CN114882712B - 一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，其可以基于当前的交通状态，减轻拥堵区域的车辆汇聚压力，同时不完全封闭路口匝道，避免了驾驶员出行线路变更的麻烦，使快速路的车辆控制效果更符合现实需要。本专利技术方案中，通过道路状态采集装置快速识别目标地段的拥堵状态，通过对目标地段多个连续上游进口匝道联合动态信号管控进行车辆截流，达到快速消散目标地段交通拥堵的目的；在对上游进口匝道进行车辆截流控制时，保留了最低绿信比设计原则，与传统临时封闭进口匝道相比，减轻了快速路对地面交通秩序的影响。

Description

一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法
技术领域
本发明涉及智能交通控制技术领域，具体为一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法。
背景技术
近些年随着城市机动车保有量上升，作为城市交通大动脉的快速路频繁出现拥堵，造成大规模、长时间的车辆滞留，影响了社会正常的运行秩序。现有技术中，有的城市通过对快速路入口匝道采取临时封闭等措施来防止快速路主线拥堵，或者通过对快速路匝道进口进行信号灯固定方案配置来减少主线车辆。然而现有的快速路车流控制方法都是基于固定时间段固定绿信比的方法，无法适应波动的交通状态和突发的拥堵状态，调整效果并不理想；也有的城市在快速路发生拥堵的时候，通过直接关闭入口匝道来控制快速路的车流量，但临时关闭入口匝道的状态，会给后续驶入的司机出行带来路径规划的困惑，也不是理想的方法。
发明内容
为了解决现有的快速路车流量控制方法的效果不够良好的问题，本发明提供一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，其可以基于当前的交通状态，减轻拥堵区域的车辆汇聚压力，同时不完全封闭路口匝道，避免了驾驶员出行线路变更的麻烦，使快速路的车辆控制效果更符合现实需要。
本发明的技术方案是这样的：一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：在目标快速路上找到需要监测的所有的目标地段，布设道路状态采集装置；
S2：对每个所述目标地段的所有上游进口匝道的道口布设所述道路状态采集装置和信号控制装置；
S3：基于所述道路状态采集装置实时采集所述目标地段、所述上游进口匝道的交通实时状态；
S4：基于所述道路状态采集装置实时计算所有的所述目标地段的平均车道空间占有率，记做路段平均车道空间占有率；
S5：预设拥堵判断阈值，实时地将所述路段平均车道空间占有率与所述拥堵判断阈值进行比较；
当存在所述路段平均车道空间占有率的值大于所述拥堵判断阈值时，将对应的所述目标地段设置为拥堵路段，针对所述拥堵路段实施步骤S6；
否则，循环执行步骤S3～S5；
S6：找到所述拥堵路段对应的所有上游进口匝道；
S7：为了解决拥堵状态所述拥堵路段需要其上游进口匝道截流的车辆数，记做截流车辆目标总数Limit0；
基于拥堵状态下的实际车辆数和饱和状态下的车辆数，计算得到所述截流车辆目标总数Limit0；
S8：获取距离所述拥堵路段最近的所述上游进口匝道，记做：待确认上游匝道；
S9：计算所述待确认上游匝道能够截流最大值，记做理论截流车辆数Limiti；
S10：根据所述待确认上游匝道的所述理论截流车辆数Limiti，计算对应的绿信比，记做上游进口匝道绿信比Gi；
S11：预设全局绿信比最低阈值Gmin，比较所述上游进口匝道绿信比Gi与所述全局绿信比最低阈值Gmin；
当所述上游进口匝道绿信比Gi大于所述全局绿信比最低阈值Gmin时，则表示对应的所述待确认上游匝道可以独立解决所述拥堵路段问题的车辆截流问题，实施步骤S14；
否则，需要其他的上游进口匝道继续分担截流，实施步骤S12；
S12：基于所述上游进口匝道绿信比计算对应的实际截流车辆数，记做上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti；
S13：向上游方向继续获取下一个临近的所述上游进口匝道，记做：待确认上游匝道，
循环执行步骤S9～S13；
S14：获取参与计算的每个所述上游进口匝道对应的所述上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti、所述上游进口匝道绿信比Gi，按照所述上游进口匝道绿信比Gi对每个所述上游进口匝道的所述信号控制装置进行调整控制，进行车辆截流；
S15：循环执行步骤S3～S14，实时地对所有的所述目标地段进行监控。
其进一步特征在于：
所述道路状态采集装置基于微波雷达或视频采集装置实现；
步骤S7中，所述截流车辆目标总数Limit0的计算方法为：
Limit0＝(O0-O)*Dis0*C
其中，O0为所述拥堵路段发生拥堵时的平均空间占有率，O为所述拥堵路段对应的饱和状态下平均空间占有率，Dis0为所述拥堵路段的长度，C为所述目标快速路的主线车道数；
步骤S9中，所述待确认上游匝道对应的所述理论截流车辆数Limiti的计算方法为：
其中，设所述拥堵路段共有n个上游进口匝道，将距离所述拥堵路段最近的上游进口匝道赋值为第1个进口匝道，最远的上游进口匝道设置为第n个上游进口匝道，则i为所述待确认上游匝道对应的序号；
RLimiti为第i个上游进口匝道汇入点后至第i-1匝道汇入点主线实际等价截流车辆数；
Gi为第i个上游进口匝道绿灯放行时间的绿信比；
Gmin为全局绿信比最低阈值；
所述上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti的计算方法为：
其中，O为所述拥堵路段对应的饱和状态下平均空间占有率；
Oi为第i上游进口匝道对应的汇入点在饱和状态下的空间占有率；
C为所述拥堵路段的车道数；
Ci为第i个上游进口匝道的车道数；
所述上游进口匝道绿信比Gi的计算方法为：
其中，Disi为第i个上游进口匝道的汇入点与第i-1个上游进口匝道的汇入点之间的距离；
OINi第i个上游进口匝道的车道平均空间占有率；
所述全局绿信比最低阈值Gmin设置为50％。
本发明提供的一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，通过道路状态采集装置快速识别目标地段的拥堵状态，通过对目标地段多个连续上游进口匝道联合动态信号管控进行车辆截流，达到快速消散目标地段交通拥堵的目的，与传统单个进口控制相比覆盖面更广、截流效果更明显、同时分散了上游进口匝道的交通压力；在对上游进口匝道进行车辆截流控制时，保留了最低绿信比设计原则，与传统临时封闭进口匝道相比，减轻了快速路对地面交通秩序的影响，使快速路的车辆控制效果更符合现实需要。
附图说明
图1为快速路上目标地段与上游进口匝道的关系实施例；
图2为快速路处于饱和状态时的车辆行驶示意图。
具体实施方式
本发明一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，其包括以下步骤。
S1：在目标快速路上找到需要监测的所有的目标地段，布设道路状态采集装置；具体实现时，道路状态采集装置基于微波雷达或视频采集装置实现。
S2：对每个目标地段的所有上游进口匝道的道口布设道路状态采集装置和信号控制装置。每条目标快速路上的需要检测的目标地段根据历史记录可以很快确定，只需要在目标地段、以及目标地段的上游进口匝道上设置信号控制装置，在目标地段的上游进口匝道上设置信号控制装置：信号灯和信号机，通常不需要进行截流控制的时候，上游进口匝道上设置信号控制装置处于常绿状态即可，一旦需要截流则对信号灯的绿信比进行调整，确保对上游进口匝道的日常使用不发生影响。
S3：基于道路状态采集装置实时采集目标地段、上游进口匝道的交通实时状态。
具体参照说明书附图的图1所示，目标快速路R1上，设置的目标地段R2，被检测出车流出现拥堵状态；目标地段R2的上游进口匝道中，将距离目标地段R2的最近的上游进口匝道设置为上游进口匝道1，距离目标地段R2的最远的上游进口匝道设置为上游进口匝道n；其中，上游进口匝道1汇入到目标快速路R1的汇入点标记为P1，上游进口匝道2汇入到目标快速路R1的汇入点标记为P2....上游进口匝道i汇入到目标快速路R1的汇入点标记为Pi....上游进口匝道n汇入目标快速路R1的汇入点标记为Pn；目标地段R2的拥堵路段的长度为Dis0，汇入点P1距离目标地段R2(拥堵路段)的路段长度为Dis1，汇入点P2距离汇入点P1的路段长度为Dis2，以此类推，汇入点PN距离汇入点Pn-1的路段长度为Disn。
S4：基于道路状态采集装置实时计算所有的目标地段R2的平均车道空间占有率，记做路段平均车道空间占有率。
车道的单位长度中车辆所占长度的比例和称为空间占有率(Occupancy，简写为O)，平均车道空间占有率的值为0～100％之间；车道平均空间占有率与交通拥堵状态成正比，当道路越拥挤车道车辆越拥挤，空间占有率越接近与1；本发明技术方案中，基于车道平均空间占有率反应当前路段的车辆拥堵状态。
如图2所示，设车辆以平均速度V情况下快速路饱和状态下行驶，快速路饱和状态车道平均空间占有率O的计算方法为：
其中，L为汽车平均长度，单位为米；T为快速路车道饱和状态下车辆间的平均车头时距，单位为秒，；V为路面车辆平均速度。
S5：预设拥堵判断阈值，实时地将路段平均车道空间占有率与拥堵判断阈值进行比较；
本实施例中：当目标快速路R1处于交通饱和状态时，V取值为60km/h，L取值为3.5m，T取值2s，则计算得到O＝0.105。即，对于目标快速路R1来说，拥堵判断阈值为0.105，当目标快速路R1的某段路上的路段平均车道空间占有率大于0.105的时候，该路段处于拥堵状态。
当存在路段平均车道空间占有率的值大于拥堵判断阈值时，将对应的目标地段R2设置为拥堵路段，针对拥堵路段实施步骤S6；否则，循环执行步骤S3～S5。
本实施例中，假设基于道路状态采集装置检测到目标地段R2的路段平均车道空间占有率O0为0.18，因为O0>O，则目标地段R2为拥堵路段；设目标地段R2的拥堵路段的长度Dis0＝200米，如图1所示，拥堵路段的车道数C＝3。
S6：找到拥堵路段对应的所有上游进口匝道；本实施例中，设相关的上游进口匝道为上游进口匝道1～上游进口匝道n。
根据每个道路状态采集装置可以得到每个上游进口匝道的交通状态数据如下表1所示：
表1：上游进口匝道交通状态数据
S7：为了解决拥堵状态拥堵路段需要其上游进口匝道截流的车辆数，记做截流车辆目标总数Limit0；
基于拥堵状态下的实际车辆数和饱和状态下的车辆数，计算得到截流车辆目标总数Limit0；
截流车辆目标总数Limit0的计算方法为：
Limit0＝(O0-O)*Dis0*C
其中，O0为拥堵路段发生拥堵时的平均空间占有率，O为拥堵路段对应的饱和状态下平均空间占有率，Dis0为拥堵路段的长度，C为拥堵路段的车道数。
Limit0＝(O0-O)*Dis0*C＝(0.18-0.105)*200*3＝45
即，对于拥堵路段来说，共需要其上游进口匝道截流45辆车，才能缓解目标地段R2的拥堵状态。
本发明技术方案中所述的匝道截流车辆数是指在匝道与快速路汇入点后距离下游汇入点间快速路饱和状态下车辆数与信控后放行理论车辆数之间的差额，相当于空余出车辆个数，等价认为截流数。
S8：获取距离拥堵路段最近的上游进口匝道，记做：待确认上游匝道；
S9：计算待确认上游匝道能够截流最大值，记做理论截流车辆数Limiti；
待确认上游匝道对应的理论截流车辆数Limiti的计算方法为：
其中，设拥堵路段共有n个上游进口匝道，将距离拥堵路段最近的上游进口匝道赋值为第1个进口匝道，最远的上游进口匝道设置为第n个上游进口匝道，则i为待确认上游匝道对应的序号；
RLimiti第i个上游进口匝道汇入点后至第i-1匝道汇入点主线实际等价截流车辆数；
Gi为第i个上游进口匝道绿灯放行时间的绿信比；
Gmin为全局绿信比最低阈值。
理论截流车辆数Limiti的计算中，每个上游进口匝道的理论截流车辆数Limiti都根据其前一个上游进口匝道的实际截流车辆数进行计算，即，每次计算的结果都是基于当前拥堵路段的需求和前一个上游进口匝道完成任务的基础上进行计算的，确保每个上游进口匝道的理论截流车辆数Limiti都是真实需求，进而保证后续计算结果具备实用性。
由于上游进口匝道的信号灯不能长时间红灯，否则容易造成地面交通溢出，所以需要设置一个全局绿信比最低阈值Gmin，控制上游进口匝道的信号灯的点灭，确保在进行截流的同时，不会影响地面交通，不会出现完全关闭上游进口匝道的现象。Gmin的具体值可以根据目标快速路R1的历史交通流数据进行设置，本实施例中，Gmin取值为50％。
根据理论截流车辆数Limiti的计算方法，当i＝1时，Limiti＝Limit0＝45，即假设上游进口匝道1可以将缓解目标地段R2的拥堵状态的全部车辆进行截流。
S10：根据待确认上游匝道的理论截流车辆数Limiti，计算对应的绿信比，记做上游进口匝道绿信比Gi；
上游进口匝道绿信比Gi的计算方法为：
其中，Disi为第i个上游进口匝道的汇入点与第i-1个上游进口匝道的汇入点之间的距离；
OINi第i个上游进口匝道的车道平均空间占有率。
计算当Limit1＝45时，上游进口匝道1对应的上游进口匝道绿信比G1；
将表1中的数值带入后，
最终G1取值为0.5。
S11：预设全局绿信比最低阈值Gmin，比较上游进口匝道绿信比Gi与全局绿信比最低阈值Gmin；
本实施例中，全局绿信比最低阈值Gmin设置为50％。
当上游进口匝道绿信比Gi大于全局绿信比最低阈值Gmin时，则表示对应的待确认上游匝道可以独立解决拥堵路段问题的车辆截流问题，实施步骤S14；
否则，实施步骤S12。
因为G1＝Gmin＝0.5，表示上游进口匝道1没办法独立承担截流车辆目标总数Limit0的截流任务，还需要其他的上游进口匝道一起分担截流任务。
S12：基于上游进口匝道绿信比计算对应的实际截流车辆数，记做上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti；
上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti的计算方法为：
其中，O为拥堵路段对应的饱和状态下平均空间占有率；
Oi为第i上游进口匝道对应的汇入点在饱和状态下的空间占有率；
C为拥堵路段的车道数；
Ci为第i个上游进口匝道的车道数。
上游进口匝道1对应的上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti为：
最终计算后，RLimit1＝-7.35，即上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti际没有完成截流任务，由于最小绿信比，反而增加了截流需求7.35辆。
S13：向上游方向继续获取下一个临近的上游进口匝道，记做：待确认上游匝道，
循环执行步骤S10～S13。
继续计算上游进口匝道2对应的理论截流车辆数Limit2，根据公式
计算后，Limit2＝52.35；
计算理论截流车辆数Limit2对应的上游进口匝道2的上游进口匝道绿信比G2，根据公式
计算后，G2＝0.5，上游进口匝道2仍然不能完全承担现有的截流任务，还是需要后续的上游进口匝道分担截流任务。
实际上上游进口匝道2可以分担的上游进口匝道实际截流车辆数RLimit2，根据公式
计算后，RLimit2＝35。
继续计算上游进口匝道3对应的理论截流车辆数Limit3，计算后得到Limit3＝52.35-35＝17.35辆。
计算理论截流车辆数Limit3对应的上游进口匝道3的上游进口匝道绿信比G3，计算后G3＝0.666。
G3>Gmin，则表示，到了上游进口匝道3，通过与上游进口匝道2、上游进口匝道1共同承担，可以完成现有的截流工作。
此时，
计算后，RLimit3＝17.376，能够负担理论截流车辆数Limit3的截流任务。
S14：获取参与计算的每个上游进口匝道对应的上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti、上游进口匝道绿信比Gi，按照上游进口匝道绿信比Gi对每个上游进口匝道的信号控制装置进行调整控制，进行车辆截流；具体最终信号控制方案的绿信比和每个上游进口匝道的截流参数，参照下面表2。
表2：最终信号控制方案
S15：循环执行步骤S3～S14，实时地对所有的目标地段R2进行监控。
使用本发明的技术方案后，针对拥堵路段的多个上游进口匝道进行信号管控策略的调整，从距离拥堵路段最近的上游进口匝道开始计算，确保得到的上游进口匝道的信号控制方案，符合实际的道路拥堵发生原因，更具实用性；根据每个上游进口匝道的车辆空间占有率和关联的主线占有率计算其对应的信号灯绿信比，确保得到信号控制方案，具备可实施性。

Claims (3)

1.一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：在目标快速路上找到需要监测的所有的目标地段，布设道路状态采集装置；
S2：对每个所述目标地段的所有上游进口匝道的道口布设所述道路状态采集装置和信号控制装置；
S3：基于所述道路状态采集装置实时采集所述目标地段、所述上游进口匝道的交通实时状态；
S4：基于所述道路状态采集装置实时计算所有的所述目标地段的平均车道空间占有率，记做路段平均车道空间占有率；
S5：预设拥堵判断阈值，实时地将所述路段平均车道空间占有率与所述拥堵判断阈值进行比较；
当存在所述路段平均车道空间占有率的值大于所述拥堵判断阈值时，将对应的所述目标地段设置为拥堵路段，针对所述拥堵路段实施步骤S6；
否则，循环执行步骤S3～S5；
S6：找到所述拥堵路段对应的所有上游进口匝道；
S7：为了解决拥堵状态所述拥堵路段需要其上游进口匝道截流的车辆数，记做截流车辆目标总数Limit0；
基于拥堵状态下的实际车辆数和饱和状态下的车辆数，计算得到所述截流车辆目标总数Limit0；
S8：获取距离所述拥堵路段最近的所述上游进口匝道，记做：待确认上游匝道；
S9：计算所述待确认上游匝道能够截流最大值，记做理论截流车辆数Limiti；
S10：根据所述待确认上游匝道的所述理论截流车辆数Limiti，计算对应的绿信比，记做上游进口匝道绿信比Gi；
S11：预设全局绿信比最低阈值Gmin，比较所述上游进口匝道绿信比Gi与所述全局绿信比最低阈值Gmin；
当所述上游进口匝道绿信比Gi大于所述全局绿信比最低阈值Gmin时，则表示对应的所述待确认上游匝道可以独立解决所述拥堵路段问题的车辆截流问题，实施步骤S14；
否则，需要其他的上游进口匝道继续分担截流，实施步骤S12；
S12：基于所述上游进口匝道绿信比计算对应的实际截流车辆数，记做上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti；
S13：向上游方向继续获取下一个临近的所述上游进口匝道，记做：待确认上游匝道，
循环执行步骤S9～S13；
S14：获取参与计算的每个所述上游进口匝道对应的所述上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti、所述上游进口匝道绿信比Gi，按照所述上游进口匝道绿信比Gi对每个所述上游进口匝道的所述信号控制装置进行调整控制，进行车辆截流；
S15：循环执行步骤S3～S14，实时地对所有的所述目标地段进行监控；
步骤S7中，所述截流车辆目标总数Limit0的计算方法为：
Limit0＝(O0-O)*Dis0*C
其中，O0为所述拥堵路段发生拥堵时的平均空间占有率，O为所述拥堵路段对应的饱和状态下平均空间占有率，Dis0为所述拥堵路段的长度，C为所述目标快速路的主线车道数；
步骤S9中，所述待确认上游匝道对应的所述理论截流车辆数Limiti的计算方法为：
其中，设所述拥堵路段共有n个上游进口匝道，将距离所述拥堵路段最近的上游进口匝道赋值为第1个进口匝道，最远的上游进口匝道设置为第n个上游进口匝道，则i为所述待确认上游匝道对应的序号；
RLimiti为第i个上游进口匝道汇入点后至第i-1匝道汇入点主线实际等价截流车辆数；
匝道截流车辆数是指在匝道与快速路汇入点后距离下游汇入点间快速路饱和状态下车辆数与信控后放行理论车辆数之间的差额，相当于空余出车辆个数，等价认为截流数；
Gi为第i个上游进口匝道绿灯放行时间的绿信比；
Gmin为全局绿信比最低阈值；
所述上游进口匝道实际截流车辆数RLimiti的计算方法为：
其中，O为所述拥堵路段对应的饱和状态下平均空间占有率；
Oi为第i上游进口匝道对应的汇入点在饱和状态下的空间占有率；
C为所述拥堵路段的车道数；
Ci为第i个上游进口匝道的车道数；
所述上游进口匝道绿信比Gi的计算方法为：
其中，Disi为第i个上游进口匝道的汇入点与第i-1个上游进口匝道的汇入点之间的距离；
OINi第i个上游进口匝道的车道平均空间占有率。
2.根据权利要求1所述一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，其特征在于：所述道路状态采集装置基于微波雷达或视频采集装置实现。
3.根据权利要求1所述一种基于车道空间占有率的多匝道控制快速路截流方法，其特征在于：所述全局绿信比最低阈值Gmin设置为50％。
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