CN113077639B - 一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，通过雷达检测快速路主线车速、匝道车型比例等交通参数，将检测数据按30秒一个周期提供给限行控制设备，根据实际检测交通数据判断交通运行状态情况，并获取不同状态下对应的限行控制策略，通过由升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板联动集成的限行控制设备实施不同情况下的限行策略，实现使用较少的设备即可判断入口匝道与主线汇入端的交通状态，通过集成的限行控制设备，能够实现匝道物理封闭限行、物理限高限行、信号灯调节控制限行和匝道长绿开放的多种智能限行策略并为驾驶员及时提供匝道限行时的诱导信息，有效缓解快速路主路的交通拥堵，提升快速路通行能力。

Description

一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法

技术领域

本发明属于城市快速路入口匝道控制技术领域，具体是一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法。

背景技术

机动车快速增长与道路供给的矛盾日益突出，原有的城市道路网络结构已不能满足日益增长的交通出行需求，各大城市纷纷建设快速干道以缓解日益严重的交通拥堵问题，逐步形成了城市快速路网，以分担大部分的交通流量和压力。然而随着机动车保有量井喷式增长，大量交通流涌入快速路，促使快速路越来越慢，成为了城市新的堵点。此外，快速路设计车速高于其他城市道路，而大型车行驶车速普遍低于小型车，当快速路大小车型混行情况严重时，车速离散程度增高，也会降低快速路通行能力，造成交通拥堵。由于快速路的封闭特性，一旦发生拥堵，如不进行有效管控，拥堵无法短时间内消散，不仅不能为城市分担交通流量，反而成为城市道路长距离、大面积交通拥堵的源头，甚至造成区域交通瘫痪。

对快速路入口匝道实施交通限行管控，是缓解快速路拥堵的有效手段之一，有效的匝道管控措施可保障主线交通安全快速通行。但是，由于目前城市快速路现有的交通采集技术手段不足，主路的交通拥堵信息无法被及时检测并传递给匝道口驶入快速路的车辆，且目前入口匝道主要通过定时信号控制减少流量以及通过固定高度限高架设施限行大型车，不能适应交通的实时变化，导致匝道的交通管控手段与实际道路交通状态不匹配，匝道限行控制效果大打折扣，与实际路况不符合的限行措施甚至会降低快速路的通行效率。因此需要通过智能化交通数据采集技术配合入口匝道智能限行控制设备，实现快速路匝道的智能化限行管控。

目前，快速路匝道控制方式主要是信号灯控制，包括定时控制或单点感应式控制，匝道高度限行方式主要是通过固定高度限高架或由人工控制的升降式限高架进行限行。此类控制方式存在一些问题：

(1)仅有信号灯控制方式时，短时调节控制和长时间关闭控制都会出现红灯信号，此时无法给匝道入口车辆明确的行车指示引导，会造成绿灯损失时间增加；

(2)匝道长时间关闭时，如果没有物理封闭限行设施和诱导信息提示，车辆可能会在匝道入口处长时间停车等待会造成交通安全隐患，也会对辅路车辆造成影响，甚至有的车辆长时间等待后会闯红灯进入匝道；

(3)传统感应式或自适应匝道信号控制方式虽然也能实现基于实时交通状况的智能匝道控制，但需要在高架桥上布设较多的检测设备，安装实施成本较高，且无法根据大小车型车辆混行状态进行智能交通管控；

(4)传统的匝道限高架只能根据固定的限行高度对匝道进行限高管控，适用场景单一，不能根据实际交通状况进行高度调节，无法有效利用于匝道交通流量的限行管控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：布设两个雷达检测器作为数据采集设备，采集快速路匝道汇流区主线上游车速和匝道入口处大车比例的数据，以30秒为一个周期连续采集交通数据；

步骤二：根据雷达检测器连续三个周期的实时交通数据，判断快速路交通运行状态；

步骤三：将快速路交通运行状态根据主线上游车速和匝道大车比例分为拥堵状态、缓行状态、畅通状态和缓行限高状态四种，对应的四种限行控制策略分别为匝道物理封闭限行、匝道信号控制限行、匝道开放和物理限高限行；

步骤四：当判断快速路已稳定处于某个交通运行状态时，即连续三个周期的交通运行状态相同，限行控制设备会自动执行该交通运行状态对应的限行控制策略；

步骤五：限行控制设备由升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板组合集成，布设在匝道入口处，四种限行控制策略是通过多种设备不同的组合控制实现。

作为本发明进一步的方案：步骤一中所述雷达检测器为多目标跟踪雷达，一台雷达检测器的检测范围至少6车道，分别在主线上游100米处和匝道入口处各布设一台雷达检测器，检测数据类型为主线汇流区上游车辆平均车速和匝道入口的大车比例。

作为本发明进一步的方案：步骤二中判断快速路交通运行状态是根据主线上游车速的平均车速范围和匝道入口大车比例划分，设定快速路主线设计车速为V0，每个周期主线上游雷达设备采集的平均车速为v，匝道入口雷达设备采集的大车比例为a，根据交通运行实际情况和驾驶员出行感受，划分四种交通运行状态以及对应的数据范围分别为：拥堵状态(v≤V0×30％)、缓行状态(V0×30％＜v≤V0×50％)、畅通状态(v＞V0×50％)和缓行限高状态(V0×30％＜v≤V0×50％且a＞20％)。

作为本发明进一步的方案：根据步骤三和步骤四中所述限行控制策略为拥堵状态时执行匝道物理封闭限行、缓行状态时执行匝道信号控制限行、畅通状态时执行匝道开放、缓行限高状态时执行物理限高限行，限行控制策略下发至限行控制设备执行。

作为本发明进一步的方案：步骤五中所述限行控制设备由升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板集成，通过不同的设备组合联动控制，四种限行控制策略对应的限行设备组合执行内容如下：

匝道物理封闭限行：可变情报板显示“匝道关闭从左/右侧道路通行”，匝道信号灯变为红灯，升降式限高架的限高横杆下降至1.0m，禁止任何车辆进入快速路主线；

匝道信号控制限行：升降式限高架的限高横杆上升至4.5m及以上高度，匝道信号灯按30秒周期(10秒绿灯20秒红灯)间断放行，可变情报板显示“匝道信号控制”以及实时显示红/绿灯倒计时，通过信号调节控制从匝道进入主线的交通流量；

匝道开放：升降式限高架的限高横杆上升至4.5m及以上高度，匝道信号灯变为绿灯，可变情报板显示“匝道开放”，恢复匝道车辆通行；

物理限高限行：升降式限高架的限高横杆下降至2.5m高度，匝道信号灯变为黄灯闪烁，可变情报板显示“限高2.5米超高车辆绕行”，此时匝道仅限小型车通过。

作为本发明进一步的方案：执行所述物理限高限行策略时，当下个周期交通状态判断为拥堵状态或畅通状态时，改变当前限行策略，若下周期交通状态判断为缓行状态，则仍维持物理限高限行策略。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是基于雷达检测器和升降式限高架的快速路匝道入口智能限行控制方法，通过雷达检测快速路主线车速、匝道车型比例等交通参数，将检测数据按30秒一个周期提供给限行控制设备，根据实际检测交通数据判断交通运行状态情况，并获取不同状态下对应的限行控制策略，通过由升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板联动集成的限行控制设备实施不同情况下的限行策略，实用性强，灵活性高；

本发明使用雷达检测器采集数据，实现使用较少的设备即可判断入口匝道与主线汇入端的交通状态，通过集成的限行控制设备，能够实现匝道物理封闭限行、物理限高限行、信号灯调节控制限行和匝道长绿开放的多种智能限行策略并为驾驶员及时提供匝道限行时的诱导信息，有效缓解快速路主路的交通拥堵，提升快速路通行能力。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明中控制方法的流程图。

图2为本发明中雷达检测器安装的结构示意图。

图3为本发明中限行控制设备工作状态的结构示意图。

图4为本发明中物理限高限行策略状态的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：布设两个雷达检测器作为数据采集设备，采集快速路匝道汇流区主线上游车速和匝道入口处大车比例的数据，以30秒为一个周期连续采集交通数据；

步骤二：根据雷达检测器连续三个周期的实时交通数据，判断快速路交通运行状态；

步骤三：将快速路交通运行状态根据主线上游车速和匝道大车比例分为拥堵状态、缓行状态、畅通状态和缓行限高状态四种，对应的四种限行控制策略分别为匝道物理封闭限行、匝道信号控制限行、匝道开放和物理限高限行；

步骤四：当判断快速路已稳定处于某个交通运行状态时，即连续三个周期的交通运行状态相同，限行控制设备会自动执行该交通运行状态对应的限行控制策略；

步骤五：限行控制设备由升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板组合集成，布设在匝道入口处，四种限行控制策略是通过多种设备不同的组合控制实现。

如图2所示，将基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法用于某快速路入口匝道上，该快速路入口匝道为1车道，该匝道相接的快速路主线为3车道，主线设计车速为80km/h。在主线上游距离匝道汇入端100米处布设1台雷达检测器采集上游主线平均车速，在入口匝道处布设1台雷达检测器采集匝道车型比例。在匝道口布设限行控制设备，包括升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板，如附图3所示。

本实施例的匝道智能限行控制步骤如下：

(1)该快速路主线设计车速为80km/h，上游雷达检测器采集的主线平均车速为v，匝道入口雷达检测器采集的大车比例为a，根据交通运行实际情况和驾驶员出行感受，将该快速路交通运行状态划分为以下四种：

拥堵状态：v≤24km/h；

缓行状态：24km/h＜v≤40km/h；

畅通状态：v＞40km/h；

缓行限高状态：24km/h＜v≤40km/h且a＞25％。

(2)该快速路匝道开始执行智能限行控制时，雷达检测器实时采集交通数据，每30s为一周期统计平均车速和大车比例，当连续三个周期检测的交通运行状态维持不变时，执行该状态对应的限行控制策略，否则控制设备维持现状不变，D1为绿灯，D2为黄灯，D3为红灯。

某中午时刻，匝道限行设备现状处于长绿开放控制(D1长亮)，此时连续采集到三个周期上游主线平均车速为v1＝32km/h，v2＝31km/h，v3＝36km/h，大车比例a1＝5％，a2＝10％，a3＝0％，判断快速路主线交通当前已进入缓行状态，限行设备从下一周期开始执行匝道信号控制限行，升降限高横杆位于4.5m高度，匝道信号灯按30秒周期(10秒D1亮、20秒D3亮)间断放行，可变情报板显示“匝道信号控制红/绿灯倒计时X秒”，实时显示剩余倒计时间，通过信号调节控制从匝道进入主线的交通流量，如附图3所示。

到晚高峰时刻，连续采集到三个周期上游主线平均车速为v1＝22km/h，v2＝21km/h，v3＝19km/h，判断快速路主线交通当前已进入拥堵状态，限行设备从下一周期开始执行匝道物理封闭限行，可变情报板显示“匝道关闭从右侧道路通行”，匝道信号灯变为D3亮，限高横杆下降至1.0m，禁止任何车辆进入快速路主线，如附图3所示。

当检测数据判断快速路为缓行限高状态时，执行物理限高限行策略，D2亮灯且为闪烁状态，限行控制设备状态如附图4所示，D2闪烁发亮，此时只有当下一周期交通状态为拥堵状态或畅通状态时，即检测主线平均车速v≤24km/h或v＞40km/h，当前执行的物理限高限行策略才会发生改变。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：布设两个雷达检测器作为数据采集设备，采集快速路匝道汇流区主线上游车速和匝道入口处大车比例的数据，以30秒为一个周期连续采集交通数据；

步骤二：根据雷达检测器连续三个周期的实时交通数据，判断快速路交通运行状态；

步骤三：将快速路交通运行状态根据主线上游车速和匝道大车比例分为拥堵状态、缓行状态、畅通状态和缓行限高状态四种，对应的四种限行控制策略分别为匝道物理封闭限行、匝道信号控制限行、匝道开放和物理限高限行；

步骤四：当判断快速路已稳定处于某个交通运行状态时，即连续三个周期的交通运行状态相同，限行控制设备会自动执行该交通运行状态对应的限行控制策略；

步骤五：限行控制设备由升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板组合集成，布设在匝道入口处，四种限行控制策略是通过多种设备不同的组合控制实现；

步骤二中判断快速路交通运行状态是根据主线上游车速的平均车速范围和匝道入口大车比例划分，设定快速路主线设计车速为V0，每个周期主线上游雷达设备采集的平均车速为v，匝道入口雷达设备采集的大车比例为a，根据交通运行实际情况和驾驶员出行感受，划分四种交通运行状态以及对应的数据范围分别为：拥堵状态v≤V0×30％、缓行状态V0×30％＜v≤V0×50％、畅通状态v＞V0×50％和缓行限高状态V0×30％＜v≤V0×50％且a＞20％。

2.根据权利要求1所述的一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，其特征在于，步骤一中所述雷达检测器为多目标跟踪雷达，一台雷达检测器的检测范围至少6车道，分别在主线上游100米处和匝道入口处各布设一台雷达检测器，检测数据类型为主线汇流区上游车辆平均车速和匝道入口的大车比例。

3.根据权利要求1所述的一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，其特征在于，根据步骤三和步骤四中所述限行控制策略为拥堵状态时执行匝道物理封闭限行、缓行状态时执行匝道信号控制限行、畅通状态时执行匝道开放、缓行限高状态时执行物理限高限行，限行控制策略下发至限行控制设备执行。

4.根据权利要求1所述的一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，其特征在于，步骤五中所述限行控制设备由升降式限高架、匝道信号灯和可变情报板集成，通过不同的设备组合联动控制，四种限行控制策略对应的限行设备组合执行内容如下：

匝道物理封闭限行：可变情报板显示“匝道关闭从左/右侧道路通行”，匝道信号灯变为红灯，升降式限高架的限高横杆下降至1.0m，禁止任何车辆进入快速路主线；

匝道信号控制限行：升降式限高架的限高横杆上升至4.5m及以上高度，匝道信号灯按30秒周期，即10秒绿灯20秒红灯间断放行，可变情报板显示“匝道信号控制”以及实时显示红/绿灯倒计时，通过信号调节控制从匝道进入主线的交通流量；

匝道开放：升降式限高架的限高横杆上升至4.5m及以上高度，匝道信号灯变为绿灯，可变情报板显示“匝道开放”，恢复匝道车辆通行；

物理限高限行：升降式限高架的限高横杆下降至2.5m高度，匝道信号灯变为黄灯闪烁，可变情报板显示“限高2.5米超高车辆绕行”，此时匝道仅限小型车通过。

5.根据权利要求4所述的一种基于雷达和升降式限高架的匝道智能限行控制方法，其特征在于，执行所述物理限高限行策略时，当下个周期交通状态判断为拥堵状态或畅通状态时，改变当前限行策略，若下周期交通状态判断为缓行状态，则仍维持物理限高限行策略。

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