CN114141030A - 一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法 - Google Patents

Abstract

一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，本发明涉及异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法。本发明目的是为了解决现有高速公路道路资源利用低效，难以充分降低潜在道路风险的问题。过程为：一、获取高速公路上发生事故时间以及交通OD信息；二、判定是否开启高速公路车流诱导管控措施；三、定义事故后高速公路车流诱导问题中的车辆绕行指标，制定事故后高速公路车流诱导优先级；四、构建考虑不同车型车流行驶需求及优先级的事故后高速公路车流诱导优化目标以及诱导约束；五、求解带有优先级的异质需求下的事故后高速公路车流诱导优化问题，最终得到事故后高速公路车流诱导方案。本发明用于智能交通管控领域。

Description

一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法

技术领域

本发明涉及智能交通管控领域，更具体地说，本发明涉及一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法。

背景技术

高速公路作为综合交通运输网络中的关键部分，日常承担着区域间客、货大流量、高速运输的任务，对于促进社会生产和推动经济的发展有着重要的作用。然而，交通事故的频发严重地制约和影响了高速公路的运输效率和通行安全。交通事故造成的道路设施损坏和占用，会导致高速公路通行能力的降低，进而引发高速公路大范围的拥堵和车辆滞留。如果此时不对高速公路上的车流进行合理的诱导，车辆的莽行极易引起连环事故的发生，且干扰相关部门对事故的快速应急救援。

目前，我国对于事故后高速公路车流诱导的管理策略大多直接关闭事故路段的入口，通知高速公路上的所有车辆直接停车等候或全部绕行。这种诱导方案操作简便，但忽略了事故发生后高速公路可用的道路资源有限，往往难以容纳全部车辆的分流。此外，高速公路上不同类型车辆的行驶需求各异，例如，应急车辆需要快速到达事故点而“两客一危”车辆急需驶离事故区域等。对于高速公路所有车辆实施统一的诱导方案，会导致对高速公路道路资源利用低效，难以充分降低潜在道路风险。

综上所述，急需发展一种事故后的、针对不同类型车辆的行驶需求建立诱导目标与优先级的高速公路车流诱导方法，来缓解道路的大面积拥堵、降低二次事故风险、保证应急救援工作的开展。

发明内容

本发明目的是为了解决现有高速公路发生事故后，对于所有车辆实施统一的诱导方案，导致对高速公路道路资源利用低效，难以充分降低潜在道路风险的问题，而提出一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法。

一种基于异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导控制方法具体过程为：

步骤一、获取高速公路上发生事故时间以及交通OD信息；

步骤二、结合事故信息、诱导路段集实时流量信息与车辆行驶需求，判定是否开启高速公路车流诱导管控措施；

步骤三、分析应急车辆、“两客一危”以及其他车辆的行驶需求，定义事故后高速公路车流诱导问题中的车辆绕行指标，制定事故后高速公路车流诱导优先级；

步骤四、构建考虑不同车型车流行驶需求及优先级的事故后高速公路车流诱导优化目标以及诱导约束；

步骤五、求解带有优先级的异质需求下的事故后高速公路车流诱导优化问题，最终得到事故后高速公路车流诱导方案。

本发明的有益效果为：

1)针对当前事故后高速公路单目标车流诱导缺乏对车辆异质行驶需求考虑导致的诱导方案低效的问题，本发明分析了事故后应急车辆、“两客一危”车辆以及其他类型车辆的行驶需求并提出了相应的诱导指标，建立了事故后高速公路车流诱导多目标优化模型，以充分利用高速公路道路资源、有效降低二次事故风险；

2)考虑到事故后高速公路可用的道路资源有限，往往无法容纳全部绕行车辆。本发明以保障道路安全为原则，设计了不同车型车辆诱导的优先级，并通过引入了逻辑变量以及偏差变量实现诱导优先级在车流诱导多目标模型的嵌入。此外，本发明还利用逻辑变换将车流诱导多目标优化问题转化为混合整数规划，便于模型的求解。

附图说明

图1是本发明所述的一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法的流程框图；

图2是本发明所述的一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法的启动判定流程框图；

图3是本发明所述的一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导优化求解流程框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式一种基于异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导控制方法具体过程为：

所谓“异质”是指，考虑到事故发生后，对不同类型车辆进行诱导考虑的主要因素不同，如应急车辆希望通过诱导能尽快到达事故点；而“两客一危”属于极易发生事故的危险车型，故对其进行诱导时以行驶安全、防止二次事故为主，希望其尽可能绕行至安全路段。

现有文献或者是不区分车型，进行统一的诱导；或者是只针对单一车型进行诱导，缺乏考虑到不同车型的行驶需求，进行统一的优化求解；

步骤一、从道路检测器、高速公路数据库等中获取高速公路上发生事故时间以及交通OD等信息；

步骤二、结合事故信息、诱导路段集实时流量信息与车辆行驶需求等，判定是否开启高速公路车流诱导管控措施；

步骤三、分析应急车辆、“两客一危”以及其他车辆的行驶需求，定义事故后高速公路车流诱导问题中的车辆绕行指标，制定事故后高速公路车流诱导优先级；

步骤四、结合定义的车流诱导绕行指标，构建考虑不同车型车流行驶需求及优先级的事故后高速公路车流诱导优化目标以及诱导约束；

步骤五、求解带有优先级的异质需求下的事故后高速公路车流诱导优化问题，最终得到事故后高速公路车流诱导方案。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤一中从道路检测器、高速公路数据库等中获取高速公路上发生事故时间以及交通OD等信息；具体过程如下：

步骤一一：结合高速公路发生事故后的报警情况和道路布设的检测器检测信息，获取事故的发生日期、发生时刻、道路位置、占用车道长度与事故占用的车道数量等信息；

步骤一二：结合高速公路网历史数据库、检测器数据等，获取当前高速公路待诱导流量及OD分布情况；过程为：

1)获取高速公路所有驶经事故点路径上的收费站，将事故点上游收费站记作I＝{I₁,I₂,...,I_i,...,I_n}，下游收费站记作O＝{O₁,O₂,...,O_j,...,O_g}，将收费站按上、下游关系两两组合为若干个入口-出口对I_i→O_j，记作集合OD；

其中I_i为事故点上游第i个收费站；O_j为事故点下游第j个收费站；

2)获取高速公路数据库中与事故发生同一工作日或节假日、同时段(事故发生时刻前后e小时内)的车辆驶入高速公路领卡与驶离高速公路的车辆数量；

结合高速公路卡口数据，统计高速公路“两客一危”、其他车型车辆在高速公路各入口-出口对中途经事故点的流量信息(流量指单位时间内，通过道路(或道路某一车道)指定地点或断面的车辆数)，分别记作

od∈OD和

od∈OD；

本步骤为获取车辆诱导需求情况(车辆目的地及车辆数量)，不涉及应急车辆。应急车辆OD是固定的，即从救援站至事故点，车辆数由实际事故救援需求确定。

步骤一三：在公路数据库中选择从事故点上游收费站可换道到达的公路作为车辆可绕行路段(不包括驶经事故点的路段)，记作诱导路段集R＝{r₁,r₂,...,r_m}，并获取诱导路段集中各诱导路段的通行能力等基本信息(公路数据库获取)；

通行能力指在一个特定的时间段内，在给定的道路、交通、管制条件下，人和车辆能够通过车道或者道路上的一点或均匀断面的最大小时交通量；

对于诱导路段集中的普通公路诱导路段，通过普通公路诱导路段布设的卡口检测车辆数信息，得到普通公路诱导路段的实时流量；

对于诱导路段集中的高速公路诱导路段，获取高速公路诱导路段上游收费站的车辆驶入个数信息，得到高速公路诱导路段的实时流量；

按照《公路工程技术标准》，公路分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路。在本发明中，由上述五级公路组成的路网称为公路网，其中，一级公路、二级公路、三级公路、四级公路被统称为普通公路。

将各诱导路段的通行能力与实际流量(普通公路诱导路段的实时流量或高速公路诱导路段的实时流量)相减得到每个诱导路段的最大可诱导流量

各诱导路段按照行驶方向进行组合可以构建一条诱导路径，对于能够完成出行对od的所有可诱导路径的集合记作p^od，od∈OD；

而需要途径事故段才能完成出行对od的所有路径集合记作

od∈OD；

各诱导路径的最大可诱导流量取该路径中包含的所有诱导路段最大可诱导流量的最小值。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述步骤二中结合事故信息、诱导路段集实时流量信息与车辆行驶需求等，判定是否开启高速公路车流诱导管控措施；如图2，具体过程如下：

步骤二一：判断步骤一一获取的事故的类型是否属于A类事故，A类事故包括极端天气、火灾、泥石流、山体滑坡、爆炸、连环追尾事故；其余类型事故归为B类事故；

如果事故属于A类事故，则不开启路网车流诱导策略，事故区域内部的出口匝道全部开启，入口匝道全部封闭，事故区域内部车辆全部指引驶出(可以通过匝道口诱导屏发布提示、给车主发送短信等方式提醒驾驶人“前方特大事故，禁止通行，尽快驶离”等)、并禁止车辆驶入；

如果事故不属于A类事故，则执行步骤二二；

步骤二二：比较步骤一二获得的途径事故点的流量信息与步骤一三获得的每个诱导路径的最大可诱导流量之和；

如果途径事故点流量信息大于最大可诱导流量之和，则不开启事故后高速公路网车流诱导方案，考虑暂时关闭事故区域入口匝道，防止高速公路流量超限造成二次事故隐患；否则，执行步骤二三；

步骤二三：计算事故路段剩余通行能力，并与步骤一二获得的途径事故点的流量信息进行比较，判断是否开启事故后高速公路网车流诱导方案；过程如下：

1)计算事故路段剩余通行能力，计算公式如下：

C_re＝f_d×C_b (1)

其中，C_b为公路数据库提供的事故路段的基本通行能力；f_d为发生事故后高速公路路段通行能力折减系数，具体取值参考《公路通行能力手册》及《交通系统控制手册》设置如表1所示：

表1发生事故后高速公路路段通行能力折减系数

2)比较事故路段剩余通行能力与步骤一二获得的途径事故点的流量信息的大小，如果剩余通行能力小于步骤一二获得的途径事故点的流量信息，开启事故后高速公路网车流诱导方案；否则，不开启事故后高速公路网车流诱导方案。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述步骤三中分析应急车辆、“两客一危”以及其他车辆的行驶需求，定义事故后高速公路车流诱导问题中的车辆诱导指标，制定事故后高速公路车流诱导优先级；具体过程如下：

步骤三一：考虑应急车辆需要尽快到达事故点开展救援工作，以应急车辆到达事故点的行程时间作为诱导指标之一，计算过程为：

其中，l^r为诱导路径p包含的诱导路段r的长度，单位为米；v^r为应急车辆在诱导路段r上的行驶速度，单位为米/分钟；当诱导路段r建有应急车道时，v^r可取道路最高限速值，否则v^r应为诱导路段r的平均行驶速度，可从路径上的卡口检测器获得该数据；

步骤三二：“两客一危”车辆包括从事旅游的包车、三类以上班线客车(《道路旅客运输及客运站管理规定》三类以上班线客车包括：地区所在地与地区所在地之间的客运班线或者营运线路长度在800公里以上的客运班线；地区所在地与县之间的客运班线；非毗邻县之间的客运班线)和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的专用车辆；

考虑到这类型车辆相比其他车辆更易发生交通事故且事故后果往往损失较大，当高速公路发生事故时，优先考虑诱导这类型车辆绕行事故段，并且在制定这类型车辆的诱导方案时要保证车辆行驶的安全性。为此，选取道路线形安全度和车头间距安全度分别来衡量诱导路径的拓扑结构以及交通状态对车辆行驶安全程度的影响；

步骤三三：考虑到其他车辆车流诱导应尽量避免车流绕行距离过长，以车辆绕行距离作为诱导指标之一，诱导路径p绕行距离

的计算过程为：

其中，l^r为诱导路径p包含的诱导路段r的长度，单位为米；

步骤三四：依据迅速抢险、安全优先、控制风险的诱导原则，在公路网道路空间资源有限的情况下，将事故后高速公路车流诱导的优先级设置为：

第一级：应急车辆快速到达事故现场开展救援工作；

第二级：“两客一危”特殊车辆尽快安全绕离事故现场；

第三级：其他车辆以最少绕行距离到达目的地。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述步骤三二中“两客一危”车辆包括从事旅游的包车、三类以上班线客车(《道路旅客运输及客运站管理规定》三类以上班线客车包括：地区所在地与地区所在地之间的客运班线或者营运线路长度在800公里以上的客运班线；地区所在地与县之间的客运班线；非毗邻县之间的客运班线)和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的专用车辆；

考虑到这类型车辆相比其他车辆更易发生交通事故且事故后果往往损失较大，当高速公路发生事故时，优先考虑诱导这类型车辆绕行事故段，并且在制定这类型车辆的诱导方案时要保证车辆行驶的安全性。为此，选取道路线形安全度和车头间距安全度分别来衡量诱导路径的拓扑结构以及交通状态对车辆行驶安全程度的影响，计算过程如下：

1)道路线形安全度：选取圆曲线半径、弯道个数、纵坡坡度、超高横坡坡度等易影响交通安全的道路线形要素，综合分析道路拓扑结构的安全度，诱导路径p(诱导路径不包括经过事故点的路段)的道路线形安全度L_ali计算公式为：

其中，

为诱导路径p上的圆曲线半径，单位为米；

为诱导路径p上的弯道个数，单位为个；

为诱导路径p上的纵坡坡度，单位为百分比；

为诱导路径p上的超高横坡坡度，单位为百分比；α_radius、α_num、α_slope、α_spele为各线形要素对应的风险权重系数，可利用实际事故数据进行Logistic回归分析获得；

的值越大，代表诱导路径p的安全度越低；

2)车头间距安全度：给一诱导路径p，其包括若干个诱导路段r∈p，依据诱导路段的速度数据折算其车头间距，并与安全车头间距比较，最终综合各诱导路段的车头间距安全度，得到诱导路径p的车头间距安全度评价指标，具体计算过程为：

i.诱导路段r上的安全车距

计算方法为：

其中，v₁、v₂分别为前后两车的车速，单位为米/秒，可由车辆装载的GPS装置或路侧检测器获取；t₁为驾驶员的制动反应时间，取1.2秒；a₁、a₂分别为前后两车的制动加速度，取7m/s²和3.5m/s²；d₀为停车时车辆安全间距，取5米；

ii.利用交通流Greenberg对数模型得出诱导路段r的车头间距h^r，计算方法为：

其中，k_jam为阻塞密度，取0.08辆/米；v_m为道路交通流量最大时的车速，取12米/秒；

为诱导路径p上的诱导路段r的平均车速，单位为米/秒，可由车辆装载的GPS装置或路侧检测器获取；

iii.诱导路段r的车头间距安全度评价指标

计算过程为：

iv.诱导路径p的车头间距安全度评价指标

计算过程为：

其中，n^p为诱导路径p上包含的诱导路段总数；

的值越大，代表诱导路径的安全度越低。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，所述步骤四中结合定义的车流诱导绕行指标，构建考虑不同车型车流行驶需求及优先级的事故后高速公路车流诱导优化目标以及诱导约束；具体过程如下：

步骤四一：综合步骤三所述的应急车辆、“两客一危”车辆与其他车辆的诱导指标，分析不同车型车辆的诱导优化目标，最终获得异质需求下的事故后高速公路车流诱导多目标优化模型；过程为：

1)依据步骤三一所述，应急车辆在事故后应尽快到达事故点，故应急车辆诱导优化目标为：

其中，od_ac为从应急救援站点到事故点的出行对；

为引流至出行对od_ac间第p条诱导路径(包括途径事故段的路径)上的应急车辆流量；t^p为应急车辆到达事故点的行程时间；f₁为应急车辆诱导优化目标；

依据步骤三二所述，为保障安全，“两客一危”车辆在事故后应绕离事故段，故“两客一危”车辆诱导优化目标为：

其中，

为引流至出行对od间第p条诱导路径上的“两客一危”车辆流量；α_head为车头间距安全度在安全评价中所占权重，可依据实际情况调整取值，建议取2；f₂为“两客一危”车辆诱导优化目标；

依据步骤三三所述，其他车辆诱导时应尽可能绕行距离最短，故其他车辆诱导优化目标为：

其中，

为引流至出行对od间第p条诱导路径(包括途径事故段的路径)上的其他类型车辆流量；l^p为第p条绕行路径的长度，单位为米；f₃为其他车辆诱导优化目标；

2)综合应急车辆、“两客一危”车辆与其他车辆的诱导优化目标，建立事故后高速公路车流诱导总优化目标为：

其中，T为转置；

3)考虑到诱导车辆流量不应超过步骤一三求得的各诱导路径的最大可诱导流量，高速公路车流诱导优化问题约束建立如下：

其中，Q_rv分别为应急车辆的待诱导车辆总流量，由实际救援需要确定；

为0-1变量，如果诱导路段r属于诱导路径p，取值为1，否则为0；

为从应急救援站点到事故点的出行对od_ac的所有诱导路径集合；

为从应急救援站点到事故点的出行对od_ac的所有需要途径事故段的路径集合；

为步骤一二获得出行对od间的“两客一危”车辆流量；

为步骤一二获得出行对od间的其他类型车辆流量；

为引流通过诱导路段r的应急车辆流量；

为引流通过诱导路段r的“两客一危”车辆流量；

为引流通过诱导路段r的其他类型车辆流量；

为步骤三一获取的诱导路段r的最大可诱导流量；R为步骤三一获取的诱导路段集；

步骤四二：考虑到在公路网道路资源有限的情况下，可能无法同时满足不同车型车辆间的诱导需求，因此引入3个0-1逻辑变量ω₁、ω₂、ω₃分别来表征应急车辆、“两客一危”车辆与其他类型车辆诱导优化目标的优先级；ω_k＝0表示处于第k优先级的诱导目标求解方案应最优，ω_k＝1表示处于第k优先级的诱导目标求解可放松最优要求；k＝1,2,3；

为体现诱导目标优先顺序，引入的逻辑变量需要满足以下关系：

[ω_k＝1]→[ω_k+1＝1] (14)

步骤四三：将步骤四一车流诱导优化问题中的多目标转化为约束以方便求解满足不同车型行驶需求的车流诱导方案；在将目标转化为约束的过程中，利用步骤四二中设定的逻辑变量来给定不同诱导目标优化的优先级，从而实现把步骤三三所述的诱导优先级嵌入到事故后路网车流诱导优化问题中去；过程为：

1)利用步骤四二中引进的逻辑变量ω_k，将公式(12)通过混合逻辑线性变换转化为一组不等式约束条件，形式为：

其中，δ_k为极小的常数，如0.1；

为诱导目标f_k的理想值，取值方法在步骤五中给出；k＝1,2,3；

2)由于不同车型车辆间的诱导需求可能存在冲突，容易出现诱导方案无解的情况，因此对于优先级ω_k＝1的诱导目标可以引入偏差变量ξ_k来放松优先级ω_k＝1的诱导目标对最优解的要求；引入偏差变量的事故后车流诱导优化问题形式为：

其中，ξ_min、ξ_max分别为偏差变量ξ_k的最小值和最大值，且ξ_min≥0，ξ_max≥0，依据“两客一危”车辆行驶安全性、驾驶人可容忍绕行距离上限等实际要求取值；

3)最终，异质需求下的事故后高速公路车流诱导问题表述为便于求解的混合整数规划问题，形式为：

其中，λ₁、λ₂、λ₃为平衡极小常数项、偏差变量与逻辑变量大小的权重系数，依据实际情况取值。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，所述步骤五中求解带有优先级的异质需求下的事故后高速公路车流诱导优化问题，最终得到事故后高速公路车流诱导方案；如图3，具体过程如下：

步骤五一：分别求解步骤四一所述的f₁、f₂、f₃单目标诱导问题的最优解(公式(9)、(10)、(11)单目标诱导问题的最优解)，设最优解所对应的目标值为各诱导目标的理想值

步骤五二：设定逻辑变量ω₁＝0、ω₂＝0、ω₃＝0、ξ₁＝ξ_min、ξ₂＝ξ_min、ξ₃＝ξ_min，计算公式(17)是否有可行解；是，则输出事故后高速公路网车流诱导方案；否，则进行下一步骤；

诱导优化目标公式(17)是关于上述三类车型诱导至不同路径流量的公式，因此求解优化目标最终得到的诱导方案为：应急车辆、“两客一危”车辆、以及其他车辆诱导至各条可绕行路径的流量(公式(17)计算出应急车辆、“两客一危”车辆、以及其他车辆诱导至各条可绕行路径的流量)；

步骤五三：设定逻辑变量ω₁＝1、ω₂＝1、ω₃＝1、ξ₁＝ξ_max、ξ₂＝ξ_max、ξ₃＝ξ_max，计算公式(17)是否有可行解；是，则记为

veh∈{rv,ris,else},

并进行下一步骤；否，则仅采用由步骤五一得到的应急车辆或“两客一危”车辆的诱导方案；

诱导方案为：应急车辆和“两客一危”车辆诱导至各条可绕行路径的流量(公式(17)计算出应急车辆、“两客一危”车辆、以及其他车辆诱导至各条可绕行路径的流量)；

步骤五四：将步骤五三获得的可行解对应的诱导目标值

记作U，并作为事故后高速公路车流诱导优化目标值的下界，记作U_lb＝U；令诱导优化目标值的上界U_ub＝+∞；

步骤五五：采用分枝定界法求解公式(17)，得到事故后高速公路网车流诱导方案；

所述步骤五五中采用分枝定界法求解公式(17)，得到事故后高速公路网车流诱导方案；计算过程为：

1)基于步骤五三中的可行解

对公式(17)分别添加约束条件

和

veh∈{rv,ris,else}，

将原诱导问题公式(17)拆分为子问题1(约束条件

得到的)与子问题2(约束条件

得到的)；

2)采用可行方向法求解子问题1得到可行解，通过可行解得到最优目标值U_local，若U_local小于诱导优化目标值下界U_lb时，则令U_lb＝U_local，并继续拆分子问题并求解(基于子问题1的可行解q对子问题1分别添加约束条件

和

将子问题1拆分为2个子问题，继续按2)、3)求解)；若U_local≥U_ub，则停止计算；或者若此时的解满足整数性要求时，令U_ub＝U_local，停止计算；

3)采用可行方向法求解子问题2得到可行解，通过可行解得到最优目标值，若子问题2的最优目标值小于诱导优化目标值下界U_lb时，则令U_lb等于子问题2的最优目标值，并继续拆分子问题并求解，若子问题2的最优目标值大于等于U_ub，则停止计算；或者若此时的解满足整数性要求时，令U_ub等于子问题2的最优目标值，停止计算；

4)当所有子问题都求解完成，以此时诱导优化目标值下界对应的解作为事故后高速公路网车流诱导方案；

诱导方案为：应急车辆、“两客一危”车辆、以及其他车辆诱导至各条可绕行路径的流量(公式(17)计算出应急车辆、“两客一危”车辆、以及其他车辆诱导至各条可绕行路径的流量)。

其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

综上所述，本发明建立了一种异质需求下的事故后高速公路车流诱导多目标优化模型，该模型充分考虑了不同车型车辆在事故后的行驶需求，通过引入逻辑变量来表征诱导优先级并将多目标诱导模型转换为便于求解的混合整数规划问题。本发明对不同车型车辆进行分级诱导，在绕行路径容纳能力有限的情况下能够更加高效地分配道路资源，降低二次事故风险。因此，本发明具有较好的应用前景。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、获取高速公路上发生事故时间以及交通OD信息；

步骤二、结合事故信息、诱导路段集实时流量信息与车辆行驶需求，判定是否开启高速公路车流诱导管控措施；

步骤三、分析应急车辆、“两客一危”以及其他车辆的行驶需求，定义事故后高速公路车流诱导问题中的车辆绕行指标，制定事故后高速公路车流诱导优先级；

步骤四、构建考虑不同车型车流行驶需求及优先级的事故后高速公路车流诱导优化目标以及诱导约束；

步骤五、求解带有优先级的异质需求下的事故后高速公路车流诱导优化问题，最终得到事故后高速公路车流诱导方案。

2.根据权利要求1所述一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，其特征在于：所述步骤一中获取高速公路上发生事故时间以及交通OD信息；具体过程如下：

步骤一一：获取事故的发生日期、发生时刻、道路位置、占用车道长度与事故占用的车道数量信息；

步骤一二：获取当前高速公路待诱导流量及OD分布情况；过程为：

1)获取高速公路所有驶经事故点路径上的收费站，将事故点上游收费站记作I＝{I₁,I₂,...,I_i,...,I_n}，下游收费站记作O＝{O₁,O₂,...,O_j,...,O_g}，将收费站按上、下游关系两两组合为若干个入口-出口对I_i→O_j，记作集合OD；

其中I_i为事故点上游第i个收费站；O_j为事故点下游第j个收费站；

2)获取高速公路数据库中与事故发生同一工作日或节假日、同时段的车辆驶入高速公路领卡与驶离高速公路的车辆数量；

统计高速公路“两客一危”、其他车型车辆在高速公路各入口-出口对中途经事故点的流量信息，分别记作

和

步骤一三：从事故点上游收费站可换道到达的公路作为车辆可绕行路段，记作诱导路段集R＝{r₁,r₂,...,r_m}，并获取诱导路段集中各诱导路段的通行能力；

对于诱导路段集中的普通公路诱导路段，通过普通公路诱导路段布设的卡口检测车辆数信息，得到普通公路诱导路段的实时流量；

对于诱导路段集中的高速公路诱导路段，获取高速公路诱导路段上游收费站的车辆驶入个数信息，得到高速公路诱导路段的实时流量；

将各诱导路段的通行能力与实际流量相减得到每个诱导路段的最大可诱导流量

各诱导路段按照行驶方向进行组合可以构建一条诱导路径，对于能够完成出行对od的所有可诱导路径的集合记作p^od，od∈OD；

而需要途径事故段才能完成出行对od的所有路径集合记作

各诱导路径的最大可诱导流量取该路径中包含的所有诱导路段最大可诱导流量的最小值。

3.根据权利要求2所述一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，其特征在于：所述步骤二中结合事故信息、诱导路段集实时流量信息与车辆行驶需求，判定是否开启高速公路车流诱导管控措施；具体过程如下：

步骤二一：判断步骤一一获取的事故的类型是否属于A类事故，A类事故包括极端天气、火灾、泥石流、山体滑坡、爆炸、连环追尾事故；

如果事故属于A类事故，则不开启路网车流诱导策略，事故区域内部的出口匝道全部开启，入口匝道全部封闭，事故区域内部车辆全部驶出、并禁止车辆驶入；

如果事故不属于A类事故，则执行步骤二二；

步骤二二：比较步骤一二获得的途径事故点的流量信息与步骤一三获得的每个诱导路径的最大可诱导流量之和；

如果途径事故点流量信息大于最大可诱导流量之和，则不开启事故后高速公路网车流诱导方案，暂时关闭事故区域入口匝道，防止高速公路流量超限造成二次事故隐患；否则，执行步骤二三；

步骤二三：计算事故路段剩余通行能力，并与步骤一二获得的途径事故点的流量信息进行比较，判断是否开启事故后高速公路网车流诱导方案；过程如下：

1)计算事故路段剩余通行能力，计算公式如下：

C_re＝f_d×C_b (1)

其中，C_b为公路数据库提供的事故路段的基本通行能力；f_d为发生事故后高速公路路段通行能力折减系数；

2)比较事故路段剩余通行能力与步骤一二获得的途径事故点的流量信息的大小，如果剩余通行能力小于步骤一二获得的途径事故点的流量信息，开启事故后高速公路网车流诱导方案；否则，不开启事故后高速公路网车流诱导方案。

4.根据权利要求3所述一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，其特征在于：所述步骤三中分析应急车辆、“两客一危”以及其他车辆的行驶需求，定义事故后高速公路车流诱导问题中的车辆诱导指标，制定事故后高速公路车流诱导优先级；具体过程如下：

步骤三一：以应急车辆到达事故点的行程时间作为诱导指标之一，计算过程为：

其中，l^r为诱导路径p包含的诱导路段r的长度，单位为米；v^r为应急车辆在诱导路段r上的行驶速度，单位为米/分钟；当诱导路段r建有应急车道时，v^r可取道路最高限速值，否则v^r应为诱导路段r的平均行驶速度；

步骤三二：“两客一危”车辆包括从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的专用车辆；

选取道路线形安全度和车头间距安全度分别来衡量诱导路径的拓扑结构以及交通状态对车辆行驶安全程度的影响；

步骤三三：考虑到其他车辆车流诱导应尽量避免车流绕行距离过长，以车辆绕行距离作为诱导指标之一，诱导路径p绕行距离

的计算过程为：

其中，l^r为诱导路径p包含的诱导路段r的长度，单位为米；

步骤三四：将事故后高速公路车流诱导的优先级设置为：

第一级：应急车辆快速到达事故现场开展救援工作；

第二级：“两客一危”特殊车辆尽快安全绕离事故现场；

第三级：其他车辆以最少绕行距离到达目的地。

5.根据权利要求4所述一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，其特征在于：所述步骤三二中“两客一危”车辆包括从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的专用车辆；

选取道路线形安全度和车头间距安全度分别来衡量诱导路径的拓扑结构以及交通状态对车辆行驶安全程度的影响，计算过程如下：

1)道路线形安全度：诱导路径p的道路线形安全度L_ali计算公式为：

其中，

为诱导路径p上的圆曲线半径，单位为米；

为诱导路径p上的弯道个数，单位为个；

为诱导路径p上的纵坡坡度，单位为百分比；

为诱导路径p上的超高横坡坡度，单位为百分比；α_radius、α_num、α_slope、α_spele为各线形要素对应的风险权重系数；

的值越大，代表诱导路径p的安全度越低；

2)车头间距安全度：给一诱导路径p，其包括若干个诱导路段r∈p，诱导路径p的车头间距安全度评价指标，具体计算过程为：

i.计算诱导路段r上的安全车距

计算方法为：

其中，v₁、v₂分别为前后两车的车速，单位为米/秒；t₁为驾驶员的制动反应时间，取1.2秒；a₁、a₂分别为前后两车的制动加速度，分别取7m/s²和3.5m/s²；d₀为停车时车辆安全间距，取5米；

ii.计算诱导路段r的车头间距h^r，计算方法为：

其中，k_jam为阻塞密度，取0.08辆/米；v_m为道路交通流量最大时的车速，取12米/秒；

为诱导路径p上的诱导路段r的平均车速，单位为米/秒；

iii.计算诱导路段r的车头间距安全度评价指标

计算过程为：

iv.诱导路径p的车头间距安全度评价指标

计算过程为：

其中，n^p为诱导路径p上包含的诱导路段总数。

6.根据权利要求5所述一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，其特征在于：所述步骤四中构建考虑不同车型车流行驶需求及优先级的事故后高速公路车流诱导优化目标以及诱导约束；具体过程如下：

步骤四一：获得异质需求下的事故后高速公路车流诱导多目标优化模型；过程为：

1)应急车辆诱导优化目标为：

其中，od_ac为从应急救援站点到事故点的出行对；

为引流至出行对od_ac间第p条诱导路径上的应急车辆流量；t^p为应急车辆到达事故点的行程时间；f₁为应急车辆诱导优化目标；

“两客一危”车辆诱导优化目标为：

其中，

为引流至出行对od间第p条诱导路径上的“两客一危”车辆流量；α_head为车头间距安全度在安全评价中所占权重；f₂为“两客一危”车辆诱导优化目标；

其他车辆诱导优化目标为：

其中，

为引流至出行对od间第p条诱导路径上的其他类型车辆流量；l^p为第p条绕行路径的长度，单位为米；f₃为其他车辆诱导优化目标；

2)综合应急车辆、“两客一危”车辆与其他车辆的诱导优化目标，建立事故后高速公路车流诱导总优化目标为：

其中，T为转置；

3)考虑到诱导车辆流量不应超过步骤一三求得的各诱导路径的最大可诱导流量，高速公路车流诱导优化问题约束建立如下：

其中，Q_rv为应急车辆的待诱导车辆总流量，由实际救援需要确定；

为0-1变量，如果诱导路段r属于诱导路径p，取值为1，否则为0；

为从应急救援站点到事故点的出行对od_ac的所有诱导路径集合；

为从应急救援站点到事故点的出行对od_ac的所有需要途径事故段的路径集合；

为步骤一二获得出行对od间的“两客一危”车辆流量；

为步骤一二获得出行对od间的其他类型车辆流量；

为引流通过诱导路段r的应急车辆流量；

为引流通过诱导路段r的“两客一危”车辆流量；

为引流通过诱导路段r的其他类型车辆流量；

为步骤三一获取的诱导路段r的最大可诱导流量；R为步骤三一获取的诱导路段集；

步骤四二：引入3个0-1逻辑变量ω₁、ω₂、ω₃分别来表征应急车辆、“两客一危”车辆与其他类型车辆诱导优化目标的优先级；ω_k＝0表示处于第k优先级的诱导目标求解方案应最优，ω_k＝1表示处于第k优先级的诱导目标求解可放松最优要求；k＝1,2,3；

引入的逻辑变量需要满足以下关系：

[ω_k＝1]→[ω_k+1＝1] (14)

步骤四三：

1)利用步骤四二中引进的逻辑变量ω_k，将公式(12)通过混合逻辑线性变换转化为一组不等式约束条件，形式为：

其中，δ_k为极小的常数；

为诱导目标f_k的理想值；k＝1,2,3；

2)引入偏差变量ξ_k来放松优先级ω_k＝1的诱导目标对最优解的要求；引入偏差变量的事故后车流诱导优化问题形式为：

其中，ξ_min、ξ_max分别为偏差变量ξ_k的最小值和最大值，且ξ_min≥0，ξ_max≥0；

3)最终，异质需求下的事故后高速公路车流诱导问题表述为便于求解的混合整数规划问题，形式为：

s.t.公式(13)和公式(16)

其中，λ₁、λ₂、λ₃为平衡极小常数项、偏差变量与逻辑变量大小的权重系数。

7.根据权利要求6所述一种异质行驶需求下的事故后高速公路车流诱导方法，其特征在于：所述步骤五中求解带有优先级的异质需求下的事故后高速公路车流诱导优化问题，最终得到事故后高速公路车流诱导方案；具体过程如下：

步骤五一：分别求解步骤四一所述的f₁、f₂、f₃单目标诱导问题的最优解，设最优解所对应的目标值为各诱导目标的理想值

步骤五二：设定逻辑变量ω₁＝0、ω₂＝0、ω₃＝0、ξ₁＝ξ_min、ξ₂＝ξ_min、ξ₃＝ξ_min，计算公式(17)是否有可行解；是，则输出事故后高速公路网车流诱导方案；否，则进行下一步骤；

诱导方案为：应急车辆、“两客一危”车辆、以及其他车辆诱导至各条可绕行路径的流量；

步骤五三：设定逻辑变量ω₁＝1、ω₂＝1、ω₃＝1、ξ₁＝ξ_max、ξ₂＝ξ_max、ξ₃＝ξ_max，计算公式(17)是否有可行解；是，则记为

veh∈{rv,ris,else},

并进行下一步骤；否，则仅采用由步骤五一得到的应急车辆或“两客一危”车辆的诱导方案；

诱导方案为：应急车辆和“两客一危”车辆诱导至各条可绕行路径的流量；

步骤五四：将步骤五三获得的可行解对应的诱导目标值

记作U，并作为事故后高速公路车流诱导优化目标值的下界，记作U_lb＝U；令诱导优化目标值的上界U_ub＝+∞；

步骤五五：采用分枝定界法求解公式(17)，得到事故后高速公路网车流诱导方案；

诱导方案为：应急车辆、“两客一危”车辆、以及其他车辆诱导至各条可绕行路径的流量。

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