速度，在快速路主路汇流入口上游一段距离处进行区间限速控制，两种不同限行速度周期性切换控制；所述快速路主路的两种不同限行速度分别为快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁和快速路主路第二限速控制最大允许通行速度v₂，所述快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁为快速路最大允许通行速度，所述快速路主路第二限速控制最大允许通行速度v₂为快速路最大允许通行速度的40％～80％。

在快速路主路汇流入口上游距离L处，对快速路主路进行周期性可变限速控制，以快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁限速控制时间为Δt₁，以快速路主路第二限速控制最大允许通行速度v₂限速控制时间为Δt₂，快速路主路可变限速控制时间设定方法为：

确定汇流道路的两种不同限行速度，在汇流道路汇流入口上游一段距离处进行区间限速控制，两种不同限行速度周期性切换控制；所述汇流道路的两种不同限行速度分别为汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁和汇流道路第二限速控制最大允许通行速度记v′₂，所述汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁为汇流道路最大允许通行速度，所述汇流道路第二限速控制最大允许通行速度记v′₂为汇流道路最大允许通行速度的40％～80％。

在汇流道路汇流入口上游距离L′处，对汇流道路车辆进行周期性可变限速控制，以汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁限速控制时间为Δt′₁，以汇流道路第二限速控制最大允许通行速度v′₂限速控制时间为Δt′₂，汇流道路可变限速控制时间设定方法为：

且同时需要满足：

Δt′₁≤Δt₁ (5)

Δt′₂≥Δt₂ (6)。

所述汇流道路为入口匝道时设有信号灯或诱导屏，对入口匝道车辆是否允许进入快速路主路进行周期性控制；绿灯时允许入口匝道车辆进入快速路主路，红灯时禁止入口匝道车辆进入快速路主路。

在入口匝道汇流处，对是否允许入口匝道车辆进入快速路主路进行周期性控制，信号灯红灯限制通行控制时长为Δt_R，绿灯允许放行控制时长为Δt_G，入口匝道信号灯周期控制时间设定方法为：

Δt_G≤Δt₁ (7)

Δt_R≥Δt₂ (8)。

一种基于可变限速的快速路交通优化装置，包括快速路主路可变限速控制装置，所述快速路主路可变限速控制装置安装于快速路主路上，所述快速路主路可变限速控制装置包括主路限速诱导屏、主路导航语音提示和主路区间测速装置。

还包括汇流道路可变限速控制装置，所述汇流道路可变限速控制装置安装于汇流道路上，所述汇流道路可变限速控制装置可包括汇流道路限速诱导屏、汇流道路导航语音提示和汇流道路区间测速装置。

还包括入口匝道信号灯控制装置，所述入口匝道信号灯控制装置安装于入口匝道上，所述入口匝道信号灯控制装置包括入口匝道信号灯和入口匝道诱导屏。

本发明具有的优点和积极效果是：一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置，实现了通过对快速路主路进行周期性可变限速控制，来改善快速路出入口或汇流处交通状态。本发明能够主动改变快速路主路车流量分布密度，并结合快速路主路车流量分布密度，调节相应的入口匝道的信号灯控制或汇流道路可变限速控制，实现在快速路主路车流量分布密度较小时，加大入口匝道/汇流道路进入快速路主路的通行量，避免快速路主路和匝道/汇流道路车辆频繁汇流引起的拥堵和行驶缓慢，从而改善快速路交通状态，提升快速路通行能力。

附图说明

图1是一种基于可变限速的快速路交通优化方法的参数流程图；

图2是快速路主路可变限速控制点和入口匝道信号灯控制点示意图；

图3是快速路主路可变限速控制点和汇流道路可变限速控制点及汇入点的位置示意图；

图4是实施例2中t₀时快速路主路车流量分布示意图；

图5是实施例2中t₁时快速路主路车流量分布示意图；

图6是实施例2中t₂时快速路主路车流量分布示意图；

图7是实施例2中t₃时快速路主路车流量分布示意图；

图8是实施例3中t₀时快速路车流量分布示意图；

图9是实施例3中t₁时快速路车流量分布示意图；

图10是实施例3中t₂时快速路车流量分布示意图；

图11是实施例3中t₃时快速路车流量分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

如图1-3所示，一种基于可变限速的快速路交通优化方法的最佳实施方式，包括以下步骤：

步骤一：确定快速路主路的两种不同限行速度，在快速路主路汇流入口上游一段距离处进行区间限速控制，两种不同限行速度周期性切换控制。快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁为快速路最大允许通行速度，快速路主路第二限速控制最大允许通行速度v₂为快速路最大允许通行速度的40％～80％。

步骤二：在快速路主路汇流入口上游距离L处，对快速路主路进行周期性可变限速控制，以第一限速控制最大允许通行速度v₁限速控制时间为Δt₁，以第二限速控制最大允许通行速度v₂限速控制时间为Δt₂。快速路主路可变限速控制时间及周期T设定方法为：

T＝Δt₁+Δt₂ (3)

其中，快速路主路可变限速控制处距汇流入口L满足

步骤三：确定汇流道路的两种不同限行速度，在汇流道路汇流入口上游一段距离处进行区间限速控制，两种不同限行速度周期性切换控制。汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁为汇流道路最大允许通行速度，汇流道路第二限速控制最大允许通行速度记v′₂为汇流道路最大允许通行速度的40％～80％。

步骤四：汇流道路可变限速控制周期与快速路主路可变限速控制周期同步。在汇流道路汇流入口上游距离L′处，对汇流道路车辆进行周期性可变限速控制，以第一限速控制最大允许通行速度v′₁限速控制时间为Δt′₁，以第二限速控制最大允许通行速度v′₂限速控制时间为Δt′₂。汇流道路可变限速控制时间及周期T′设定方法为：

T′＝Δt′₁+Δt′₂ (5)

且同时需要满足：

Δt′₁≤Δt₁ (6)

Δt′₂≥Δt₂ (7)

T′＝T (8)

其中，汇流道路可变限速控制处距汇流入口L′满足

步骤五：快速路汇流道路为入口匝道时设有信号灯或诱导屏，对入口匝道车辆是否允许进入快速路主路进行周期性控制。绿灯时允许入口匝道车辆进入快速路主路，红灯时禁止入口匝道车辆进入快速路主路。

步骤六：入口匝道信号灯控制周期与快速路主路可变限速控制周期同步。在入口匝道汇流处，对入口匝道车辆是否允许进入快速路主路进行周期性控制，信号灯红灯限制通行控制时长为Δt_R，绿灯允许放行控制时长为Δt_G。入口匝道信号灯周期控制时间及周期T_S设定方法为：

T_S＝Δt_G+Δt_R (9)

且满足：

Δt_G≤Δt₁ (10)

Δt_R≥Δt₂ (11)

T_S＝T (12)

所述主路可变限速控制装置和所述汇流道路可变限速控制装置结构相同，均包括限速诱导屏、导航语音提示和区间测速装置；所述入口匝道信号灯控制装置包括入口匝道信号灯。

一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置的实施例1：

Step1确定快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁为80km/h(22.22m/s)，第二限速控制最大允许通行速度v₂为60km/h(16.67m/s)，进行周期性可变限速控制，实现主动改变快速路主路的车流量分布密度。

Step2根据实际交通量及道路现状，确定快速路主路可变限速控制点距下游汇流入口距离为2km，对快速路主路进行周期性可变限速控制，第一限速控制最大允许通行速度v₁限速控制时间为Δt₁，第二限速控制最大允许通行速度v₂限速控制时间为Δt₂：

T＝Δt₁+Δt₂＝30.0+30.0＝60.0s

其中，快速路主路可变限速控制处距汇流入口L满足

每个快速路主路可变限速控制周期60s内，前30.0s进行快速路主路通过限速点的车辆以第一限速控制最大允许通行速度80km/h(22.22m/s)控制，改变车流量分布密度，后30.0s快速路主路以第二限速控制最大允许通行速度60km/h(16.67m/s)控制。

Step3确定汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁为60km/h(16.67m/s)，第二限速控制最大允许通行速度v′₂为40km/h(11.11m/s)，进行汇流道路周期性可变限速控制，实现调控汇流道路车辆进入快速路主路的时间及通行量。

Step4汇流道路可变限速控制周期与快速路主路可变限速控制周期同步。在汇流道路汇流入口上游800m处，对汇流道路车辆进行周期性可变限速控制，第一限速控制最大允许通行速度v′₁限速控制时间为Δt′₁，第二限速控制最大允许通行速度v′₂限速控制时间为Δt′₂：

T′＝Δt′₁+Δt′₂

且满足：

Δt′₁≤Δt₁＝30.0s

Δt′₂≥Δt₂＝30.0s

T′＝T＝60.0s

其中，汇流道路可变限速控制处距汇流入口L′满足

汇流道路可变限速控制周期与快速路主路可变限速控制周期同步为60.0s。其中。汇流道路第一限速控制最大允许通行速度限速控制提供的最大通行时间为30.0s，最小通行时间为24.0s；为汇流道路第二限速控制最大允许通行速度限速控制提供的最小通行时间为30.0s，最大通信时间为36.0s。

Step5快速路汇流道路为入口匝道时设有信号灯或诱导屏，对入口匝道车辆是否允许进入快速路主路进行周期性控制。入口匝道信号灯控制周期与快速路主路可变限速控制周期同步。在入口匝道汇流处，对入口匝道车辆是否允许进入快速路主路进行周期性控制，信号灯红灯限制通行控制时长为Δt_R，绿灯允许放行控制时长为Δt_G：

T_S＝Δt_G+Δt_R

Δt_G≤Δt₁＝30.0s

Δt_R≥Δt₂＝30.0s

T_S＝T＝60.0s

入口匝道信号灯控制周期与快速路主路可变限速控制周期同步为60.0s。其中，入口匝道信号灯红灯控制最短时间为30.0s，该时间段内入口匝道车辆不允许进入快速路主路；入口匝道信号灯绿灯控制最长时间为30.0s，该时间段内入口匝道车辆允许进入快速路主路。

如图4-7所示，一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置的实施例2：

假设快速路主路以第一限速控制最大允许通行速度v₁和第二限速控制最大允许通行速度v₂，进行周期性可变限速控制，实现主动改变快速路主路的车流量分布密度，为匝道车辆提供的进入主路的时间，具体如图4-8所示：

Step1 t₀时，快速路主路限速区间以第一限速控制最大允许通行速度v₁控制车辆通行速度，下游入口匝道信号灯以红灯控制入口匝道车辆禁止进入主路，快速路主路限速点即将由第一限速控制最大允许通行速度v₁切换到第二限速控制最大允许通行速度v₂，如图4所示。

Step2 t₁时，快速路主路限速区间以第二限速控制最大允许通行速度v₂控制车辆通行速度，下游入口匝道信号灯以绿灯控制入口匝道车辆允许进入主路，快速路主路限速点即将由由第二限速控制最大允许通行速度v₂切换到第一限速控制最大允许通行速度v₁，如图5所示。

Step3 t₂时，快速路主路限速区间以第一限速控制最大允许通行速度v₁控制车辆通行速度，下游入口匝道信号灯以红灯控制入口匝道车辆禁止进入主路，快速路主路限速点即将由第一限速控制最大允许通行速度v₁切换到第二限速控制最大允许通行速度v₂，如图6所示。

Step4 t₃时，快速路主路限速区间以第二限速控制最大允许通行速度v₂控制车辆通行速度，下游入口匝道信号灯以绿灯控制入口匝道车辆允许进入主路，快速路主路限速点即将由由第二限速控制最大允许通行速度v₂切换到第一限速控制最大允许通行速度v₁，如图7所示。

根据以上切换周期可得出，快速路主路可变限速控制周期T为t₂-t₀，即在前t₁-t₀时间段内以第一限速控制最大允许通行速度v₁控制通过快速路限速点的车辆，后t₂-t₁时间段内以第二限速控制最大允许通行速度v₂控制通过快速路限速点的车辆。

同样，可得出信号灯控制周期与快速路主路的可变限速控制周期同步，至少t₁-t₀时间段内入口匝道信号灯红灯控制，匝道车辆不放行；最多t₂-t₁时间段内入口匝道信号灯绿灯控制，匝道车辆放行进入主路。

如图8-11所示，一种基于可变限速的快速路交通优化方法及装置的实施例3：

假设快速路主路以第一限速控制最大允许通行速度v₁和第二限速控制最大允许通行速度v₂，汇流道路以第一限速控制最大允许通行速度v′₁和第二限速控制最大允许通行速度v′₂，进行周期性可变限速控制，实现主动改变快速路主路的车流量分布密度，为汇流道路车辆提供的进入主路的时间，车辆示意图如8-11所示：

Step1 t₀时，快速路主路限速区间以第一限速控制最大允许通行速度v₁控制车辆通行速度，汇流道路车辆以第二限速控制最大允许通行速度v′₂控制。快速路主路限速点即将由第一限速控制最大允许通行速度v₁切换到第二限速控制最大允许通行速度v₂，汇流道路限速点即将由第二限速控制最大允许通行速度v′₂切换到第一限速控制最大允许通行速度v′₁，如图8所示。

Step2 t₁时，快速路主路限速区间以第二限速控制最大允许通行速度v₂控制车辆通行速度，汇流道路车辆以第一限速控制最大允许通行速度v′₁控制。快速路主路限速点即将由第二限速控制最大允许通行速度v₂切换到第一限速控制最大允许通行速度v₁，汇流道路限速点即将由第一限速控制最大允许通行速度v′₁切换到第二限速控制最大允许通行速度v′₂，如图9所示。

Step3 t₂时，快速路主路限速区间以第一限速控制最大允许通行速度v₁控制车辆通行速度，汇流道路车辆以第二限速控制最大允许通行速度v′₂控制。快速路主路限速点即将由第一限速控制最大允许通行速度v₁切换到第二限速控制最大允许通行速度v₂，汇流道路限速点即将由第二限速控制最大允许通行速度v′₂切换到第一限速控制最大允许通行速度v′₁，如图10所示。

Step4 t₃时，快速路主路限速区间以第二限速控制最大允许通行速度v₂控制车辆通行速度，汇流道路车辆以第一限速控制最大允许通行速度v′₁控制。快速路主路限速点即将由第二限速控制最大允许通行速度v₂切换到第一限速控制最大允许通行速度v₁，汇流道路限速点即将由第一限速控制最大允许通行速度v′₁切换到第二限速控制最大允许通行速度v′₂，如图11所示。

根据以上切换周期可得出，快速路主路可变限速控制周期T为t₂-t₀，即在前t₁-t₀时间段内以第一限速控制最大允许通行速度v₁控制通过快速路限速点的车辆，后t₂-t₁时间段内以第二限速控制最大允许通行速度v₂控制通过快速路限速点的车辆。

同样，可得出汇流道路可变限速控制周期与快速路主路的可变限速控制周期同步，至少t₁-t₀时间段内以第二限速控制最大允许通行速度v′₂控制通过快速路限速点的车辆进入主路；最多t₂-t₁时间段内以第一限速控制最大允许通行速度v′₁控制通过快速路限速点的车辆进入主路。

本发明通过对快速路主路进行周期性可变限速控制，来改善快速路出入口或汇流处交通状态的方法，能够结合主路车流量分布密度，调节相应的入口匝道的信号灯控制或汇流道路可变限速控制，实现在快速路主路车辆密度较小时，加大入口匝道/汇流道路进入主路的通行量，避免主路和匝道/汇流道路车辆频繁汇流引起的拥堵和行驶缓慢，从而改善快速路交通状态，提升快速路通行能力。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种基于可变限速的快速路交通优化方法，其特征在于：快速路主路汇流入口上游一段距离处，对快速路主路车辆进行可变限速控制，同时对汇流道路车辆进行相同周期的可变限速控制或信号灯周期控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于可变限速的快速路交通优化方法，其特征在于：确定快速路主路的两种不同限行速度，在快速路主路汇流入口上游一段距离处进行区间限速控制，两种不同限行速度周期性切换控制；所述快速路主路的两种不同限行速度分别为快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁和快速路主路第二限速控制最大允许通行速度v₂，所述快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁为快速路最大允许通行速度，所述快速路主路第二限速控制最大允许通行速度v₂为快速路最大允许通行速度的40％～80％。

3.根据权利要求2所述的一种基于可变限速的快速路交通优化方法，其特征在于：在快速路主路汇流入口上游距离L处，对快速路主路进行周期性可变限速控制，以快速路主路第一限速控制最大允许通行速度v₁限速控制时间为Δt₁，以快速路主路第二限速控制最大允许通行速度v₂限速控制时间为Δt₂，快速路主路可变限速控制时间设定方法为：

4.根据权利要求3所述的一种基于可变限速的快速路交通优化方法，其特征在于：确定汇流道路的两种不同限行速度，在汇流道路汇流入口上游一段距离处进行区间限速控制，两种不同限行速度周期性切换控制；所述汇流道路的两种不同限行速度分别为汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁和汇流道路第二限速控制最大允许通行速度记v′₂，所述汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁为汇流道路最大允许通行速度，所述汇流道路第二限速控制最大允许通行速度记v′₂为汇流道路最大允许通行速度的40％～80％。

5.根据权利要求4所述的一种基于可变限速的快速路交通优化方法，其特征在于：在汇流道路汇流入口上游距离L′处，对汇流道路车辆进行周期性可变限速控制，以汇流道路第一限速控制最大允许通行速度v′₁限速控制时间为Δt′₁，以汇流道路第二限速控制最大允许通行速度v′₂限速控制时间为Δt′₂，汇流道路可变限速控制时间设定方法为：

且同时需要满足：

Δt′₁≤Δt₁ (5)

Δt′₂≤Δt₂ (6)。

6.根据权利要求5所述的一种基于可变限速的快速路交通优化方法，其特征在于：所述汇流道路为入口匝道时设有信号灯或诱导屏，对入口匝道车辆是否允许进入快速路主路进行周期性控制；绿灯时允许入口匝道车辆进入快速路主路，红灯时禁止入口匝道车辆进入快速路主路。

7.根据权利要求6所述的一种基于可变限速的快速路交通优化方法，其特征在于：在入口匝道汇流处，对是否允许入口匝道车辆进入快速路主路进行周期性控制，信号灯红灯限制通行控制时长为Δt_R，绿灯允许放行控制时长为Δt_G，入口匝道信号灯周期控制时间设定方法为：

Δt_G≤Δt₁ (7)

Δt_R≥Δt₂ (8)。

8.一种基于可变限速的快速路交通优化装置，其特征在于：包括快速路主路可变限速控制装置，所述快速路主路可变限速控制装置安装于快速路主路上，所述快速路主路可变限速控制装置包括主路限速诱导屏、主路导航语音提示和主路区间测速装置。

9.根据权利要求8所述的一种基于可变限速的快速路交通优化装置，其特征在于：还包括汇流道路可变限速控制装置，所述汇流道路可变限速控制装置安装于汇流道路上，所述汇流道路可变限速控制装置可包括汇流道路限速诱导屏、汇流道路导航语音提示和汇流道路区间测速装置。

10.根据权利要求9所述的一种基于可变限速的快速路交通优化装置，其特征在于：还包括入口匝道信号灯控制装置，所述入口匝道信号灯控制装置安装于入口匝道上，所述入口匝道信号灯控制装置包括入口匝道信号灯和入口匝道诱导屏。

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