CN203070533U - 高速公路瓶颈路段可变限速控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，高速公路分为至少2个控制路段，每个控制路段设置有车辆检测器；高速公路中设有1个瓶颈路段，瓶颈路段前设有一段过渡路段；在过渡路段、瓶颈路段及瓶颈路段后的控制路段分别设置用于显示限速值的可变限速标志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系统；车辆检测器、可变限速标志牌和超速抓拍系统分别与用于接收并根据交通流量并结合各路段车速的约束条件利用非线性规划的二次规划算法依次求出各路段的最优化限速值在对应路段的可变限速标志牌上显示、并依据最优化限速值控制超速抓拍系统对超速车辆进行抓拍的交通控制机连接。

Description

高速公路瓶颈路段可变限速控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种可变限速控制系统，特别是涉及交通管理与控制领域中的高速公路瓶颈路段可变限速控制系统。

技术背景

瓶颈路段是指公路上突然变狭窄的路段，其特点为：在瓶颈路段处的道路通行能力显著降低，当高速公路部分路段有施工或发生事故时，往往会封闭某些车道，从而使该路段成为瓶颈路段。瓶颈路段对高速公路的安全高效运营有重要影响，由于瓶颈路段的出现具有不确定性，因此统一限速与限速牌固定安装的方法降低了高速公路的安全性与运营效率。我国针对瓶颈路段的可变限速的相关专利较少，专利号为02224582.0的专利提供一种可变限速显示装置，并没有考虑路段瓶颈因素；专利号为201010164710.x的专利，提供了一种属于隧道安全领域的可变限速控制算法的专利，没有考虑瓶颈路段的限速控制问题，难以对高速公路实现的高效管理与控制。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，能够保证高速公路瓶颈路段安全运营的前提下，实现其最大的通行能力。

本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，其特征在于：高速公路分为至少2个控制路段，每个控制路段设置有用于检测交通流量的车辆检测器；

高速公路中有1个瓶颈路段，瓶颈路段前设有一段过渡路段，瓶颈路段指高速公路上突然变狭窄的路段，过渡路段指车辆由于高速公路变窄而变道的路段；在过渡路段、瓶颈路段及瓶颈路段后的控制路段分别设置用于显示限速值的可变限速标志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系统；

车辆检测器、可变限速标志牌和超速抓拍系统分别与用于接收并根据交通流量并结合各路段车速的约束条件利用非线性规划的二次规划算法依次求出各路段的最优化限速值在对应路段的可变限速标志牌上显示、并依据最优化限速值控制超速抓拍系统对超速车辆进行抓拍的交通控制机连接。

按上述方案，所述的每条控制路段长度为1km，每条控制路段各设置一组车辆检测器。

按上述方案，所述的过渡路段长700m，在过渡路段起始位置、距离起始位置400m和600m、以及过渡路段的结束位置即过渡路段与瓶颈路段交界处各设置一个可变限速标志牌。

按上述方案，所述的瓶颈路段后的控制路段设置的可变限速标志牌与瓶颈路段的结束位置之间间隔为50m。

按上述方案，所述的车辆检测器、可变限速标志牌和超速抓拍系统分别通过无线网络与交通控制机连接。

按上述方案，所述的车辆检测器为环形线圈检测器。

本实用新型的有益效果为：

1、当高速公路出现瓶颈路段时，按本实用新型结构设置可变限速标志牌，由交通控制机根据检测的实时交通流量利用二次规划算法结合速度约束条件求解各路段的最优限速值发送给各可变限速标志牌进行显示，以提醒司机合理安排车速，从而保证高速公路瓶颈路段安全运营的前提下，实现其最大的通行能力。

2、通过在过渡路段合适的位置设置可变限速标志牌，使得车辆能够合理的缓慢减速，避免突然减速而带来的安全隐患。

3、通过在瓶颈路段后合适的位置设置可变限速标志牌，使得车辆在行驶过瓶颈路段后合理的缓慢加速，避免突然加速而带来的安全隐患。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例的控制流程图。

具体实施方式

图1为本实用新型一实施例的结构示意图，高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，高速公路分为至少2个控制路段，每个控制路段设置有用于检测交通流量的车辆检测器(本实施例中，每条控制路段长度为1km，每条控制路段各设置一个车辆检测器，车辆检测器选用最常用的环形线圈检测器)；高速公路中有1个瓶颈路段，瓶颈路段前设有一段过渡路段，瓶颈路段指高速公路上突然变狭窄的路段，过渡路段指车辆由于高速公路变窄而变道的路段；在过渡路段、瓶颈路段及瓶颈路段后的控制路段分别设置用于显示限速值的可变限速标志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系统；车辆检测器、可变限速标志牌和超速抓拍系统分别通过无线网络与用于接收并根据交通流量并结合各路段车速的约束条件利用非线性规划的二次规划算法依次求出各路段的最优化限速值在对应路段的可变限速标志牌上显示、并依据最优化限速值控制超速抓拍系统对超速车辆进行抓拍的交通控制机连接。

本实施例中，过渡路段长700m，在过渡路段起始位置、距离起始位置400m和600m、以及过渡路段的结束位置即过渡路段与瓶颈路段交界处各设置一个可变限速标志牌。瓶颈路段后的控制路段设置的可变限速标志牌与瓶颈路段的结束位置之间间隔为50m。

系统按周期对交通流数据进行数据采集，周期设置为1min，采集后的数据将由各子系统的控制机通过无线传输的方式传递到控制系统交通控制机，可变限速标志牌具有可移动性，采用太阳能充电，其背面安装雷达超速抓拍系统，交通控制机通过数据线控制可变限速标志牌的速度显示与超速抓拍。本专利主要实现如下功能：(1)当高速公路中出现瓶颈路段时，系统根据实时交通流信息，对限速值进行优化，在保证瓶颈路段安全运营的前提下，实现其最大通行能力。(2)结合动态限速值，实现各路段的动态超速抓拍。

本专利的具体实施方案如下：

1.当高速公路出现瓶颈路段时，将可变限速标志牌移动到瓶颈路段处，其布置方式如图1所示，车辆经过700m的距离在瓶颈处速度减小到最优值。

2.系统将自动依次检测各路段车流量，根据算法程序计算出最优化的限速值，其速度最优值通过数据线传输的方式将其显示在可变限速标志牌的屏幕上。

3.雷达超速抓拍系统位于限速标志牌的背面，根据可变限速的变化实现对超速车辆的抓拍

系统的控制流程如附图2所示，现以一个控制周期为例加以说明。

(1)当出现瓶颈路段时，在系统中设定瓶颈路段i，移动可变限速标志牌，其布置方式如图1所示。

(2)系统采集瓶颈路段i的交通流参数，根据速度密度关系，结合二次规划算法及算法约束条件，求出基准路段的最优解，并将i路段的值作为i-1路段的一个约束条件，并依次向上游路段求最优解，系统的抓拍基准值V₀跟随各路段的优化值V进行实时变化。

利用非线性规划的二次规划算法，并结合各路段车速的约束条件，求系统的最优化限速值，其优化步骤如下：

(1)通过模型预测控制方法中的预测时区N_p和控制时区N_c将时空连续变量即第i路段第k周期限速值v_c，i(k)离散化，使v_c，i(k)只可在{40、50、60、70、80、90、100、110、120}中取值，同时确定本次控制周期的约束条件与动态优化方程J(k)。

(2)运用二次规划算法求解约束条件下的目标函数J(k)取得最小值时的一组限速值最优解，系统的目标函数方程：

$J\left(k\right)=\underset{i\∈I}{\mathrm{\Σ}}\frac{L}{v_{c,i}\left(k\right)}+\underset{i\∈I}{\mathrm{\Σ}}{\left[\frac{v_{c,i}\left(k\right)-v_{c,i}(k-1)}{v_{f,i}}\right]}^2---\left(1\right)$

v_c，i(k)为第i路段第k周期的限速值；v_c，i(k-1)为第i路段第k-1周期的限速值；L为路段长度；v_f，i为自由流速度；I的范围包括瓶颈路段及过渡路段。方程的第一部分为在该限速值下车辆通过时间，第二部分为对限速值的变化惩罚，当J(k)取得最小值时系统及保证了车辆以最短时间通过瓶颈路段，同时也能使限速值变化较为平缓。得到的可变限速值与抓拍系统中的参数值进行比较。

(3)当预测时区和控制时区转到下个采样时区内，步骤(2)中的可变限速值将作为一个约束条件进行优化。

(4)以上过程随着时段不断重复。

约束条件：瓶颈路段i的可变限速值必须介于最大限速值v_max与最小限速值v_min之间。

v_min≤v_c，i(k)≤v_max

同一路段相邻时段的速度差值不超过速度差阈值v_var y＝20；相邻路段同一时段的速度差不超过v_var y＝20；即：

v_i(k+1)-v_i(k)≤v_var y

v_i(k)-v_i+1(k)≤v_var y

各路段限速值受密度的约束条件为：

$v_{c,i}\left(k\right)\≤\left\{120\exp \right[-\frac{1}{1.64}{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_i\left(k\right)}{180}\right)}^{1.64}\left]\right\}---\left(2\right)$

式中ρ_i(k)为第k个周期内第i路段的平均交通密度。

总之，本实用新型提供的一种高速公路瓶颈路段处的可变限速控制系统，能够根据不同的交通状态，通过线圈检测器检测交通流密度，在保证高速公路安全运营的基础上，协调各路段的限制速度，并实现各路段的超速动态抓拍，使高速公路能够安全高效运行。

Claims (6)

1.高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，其特征在于：高速公路分为至少2个控制路段，每个控制路段设置有用于检测交通流量的车辆检测器；

高速公路中有1个瓶颈路段，瓶颈路段前设有一段过渡路段，瓶颈路段指高速公路上突然变狭窄的路段，过渡路段指车辆由于高速公路变窄而变道的路段；在过渡路段、瓶颈路段及瓶颈路段后的控制路段分别设置用于显示限速值的可变限速标志牌和用于超速抓拍的超速抓拍系统；

车辆检测器、可变限速标志牌和超速抓拍系统分别与交通控制机连接。

2.根据权利要求1所述的高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，其特征在于：所述的每条控制路段长度为1km，每条控制路段各设置一组车辆检测器。

3.根据权利要求1所述的高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，其特征在于：所述的过渡路段长700m，在过渡路段起始位置、距离起始位置400m和600m、以及过渡路段的结束位置即过渡路段与瓶颈路段交界处各设置一个可变限速标志牌。

4.根据权利要求1或3所述的高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，其特征在于：所述的瓶颈路段后的控制路段设置的可变限速标志牌与瓶颈路段的结束位置之间间隔为50m。

5.根据权利要求1所述的高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，其特征在于：所述的车辆检测器、可变限速标志牌和超速抓拍系统分别通过无线网络与交通控制机连接。

6.根据权利要求1或2或5所述的高速公路瓶颈路段可变限速控制系统，其特征在于：所述的车辆检测器为环形线圈检测器。

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