CN111815967A - 一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法 - Google Patents

一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，包括如下步骤：①利用视频检测设备对高速公路待控制区域的交通流数据进行采集，包括速度、流量、占有率和密度，同时利用环境监测站对控制区域的环境数据进行采集；②根据采集的交通流数据和环境数据，计算一次事故发生后二次事故的发生概率值；③确定可变限速的启动事故风险阈值及目标安全车速：④将步骤②概率值与可变限速的启动事故风险阈值进行比较，判断是否启动可变限速控制策略；⑤进行相邻可变限速控制路段协调控制；⑥将限速值通过可变限速控制系统进行发布；⑦完成一个周期的检测之后，可变限速控制系统自动检测下一个周期内交通流，重复步骤①‑⑥，确定是否需要调整当前快速路限速值。该方法根据检测得到的实时交通流运行状态计算二次事故发生概率，对高速公路进行动态限速控制，提高了行车的安全性。

Description

一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法
技术领域
本发明属于交通智能管理和控制技术领域，特别涉及一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法。
背景技术
近年来，高速公路交通拥堵现象频繁出现，交通拥堵诱发交通事故发生，交通事故进一步恶化交通拥堵，高速公路不再是安全、高效与舒适的代名词。我国高速公路上交通安全形势十分严峻，百公里死亡人数是一次道路5-6倍，直接财产损失占总数40％上，其中超速行驶、车速离散大是我国高速公路上交通事故频发的主要原因。
科学合理的限速值能够使驾驶员行驶速度保持在当前道路交通环境下的安全范围范围以内，从而提升高速公路上行车安全。传统高速公路限速值确定方法一般以自由流状态下85％位车速作为基本依据，再结合道路线型等因素进行修正，限速值一旦确定一般不会改变，其本质属于静态限速方法。而高速公路是一个由人、车、路和环境相互作用下的复杂动态系统，某一路段合理限速值在交通流运行状态等多种因素影响下不断发生变化。
高速公路交通事故的严重程度本来就因为其高速的车流与一般公路相比更高，而且如果对交通事故处理经验不足，又会导致“二次事故”的发生，而且二次交通事故往往比一次交通事故更加严重。因此，探究高速公路发生二次交通事故的原因，同时根据发生原理，预测二次交通事故并进行可变限速控制策略，对防止高速公路二次事故有非常重大的作用。
随着智能交通系统和先进的交通管理系统的应用，交通控制中心可以通过视频检测器等交通流检测设备获得实时精准的交通流数据，利用交通流数据可以对一次事故发生后二次事故的发生概率进行计算，并计算合理限速值，通过可变信息情报板发布给驾驶员，该方法的应用对于改善我国高速公路交通安全现状具有重要的工程运用价值。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，该方法克服了以往快速路限速值固定不变的缺陷，根据检测得到的实时交通流运行状态计算二次事故发生概率，对高速公路进行动态限速控制，提高了行车的安全性。
如上构思，本发明采取的技术方案是：一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，包括如下步骤：
①数据获取：利用视频检测设备对高速公路待控制区域的交通流数据进行采集，包括速度、流量、占有率和密度，同时利用环境监测站对控制区域的环境数据进行采集；
②根据采集的交通流数据和环境数据，计算一次事故发生后二次事故的发生概率值；
③确定可变限速的启动事故风险阈值及目标安全车速：
④将步骤②概率值与可变限速的启动事故风险阈值进行比较，判断是否启动可变限速控制策略；
⑤进行相邻可变限速控制路段协调控制：针对多段限速控制，由高速公路最后一段可变限速控制的路段开始，检测其与相邻上游可变限速控制路段的限速值之差，根据计算结果动态调节各个路段的限速值，该过程的直到检测达到高速公路第一个可变限速控制路段结束，确定各个可变限速控制路段的最优限速值；
⑥将限速值通过可变限速控制系统进行发布，实现根据交通流及天气状态的高速公路可变限速控制；
⑦完成一个周期的检测之后，可变限速控制系统自动检测下一个周期内交通流，重复步骤①-⑥，确定是否需要调整当前快速路限速值。
上述步骤②选择二分Probit模型作为离散选择模型对二次事故风险值进行建模，计算一次事故发生后二次事故的发生概率值，利用如下公式计算二次事故发生概率：
Figure BDA0002493212560000021
其中，yi代表第i起事故，是因变量；pi是指第i起事故引发二次事故的概率，1-pi则为不引发二次事故的概率；xki是协变量，表示第i起事故的变量k的值；βk是变量k的系数，系数为正，则表示优势或机会增加，事件更有可能发生；系数为负，则表示优势或机会减少，事件发生的概率变小，
x1i、x2i、x3i、x4i、x5i、x6i、x7i、x8i、x9i、x10i、x11i、x12i分别为上游2分钟车辆数、车速、占有率、密度的平均值，下游两分钟车辆数、车速、占有率、密度的平均值，一次事故的事故严重程度、事故类型、道路条件和天气状况。
上述步骤③可变限速启动阈值的范围是最大事故风险的15％～25％，目标安全车速的取值范围是30km/h～50km/h。
上述步骤④的具体实施方法是：当步骤②概率值超过可变限速的启动事故风险阈值时启动下游可变限速标志B的可变限速控制，否则进入下一个检测周期，电子情报板显示该高速公路默认限速值；
(1)启动可变限速标志B的可变限速控制后，首先确定目标安全车速，当目标安全车速与当前限速值之差大于或等于5km/h，可变限速控制系统自动调节限速值加10km/h；当目标安全车速与当前限速值之差小于或等于-5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值减10km/h；当目标安全车速与当前限速值之差的绝对值小于5km/h时，不调节当前限速值；
(2)将以上步骤得到的限速值与高速公路最高和最低允许限速值进行比较，如所述限速值在所述最高和最低允许限速值之间，则以该限速值作为当前条件下最优限速值进行发布，如果不在所述最高和最低允许限速值之间，则在最高和最低允许限速值中选择最接近步骤(1)的限速值的值作为当前路段内的最优限速值。
上述可变限速控制系统包括检测设备、后台中心计算机和电子情报板。
本发明通过道路上的视频检测设备按照一定周期采集实时交通流数据，根据采集的交通流数据计算一次事故发生后二次事故的发生概率，并判断是否进行可变限速控制，计算限速值，同时通过可变限速控制系统的电子信息情报板对限速值进行发布，从而改善了交通流运行、减小了车速离散、缓解了交通拥堵、减少了二次事故的发生概率、降低了事故风险，提升了行车安全。
附图说明
图1为本发明的总体流程图；
图2为可变限速控制流程图；
图3为本发明实例系统结构图。
具体实施方式
本发明提出了一种基于二次交通事故预防的高速公路可变限速控制方法，利用实时采集的交通流数据对二次事故发生概率进行预测，计算合理限速值，采用可变限速控制板进行发布，并对相邻限速值路段进行过渡调节，如图1所示，包括以下几个步骤：
1、数据获取：在高速公路待控制区域安装视频检测器，对控制路段的交通流数据进行采集，包括速度、流量、占有率和密度，设置环境监测站对控制路段的天气信息数据进行采集，检测精度为每2分钟检测一次，即2分钟一个检测周期。
2、计算二次事故发生概率：
将一组事故中发生时间较晚且为下游的事故作为二次事故，发生时间早且为上游的事故为引发二次事故的一次事故。
无线网络将检测器检测得到的数据传输至网络基站，基站将数据发布到internet网络，网络数据将会被可变限速控制系统的后台中心计算机获得，后台中心计算机对交通流数据进行统计，计算一次事故对应的车辆数、车辆速度和车辆占有率及密度在事故发生前2分钟时间间隔内的平均值、标准差(包括上游、下游)，并统计一次事故的事故严重程度、事故类型、道路条件和天气状况，选择以上影响因素作为二次事故概率模型的解释变量，利用如下公式计算二次事故发生概率：
Figure BDA0002493212560000041
其中，yi代表第i起事故，是因变量；pi是指第i起事故引发二次事故的概率，1-pi则为不引发二次事故的概率；xki是协变量，表示第i起事故的变量k的值；βk是变量k的系数，系数为正，则表示优势或机会增加，事件更有可能发生；系数为负，则表示优势或机会减少，事件发生的概率变小。
x1i、x2i、x3i、x4i、x5i、x6i、x7i、x8i、x9i、x10i、x11i、x12i分别为上游2分钟车辆数、车速、占有率、密度的平均值，下游两分钟车辆数、车速、占有率、密度的平均值，一次事故的事故严重程度、事故类型、道路条件和天气状况。
3、确定可变限速的启动事故风险阈值及目标安全车速：
大量测试表明，当启动事故风险阈值低于最大事故风险的15％或者高于最大事故风险的25％时，可变限速控制效果变化不明显。因此，本发明的参数取值参照表1，可变限速的启动事故风险阈值的范围是最大事故风险的15％～25％，目标安全车速的取值范围是30km/h～50km/h。相对来说，启动阈值越低，目标安全车速越低，控制效果越强。
表1参数取值情况
Figure BDA0002493212560000051
4、将步骤②计算的概率值与可变限速的启动事故风险阈值进行比较，判断是否启动可变限速控制策略；
当事故风险值超过可变限速启动阈值时启动下游可变限速标志B的可变限速控制，否则进入下一个检测周期，可变限速控制系统的电子情报板显示该高速公路默认限速值。
(1)可变限速控制策略参照图2，启动下游可变限速标志B的可变限速控制后，首先确定目标安全车速，当目标安全车速与当前限速值之差大于或等于5km/h，可变限速控制系统自动调节限速值加10km/h；当目标安全车速与当前限速值之差小于或等于-5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值减10km/h；当目标安全车速与当前限速值之差的绝对值小于5km/h时，不调节当前限速值。
(2)将以上步骤得到的限速值与快速道路最高和最低允许限速值进行比较，如所述限速值在所述最高和最低允许限速值之间，则以该限速值作为当前条件下最优限速值进行发布，如果不在所述最高和最低允许限速值之间，则在最高和最低允许限速值中选择最接近步骤(1)的限速值的值作为当前路段内的最优限速值。
5、进行相邻可变限速控制路段协调控制：
当高速公路有多段不同限速值的路段，每段分别进行可变限速控制，但各控制的路段的限速值之差需要保持在一定范围内，参照图1，检测限速标志B所控制的路段上游限速标志A的限速值，计算限速值之差，若限速值差大于20km/h，则以5km/h的步数降低限速值较高的路段的限速值。
实施中，应由高速公路最后一段可变限速控制的路段开始，检测其与相邻上游可变限速控制路段的限速值之差，根据计算结果动态调节各个路段的限速值，该过程的直到检测达到高速公路第一个可变限速控制路段结束，确定各个可变限速控制路段的最优限速值。
6、无线网络将限速值通过无线接口传入可变限速控制系统的电子情报板，同时电子情报板会对信息进行反馈。
7、完成一个周期的检测之后，控制系统自动检测下一个周期内交通流，重复步骤1-6，确定是否需要调整当前快速路限速值。
本方法能够根据采集得到的实时交通流数据，计算一次事故发生后二次事故的发生概率，确定是否启动可变限速控制策略，若启动则对限速值进行计算并发布，该方法可以有效预防二次事故的发生，在高速公路交通管理与控制方面具有实际的工程应用价值。

Claims (5)

1.一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
①数据获取：利用视频检测设备对高速公路待控制区域的交通流数据进行采集，包括速度、流量、占有率和密度，同时利用环境监测站对控制区域的环境数据进行采集；
②根据采集的交通流数据和环境数据，计算一次事故发生后二次事故的发生概率值；
③确定可变限速的启动事故风险阈值及目标安全车速：
④将步骤②概率值与可变限速的启动事故风险阈值进行比较，判断是否启动可变限速控制策略；
⑤进行相邻可变限速控制路段协调控制：针对多段限速控制，由高速公路最后一段可变限速控制的路段开始，检测其与相邻上游可变限速控制路段的限速值之差，根据计算结果动态调节各个路段的限速值，该过程的直到检测达到高速公路第一个可变限速控制路段结束，确定各个可变限速控制路段的最优限速值；
⑥将限速值通过可变限速控制系统进行发布，实现根据交通流及天气状态的高速公路可变限速控制；
⑦完成一个周期的检测之后，可变限速控制系统自动检测下一个周期内交通流，重复步骤①-⑥，确定是否需要调整当前快速路限速值。
2.根据权利要求1所述的一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，其特征在于：上述步骤②选择二分Probit模型作为离散选择模型对二次事故风险值进行建模，计算一次事故发生后二次事故的发生概率值，利用如下公式计算二次事故发生概率：
Figure FDA0002493212550000011
其中，yi代表第i起事故，是因变量；pi是指第i起事故引发二次事故的概率，1-pi则为不引发二次事故的概率；xki是协变量，表示第i起事故的变量k的值；βk是变量k的系数，系数为正，则表示优势或机会增加，事件更有可能发生；系数为负，则表示优势或机会减少，事件发生的概率变小，
x1i、x2i、x3i、x4i、x5i、x6i、x7i、x8i、x9i、x10i、x11i、x12i分别为上游2分钟车辆数、车速、占有率、密度的平均值，下游两分钟车辆数、车速、占有率、密度的平均值，一次事故的事故严重程度、事故类型、道路条件和天气状况。
3.根据权利要求1所述的一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，其特征在于：上述步骤③可变限速启动阈值的范围是最大事故风险的15％～25％，目标安全车速的取值范围是30km/h～50km/h。
4.根据权利要求1所述的一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，其特征在于：上述步骤④的具体实施方法是：当步骤②概率值超过可变限速的启动事故风险阈值时启动下游可变限速标志B的可变限速控制，否则进入下一个检测周期，电子情报板显示该高速公路默认限速值；
(1)启动可变限速标志B的可变限速控制后，首先确定目标安全车速，当目标安全车速与当前限速值之差大于或等于5km/h，可变限速控制系统自动调节限速值加10km/h；当目标安全车速与当前限速值之差小于或等于-5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值减10km/h；当目标安全车速与当前限速值之差的绝对值小于5km/h时，不调节当前限速值；
(2)将以上步骤得到的限速值与高速公路最高和最低允许限速值进行比较，如所述限速值在所述最高和最低允许限速值之间，则以该限速值作为当前条件下最优限速值进行发布，如果不在所述最高和最低允许限速值之间，则在最高和最低允许限速值中选择最接近步骤(1)的限速值的值作为当前路段内的最优限速值。
5.根据权利要求1所述的一种基于二次交通事故预防的高速公路动态限速控制方法，其特征在于：上述可变限速控制系统包括检测设备、后台中心计算机和电子情报板。
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