CN113034914B - 一种高速公路硬路肩动态调整系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高速公路硬路肩动态调整系统及其方法，该系统包括依次连接的交通检测单元、控制决策单元和信息发布与导流单元，交通检测单元用于实时感知当前路段内的交通运行数据和交通状态信息，控制决策单元根据交通检测单元采集的数据信息，以分析得到当前路段各车道状态信息，并判断当前路段的硬路肩是否开启行车道功能、对当前路段的各车道进行限速管理，信息发布与导流单元用于显示当前路段各车道状态信息以及交通管制信息。与现有技术相比，本发明能够动态开启/关闭硬路肩，充分利用硬路肩空间，以作为车行道使用，由此提高高速公路通行能力和行车安全，降低交通拥堵时间和事故率，减少汽车尾气排放和燃油消耗，节约投资和土地资源。

Description

一种高速公路硬路肩动态调整系统及其方法
技术领域
本发明涉及交通管理与控制技术领域，尤其是涉及一种高速公路硬路肩动态调整系统及其方法。
背景技术
硬路肩(Paved Shoulder)指的是与车行道相邻并铺以具有一定强度路面结构的路肩部分(包括路缘带)。“硬路肩”是高速公路右边用实线划出的一根车道，其主要功能是为故障车辆提供紧急停车，或者作为临时抢险通道使用。除特殊车辆或特殊情况外，其他车辆在正常时段不得驶入或者停靠，硬路肩这种单一的交通功能和管理方式容易造成道路空间的空置和浪费，制约了道路的通行能力，导致高速公路高峰时段交通拥堵日益严重。
为缓解高速公路日趋严重的拥堵现象，目前大多会采取先论证、后扩建的方式，即在现有车道的基础上单向拓宽一个或多个车道，但这种方式无疑会需要高额的征地、拆迁和工程投资。而且拓宽的车道数越多，成本就越高，非常不利于土地的集约利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高速公路硬路肩动态调整系统及其方法，以实现合理利用硬路肩空间的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高速公路硬路肩动态调整系统，包括依次连接的交通检测单元、控制决策单元和信息发布与导流单元，所述交通检测单元用于实时感知当前路段内的交通运行数据和交通状态信息，所述控制决策单元根据交通检测单元采集的数据信息，以分析得到当前路段各车道状态信息，并判断当前路段的硬路肩是否开启行车道功能、对当前路段的各车道进行限速管理，所述信息发布与导流单元用于显示当前路段各车道状态信息以及交通管制信息。
进一步地，所述交通检测单元包括激光传感器、压力传感器和雷达传感器。
进一步地，所述交通检测单元分布设置在路侧防撞护栏或者路面上。
进一步地，所述信息发布与导流单元包括显示屏、车道指示灯、限速板以及硬路肩两侧边缘标线，所述硬路肩两侧边缘标线分别为可跨越车道分界线和车行道边线。
进一步地，所述显示屏、车道指示灯和限速板均安装于龙门架或其它支撑结构上，所述龙门架或其它支撑结构设置在区间高速的多个段落内。
进一步地，所述每个段落内间隔500～1000m设置一处龙门架或其它支撑结构。
进一步地，所述控制决策单元与车载终端连接，以将当前路段各车道状态信息发送给车载终端。
一种高速公路硬路肩动态调整方法，包括以下步骤：
S1、交通检测单元实时采集当前路段内的交通运行数据和交通状态信息，并将采集的数据信息传输给控制决策单元；
S2、控制决策单元对采集的各路段的数据信息进行融合，通过计算各路段拥挤程度指标，并结合各路段的交通状态信息，以判断是否开启各路段内硬路肩的车行道功能、对各路段内各车道进行限速管理；
S3、控制决策单元将各路段内各车道状态信息及交通管制信息对应发送给信息发布与导流单元。
进一步地，所述交通运行数据包括交通流量、车流平均速度；所述交通状态信息包括硬路肩位置的临时停车以及障碍物信息。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、基于采集的各路段的数据信息，控制决策单元计算得到各路段的拥挤程度评价指标，若该路段的拥挤程度评价指标小于或等于预设阈值，则判断不需要开启该路段内硬路肩的车行道功能，否则执行步骤S22；
S22、基于各路段内硬路肩的交通状态信息，若所有路段内硬路肩位置均无紧急停车、无障碍物，则开启所有路段内硬路肩的车行道功能，同时结合各路段的交通运行数据，对各路段内各车道进行限速管理；
若某个路段内硬路肩位置存在停车或障碍物信息，则关闭所有路段内硬路肩的车行道功能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明通过设置依次连接的交通检测单元、控制决策单元和信息发布与导流单元，利用交通检测单元实时采集区间高速各路段的交通运行数据和交通状态信息、控制决策单元根据采集的数据信息判断各路段的硬路肩是否开启车行道功能、信息发布与导流单元实时更新显示当前路段各车道信息及交通管制信息，以此实现合理利用硬路肩空间的目的，既不影响硬路肩在特殊情况下的紧急停车和抢险通道功能，又可使硬路肩在高峰时段作为车行道使用。利用本发明，既可以避免现有高速公路硬路肩单一功能造成的空置和浪费，又可提高道路通行能力和安全保障，同时也解决了因工程改扩建而带来的征拆及投资陡增的问题。
二、本发明通过在路侧防撞护栏以及路面上分布设置交通检测单元，能够保证对区间高速各路段数据信息采集的全面准确性，从而保证后续控制决策单元能够准确地判断硬路肩是否开启车行道功能、准确地进行限速管理，以此保障高速公路的行车安全性，此外，通过在各路段内间隔设置多处龙门架或其它支撑结构，并将显示屏、车道指示灯和限速板安装在龙门架或其它支撑结构上，使得各车辆能够直观快速获知当前路段以及后续路段的交通状态，进一步提高行车安全性。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的方法流程示意图；
图3为实施例中硬路肩车行道功能开启前后对比示意图；
图中标记说明：1、交通检测单元，2、控制决策单元，3、信息发布与导流单元，301、龙门架，302、显示屏，303、车道指示灯，304、限速板，305、硬路肩两侧边缘标线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种高速公路硬路肩动态调整系统，包括依次连接的交通检测单元1、控制决策单元2和信息发布与导流单元3，交通检测单元1用于实时感知当前路段内的交通运行数据和交通状态信息，控制决策单元2根据交通检测单元1采集的数据信息，以分析得到当前路段各车道状态信息，并判断当前路段的硬路肩是否开启行车道功能、对当前路段的各车道进行限速管理，信息发布与导流单元3用于显示当前路段各车道状态信息以及交通管制信息。
具体的，交通检测单元1包括分布设置在路侧防撞护栏以及路面上的激光传感器、压力传感器和雷达传感器，以实时感知路段的交通运行状况和交通事件、事故状况；
控制决策单元2包括设置在后台交通指挥中心的计算设备和控制器，用于对路段感知的交通数据信息进行综合分析、并做出信息发布决策；
信息发布与导流单元3包括显示屏、车道指示灯、限速板以及硬路肩两侧边缘标线，硬路肩两侧边缘标线分别为可跨越车道分界线和车行道边线，其中，显示屏、车道指示灯和限速板均安装于龙门架或其它支撑结构上，龙门架设置在区间高速的多个段落内，本实施例中，每个段落内间隔500～1000m设置一处龙门架或其它支撑结构。
此外，控制决策单元2还可与车载终端连接，以将当前路段各车道状态信息发送给车载终端，以给行驶在高速公路的车辆提供实时信息交互功能。
将上述系统应用于实际，其具体的硬路肩动态调整方法如图2所示，包括以下步骤：
S1、交通检测单元实时采集当前路段内的交通运行数据和交通状态信息，并将采集的数据信息传输给控制决策单元，其中，交通运行数据包括交通流量、车流平均速度；交通状态信息包括硬路肩位置的临时停车以及障碍物信息；
S2、控制决策单元对采集的各路段的数据信息进行融合，通过计算各路段拥挤程度指标，并结合各路段的交通状态信息，以判断是否开启各路段内硬路肩的车行道功能、对各路段内各车道进行限速管理，具体的：
首先基于采集的各路段的数据信息，控制决策单元计算得到各路段的拥挤程度评价指标，若该路段的拥挤程度评价指标小于或等于预设阈值，则判断不需要开启该路段内硬路肩的车行道功能；
否则基于各路段内硬路肩的交通状态信息，若所有路段内硬路肩位置均无紧急停车、无障碍物，则开启所有路段内硬路肩的车行道功能，同时结合各路段的交通运行数据，对各路段内各车道进行限速管理；
若某个路段内硬路肩位置存在停车或障碍物信息，则关闭所有路段内硬路肩的车行道功能；
S3、控制决策单元将各路段内各车道状态信息及交通管制信息对应发送给信息发布与导流单元。
本实施例应用上述系统及方法，对正常情况下只有两个行车道的高速公路进行硬路肩动态调整，如图3所示，图中左侧的硬路肩未开启行车道功能，图中右侧的硬路肩开启了行车道功能，在实际应用中，首先将某区间高速共分为m个段落(M1、M2、M3……Mm)，并在沿线设置足够的交通检测单元1，间距建议不超过50m；
然后，在每个段落内每隔500～1000m的位置设置一处龙门架或其它支撑结构301，龙门架301上设置显示屏302、车道指示灯303和限速板304。龙门架301的间距可根据高速公路的线形、地形条件和交通流量状况进行调整，其中，线形、地形条件好、交通流量小的路段内，龙门架301之间的间距可适当增大，反之可减小，由此将每个段落共分为n个区间(N1、N2、N3……Nn)；
此外，还需要重新施划各区间内最外侧车行道外边缘线为可跨越车道分界线、硬路肩外边缘线305为车行道边线；
通过设置在路侧防撞护栏上或者路面上的交通检测单元1，采集各段落内的交通运行和状态数据信息，包括硬路肩内是否有临时停车、障碍物等突发事件情况，以及路段交通流量、车流平均速度等信息；
通过控制决策单元1中的指挥中心计算设备对采集的各段落的数据信息进行数据融合，若分析得公路上某个路段拥挤程度评价指标V/C≤k(V为采集的当前路段的交通流量，C为该路段对应的通行量，k为预设的标准阈值，k＝0.55)，即现状交通属于自由流状态，处于二级或以上服务水平，表面该路段交通服务水平高、被动延误少，则无需开启硬路肩作为车行道；
若分析得到V/C＞k(k＝0.55)，且通过各段落进出口数据分析预测区间内将产生拥堵，则分情况对硬路肩进行开启/关闭：
(1)若全线m个段落内硬路肩均无紧急停车，无障碍物，则通过设置于龙门架301上的显示屏302和车道指示灯303开放所有段落内的硬路肩作为车行道行驶，并通过采集的交通流量、车速对各车道进行限速管理，保障行车安全，同时，可通过获取的车载导航目的地信息引导即将驶出高速的车辆，优先使用硬路肩驶离高速；
(2)若某个段落Mx内有p(1≤p≤n)处硬路肩存在紧急停车或障碍物，则需进一步检测紧急停车或障碍物节点所处的区间q的位置，根据需要通知交警、医护等紧急救援尽快排除障碍，同时，通过龙门架301上的显示屏302和车道指示灯303立即关闭Mx整个段落、或Nq及其相关联区间硬路肩的车行道功能，此时该区域硬路肩仅作为救援通道使用，紧急状态解除后，可按前述的步骤(1)判断是否重新启动硬路肩的行车道功能。
综上可知，本发明的优点如下：
其一、智能调节高速公路硬路肩作为车行道，在交通服务水平处于二级之下时，有效地提高了高速公路高峰时段的通行能力，缓解交通拥堵；
其二、通过实时检测、智能决策、动态调整等综合管理措施相结合的方式，增加了行车安全性；
其三、在提高通行能力和交通安全的同时，降低了交通拥堵时间和事故率，减少了汽车尾气排放和燃油消耗，节能环保；
其四、避免了高速公路改扩建而导致的征拆、费用陡增等问题，节约土地资源、节省投资。

Claims (7)

1.一种高速公路硬路肩动态调整系统，其特征在于，包括依次连接的交通检测单元(1)、控制决策单元(2)和信息发布与导流单元(3)，所述交通检测单元(1)用于实时感知当前路段内的交通运行数据和交通状态信息，所述控制决策单元(2)根据交通检测单元(1)采集的数据信息，以分析得到当前路段各车道状态信息，并判断当前路段的硬路肩是否开启行车道功能、对当前路段的各车道进行限速管理，所述信息发布与导流单元(3)用于显示当前路段各车道状态信息以及交通管制信息；
应用上述高速公路硬路肩动态调整系统，实现一种高速公路硬路肩动态调整方法，包括以下步骤：
S1、交通检测单元实时采集当前路段内的交通运行数据和交通状态信息，并将采集的数据信息传输给控制决策单元，其中，所述交通运行数据包括交通流量、车流平均速度；所述交通状态信息包括硬路肩位置的临时停车以及障碍物信息；
S2、控制决策单元对采集的各路段的数据信息进行融合，通过计算各路段拥挤程度指标，并结合各路段的交通状态信息，以判断是否开启各路段内硬路肩的车行道功能、对各路段内各车道进行限速管理；
S3、控制决策单元将各路段内各车道状态信息及交通管制信息对应发送给信息发布与导流单元；
所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、基于采集的各路段的数据信息，控制决策单元计算得到各路段的拥挤程度评价指标，若该路段的拥挤程度评价指标小于或等于预设阈值，则判断不需要开启该路段内硬路肩的车行道功能，否则执行步骤S22；
S22、基于各路段内硬路肩的交通状态信息，若所有路段内硬路肩位置均无紧急停车、无障碍物，则开启所有路段内硬路肩的车行道功能，同时结合各路段的交通运行数据，对各路段内各车道进行限速管理；
若某个路段内硬路肩位置存在停车或障碍物信息，则关闭相应路段内硬路肩的车行道功能；
所述路段的拥挤程度评价指标具体为：V/C，其中，V为采集的当前路段的交通流量，C为该路段对应的通行量，若V/C≤k，其中，k为预设的标准阈值，k＝0.55，则表明现状交通属于自由流状态，处于二级或以上服务水平，无需开启硬路肩作为车行道；
若V/C＞k，且通过各段落进出口数据分析预测区间内将产生拥堵，则执行步骤S22，以分情况对硬路肩进行开启/关闭。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路硬路肩动态调整系统，其特征在于，所述交通检测单元(1)包括激光传感器、压力传感器和雷达传感器。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种高速公路硬路肩动态调整系统，其特征在于，所述交通检测单元(1)分布设置在路侧防撞护栏或者路面上。
4.根据权利要求1所述的一种高速公路硬路肩动态调整系统，其特征在于，所述信息发布与导流单元(3)包括显示屏、车道指示灯、限速板以及硬路肩两侧边缘标线，所述硬路肩两侧边缘标线分别为可跨越车道分界线和车行道边线。
5.根据权利要求4所述的一种高速公路硬路肩动态调整系统，其特征在于，所述显示屏、车道指示灯和限速板均安装于龙门架或其它支撑结构上，所述龙门架或其它支撑结构设置在区间高速的多个段落内。
6.根据权利要求5所述的一种高速公路硬路肩动态调整系统，其特征在于，所述每个段落内间隔500～1000m设置一处龙门架或其它支撑结构。
7.根据权利要求1所述的一种高速公路硬路肩动态调整系统，其特征在于，所述控制决策单元(2)与车载终端连接，以将当前路段各车道状态信息发送给车载终端。
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