KR101361671B1 - Variable speed limit system and method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변속도제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가변속도제어시스템은 도로정보 수신부, 통행제어속도 산출부, 제어구간길이 산출부 및 통행제어속도 제어부를 포함한다. 상기 도로정보 수신부 도로정보를 수신한다. 상기 통행제어속도 산출부는 상기 수신된 도로정보를 통해 병목현상이 발생되는 병목구간이 감지되면, 상기 병목구간에서의 평소 용량(Qd), 자유속도(Uf) 및 병목발생시 용량(Qac)을 고려하여 상기 병목구간의 상류부에서의 통행제어속도를 산출한다. 상기 제어구간길이 산출부는 상기 통행제어속도를 기초로 상기 통행제어속도를 적용할 제어구간길이를 산출한다. 상기 통행제어속도 제어부는 상기 병목구간으로부터 상류 방향으로 상기 산출된 제어구간길이에 해당하는 구간에 상기 산출된 통행제어속도를 적용하도록 제어한다.
이러한 구성에 의하면, 혼잡충격파의 속도를 최소화함으로써, 궁극적으로 혼잡구간의 면적 및 대기행렬길이를 감소시켜 통과교통량을 최대화시키기 때문에, 불안정 교통류가 안정교통류로 전환될 수 있도록 한다.
The present invention relates to a variable speed control system and method.
The variable speed control system according to the present invention includes a road information receiver, a traffic control speed calculator, a control section length calculator, and a traffic control speed controller. The road information receiver receives road information. The traffic control speed calculating unit is configured to take into consideration the bottleneck area in which the bottleneck is generated through the received road information, considering the usual capacity (Qd), the free speed (Uf) and the bottleneck capacity (Qac) in the bottleneck area. A traffic control speed at an upstream portion of the bottleneck section is calculated. The control section length calculator calculates a control section length to which the traffic control speed is applied based on the traffic control speed. The traffic control speed control unit controls to apply the calculated traffic control speed to a section corresponding to the calculated control section length in the upstream direction from the bottleneck section.
According to such a configuration, by minimizing the speed of the congestion shock wave, the area of the congestion section and the queue length are ultimately reduced, thereby maximizing the amount of traffic passing through, so that unstable traffic flow can be converted into stable traffic flow.

Description

가변속도제어시스템 및 방법 {VARIABLE SPEED LIMIT SYSTEM AND METHOD}Variable speed control system and method {VARIABLE SPEED LIMIT SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 가변속도제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병목발생시 상류부로 혼잡이 가중되는 것을 방지하며, 통과교통량을 최대화시킬 수 있고, 불안정 교통류를 안정교통류로 전환시킬 수 있는 실현 가능한 가변속도제어시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a variable speed control system and method, and more particularly, to prevent congestion on the upstream part when a bottleneck occurs, to maximize the passing traffic, and to realize a variable that can convert unstable traffic into stable traffic. The present invention relates to a speed control system and method.

본 발명은 국토해양부 및 한국건설교통기술연구원의 건설기술혁신사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호 : 기술혁신 A01, 과제명 : 스마트하이웨이 사업단 (SMART Highway 교통류 최적화 관리기술 개발-혼잡시 본선 교통관리 기술개발)].The present invention is derived from the research conducted as part of the construction technology innovation project of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs and the Korea Institute of Construction and Transportation Technology. [Task No.: Technology Innovation A01, Title: Smart Highway Project Development Mainland traffic management technology development during congestion)].

가변속도제어(Variable Speed Limit: VSL)는 교통상황에 따라 속도를 차등 제한하여 혼잡 또는 사고지점에 도달하기 전 차량간, 차로간 속도편차를 감소시킴으로써 사고를 예방하고, 총 지체구간을 최소화하기 위한 연속류 ITS 기법 중 하나이다. 안전도 증진 및 혼잡완화를 위한 속도관리(speed management)는 물론, 기상변화, 사고, 스쿨죤, 터널, 교량구간 등의 요소에 따른 속도제한(speed control)을 목적으로 1960년대부터 미국 및 유럽에서 도입되었다. 해외의 경우 영국의 M26도로, 독일의 Autobahn, 스웨덴을 비롯한 유럽의 교통선진국에서는 가변속도제어나 차로제어에 대한 연구 및 적용사례가 다수 존재하며, 사고 예방을 위한 안전성 증진을 위한 연속류 제어기술로서 자리 잡고 있다.Variable Speed Limit (VSL) limits the speed according to traffic conditions to prevent accidents by reducing the speed difference between vehicles and lanes before reaching the congestion or accident point, and to minimize the total delay zone. One of the continuous flow ITS techniques. In the United States and Europe since the 1960s, speed control for safety and congestion relief, as well as speed control for factors such as weather changes, accidents, school zones, tunnels and bridge sections, Was introduced. Overseas, there are many studies and applications of variable speed control or lane control in M26 roads in the UK, Autobahn in Germany, Sweden, and other developed countries in Europe, and as a continuous flow control technology to improve safety for accident prevention. Perched.

연속류 기본구간에서 사고와 같이 도로를 점유하는 이벤트가 발생하여 용량이 저하되는 경우, 즉 병목이 발생하는 경우 병목구간의 상류부에 발생하는 총 지체면적에 영향을 주는 변수로는 병목지속시간(Tb-Ta)과 병목발생으로 인한 혼잡충격파(W1), 병목해소 충격파(Wc)가 있다. 상기 변수들을 이용하여 병목발생시의 교통류 상태변화와 충격파 발생을 나타내면 도 1과 같다. (a)의 시공도에 표시된 D에 해당하는 면적은 용량와해로 인해 병목구간의 상류부에 발생하는 총 지체면적을 의미한다. 병목발생시 교통류 상태는 (b)와 같이 A에서 D로 변화하며, 이로 인한 혼잡이 W1의 속도로 하류부로 전파되게 된다. 상기 도면에서 알 수 있듯이, 병목이 발생함에 따라 지체구간이 증가하고, 통행속도(Ud)가 감소하는 것을 알 수 있다.In the case of an event that occupies the road such as an accident in the continuous flow basic section, and the capacity decreases, that is, when the bottleneck occurs, the variable affecting the total delay area occurring upstream of the bottleneck section is a bottleneck duration ( Tb-Ta) and congestion shock waves (W1) due to bottlenecks, and bottleneck shock waves (Wc). The change in the state of traffic flow and the generation of shock wave at the time of bottleneck using the above variables are shown in FIG. 1. The area corresponding to D in the construction diagram in (a) means the total area of delay occurring upstream of the bottleneck section due to capacity disturbances. When the bottleneck occurs, the traffic flow changes from A to D as shown in (b), and congestion is propagated downstream at the speed of W1. As can be seen in the figure, as the bottleneck occurs, the delay section increases, and the passage speed Ud decreases.

한편, 가변속도제어 기술과 관련하여 논문 "고속도로 교통사고 예방을 위한 가변제한속도 적용방안 연구"는 교통사고 예방, 즉 안전도 증진을 목적으로 하는 가변제한속도 적용방안에 대하여 기술하고 있으며, 특히 기존 고속도로와 사고자료 분석을 통해 확률론적으로 사고위험도 예측모형을 구축하여 사고확률이 높아지면 속도를 제한하는 방안과, 기상 및 도로노면상태에 따른 감속속도를 기준으로 가변제한속도시스템 알고리즘을 제시하고 있다.On the other hand, in relation to the variable speed control technology, the article "Research on the application of variable speed limit for the prevention of traffic accidents on highways" describes the method of applying the variable speed limit for the purpose of preventing traffic accidents, that is, enhancing safety. Through the analysis of highway and accident data, we construct a probabilistic model of predicting accident risk and propose a method to limit the speed when the probability of accident increases, and the variable speed limit system algorithm based on the deceleration speed according to weather and road conditions. .

하지만, 상기 논문에서는 위와 같은 상황 발생시 얼마나 감속해야 하는지에 대한 프로세스만을 제시하고 있으며, 제어구간거리와 제어시간의 산출은 제외되어 있다.However, the paper only suggests the process of how to slow down when the above situation occurs, and the calculation of the control section distance and control time is excluded.

따라서 병목발생시 상류뷰로 혼잡이 가중되는 것을 방지하며, 통과교통량을 최대화시킬 수 있고, 불안정 교통류를 안정교통류로 전환시킬 수 있는 실현 가능한 가변속도제어 기술이 필요하다.
Therefore, there is a need for a variable speed control technology capable of preventing congestion from being increased to an upstream view when a bottleneck occurs, maximizing the amount of passing traffic, and converting unstable traffic into stable traffic.

논문 "고속도로 교통사고 예방을 위한 가변제한속도 적용방안 연구"(출처: 대한교통학회지 v.26, no.4, 2008. pp.111 , 121 / 저자: 박준형,황효원,오철,장명순)Thesis "A Study on the Application of Variable Speed Limit for the Prevention of Highway Traffic Accidents" (Source: Journal of Korean Society of Transportation v.26, no.4, 2008. pp.111, 121 / Author: Park Jun-hyung, Hyo-won Hwang, Oh-chul, Jang Myung-soon)

본 발명은 병목발생시 상류부로 혼잡이 가중되는 것을 방지하며, 통과교통량을 최대화시킬 수 있고, 불안정 교통류를 안정교통류로 전환시킬 수 있는 실현 가능한 가변속도제어 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a variable speed control technique capable of preventing congestion to the upstream part when a bottleneck occurs, maximizing passing traffic, and converting unstable traffic into stable traffic.

또한, 본 발명은 병목발생시 얼마나 감속해야 하는지 뿐만 아니라 감속이 이루어져야 하는 제어구간과 제어시간을 함께 고려하여 보다 정확한 제어가 가능하도록 하는데 목적이 있다.
In addition, the present invention aims to enable more accurate control by considering not only how much deceleration should be decelerated when the bottleneck occurs, but also the control section and the control time that deceleration should be made.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가변속도제어시스템은 도로정보 수신부, 통행제어속도 산출부, 제어구간길이 산출부 및 통행제어속도 제어부를 포함한다. 상기 도로정보 수신부 도로정보를 수신한다. 상기 통행제어속도 산출부는 상기 수신된 도로정보를 통해 병목현상이 발생되는 병목구간이 감지되면, 상기 병목구간에서의 평소 용량(Qd), 자유속도(Uf) 및 병목발생시 용량(Qac)을 고려하여 상기 병목구간의 상류부에서의 통행제어속도를 산출한다. 상기 제어구간길이 산출부는 상기 통행제어속도를 기초로 상기 통행제어속도를 적용할 제어구간길이를 산출한다. 상기 통행제어속도 제어부는 상기 병목구간으로부터 상류 방향으로 상기 산출된 제어구간길이에 해당하는 구간에 상기 산출된 통행제어속도를 적용하도록 제어한다.
In order to achieve this object, the variable speed control system according to the present invention includes a road information receiver, a traffic control speed calculator, a control section length calculator, and a traffic control speed controller. The road information receiver receives road information. The traffic control speed calculating unit is configured to take into consideration the bottleneck area in which the bottleneck is generated through the received road information, considering the usual capacity (Qd), the free speed (Uf) and the bottleneck capacity (Qac) in the bottleneck area. A traffic control speed at an upstream portion of the bottleneck section is calculated. The control section length calculator calculates a control section length to which the traffic control speed is applied based on the traffic control speed. The traffic control speed control unit controls to apply the calculated traffic control speed to a section corresponding to the calculated control section length in the upstream direction from the bottleneck section.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 사고 등의 요인으로 이미 혼잡이 발생된 후에 병목구간의 상류부로 혼잡이 가중되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, after congestion has already occurred due to a factor such as an accident, there is an effect of preventing congestion from being weighted upstream of the bottleneck section.

특히, 혼잡충격파의 속도를 최소화함으로써, 궁극적으로 혼잡구간의 면적 및 대기행렬길이를 감소시켜 통과교통량을 최대화시키기 때문에, 불안정 교통류가 안정교통류로 전환될 수 있도록 한다.In particular, by minimizing the speed of the congestion shock wave, the unstable traffic flow can be converted into the stable traffic flow because the area of the congestion zone and the queue length are ultimately reduced to maximize the passing traffic.

또, 종래와 달리 병목발생시 얼마나 감속해야 하는지 뿐만 아니라 감속이 이루어져야 하는 제어구간과 제어시간을 함께 고려함에 따라 보다 정확한 제어가 가능하다.In addition, unlike the prior art, more accurate control is possible by considering not only how much the deceleration should occur when the bottleneck occurs, but also the control section and the control time that deceleration should be made.

또, 단일 속도로 통행제어속도를 적용하는 경우에 비해 단계별 속도로 적용할 경우, 전체 제어구간길이를 단축시킬 수 있어 상류부로의 혼잡분산구간을 감소시킬 수 있다. 따라서 병목구간으로부터 상류 방향으로 제어구간길이에 해당하는 구간에 단계별 통행제어속도를 적용하도록 제어하는 전략이 병목구간의 상류부의 평균 통행속도를 낮출 수 있는 현실적인 적용방안이 될 수 있다.
In addition, when applied at a stepwise speed compared to the case of applying the passage control speed at a single speed, the overall control section length can be shortened to reduce the congestion dispersion section to the upstream part. Therefore, a strategy to control the passage speed control step by step in the section corresponding to the control section length from the bottleneck section to the upstream direction can be a practical application to lower the average passage speed of the upstream section of the bottleneck section.

도 1의 (a)는 용량 와해시 시공도 상에서의 충격파 및 지체발생을 나타낸 도면이다.
도 1의 (b)는 용량 와해시 교통류 상태변화를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변속도제어시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3의 (a)는 가변속도제어시스템 적용시의 교통류-밀도관계를 나타낸 도면이다.
도 3의 (b)는 가변속도시스템 적용시의 충격파 및 총 지체면적의 변화를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 단계별 제어시의 교통류-밀도관계를 나타낸 도면이다.
도 4의 (b)는 시공도상에서의 단계별 제어시의 구간-시간관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가변속도제어방법의 개략적인 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 시나리오별 평균속도의 변화결과를 나타낸 도면이다.
Figure 1 (a) is a diagram showing the shock wave and the generation of delay on the construction diagram when the capacity disintegration.
Figure 1 (b) is a view showing a state change of traffic flow during capacity disintegration.
2 is a view showing a schematic configuration of a variable speed control system according to an embodiment of the present invention.
3 (a) is a diagram illustrating a traffic flow-density relationship when a variable speed control system is applied.
FIG. 3B is a diagram showing the change of the shock wave and the total retardation area when the variable speed system is applied.
4 (a) is a diagram illustrating a traffic flow-density relationship in stepwise control.
4 (b) is a view showing the interval-time relationship in the step-by-step control on the construction diagram.
5 is a view showing a schematic flow of a variable speed control method according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a result of changing the average speed for each scenario.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하며, 설명의 편의와 이해를 위하여 실제와는 달리 과장된 수치가 제시되었을 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Further, in the description of the embodiments of the present invention, specific values are merely examples, and exaggerated values may be presented for convenience and understanding of the present invention.

<시스템에 대한 설명><Description of System>

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변속도제어시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a schematic configuration of a variable speed control system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가변속도제어시스템(100)은 도로정보 수신부(101), 통행제어속도 산출부(102), 제어구간길이 산출부(103), 통행제어속도 제어부(104)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the variable speed control system 100 according to the present invention includes a road information receiver 101, a traffic control speed calculator 102, a control section length calculator 103, and a traffic control speed controller 104. It includes.

도로정보 수신부(101)는 도로위치정보, 도로제한속도, 교통정보, 환경정보 등의 도로정보를 수신한다.The road information receiver 101 receives road information such as road location information, road speed limit, traffic information, environmental information, and the like.

통행제어속도 산출부(102)는 수신된 도로정보를 통해 병목현상이 발생되는 병목구간이 감지되면, 병목구간에서의 평소 용량(Qd), 자유속도(Uf) 및 병목발생시 용량(Qac)을 고려하여 병목구간의 상류부에서의 통행제어속도(Uvsl)를 산출한다. 여기서, 평소 용량은 병목 미발생시의 교통량이고, 자유속도는 병목 미발생시의 평균통행속도 또는 제한속도를 의미한다. 상기 통행제어속도 산출부(102)는 유입교통류율(시간당 진입교통량)을 기준으로 하는 밀도(Kd)를 유지할 수 있도록 통행제어속도(Uvsl)를 산출하되, 자유속도(Uf)에서 병목구간 최저속도(Ud) 사이에서 아래의 수학식을 통해 산출한다.The traffic control speed calculating unit 102 considers the usual capacity Qd, the free speed Uf, and the capacity Qac at the bottleneck when the bottleneck is detected through the received road information. To calculate the traffic control speed Uvsl upstream of the bottleneck section. Here, the usual capacity is the traffic volume when no bottleneck occurs, and the free speed means the average passage speed or the speed limit when the bottleneck does not occur. The traffic control speed calculating unit 102 calculates the traffic control speed Uvsl to maintain the density Kd based on the inflow traffic flow rate (entry traffic volume per hour), but the minimum speed of the bottleneck section at the free speed Uf. It is calculated by the following equation between (Ud).

Figure 112012030715722-pat00001
Figure 112012030715722-pat00001

Uvsl: 통행제어속도Uvsl: traffic control speed

Qac: 병목발생시 용량Qac: bottleneck capacity

Kd: 유입교통류율에 해당하는 밀도Kd: density corresponding to inflow rate

Qd: 평소 용량Qd: usual capacity

Uf: 자유속도Uf: free speed

Ud: 미제어시 혼잡속도Ud: Congestion rate without control

이러한 가변속도제어시스템(100) 적용시의 교통류-밀도관계를 개념적으로 나타내면 도 3의 (a)와 같으며, 보통 병목발생시 교통류의 상태가 A(평소상태)에서 D(병목발생상태)로 변하는데, 본 발명은 A의 밀도 및 D의 병목구간 용량을 유지할 수 있도록, 즉 도면상에서 B상태로 변화하도록 통행제어속도를 산출하고 있다.When conceptually representing the traffic flow-density relationship when the variable speed control system 100 is applied, it is shown in FIG. 3 (a), and when the bottleneck occurs, the traffic flow is changed from A (the usual state) to D (the bottleneck state). However, the present invention calculates the traffic control speed so that the density of A and the bottleneck capacity of D can be maintained, that is, changed to the state B on the drawing.

한편, 산출된 통행제어속도를 기준으로 일정 단위시간(통행제어시간) 동안 상류부의 혼잡 전파를 제어하기 위하여, 제어구간길이 산출부(103)는 통행제어속도를 기초로 통행제어속도를 적용할 제어구간길이(CS)를 산출하는데, 상류부에서의 통행제어속도와 통행제어시간의 곱으로 산출한다. 이 때, 통행제어시간(Tc)은 병목발생으로 인한 혼잡충격파(W1)에 의해서 통행제어가 시작된 시점(Ts)부터 병목발생지점의 병목해소 후 병목해소 충격파(Wc)에 의해서 상류부까지의 병목이 모두 끝나는 시점(Te)까지로, 아래의 수학식에 의해 계산된다.On the other hand, in order to control the congestion propagation upstream of a predetermined unit time (passage control time) based on the calculated passage control speed, the control section length calculation unit 103 controls to apply the passage control speed based on the passage control speed. The section length CS is calculated by calculating the product of the traffic control speed and the traffic control time in the upstream portion. At this time, the traffic control time Tc is a bottleneck from the time Ts at which traffic control is started by the congestion shock wave W1 due to the bottleneck to the upstream part by the bottleneck clearing shock wave Wc after the bottleneck is eliminated. Up to the end point Te of all of these calculations, the following equation is calculated.

Figure 112012030715722-pat00002
Figure 112012030715722-pat00002

Tc: 통행제어시간Tc: traffic control time

Ts: 통행제어 시작시점Ts: Start of traffic control

Te: 통행제어 종료시점Te: End of traffic control

Xqueue: 대기행렬길이Xqueue: queue length

Wc: 병목해소 충격파 Wc: Bottleneck Shockwaves

Tb: 병목 해소시점Tb: Bottleneck

Ta: 병목 시작시점Ta: the beginning of the bottleneck

W1: 병목발생으로 인한 혼잡충격파W1: congestion shock wave due to bottleneck

이러한 가변속도제어시스템(100) 적용시 혼잡충격파와 총 지체면적의 변화는 도 3의 (b)와 같다. 일반적으로 통행제어속도가 낮아질수록 상류부의 평균 밀도가 증가하기 때문에 제어 도중 혼잡충격파가 급격히 증가하는 것을 방지하기 위해 혼잡충격파의 속도를 0으로 하되, 감소용량을 고려하여 통과교통량을 최대화할 수 있도록 통행제어속도를 산출하는 것이 바람직하다. 따라서 혼잡충격파의 속도를 0으로 하면, 총 지체면적은 D와 같이 종래보다 감소하는 것을 알 수 있다.When the variable speed control system 100 is applied, the change in the congestion shock wave and the total retardation area is shown in FIG. In general, as the traffic control speed decreases, the average density of the upstream portion increases, so that the speed of the congestion shock wave is set to 0 to prevent the rapid increase of the congestion shock wave during control, but the traffic can be maximized in consideration of the reduced capacity. It is desirable to calculate the control speed. Therefore, it can be seen that when the velocity of the congestion shock wave is 0, the total retardation area decreases as compared with the conventional one.

통행제어속도 제어부(104)는 병목구간으로부터 상류 방향으로 상기 산출된 제어구간길이에 해당하는 구간에 상기 산출된 통행제어속도를 적용하도록 제어한다. 즉, 통행제어속도 제어부(104)는 상기 통행제어속도가 차량에 적용되도록 도로에 설치된 전광판과 같은 현장 시설물에 통행제어속도를 표시하거나, 또는 무선통신 기반의 개인단말로 통행제어속도를 제공하여 현장 시설물의 설치위치에 구애받지 않도록 할 수 있다.The traffic control speed control unit 104 controls to apply the calculated traffic control speed to the section corresponding to the calculated control section length in the upstream direction from the bottleneck section. That is, the traffic control speed control unit 104 displays the traffic control speed in the field facilities such as an electronic billboard installed on the road so that the traffic control speed is applied to the vehicle, or provides the traffic control speed to the personal terminal based on wireless communication. Regardless of the installation location of the facility can be made.

전술한 바와 같이, 본 발명은 사고 등의 요인으로 이미 혼잡이 발생된 후에 병목구간의 상류부로 혼잡이 가중되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 혼잡충격파의 속도를 최소화함으로써, 궁극적으로 혼잡구간의 면적 및 대기행렬길이를 감소시켜 통과교통량을 최대화시키기 때문에, 불안정 교통류가 안정교통류로 전환될 수 있도록 한다. 또, 종래와 달리 병목발생시 얼마나 감속해야 하는지 뿐만 아니라 감속이 이루어져야 하는 제어구간과 제어시간을 함께 고려함에 따라 보다 정확한 제어가 가능하다.
As described above, the present invention has an effect of preventing congestion from being weighted upstream of the bottleneck section after congestion has already occurred due to factors such as an accident. In particular, by minimizing the speed of the congestion shock wave, the unstable traffic flow can be converted into the stable traffic flow because the area of the congestion zone and the queue length are ultimately reduced to maximize the passing traffic. In addition, unlike the prior art, more accurate control is possible by considering not only how much the deceleration should occur when the bottleneck occurs, but also the control section and the control time that deceleration should be made.

한편, 앞서 설명한 가변속도제어시스템(100)은 단일 속도로 일정시간 제어를 수행하여 혼잡의 상류부 전파를 방지하는 방법으로 상류부의 속도(Uvsl)를 유지하며, 최대 Kd'(도3의 (a) 참조)의 밀도로 혼잡을 공간적으로 분산시키는 방법이다. 상기 방법은 병목발생시간이 길어질 경우, 혼잡충격파를 상쇄시키기 위해서는 제어구간거리(CS)가 급격히 길어지는 단점을 가지고 있다. 이에 본 발명에서는 동일한 단위시간(Tc)동안 제어목표교통량(Qd-Qac)에 대해 통행제어속도를 다단계로 분할 적용하여 혼잡충격파를 제어하는 방법을 고려한다.On the other hand, the variable speed control system 100 described above maintains the upstream speed (Uvsl) in a way to prevent the propagation upstream of the congestion by performing a predetermined time control at a single speed, the maximum Kd '(Fig. 3 (a) ) Is a method of spatially dispersing congestion with a density of The method has a disadvantage in that when the bottleneck time becomes long, the control section distance CS is rapidly increased in order to cancel the congestion shock wave. Accordingly, the present invention considers a method of controlling the congestion shock wave by applying the traffic control speed in multiple stages to the control target traffic Qd-Qac during the same unit time Tc.

이를 위해, 본 발명에 따른 가변속도제어시스템(100)은 앞서 구한 통행제어시간을 둘 이상의 구간으로 분할하는 구간 분할부(105)를 더 포함한다.To this end, the variable speed control system 100 according to the present invention further includes a section divider 105 for dividing the passage control time obtained above into two or more sections.

통행제어속도 산출부(102)는 상기 분할된 구간으로 각각 다른 통행제어속도를 산출하는데, 각 단계별 통행제어속도는 각 단계를 기준으로 이전 단계의 통행제어속도(Un-1), 병목발생시 용량(Qac) 및 평소 용량(Qd)을 고려하여 산출하며, 아래의 수학식에 의해 계산된다. The traffic control speed calculating unit 102 calculates different traffic control speeds in the divided sections, and the traffic control speeds for each stage are based on each step. Qac) and the usual capacity Qd are calculated and calculated by the following equation.

Figure 112012030715722-pat00003
Figure 112012030715722-pat00003

Un: n단계의 통행제어속도Un: Traffic control speed of n steps

Qac: 병목발생시 용량Qac: bottleneck capacity

Qd: 평소 용량Qd: usual capacity

Un-1: n단계의 이전 단계의 통행제어속도Un-1: Traffic control speed of previous step of n steps

Uf: 자유속도Uf: free speed

Ud: 미제어시 혼잡속도Ud: Congestion rate without control

또한, 제어구간길이 산출부(103)는 아래의 수학식에 의해 제어구간길이를 산출한다.In addition, the control section length calculation unit 103 calculates the control section length by the following equation.

Figure 112012030715722-pat00004
Figure 112012030715722-pat00004

CS: 제어구간길이 CS: control section length

Tc: 통행제어시간Tc: traffic control time

Uf: 자유속도Uf: free speed

Qac: 병목발생시 용량Qac: bottleneck capacity

Qd: 평소 용량Qd: usual capacity

n: 단계n: step

이와 같은 단계별 제어속도를 결정하는 기본개념을 살펴보면 도 4와 같다. (a)는 단계별 제어시의 교통류-밀도관계를 개념적으로 나타낸 도면이고, (b)는 시공도상에서의 단계별 제어시의 구간-시간관계를 개념적으로 나타낸 도면이다.Looking at the basic concept of determining such a step-by-step control speed is shown in FIG. (a) is a diagram conceptually illustrating the traffic flow-density relationship in the stepwise control, and (b) is a diagram conceptually illustrating the section-time relationship in the stepwise control on the construction diagram.

도 4를 참조하면, 앞서 설명한 단일 속도로 통행제어속도를 적용하는 경우(도 3 참조)에 비해 단계별 속도로 적용할 경우, 초기 통행제어속도(U1)보다 최종 통행제어속도(Un)가 낮아지며, 제어밀도(K)는 상대적으로 높아지게 된다. 단, 단계별 통행제어속도를 통해 전체 제어구간길이(CS)를 단축시킬 수 있어, 상류부로의 혼잡분산구간을 감소시킬 수 있다. 따라서 병목구간으로부터 상류 방향으로 제어구간길이에 해당하는 구간에 단계별 통행제어속도를 적용하도록 제어하는 전략이 병목구간의 상류부의 평균 통행속도를 낮출 수 있는 현실적인 적용방안이 될 수 있다.
Referring to FIG. 4, when the passage control speed is applied at a single speed as described above (see FIG. 3), the final passage control speed Un is lower than the initial passage control speed U1. The control density K becomes relatively high. However, it is possible to shorten the overall control section length (CS) through the step-by-step traffic control speed, it is possible to reduce the congestion dispersion section to the upstream. Therefore, a strategy to control the passage speed control step by step in the section corresponding to the control section length from the bottleneck section to the upstream direction can be a practical application to lower the average passage speed of the upstream section of the bottleneck section.

<방법에 대한 설명><Description of Method>

본 발명의 일실시예에 따른 가변속도제어방법에 대해서 도 5에 도시된 흐름도를 참조하여 설명하되, 편의상 순서를 붙여 설명한다.A variable speed control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

1. 도로정보를 수신<S501>1. Receive road information <S501>

도로위치정보, 도로제한속도, 교통정보, 환경정보 등과 같은 도로정보를 수신한다.
Receive road information such as road location information, road speed limit, traffic information, environmental information, and the like.

2. 통행제어속도를 산출<S502>2. Calculate traffic control speed <S502>

상기 단계 S501에서 수신된 도로정보를 통해 병목현상이 발생되는 병목구간이 감지되면, 구간에서의 평소 용량(Qd), 자유속도(Uf) 및 병목발생시 용량(Qac)을 고려하여 상기 구간의 상류부에서의 통행제어속도를 산출한다. 상기 평소 용량은 병목 미발생시의 교통량이고, 자유속도는 병목 미발생시의 평균통행속도 또는 제한속도를 의미한다. 상기 단계에서는 유입교통류율(시간당 진입교통량)을 기준으로 하는 밀도(Kd)를 유지할 수 있도록 통행제어속도(Uvsl)를 산출하되, 자유속도(Uf)에서 병목구간 최저속도(Ud) 사이에서 아래의 수학식을 통해 산출한다.When a bottleneck section in which a bottleneck is generated is detected through the road information received in step S501, an upstream part of the section in consideration of the usual capacity Qd, the free speed Uf, and the bottleneck capacity Qac in the section. Calculate the traffic control speed at. The usual capacity is traffic when no bottleneck occurs, and free speed means average passage speed or speed limit when no bottleneck occurs. In this step, the traffic control speed Uvsl is calculated to maintain the density Kd based on the inflow traffic flow rate (ingress traffic per hour), but the free speed Uf is lower than the minimum speed Ud of the bottleneck section. Calculate through the equation.

Figure 112012030715722-pat00005
Figure 112012030715722-pat00005

Uvsl: 통행제어속도 Uvsl: traffic control speed

Qac: 병목발생시 용량Qac: bottleneck capacity

Kd: 유입교통류율에 해당하는 밀도Kd: density corresponding to inflow rate

Qd: 평소 용량Qd: usual capacity

Uf: 자유속도Uf: free speed

Ud: 미제어시 혼잡속도
Ud: Congestion rate without control

3. 통행제어시간을 산출<3. Calculate passage control time S503S503 >>

통행제어시간(Tc)은 병목발생으로 인한 혼잡충격파에 의해서 통행제어가 시작된 시점부터 병목발생지점의 병목해소 후 병목해소 충격파에 의해서 상류부까지의 병목이 모두 끝나는 시점까지로, 아래의 수학식에 의해 계산된다.Traffic control time (Tc) is the time from the start of traffic control due to the congestion shock wave caused by the bottleneck, from the bottleneck to the bottleneck to the end of the bottleneck. Is calculated by

Figure 112012030715722-pat00006
Figure 112012030715722-pat00006

Tc: 통행제어시간Tc: traffic control time

Ts: 통행제어 시작시점Ts: Start of traffic control

Te: 통행제어 종료시점Te: End of traffic control

Xqueue: 대기행렬길이Xqueue: queue length

Wc: 병목해소 충격파 Wc: Bottleneck Shockwaves

Tb: 병목 해소시점Tb: Bottleneck

Ta: 병목 시작시점Ta: the beginning of the bottleneck

W1: 병목발생으로 인한 혼잡충격파
W1: congestion shock wave due to bottleneck

4. 제어구간길이를 산출<S504>4. Calculate the control section length <S504>

상기 단계 S503에서 산출된 통행제어속도를 기준으로 일정 단위시간(통행제어시간) 동안 상류부의 혼잡 전파를 제어하기 위하여, 상기 단계 S503에서 산출된 통행제어속도를 기초로 통행제어속도를 적용할 제어구간길이(CS)를 산출하는데, 상류부에서의 통행제어속도와 통행제어시간의 곱으로 산출한다.Control section to apply the traffic control speed based on the traffic control speed calculated in step S503 in order to control the congestion propagation upstream for a predetermined unit time (pass control time) based on the traffic control speed calculated in step S503 The length CS is calculated by calculating the product of the traffic control speed and the traffic control time in the upstream portion.

이러한 가변속도제어방법 적용시 혼잡충격파와 총 지체면적의 변화는 도 3과 같다. 일반적으로 통행제어속도가 낮아질수록 상류부의 평균 밀도가 증가하기 때문에 제어 도중 혼잡충격파가 급격히 증가하는 것을 방지하기 위해 혼잡충격파의 속도를 0으로 하되, 감소용량을 고려하여 통과교통량을 최대화할 수 있도록 통행제어속도를 산출하는 것이 바람직하다. 따라서 혼잡충격파의 속도를 0으로 하면, 총 지체면적은 D와 같이 종래보다 감소하는 것을 알 수 있다.
The change of the congestion shock wave and the total retardation area when the variable speed control method is applied is shown in FIG. 3. In general, as the traffic control speed decreases, the average density of the upstream portion increases, so that the speed of the congestion shock wave is set to 0 to prevent the rapid increase of the congestion shock wave during control, but the traffic can be maximized in consideration of the reduced capacity. It is desirable to calculate the control speed. Therefore, it can be seen that when the velocity of the congestion shock wave is 0, the total retardation area decreases as compared with the conventional one.

5. 통행제어속도를 해당 구간에 적용하도록 제어<S505>5. Control to apply the traffic control speed to the corresponding section <S505>

병목구간으로부터 상류 방향으로 상기 단계 S504에서 산출된 제어구간길이에 해당하는 구간에 상기 산출된 통행제어속도를 적용하도록 제어한다. 예를 들면, 도로에 설치된 전광판과 같은 현장 시설물에 통행제어속도를 표시하거나, 또는 무선통신 기반의 개인단말로 통행제어속도를 제공하여 통행제어속도가 차량에 적용되도록 한다.It is controlled to apply the calculated traffic control speed to the section corresponding to the control section length calculated in step S504 in the upstream direction from the bottleneck section. For example, the traffic control speed may be displayed on a field facility such as an electric signboard installed on the road, or the traffic control speed may be provided to a personal terminal based on wireless communication so that the traffic control speed may be applied to the vehicle.

전술한 바와 같이, 본 발명은 사고 등의 요인으로 이미 혼잡이 발생된 후에 병목구간의 상류부로 혼잡이 가중되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 특히, 혼잡충격파의 속도를 최소화함으로써, 궁극적으로 혼잡구간의 면적 및 대기행렬길이를 감소시켜 통과교통량을 최대화시키기 때문에, 불안정 교통류가 안정교통류로 전환될 수 있도록 한다. 또, 종래와 달리 병목발생시 얼마나 감속해야 하는지 뿐만 아니라 감속이 이루어져야 하는 제어구간과 제어시간을 함께 고려함에 따라 보다 정확한 제어가 가능하다.
As described above, the present invention has an effect of preventing congestion from being weighted upstream of the bottleneck section after congestion has already occurred due to factors such as an accident. In particular, by minimizing the speed of the congestion shock wave, the unstable traffic flow can be converted into the stable traffic flow because the area of the congestion zone and the queue length are ultimately reduced to maximize the passing traffic. In addition, unlike the prior art, more accurate control is possible by considering not only how much the deceleration should occur when the bottleneck occurs, but also the control section and the control time that deceleration should be made.

한편, 앞서 설명한 가변속도제어방법은 단일 속도로 일정시간 제어를 수행하여 혼잡의 상류부 전파를 방지하는 방법으로 상류부의 속도(Uvsl)를 유지하며, 최대 Kd'(도 3 참조)의 밀도로 혼잡을 공간적으로 분산시키는 방법이다. 상기 방법은 병목발생시간이 길어질 경우, 혼잡충격파를 상쇄시키기 위해서는 제어구간거리(CS)가 급격히 길어지는 단점을 가지고 있다. 이에 본 발명에서는 동일한 단위시간(Tc)동안 제어목표교통량(Qd-Qac)에 대해 통행제어속도를 다단계로 분할 적용하여 혼잡충격파를 제어하는 방법을 고려하며, 이에 관한 내용은 하기와 같다.
On the other hand, the variable speed control method described above maintains the velocity Uvsl of the upstream portion by performing a predetermined time control at a single speed to prevent upstream propagation of congestion, and congestion with a density of up to Kd '(see FIG. 3). To spatially disperse. The method has a disadvantage in that when the bottleneck time becomes long, the control section distance CS is rapidly increased in order to cancel the congestion shock wave. Accordingly, the present invention considers a method of controlling the congestion shock wave by applying the traffic control speed in multiple stages to the control target traffic volume Qd-Qac during the same unit time Tc.

6. 통행제어시간을 산출<S506>6. Calculate passage control time <S506>

상기 단계과정은 앞서 살펴본 단계 S503과 동일하므로, 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.
Since the step process is the same as step S503 described above, a description thereof will be omitted.

7. 통행제어시간을 여러 구간으로 분할<S507>7. Dividing traffic control time into several sections <S507>

상기 단계 S506에서 산출된 통행제어시간을 둘 이상의 구간으로 분할한다.
The passage control time calculated in step S506 is divided into two or more sections.

8. 단계별 통행제어속도를 산출<S508>8. Calculate traffic control speed for each step <S508>

상기 단계 S507에서 분할된 구간으로 각각 다른 통행제어속도를 산출한다. 각 단계별 통행제어속도는 각 단계를 기준으로 이전 단계의 통행제어속도(Un-1), 병목발생시 용량(Qac) 및 평소 용량(Qd)을 고려하여 산출하며, 아래의 수학식에 의해 계산된다. Different traffic control speeds are calculated for the divided sections in step S507. The traffic control speed for each step is calculated by considering the traffic control speed (Un-1), capacity (Qac) and usual capacity (Qd) of the previous step based on each step, and is calculated by the following equation.

Figure 112012030715722-pat00007
Figure 112012030715722-pat00007

Un: n단계의 통행제어속도 Un: Traffic control speed of n steps

Qac: 병목발생시 용량Qac: bottleneck capacity

Qd: 평소 용량Qd: usual capacity

Un-1: n단계의 이전 단계의 통행제어속도Un-1: Traffic control speed of previous step of n steps

Uf: 자유속도Uf: free speed

Ud: 미제어시 혼잡속도
Ud: Congestion rate without control

9. 제어구간길이를 산출<S509>9. Calculate control section length <S509>

상기 단계 S508에서 산출된 통행제어속도를 기초로 통행제어속도를 적용할 제어구간길이(CS)를 산출하는데, 상류부에서의 통행제어속도와 통행제어시간의 곱으로 산출하며, 아래의 수학식에 의해 산출한다.The control section length CS to which the traffic control speed is to be applied is calculated based on the traffic control speed calculated in step S508. The control section length CS is calculated by multiplying the traffic control speed and the traffic control time in the upstream part. Calculate by

Figure 112012030715722-pat00008
Figure 112012030715722-pat00008

CS: 제어구간길이CS: control section length

Tc: 통행제어시간Tc: traffic control time

Uf: 자유속도Uf: free speed

Qac: 병목발생시 용량Qac: bottleneck capacity

Qd: 평소 용량Qd: usual capacity

n: 단계
n: step

10. 단계별 통행제어속도를 해당 구간에 적용하도록 제어<S510>10. Control to apply the passage control speed for each section <S510>

상기 단계 S509에서 산출된 제어구간길이에 상기 단계 S508에서 산출된 각 단계별 통행제어속도를 적용하도록 제어한다.The control section length calculated in step S509 is controlled to apply the traffic control speed for each step calculated in step S508.

이는 앞서 설명한 단일 속도로 통행제어속도를 적용하는 경우(도 3 참조)에 비해 단계별 속도로 적용할 경우(도 4 참조), 초기 통행제어속도보다 최종 통행제어속도가 낮아지며, 제어밀도는 상대적으로 높아지게 된다. 단, 단계별 통행제어속도를 통해 전체 제어구간길이를 단축시킬 수 있어, 상류부로의 혼잡분산구간을 감소시킬 수 있다. 따라서 병목구간으로부터 상류 방향으로 제어구간길이에 해당하는 구간에 단계별 통행제어속도를 적용하도록 제어하는 전략이 병목구간의 상류부의 평균 통행속도를 낮출 수 있는 현실적인 적용방안이 될 수 있다.
This results in a lower final traffic control speed than the initial traffic control speed and a relatively higher control density than when the traffic control speed is applied at a single speed as described above (see FIG. 3). do. However, it is possible to shorten the overall control section length through the passage control speed for each step, thereby reducing the congestion distribution section to the upstream part. Therefore, a strategy to control the passage speed control step by step in the section corresponding to the control section length from the bottleneck section to the upstream direction can be a practical application to lower the average passage speed of the upstream section of the bottleneck section.

이하, 단계별 통행제어속도를 통한 효율성을 알아보기 위해 여러 사례들을 비교분석해 보기로 한다.Hereinafter, various cases will be compared and analyzed in order to find out the efficiency through the passage control speed in stages.

실험 수행을 위한 기본 교통특성 조건은 속도에 따른 교통량-밀도 관계식, 용량 및 임계밀도값 등을 적용하였다. 분석대상축을 주행하는 차량은 100% 승용차로 가정하며, 분석효과를 명확히 확인할 수 있도록 가변속도제어에 대한 순응도 역시 100%로 가정하였다. 분석대상지는 이상적인 형태의 가상 연속류 도로를 기준으로 분석을 수행한다. 분석대상 도로는 편도 2차로의 총 11km 구간으로 구성하며, 진출입부가 없는 고속도로 기본구간을 가정하였다. 효과분석을 위한 시나리오는 교통상황에 따라 혼잡 발생시에 대하여 모형의 적용성을 평가하며, 혼잡개선정도에 관련된 지표와 교통류안정화를 위한 지표로 구분하여 효과척도를 제시하였다.The basic traffic characteristics conditions for the experiment were applied to the traffic volume-density relationship, capacity and critical density value. It is assumed that the vehicle driving on the target axis is 100% passenger car, and the compliance to the variable speed control is also 100% to clearly confirm the analysis effect. The analysis site is analyzed based on the ideal type of virtual continuous flow road. The road to be analyzed consists of a total of 11km of one-way lanes and assumes the basic section of the highway without entry and exit. The scenario for effect analysis evaluates the applicability of the model in case of congestion according to traffic conditions, and suggests an effect measure by dividing it into indicators related to congestion improvement and indicators to stabilize traffic flow.

분석자료 개요Analysis data overview 구분division 조건Condition 기하구조Geometry - 11km 연장의 편도 2차로 고속도로
- 진입/진출부가 없는 본선 기본구간
-11km two way highway
-Basic section of the ship without entry / exit
교통조건Traffic condition - 도로용량: 4,400대/시
- 진입교통량: 3,000대/시
-Road capacity: 4,400 vehicles / hour
-Traffic entering: 3,000 vehicles / hour
분석교통상황Traffic situation - 병목 발생지점: 하류부 기준 1km
- 분석대상구간: 병목 상류 10km 구간
- 병목발생시간: 분석시작 5분 후
- 병목 지속시간: 10분
-Bottleneck: 1km downstream
-Analysis section: 10km upstream of the bottleneck
-Bottleneck time: 5 minutes after analysis start
Bottleneck duration: 10 minutes

분석을 위한 가변속도제어전략으로는 유입교통량과 감소된 병목구간 용량차를 기준으로 하여 제어속도를 제시하되, graphical solution의 수행결과와 일치여부를 명확히 확인하고자 제어속도 수준에 따라 세 가지 시나리오의 제어속도 및 제어시간을 결정하였다. 여기서, 무선통신 기반의 개인단말을 이용하여 제어정보를 제공할 경우 현장시설물의 설치위치에 구애받지 않고 제어목표지점을 기준으로 보다 세분화된 제어수행이 가능할 것이라고 가정하였다. 효과분석의 도구로는 미시적 시뮬레이션 모형인 VISSIM을 적용하였다. 세 개의 시나리오 중 시나리오 1, 2의 경우 병목구간 상류부 10km에 대해 병목 발생 30초 후부터 10분간 제어를 수행하였으며, 시나리오 3의 경우 병목 상류부 4km에 대해 제어를 수행하되 단계별 속도제어를 수행하였다.As a variable speed control strategy for analysis, the control speed is suggested based on the inflow traffic and the reduced bottleneck capacity, but the control of three scenarios is performed according to the control speed level to clearly confirm the agreement with the result of the graphical solution. Speed and control time were determined. Here, it is assumed that if the control information is provided using a personal terminal based on wireless communication, more detailed control can be performed based on the control target point regardless of the installation location of the on-site facilities. As a tool for effect analysis, we applied VISSIM, a microscopic simulation model. In the scenarios 1 and 2 of the three scenarios, the control was performed for 10 minutes after the bottleneck occurred 30 seconds for the 10km upstream of the bottleneck section.

분석시나리오Analysis scenario 구분division 제어전략 결정Control strategy 시나리오 1Scenario 1 - 제어속도: 110km/h
- 제어목표교통량을 감소된 하류부 용량보다 크게 설정
- 상류부 10km에 대해 10분간 제어
-Control speed: 110km / h
-Set the control target traffic to be larger than the reduced downstream capacity
10 minutes for upstream 10km
시나리오 2Scenario 2 - 제어속도: 70km/h
- 제어목표교통량을 감소된 하류부 용량보다 작게 설정
- 상류부 10km에 대해 10분간 제어
-Control speed: 70km / h
-Set the control target traffic smaller than the reduced downstream capacity
10 minutes for upstream 10km
시나리오 3Scenario 3 - 속도제어 단계별 적용(90km/h-70km/h-50km/b)
- 제어목표교통량을 감소된 하류부 용량에 따라 설정하되 제어속도를 두 단계로 조정하여 설정
- 상류부 4km에 대해 10분간 제어
-Speed control step by step (90km / h-70km / h-50km / b)
-Set the control target traffic according to the reduced downstream capacity, but adjust the control speed in two steps
-10 minutes control for upstream 4km

혼잡개선항목을 우선 살펴보면, 혼잡개선 분석결과 제어속도 110km를 적용한 시나리오 1의 경우에는 대기행렬 해소시간은 미제어시와 동일한 것으로 나타났다. 시나리오 2, 3의 경우 대기행렬길이의 감소 빛 대기행렬 해소시간의 감소효과는 가장 큰 것으로 나타났다. 두 시나리오 모두 대기행렬길이는 분석최소단위거리인 l00m 미만으로 나타났으며, 대기행렬 해소시간의 경우 최대 95% 이상 감소효과가 있는 것으로 나타났다. 단, 70km/h의 속도로 제어한 시나리오 3의 경우 병목구간의 통과교통량이 미제어시에 비해 작은 것으로 나타났으며, 정상교통류 상태 대비 통행시간의 변화를 나타내는 지표인 TTI 역시 미제어시에 비해 높은 수치로 나타났다.As a first look at the congestion improvement items, the congestion improvement analysis shows that the scenario elimination time is the same as in the case of uncontrolled scenario in scenario 1 where the control speed is 110 km. In scenarios 2 and 3, the reduction in queue length was found to have the greatest reduction in light queue resolution time. In both scenarios, the queue length was less than l00m, the minimum unit distance, and the queue resolution time was reduced by up to 95%. However, in case of scenario 3 controlled at 70km / h, the amount of traffic passing through the bottleneck was smaller than that of uncontrolled, and TTI, which is an indicator of the change in travel time compared to the condition of normal traffic, was also compared to that of no control. It was high.

이를 교통량-밀도관계식을 기준으로 설명하면 다음과 같다. 앞서 입증한 가변속도제어의 효과에 따르면 특정시간대를 기준으로 속도를 저하시킬 경우 동일한 밀도에서 일시적으로 진입교통량을 낮추는 효과가 있다. 시나리오 2의 경우 제어속도를 70km/h로 적용함으로써 일시적으로 3,000대/시의 진입교통류율을 병목구간의 용량인 2,200대/시보다 낮은 1,750대/시까지 감소시키는 결과를 초래하였다. 이에 통과교통량이 미제어시 보다 작게l 산출되었으며, 따라서 전체 교통량을 기준으로 하는 TTI의 경우 역시 미제어시에 비해 높게 산출되었다.This is explained based on the traffic volume-density relationship. According to the effect of the variable speed control demonstrated above, if the speed is reduced based on a specific time period, the traffic of the entrance is temporarily lowered at the same density. In the case of scenario 2, the control speed of 70km / h resulted in the temporary decrease of the traffic flow rate of 3,000 vehicles / hour to 1,750 vehicles / hour, which is lower than the bottleneck section capacity of 2,200 vehicles / hour. Accordingly, the amount of traffic passing through was calculated to be smaller than that of uncontrolled traffic. Therefore, TTI based on the total traffic volume was also higher than that of uncontrolled traffic.

각 시나리오별로 속도 분포를 살펴본 결과 미제어시의 경우 정체구간이 전체구간의 약 4%를 차지하였으나 제어 수행전략에 따라 시나리오 l의 경우 3%에서 시나리오 2, 3의 경우 0.5% 미만까지 감소하는 것으로 분석되었다(도 7 참조). 시나리오 3의 경우 속도제어기준을 90-70-50km/h로 단계적으로 적용함에 따라 전체적으로 속도를 분산시켰기 때문에 미제이시에 비해 평균속도 70km/h 이상의 구간은 감소하였으며, 대신 50~70km/h의 속도구간의 비율이 미제어시 0.38%에서 12%까지 증가하였다.According to the speed distribution of each scenario, the congestion section occupied about 4% of the total section in case of no control, but it decreased from 3% in scenario l to less than 0.5% in scenario 2 and 3 according to the control execution strategy. Analyzes (see FIG. 7). In the case of Scenario 3, the average speed of 70km / h or more was reduced compared to MJC because the speed was distributed as a result of applying the speed control criteria to 90-70-50km / h step by step, instead of 50 ~ 70km / h. The proportion of intervals increased from 0.38% to 12% when uncontrolled.

교통류 안정화 지표의 경우 단위구간을 기준으로 산출한 밀도 및 속도편차에 대해 분석하였다.The traffic flow stabilization index was analyzed for the density and speed deviation calculated based on the unit interval.

시나리오 간 제어결과 비교분석Comparative analysis of control results between scenarios 시나리오scenario 혼잡개선Congestion improvement 교통류 안정화Traffic flow stabilization 통과교통량
(대)
Traffic passing through
(versus)
Travel
Time Index
Travel
Time Index
대기행렬길이
(km)
Queue length
(km)
대기행렬
해소시간
Queue
Resolution time
병목상류
밀도분산
Bottleneck
Density dispersion
구간별 속도
표준편차
Section speed
Standard Deviation
미제어시Uncontrolled 366366 1.071.07 0.90.9 4분 30초4 minutes 30 seconds 15.1115.11 4.504.50 시나리오 1Scenario 1 366366 1.071.07 0.80.8 4분 30초4 minutes 30 seconds 13.4513.45 4.504.50 시나리오 2Scenario 2 315315 1.111.11 0.10.1 21초21 seconds 6.676.67 3.613.61 시나리오 3Scenario 3 366366 1.071.07 0.10.1 9초9 seconds 7.487.48 2.402.40

그 결과 구간별 속도 및 밀도 표준편차는 속도를 낮추어 제어할 경우 더 낮게 나타나는 것으로 분석되어 교통류의 특성의 편차를 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 각 시나리오에 대한 교통량-밀도관계를 살펴볼 경우 가변속도제어가 임계밀도를 기준으로 교통류 특성이 용량감소로 인한 불안정 교통류상태에서 안정교통류 상태로 전이되었음을 알 수 있다.As a result, it was analyzed that the standard deviation of speed and density of each section appeared to be lower when the speed was lowered and controlled, which could reduce the variation of the characteristics of traffic flow. Looking at the traffic volume-density relationship for each scenario, it can be seen that the variable speed control transitioned from the unstable traffic flow state to the stable traffic state due to the capacity reduction based on the critical density.

본 발명에서는 연속류 본선에 기 진입한 차량들을 대상으로 혼잡발생시 교통류를 안정화시킬 수 있는 기법으로 단계별 가변속도제어기술을 적용하였다. 또한, 사례분석을 통해 가변속도제어전략 수립의 적정성에 따라 총 통행시간을 증가시키지 않으면서도 병목 상류부의 혼잡정도를 개선할 수 있으며, 교통류안정화에도 효과가 있는 것으로 분석되었다, 이러한 가변속도제어모형은 속도제어원리를 기초로 제어속도를 산출하는 모형을 제시한 만큼 지금껏 가변속도제어를 단순히 혼잡구간의 속도에 따라 속도를 낮추어 주거나(speed harmonization) 또는 전방에 대기행렬 발생시 안전진입을 위한 queue warning 기능으로 적용한 것과는 다른 혼잡관리 측면에서의 적용성을 확보할 수 있을 것으로 기대한다.In the present invention, a stepwise variable speed control technique is applied as a technique for stabilizing traffic flow when congestion occurs for vehicles entering the continuous flow line. In addition, according to the case analysis, the congestion degree upstream of the bottleneck can be improved without increasing the total travel time according to the adequacy of the establishment of the variable speed control strategy, and it is analyzed that it is effective in stabilizing traffic flow. As a model that calculates the control speed based on the speed control principle has been proposed, the variable speed control can be simply reduced by the speed of the congestion section (speed harmonization) or as a queue warning function for safe entry in the event of a queue ahead. It is expected to be able to secure applicability in terms of congestion management different from the one applied.

본 발명의 일실시예에 따른 가변속도제어방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
The variable speed control method according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 가변속도제어시스템
101: 도로정보 수신부 102: 통행제어속도 산출부
103: 제어구간길이 산출부 104: 통행제어속도 제어부
105: 구간 분할부
100: variable speed control system
101: road information receiving unit 102: traffic control speed calculation unit
103: control section length calculation unit 104: traffic control speed control unit
105: section divider

Claims (15)

도로정보를 수신하는 도로정보 수신부;
상기 수신된 도로정보를 통해 병목현상이 발생되는 병목구간이 감지되면, 상기 병목구간에서의 평소 용량(Qd), 자유속도(Uf) 및 병목발생시 용량(Qac)을 고려하여 상기 병목구간의 상류부에서의 통행제어속도를 산출하는 통행제어속도 산출부;
상기 통행제어속도를 기초로 상기 통행제어속도를 적용할 제어구간길이를 산출하는 제어구간길이 산출부; 및
상기 병목구간으로부터 상류 방향으로 상기 산출된 제어구간길이에 해당하는 구간에 상기 산출된 통행제어속도를 적용하도록 제어하는 통행제어속도 제어부를 포함하며,
상기 통행제어속도는 아래의 수학식에 의해 계산되는
것을 특징으로 하는 가변속도제어시스템.
(수학식)
Figure 112013094893810-pat00009

Uvsl: 통행제어속도
Qac: 병목발생시 용량
Qd: 평소 용량
Uf: 자유속도
A road information receiver for receiving road information;
When the bottleneck section where the bottleneck phenomenon is detected through the received road information is detected, the upstream portion of the bottleneck section considering the usual capacity (Qd), free speed (Uf) and bottleneck capacity (Qac) in the bottleneck section A traffic control speed calculating unit for calculating a traffic control speed in the vehicle;
A control section length calculator configured to calculate a control section length to which the traffic control speed is applied based on the traffic control speed; And
And a traffic control speed control unit controlling to apply the calculated traffic control speed to a section corresponding to the calculated control section length in an upstream direction from the bottleneck section.
The passage control speed is calculated by the following equation
Variable speed control system, characterized in that.
(Equation)
Figure 112013094893810-pat00009

Uvsl: traffic control speed
Qac: bottleneck capacity
Qd: usual capacity
Uf: free speed
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어구간길이 산출부는 상기 산출된 통행제어속도와 통행제어시간의 곱으로 상기 제어구간길이를 산출하고,
이때, 상기 통행제어시간은 병목발생으로 인한 혼잡충격파에 의해서 통행제어가 시작된 시점부터 병목발생지점의 병목해소 후 병목해소 충격파에 의해서 상류부까지의 병목이 모두 끝나는 시점까지인
것을 특징으로 하는 가변속도제어시스템.
The method of claim 1,
The control section length calculating unit calculates the control section length by the product of the calculated traffic control speed and traffic control time,
At this time, the passage control time is from the time when the traffic control is started due to the congestion shock wave caused by the bottleneck, from the bottleneck to the bottleneck of the bottleneck after the bottleneck clearing shock shock wave to the end of all bottlenecks upstream
Variable speed control system, characterized in that.
제3항에 있어서,
상기 통행제어시간은 아래의 수학식에 의해 계산되는
것을 특징으로 하는 가변속도제어시스템.
(수학식)
Figure 112012030715722-pat00010

Tc: 통행제어시간
Xqueue: 대기행렬길이
W1: 병목발생으로 인한 혼잡충격파
Wc: 병목해소 충격파
Tb: 병목 해소시점
Ta: 병목 시작시점
The method of claim 3,
The passage control time is calculated by the following equation
Variable speed control system, characterized in that.
(Equation)
Figure 112012030715722-pat00010

Tc: traffic control time
Xqueue: queue length
W1: congestion shock wave due to bottleneck
Wc: Bottleneck Shockwaves
Tb: Bottleneck
Ta: the beginning of the bottleneck
제3항에 있어서,
상기 통행제어시간을 둘 이상의 구간으로 분할하는 구간 분할부; 를 더 포함하고,
상기 통행제어속도 산출부는,
상기 분할된 구간으로 각각 다른 통행제어속도를 산출하며,
상기 통행제어속도 제어부는,
상기 산출된 제어구간길이에 상기 산출된 각 단계별 통행제어속도를 적용하도록 제어하는
것을 특징으로 하는 가변속도제어시스템.
The method of claim 3,
A section dividing unit dividing the passage control time into two or more sections; Further comprising:
The passage control speed calculation unit,
Calculate different traffic control speeds in the divided sections,
The traffic control speed control unit,
Control to apply the calculated traffic control speed for each step to the calculated control section length
Variable speed control system, characterized in that.
제5항에 있어서,
상기 각 단계별 통행제어속도는 각 단계를 기준으로 이전 단계의 통행제어속도(Un-1), 상기 병목발생시 용량(Qac) 및 상기 평소 용량(Qd)을 고려하여 산출하며,
아래의 수학식에 의해 계산되는
것을 특징으로 하는 가변속도제어시스템.
(수학식)
Figure 112012030715722-pat00011

Un: n단계의 통행제어속도
Qac: 병목발생시 용량
Qd: 평소 용량
Un-1: n단계의 이전 단계의 통행제어속도
6. The method of claim 5,
The traffic control speed for each step is calculated by considering the traffic control speed (Un-1) of the previous step, the capacity (Qac) and the usual capacity (Qd) when the bottleneck occurs, based on each step,
Calculated by the equation
Variable speed control system, characterized in that.
(Equation)
Figure 112012030715722-pat00011

Un: Traffic control speed of n steps
Qac: bottleneck capacity
Qd: usual capacity
Un-1: Traffic control speed of previous step of n steps
제5항에 있어서,
상기 제어구간길이 산출부는 아래의 수학식에 의해 상기 제어구간길이를 산출하는
것을 특징으로 하는 가변속도제어시스템.
(수학식)
Figure 112012030715722-pat00012

CS: 제어구간길이
Tc: 통행제어시간
Uf: 자유속도
Qac: 병목발생시 용량
Qd: 평소 용량
n: 단계
6. The method of claim 5,
The control section length calculating unit calculates the control section length by the following equation.
Variable speed control system, characterized in that.
(Equation)
Figure 112012030715722-pat00012

CS: control section length
Tc: traffic control time
Uf: free speed
Qac: bottleneck capacity
Qd: usual capacity
n: step
도로정보를 수신하는 단계;
상기 수신된 도로정보를 통해 병목현상이 발생되는 병목구간이 감지되면, 구간에서의 평소 용량(Qd), 자유속도(Uf) 및 병목발생시 용량(Qac)을 고려하여 상기 구간의 상류부에서의 통행제어속도를 산출하는 단계;
상기 통행제어속도를 기초로 상기 통행제어속도를 적용할 제어구간길이를 산출하는 단계; 및
상기 병목구간으로부터 상류 방향으로 상기 산출된 제어구간길이에 해당하는 구간에 상기 산출된 통행제어속도를 적용하도록 제어하는 단계를 포함하며,
상기 통행제어속도는 아래의 수학식에 의해 계산되는
것을 특징으로 하는 가변속도제어방법.
(수학식)
Figure 112013094893810-pat00013

Uvsl: 통행제어속도
Qac: 병목발생시 용량
Qd: 평소 용량
Uf: 자유속도
Receiving road information;
When the bottleneck section where the bottleneck phenomenon is detected through the received road information is detected, the traffic in the upstream portion of the section in consideration of the usual capacity (Qd), the free speed (Uf) and the capacity (Qac) when the bottleneck occurs in the section Calculating a control speed;
Calculating a control section length to which the traffic control speed is to be applied based on the traffic control speed; And
And controlling to apply the calculated traffic control speed to a section corresponding to the calculated control section length in an upstream direction from the bottleneck section.
The passage control speed is calculated by the following equation
Variable speed control method, characterized in that.
(Equation)
Figure 112013094893810-pat00013

Uvsl: traffic control speed
Qac: bottleneck capacity
Qd: usual capacity
Uf: free speed
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 제어구간길이를 산출하는 단계에서는 상기 산출된 통행제어속도와 통행제어시간의 곱으로 상기 제어구간길이를 산출하고,
이때, 상기 통행제어시간은 병목발생으로 인한 혼잡충격파에 의해서 통행제어가 시작된 시점부터 병목발생지점의 병목해소 후 병목해소 충격파에 의해서 상류부까지의 병목이 모두 끝나는 시점까지인
것을 특징으로 하는 가변속도제어방법.
9. The method of claim 8,
In calculating the control section length, the control section length is calculated by multiplying the calculated traffic control speed and traffic control time.
At this time, the passage control time is from the time when the traffic control is started due to the congestion shock wave caused by the bottleneck, from the bottleneck to the bottleneck of the bottleneck after the bottleneck clearing shock shock wave to the end of all bottlenecks upstream
Variable speed control method, characterized in that.
제10항에 있어서,
상기 통행제어시간은 아래의 수학식에 의해 계산되는
것을 특징으로 하는 가변속도제어방법.
(수학식)
Figure 112012030715722-pat00014

Tc: 통행제어시간
Xqueue: 대기행렬길이
W1: 병목발생으로 인한 혼잡충격파
Wc: 병목해소 충격파
Tb: 병목 해소시점
Ta: 병목 시작시점
11. The method of claim 10,
The passage control time is calculated by the following equation
Variable speed control method, characterized in that.
(Equation)
Figure 112012030715722-pat00014

Tc: traffic control time
Xqueue: queue length
W1: congestion shock wave due to bottleneck
Wc: Bottleneck Shockwaves
Tb: Bottleneck
Ta: the beginning of the bottleneck
제10항에 있어서,
상기 통행제어시간을 둘 이상의 구간으로 분할하는 단계;
상기 분할된 구간으로 각각 다른 통행제어속도를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 제어구간길이에 상기 산출된 각 단계별 통행제어속도를 적용하도록 제어하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변속도제어방법.
11. The method of claim 10,
Dividing the passage control time into two or more sections;
Calculating different traffic control speeds in the divided sections; And
Controlling to apply the calculated traffic control speed for each step to the calculated control section length;
Variable speed control method characterized in that it further comprises.
제12항에 있어서,
상기 각 단계별 통행제어속도는 각 단계를 기준으로 이전 단계의 통행제어속도(Un-1), 상기 병목발생시 용량(Qac) 및 상기 구간에서의 용량(Qd)을 고려하여 산출하며,
아래의 수학식에 의해 계산되는
것을 특징으로 하는 가변속도제어방법.
(수학식)
Figure 112012030715722-pat00015

Un: n단계의 통행제어속도
Qac: 병목발생시 용량
Qd: 평소 용량
Un-1: n단계의 이전 단계의 통행제어속도
The method of claim 12,
The traffic control speed for each step is calculated by considering the traffic control speed (Un-1) of the previous step, the capacity (Qac) when the bottleneck occurs, and the capacity (Qd) in the section based on each step.
Calculated by the equation
Variable speed control method, characterized in that.
(Equation)
Figure 112012030715722-pat00015

Un: Traffic control speed of n steps
Qac: bottleneck capacity
Qd: usual capacity
Un-1: Traffic control speed of previous step of n steps
제12항에 있어서,
상기 제어구간길이를 산출하는 단계에서는 아래의 수학식에 의해 상기 제어구간길이를 산출하는
것을 특징으로 하는 가변속도제어방법.
(수학식)
Figure 112012030715722-pat00016

CS: 제어구간길이
Tc: 통행제어시간
Uf: 자유속도
Qac: 병목발생시 용량
Qd: 평소 용량
n: 단계
The method of claim 12,
In the calculating of the control section length, the control section length is calculated by the following equation.
Variable speed control method, characterized in that.
(Equation)
Figure 112012030715722-pat00016

CS: control section length
Tc: traffic control time
Uf: free speed
Qac: bottleneck capacity
Qd: usual capacity
n: step
제8항, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium in which a program for executing the method of any one of claims 8 and 10 to 14 is recorded.
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김정현. 충격파를 고려한 입체교차로의 감속차로 길이 산정방안. 한국도로학회 논문집. 2009년 3월. 제11권, 제1호, pp. 145~151. *
김정현. 충격파를 고려한 입체교차로의 감속차로 길이 산정방안. 한국도로학회 논문집. 2009년 3월. 제11권, 제1호, pp. 145~151.*
조혜림, 김영찬, 하동익. 연속류 가변속도제어 모형개발 및 효과분석. 한국ITS학회논문지. 2011년 2월. 제10권, 제1호, pp. 16~26. *
조혜림, 김영찬, 하동익. 연속류 가변속도제어 모형개발 및 효과분석. 한국ITS학회논문지. 2011년 2월. 제10권, 제1호, pp. 16~26.*

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