CN113870562A - 一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法 - Google Patents

一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，通过高速公路检测器采集交通数据，将排队长度转换成单位小时交通量，在拥堵路段单位小时实际通行能力与由排队长度转换成的单位小时交通量之和不能超过下游区域的单位小时实际通行能力条件下，确定拥堵路段应急车道开放的饱和度值，根据下游区域在不开启应急车道情况下的剩余单位小时通行能力能否满足应急车道单位小时交通量来确定应急车道开放终点进而确定应急车道开放长度。本方法可以保证拥堵路段的车辆能够及时消散，提高了高速公路通行效率，合理确定应急车道的开放长度，避免过长距离开放应急车道导致应急资源的浪费，为开放应急车道解决交通拥堵问题提供科学的决策方法。

Description

一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法
技术领域
本发明涉及高速公路管理策略领域，具体涉及一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法。
背景技术
随着经济的发展，交通需求增长旺盛，交通拥堵现象频繁发生，不仅表现在日常上下班高峰期的城市交通中，而且在通行能力及效率高的高速公路中也时常发生。为了缓解交通拥堵，高速公路管理部门采取了较多的管控措施，如限制车速、路径诱导、匝道控制等，均在一定程度上取得了缓解交通拥堵的效果，但这些管控措施并不能减少出行者选择便捷通道高效出行的强烈需求，因此有必要采用临时开放应急车道的策略，提高通行能力及通行效率。
目前，应急车道开放并没有科学的理论基础支撑，仅依靠管理部门针对现场拥堵实况进行的主观判断，严重缺乏科学依据。拥堵路段应急车道的不合理开放，有可能导致交通拥堵的加剧，浪费应急资源，更甚者导致全面的交通瘫痪。为此，针对高速公路拥堵路段提出应急车道开放策略的确定方法是十分必要的。
发明内容
本发明提供一种符合实际的，使用范围广泛，科学的，提高应急资源使用效率基于拥堵路段的高速公路应急车道开放策略的确定方法。本发明的一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，该方法包括以下步骤：
S1、通过高速公路检测器采集交通数据，包括各车型的比例、对应的各车型的长度、拥堵区域车辆的平均速度、平均车头时距、拥堵区域平均排队长度及拥堵区域单向车道数；
S2、通过各车型比例及各车型的长度确定拥堵区域平均车辆长度，根据拥堵区域平均速度及平均车头时距确定拥堵区域平均车头间距，根据拥堵区域平均排队长度及拥堵区域单向车道数确定拥堵区域车辆数；
S3、确定期望消散时间，将期望消散时间的单位转换为小时，通过拥堵区域车辆数转换成单位小时消散车辆数；
S4、计算拥堵路段应急车道开放的饱和度值；
S5、在不超过下游区域实际通行能力条件下，确定拥堵区域应急车道开放条件，达到S4中的饱和度的值时应该开启应急车道；
S6、根据S5中拥堵区域应急车道开放条件，按照检测器划分区域，对路段进行持续监测，对满足S4中的饱和度条件的路段均要开启应急车道，开启后判断其下游区域是否满足开启应急车道的条件；
S7、当应急车道开放路段的饱和度值小于应急车道开放的最佳饱和度值时，应关闭应急车道。
进一步地，S2中所述的拥堵区域平均车辆长度的计算公式为：
Figure BDA0003291297740000021
其中λi表示各车型的比例，Li为各车型的长度，
Figure BDA0003291297740000022
为n种车型比例之和。
进一步地，S2中所述的拥堵区域平均车头间距的计算公式为：
Figure BDA0003291297740000023
其中
Figure BDA0003291297740000024
为排队区域车辆的平均速度，
Figure BDA0003291297740000025
为平均车头时距。
进一步地，所述拥堵区域车辆数的计算公式为
Figure BDA0003291297740000026
其中
Figure BDA0003291297740000027
为拥堵区域平均拥堵里程；nl为拥堵区域单向车道数。
进一步地，S3中所述的单位小时消散车辆数的计算公式为：
Figure BDA0003291297740000028
其中，N为拥堵车辆数；h表示消散时间。
进一步地，S4中所述的应急车道开放的饱和度值的计算公式为：
Figure BDA00032912977400000212
其中Cr(i)为拥堵路段实际通行能力，Cr(i+1)为下游区域实际通行能力。
进一步地，S6中所述的满足饱和度条件开启应急车道的路段的下游区域是否满足开启应急车道的判断条件具体为：
Figure BDA0003291297740000029
若满足以上条件，则下游区域不需要开启应急车道；
若不满足以上条件，则开启应急车道，并以开启的路段的为基准路段，与其下游路段根据以上条件重新判断，应急车道开放长度直至满足
Figure BDA00032912977400000210
时为止；
其中
Figure BDA00032912977400000211
为下游区域不开启应急车道的情况下剩余实际通行能力，fem(i)为应急车道单位小时交通量。
本发明的有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
现存在的有关应急车道相关内容为应急车道违章检测、图像处理、违章识别等方面，在确定应急车道开放策略方向并没有现有技术。
本发明充分考虑拥堵路路段的排队长度，以及下游区域的消散能力，在保证不对下游造成交通拥堵条件下，确定应急车道开放的饱和度值，更能有效的缓解交通拥堵，充分利用应急资源。
本发明在充分考虑下游区域在不开启应急车道条件下的剩余实际通行能力及应急车道交通量条件下，确定应急车道关闭的条件，在避免造成交通拥堵情况下，避免了应急车道开放过长造成的应急资源浪费。
附图说明
图1是本发明的技术路线示意图。
图2是本发明的系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明作进一步的说明。
本发明的基于拥堵路段的应急车道开放策略的确定方法，
如图1所示，通过高速公路检测器采集交通数据，采集的交通数据为：各车型的数量、排队区域车辆的平均速度、平均车头时距及平均排队长度。
根据下式将拥堵里程转换为车辆数：
Figure BDA0003291297740000031
其中，N为拥堵车辆数；λi表示各车型的比例；Li为各车型的长度；
Figure BDA0003291297740000032
为n种车型比例之和；
Figure BDA0003291297740000033
为排队区域车辆的平均速度；
Figure BDA0003291297740000034
为平均车头时距；
Figure BDA0003291297740000035
为拥堵区域平均拥堵里程；nl为拥堵区域单向车道数。
根据拥堵车辆数及消散时间转换为单位小时消散车辆数
Figure BDA0003291297740000036
其中，N为拥堵车辆数；h表示消散时间；
根据下式计算拥堵路段应急车道开放的饱和度值：
Figure BDA0003291297740000037
其中，Cr(i)为拥堵路段实际通行能力，Cr(i+1)为下游区域实际通行能力。
在计算拥堵路段应急车道开放的饱和度值时，充分考虑了下游区域在不开启应急车道条件下能够消散拥堵路段排队车辆数。
满足下式条件，应该关闭应急车道：
Figure BDA0003291297740000041
其中，
Figure BDA0003291297740000042
为下游区域不开启应急车道的情况下剩余实际通行能力；fem(i)为应急车道单位小时交通量。
在确定应急车道关闭时，充分考虑了下游区域不开启应急车道的情况下剩余实际通行能力。
通过高速公路检测器采集交通数据，主要包括各车型的比例、对应的各车型的长度、拥堵区域车辆的平均速度、平均车头时距、拥堵区域平均排队长度及拥堵区域单向车道数。
通过各车型比例及各车型的长度确定拥堵区域平均车辆长度
Figure BDA0003291297740000043
根据拥堵区域平均速度及平均车头时距确定拥堵区域平均车头间距
Figure BDA0003291297740000044
最后根据拥堵区域平均排队长度及拥堵区域单向车道数确定拥堵区域车辆数
Figure BDA0003291297740000045
确定期望消散时间，然后将期望消散时间的单位转换为小时，通过拥堵区域车辆数转换成单位小时消散车辆数
Figure BDA0003291297740000046
在不超过下游区域实际通行能力条件下，确定拥堵区域应急车道开放条件，即饱和度的值达到
Figure BDA0003291297740000047
应该开启应急车道，此时既不会因此过早开启对应急车道资源产生浪费，又不会因为应急车道开放不及时导致下游无法消散拥堵交通量造成新的拥堵。
根据以上条件按照检测器划分区域，对路段进行持续监测，对满足以上饱和度条件的路段均要开启应急车道，开启后判断其下游区域是否满足
Figure BDA0003291297740000048
满足以上条件，则下游区域不需要开启应急车道；
不满足以上条件，则开启应急车道，并以开启的路段的为基准路段，与其下游路段根据以上条件重新判断，应急车道开放长度直至满足
Figure BDA0003291297740000049
时为止。
当应急车道开放路段的饱和度值小于应急车道开放的最佳饱和度值时，即交通拥堵得到了缓解，此时应及时关闭应急车道。
如图2所示，本发明的系统包括数据采集、数据处理、信息发布处理三大架构，其中数据采集架构包括数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块及数据传输模块，数据采集模块与数据处理模块双向通信，数据处理模块、数据存储模块、数据传输模块之间双向通信。数据处理架构包括应急车道数据处理模块，其接收数据传输模块的输出信息。信息发布处理架构包括应急车道管控信息发布模块，其接收应急车道数据处理模块的输出信息。
本发明充分考虑拥堵路路段的排队长度，以及下游区域的消散能力，在保证不对下游造成交通拥堵条件下，确定应急车道开放的饱和度值，更能有效的缓解交通拥堵，充分利用应急资源。
本发明在充分考虑下游区域在不开启应急车道条件下的剩余实际通行能力及应急车道交通量条件下，确定应急车道关闭的条件，在避免造成交通拥堵情况下，避免了应急车道开放过长造成的应急资源浪费。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、通过高速公路检测器采集交通数据，包括各车型的比例、对应的各车型的长度、拥堵区域车辆的平均速度、平均车头时距、拥堵区域平均排队长度及拥堵区域单向车道数；
S2、通过各车型比例及各车型的长度确定拥堵区域平均车辆长度，根据拥堵区域平均速度及平均车头时距确定拥堵区域平均车头间距，根据拥堵区域平均排队长度及拥堵区域单向车道数确定拥堵区域车辆数；
S3、确定期望消散时间，将期望消散时间的单位转换为小时，通过拥堵区域车辆数转换成单位小时消散车辆数；
S4、计算拥堵路段应急车道开放的饱和度值；
S5、在不超过下游区域实际通行能力条件下，确定拥堵区域应急车道开放条件，达到S4中的饱和度的值时应该开启应急车道；
S6、根据S5中拥堵区域应急车道开放条件，按照检测器划分区域，对路段进行持续监测，对满足S4中的饱和度条件的路段均要开启应急车道，开启后判断其下游区域是否满足开启应急车道的条件；
S7、当应急车道开放路段的饱和度值小于应急车道开放的最佳饱和度值时，应关闭应急车道。
2.根据权利要求1所述的一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，其特征在于，S2中所述的拥堵区域平均车辆长度的计算公式为：
Figure FDA0003291297730000011
其中λi表示各车型的比例，Li为各车型的长度，
Figure FDA0003291297730000012
为n种车型比例之和。
3.根据权利要求1所述的一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，其特征在于，S2中所述的拥堵区域平均车头间距的计算公式为：
Figure FDA0003291297730000013
其中
Figure FDA0003291297730000014
为排队区域车辆的平均速度，
Figure FDA0003291297730000015
为平均车头时距。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，其特征在于，所述拥堵区域车辆数的计算公式为
Figure FDA0003291297730000016
其中
Figure FDA0003291297730000017
为拥堵区域平均拥堵里程；nl为拥堵区域单向车道数。
5.根据权利要求1所述的一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，其特征在于，S3中所述的单位小时消散车辆数的计算公式为：
Figure FDA0003291297730000018
其中，N为拥堵车辆数；h表示消散时间。
6.根据权利要求1所述的一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，其特征在于，S4中所述的应急车道开放的饱和度值的计算公式为：
Figure FDA0003291297730000021
其中Cr(i)为拥堵路段实际通行能力，Cr(i+1)为下游区域实际通行能力。
7.根据权利要求1所述的一种基于拥堵路段的高速公路车道管控策略的确定方法，其特征在于，S6中所述的满足饱和度条件开启应急车道的路段的下游区域是否满足开启应急车道的判断条件具体为：
Figure FDA0003291297730000022
若满足以上条件，则下游区域不需要开启应急车道；
若不满足以上条件，则开启应急车道，并以开启的路段的为基准路段，与其下游路段根据以上条件重新判断，应急车道开放长度直至满足
Figure FDA0003291297730000023
时为止；
其中
Figure FDA0003291297730000024
为下游区域不开启应急车道的情况下剩余实际通行能力，fem(i)为应急车道单位小时交通量。
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