CN110738844A - 一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法 - Google Patents

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杨友森
夏然
黄明月
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Abstract

本发明提出了一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，在高速公路养护作业区的警告区和过渡区设置交通流检测器，实时获取高速公路养护作业区的警告区及其过渡区交通运行参数，判断高速公路养护作业区各路段的是否拥堵，计算警告区以及过渡区的可变限速值，通过路侧限速信息提示板实时显示当前路段限速值，实现了高速公路养护作业区动态控制行车速度。本发明提出的阶梯式可变限速控制方法缓解了高速公路养护作业区的拥堵排队现象，提高了通行效率以及行车安全性。

Description

一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法
技术领域
本发明涉及一种限速控制方法，特别涉及一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，属于交通安全和动态交通控制领域。
背景技术
随着我国经济社会的持续快速发展，高速公路车流量迅速增加，我国早期修的高速公路相继进入养护、大中修以及改扩建阶段。高速公路养护作业时需要对部分车道进行封闭，车辆需要提前减速，确保能够安全快速的通过养护作业区。
现有的限速方式多数采用固定值，当交通流量较大时，在警告区和上游过渡区容易产生交通拥堵或当交通流量较小时造成道路的利用率下降的现象。同时，由于采用固定限速的限速值往往较大，导致在养护作业区内车速变换幅度较大，极易产生交通事故。
中国专利CN103606269A公开了一种提高高速公路施工区通行效率的控制方法，在实时获取高速公路瓶颈路段及其上游交通流运行数据的基础上，计算瓶颈路段上游的可变限速值。该发明仅限于大交通流量路段，且并未考虑车型对限速值的影响以及前后限速值变化较大导致驾驶员紧急刹车，造成前后车发生碰撞的情况，致使该方法本身具有一定局限性且不适用于中、小交通流情况。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速的控制方法，解决现有技术中提高高速公路施工区可变限速的主要手段未考虑车型特征而导致限速值不合理以及限速值变动较大而极易造成交通事故发生的技术问题。
技术方案：一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，包括以下步骤：
步骤一：设置交通流检测器和路侧可变信息板，具体设置方法为：
根据《公路养护安全作业规程》的规定划定警告区和过渡区；
在警告区起始处设置交通流检测器为、在警告区和过渡区交界处设置交通流检测器为、在过渡区终点设置交通流检测器；
上述各组交通流检测器在定期将检测的交通数据传递给控制中心；
在交通流检测器为前方设置路侧可变限速信息板；
在交通流检测器为前方设置路侧可变限速信息板；
所述路侧可变限速信息板和路侧可变限速信息板分别与控制中心连接；
步骤二：确定高速公路养护作业区最佳交通密度参考值Km；
步骤三：确定高速公路养护作业区警告区和过渡区的交通密度Ki，i＝1或2，1表示警告区交通密度，2表示过渡区交通密度；
步骤四：判断高速公路养护作业区警告区和过渡区是否发生拥挤，具体判断方法为：
若满足Ki(n)＞Km(i＝1或2)，判定警告区(1)或过渡区(2)路段发生拥挤，转入步骤五；
若满足Ki(n)＝＜Km(i＝1或2)，判定警告区(1)或过渡区(2)路段不拥挤，转入步骤七；
步骤五：控制高速公路养护作业区警告区和过渡区的限速值：
步骤六：确定警告区和过渡区的可变限速值，并将所得警告区可变限速值和过渡区可变限速值通过路侧可变限速信息板和进行实时发布；
步骤七：确定高速公路养护作业区警告区和过渡区的限速值，并将限速值通过路侧可变速限速信息板和进行发布；
步骤八：返回步骤三判断下一周期警告区和过渡区是否发生拥挤。
进一步，所述步骤一中路侧可变限速信息板与交通流检测器的距离为Ld1，计算公式如下：
其中，
S1—驾驶员反应时间所行驶的距离；
vo—警告区上游路段的实测自由流车流速度的最大值，单位为：km/h；
vl—警告区的最低限速值，单位为：km/h；
a—车辆减速时的加速度值，单位为：m/s2。
进一步，所述步骤一中路侧可变限速信息板与交通流检测器的距离为Ld2，计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000022
其中，
S1—驾驶员反应时间所行驶的距离；
voj—过渡区最大限速值，单位为：km/h；
vlg—过渡区的最低限速值，单位为：km/h；
a—车辆减速时的加速度值，单位为：m/s2。
进一步，所述步骤三中警告区的交通密度为K1，计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000023
其中，
K1(n)—警告区的交通密度；
Eoj(n-1)—上个周期警告区内存在的交通流量，单位为veh；
Q5(n)—当前周期驶入警告区的交通流量，单位为veh；
Q6(n)—当前周期驶出警告区的交通流量，单位为veh；
L56—警告区的长度，单位为km；
所述过渡区的交通密度K2计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000031
其中，
K2(n)—过渡区的交通密度；
Eog(n-1)—上个周期过渡区内存在的交通流量，单位为veh；
Q6(n)—当前周期驶入过渡区的交通流量，单位为veh；
Q7(n)—当前周期驶出过渡区的交通流量，单位为veh；
L67—过渡区的长度，单位为km。
进一步，所述步骤五中计算高速公路养护作业区警告区可变限速值：
v1l(n)＝v1f(1-(K1(n)/Kj)l)m
其中，
v1l(n)—当前周期高速公路养护作业区警告区可变限速值，单位为：km/h；v1f—警告区上游路段实时测车流速度的85％分位值，单位为km/h；
K1(n)—警告区当前周期交通流密度，单位为veh/km；
Kj—高速公路标定的最大交通流密度，单位为：veh/km；
l和m为参数；所述l＝1.86，m＝4.05；
所述计算高速公路养护作业区过渡区可变限速值：
v2l(n)＝v2f(1-(K2(n)/Kj)l)m
其中，
v2l(n)—当前周期高速公路养护作业区过渡区可变限速值，单位为：km/h；
v2f—过渡区路段实时测车流速度的85％分位值，单位为km/h；
K2(n)—过渡区当前周期交通流密度，单位为veh/km；
Kj—高速公路标定的最大交通流密度，单位为：veh/km；
l和m为参数，所述l＝1.86，m＝4.05。
进一步，所述步骤七中警告区的限速值：
v1(n)＝v1free
其中，
v1free—高速公路养护作业区警告区初始限速值，单位为km/h；
过渡区的限速值：
v2(n)＝v2free
其中，
v2free—高速公路养护作业区过渡区初始限速值，单位为km/h。
进一步，所述Kj计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000041
其中：x表示大型车的比例，h0表示单车辆间的平均间隔，单位为m，hc表示小型车平均长度，单位为m，hHV表示大型车平均长度，单位为m。
进一步，路侧可变信息板发布的可变限速值是5km/h的倍数，当计算结果不是5km/h的倍数时，以小于计算结果最接近的5km/h的倍数值作为发布的可变限速值。
有益效果：本发明在高速公路养护作业区的警告区和过渡区设置交通流检测器，基于实时检测获取的高速公路养护作业区警告区和过渡区交通流数据，判断高速公路养护作业区警告区和过渡区拥堵情况，基于可变限速控制区交通密度计算可变限速值的大小，通过路侧可变限速板实时显示当前限速值，实现了高速公路养护作业区阶梯式动态控制车辆的行驶速度，从而提高车辆的通行效率，缓解交通拥堵。本发明有效实现了对驾驶员在不同交通流情况下行驶于高速公路养护作业区的可变速度控制，利于驾驶员在不同交通流量情况下，防止限速值突变，造成交通事故的放生，提高了高速公路养护作业区行车的安全性和便捷性。
附图说明
图1为本发明的高速公路养护作业区设置布局结构示意图；
图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述实施例。
如图1和2所示，一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：设置交通流检测器和路侧可变信息板，具体设置方法为：
根据《公路养护安全作业规程》的规定划定警告区1和过渡区2；
在警告区1起始处设置交通流检测器为5、在警告区1和过渡区2交界处设置交通流检测器为6、在过渡区2终点设置交通流检测器7；
上述各组交通流检测器每5分钟检测一次数据，并将交通流数据传递给控制中心；这些数据包括交通流量、交通密度、车速以及车辆类型等；
在交通流检测器为5前方设置路侧可变限速信息板3；
路侧可变限速信息板3与交通流检测器5的距离为Ld1，计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000042
其中，
S1—驾驶员反应时间所行驶的距离；
vo—警告区1上游路段的实测自由流车流速度的最大值，单位为：km/h；
vl—警告区1的最低限速值，单位为：km/h；
a—车辆减速时的加速度值，单位为：m/s2。
在交通流检测器为6前方设置路侧可变限速信息板4；
路侧可变限速信息板4与交通流检测器6的距离为Ld2，计算公式如下：
其中，
S1—驾驶员反应时间所行驶的距离；
voj—过渡区2最大限速值，单位为：km/h；
vlg—过渡区2的最低限速值，单位为：km/h；
a—车辆减速时的加速度值，单位为：m/s2；
所述路侧可变限速信息板3和路侧可变限速信息板4分别与控制中心连接；
步骤二：确定高速公路养护作业区最佳交通密度参考值Km；所述Km＝45veh/km；
步骤三：确定高速公路养护作业区警告区1和过渡区2的交通密度Ki，i＝1或2，1表示警告区交通密度，2表示过渡区交通密度；
警告区的交通密度为K1，计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000052
其中，
K1(n)—警告区1的交通密度；
Eoj(n-1)—上个周期警告区1内存在的交通流量，单位为veh；
Q5(n)—当前周期驶入警告区1的交通流量，单位为veh；
Q6(n)—当前周期驶出警告区1的交通流量，单位为veh；
L56—警告区1的长度，单位为km；
所述过渡区的交通密度K2计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000053
其中，
K2(n)—过渡区2的交通密度；
Eog(n-1)—上个周期过渡区2内存在的交通流量，单位为veh；
Q6(n)—当前周期驶入过渡区2的交通流量，单位为veh；
Q7(n)—当前周期驶出过渡区2的交通流量，单位为veh；
L67—过渡区2的长度，单位为km。
步骤四：判断高速公路养护作业区警告区1和过渡区2是否发生拥挤，具体判断方法为：
若满足Ki(n)＞Km(i＝1或2)，判定警告区1或过渡区2路段发生拥挤，转入步骤五；
若满足Ki(n)＝＜Km(i＝1或2)，判定警告区1或过渡区2路段不拥挤，转入步骤七；
步骤五：控制高速公路养护作业区警告区1和过渡区2的限速值：
计算高速公路养护作业区警告区1可变限速值：
v1l(n)＝v1f(1-(K1(n)/Kj)l)m
其中，
v1l(n)—当前周期高速公路养护作业区警告区1可变限速值，单位为：km/h；
v1f—警告区1上游路段实时测车流速度的85％分位值，单位为km/h；
K1(n)—警告区1当前周期交通流密度，单位为veh/km；
Kj—高速公路标定的最大交通流密度，单位为：veh/km；
l和m为参数；所述l＝1.86，m＝4.05；
所述计算高速公路养护作业区过渡区2可变限速值：
v2l(n)＝v2f(1-(K2(n)/Kj)l)m
其中，
v2l(n)—当前周期高速公路养护作业区过渡区2可变限速值，单位为：km/h；
v2f—过渡区2路段实时测车流速度的85％分位值，单位为km/h；
K2(n)—过渡区2当前周期交通流密度，单位为veh/km；
Kj—高速公路标定的最大交通流密度，单位为：veh/km；
l和m为参数，所述l＝1.86，m＝4.05。
所述Kj计算公式如下：
Figure BDA0002206051560000061
其中：x表示大型车的比例，h0表示单车辆间的平均间隔，单位为m，hc表示小型车平均长度，单位为m，hHV表示大型车平均长度，单位为m。
步骤六：确定警告区1和过渡区2的可变限速值，并将所得警告区1可变限速值和过渡区2可变限速值通过路侧可变限速信息板3和4进行实时发布；
步骤七：确定高速公路养护作业区警告区1和过渡区2的限速值，并将限速值通过路侧可变速限速信息板3和4进行发布；
所述步骤七中警告区1的限速值：
v1(n)＝v1free
其中，
v1free—高速公路养护作业区警告区初始限速值，单位为km/h；
过渡区2的限速值：
v2(n)＝v2free
其中，
v2free—高速公路养护作业区过渡区初始限速值，单位为km/h。
步骤八：返回步骤三判断下一周期警告区和过渡区是否发生拥挤。
路侧可变信息板发布的可变限速值是5km/h的倍数，当计算结果不是5km/h的倍数时，以小于计算结果最接近的5km/h的倍数值作为发布的可变限速值。

Claims (8)

1.一种高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：设置交通流检测器和路侧可变信息板，具体设置方法为：
根据《公路养护安全作业规程》的规定划定警告区(1)和过渡区(2)；
在警告区(1)起始处设置交通流检测器为(5)、在警告区(1)和过渡区(2)交界处设置交通流检测器为(6)、在过渡区(2)终点设置交通流检测器(7)；
上述各组交通流检测器在定期将检测的交通数据传递给控制中心；
在交通流检测器为(5)前方设置路侧可变限速信息板(3)；
在交通流检测器为(6)前方设置路侧可变限速信息板(4)；
所述路侧可变限速信息板(3)和路侧可变限速信息板(4)分别与控制中心连接；
步骤二：确定高速公路养护作业区最佳交通密度参考值Km；
步骤三：确定高速公路养护作业区警告区(1)和过渡区(2)的交通密度Ki，i＝1或2，1表示警告区交通密度，2表示过渡区交通密度；
步骤四：判断高速公路养护作业区警告区(1)和过渡区(2)是否发生拥挤，具体判断方法为：
若满足Ki(n)＞Km(i＝1或2)，判定警告区(1)或过渡区(2)路段发生拥挤，转入步骤五；
若满足Ki(n)＝＜Km(i＝1或2)，判定警告区(1)或过渡区(2)路段不拥挤，转入步骤七；
步骤五：控制高速公路养护作业区警告区(1)和过渡区(2)的限速值：
步骤六：确定警告区(1)和过渡区(2)的可变限速值，并将所得警告区(1)可变限速值和过渡区(2)可变限速值通过路侧可变限速信息板(3)和(4)进行实时发布；
步骤七：确定高速公路养护作业区警告区(1)和过渡区(2)的限速值，并将限速值通过路侧可变速限速信息板(3)和(4)进行发布；
步骤八：返回步骤三判断下一周期警告区和过渡区是否发生拥挤。
2.根据权利要求1所述的高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤一中路侧可变限速信息板(3)与交通流检测器(5)的距离为Ld1，计算公式如下：
Figure FDA0002206051550000011
其中，
S1—驾驶员反应时间所行驶的距离；
vo—警告区(1)上游路段的实测自由流车流速度的最大值，单位为：km/h；
vl—警告区(1)的最低限速值，单位为：km/h；
a—车辆减速时的加速度值，单位为：m/s2。
3.根据权利要求1所述的高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤一中路侧可变限速信息板(4)与交通流检测器(6)的距离为Ld2，计算公式如下：
Figure FDA0002206051550000021
其中，
S1—驾驶员反应时间所行驶的距离；
voj—过渡区(2)最大限速值，单位为：km/h；
vlg—过渡区(2)的最低限速值，单位为：km/h；
a—车辆减速时的加速度值，单位为：m/s2。
4.根据权利要求1所述的高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤三中警告区的交通密度为K1，计算公式如下：
Figure FDA0002206051550000022
其中，
K1(n)—警告区(1)的交通密度；
Eoj(n-1)—上个周期警告区(1)内存在的交通流量，单位为veh；
Q5(n)—当前周期驶入警告区(1)的交通流量，单位为veh；
Q6(n)—当前周期驶出警告区(1)的交通流量，单位为veh；
L56—警告区(1)的长度，单位为km；
所述过渡区的交通密度K2计算公式如下：
Figure FDA0002206051550000023
其中，
K2(n)—过渡区(2)的交通密度；
Eog(n-1)—上个周期过渡区(2)内存在的交通流量，单位为veh；
Q6(n)—当前周期驶入过渡区(2)的交通流量，单位为veh；
Q7(n)—当前周期驶出过渡区(2)的交通流量，单位为veh；
L67—过渡区(2)的长度，单位为km。
5.根据权利要求1所述的高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤五中计算高速公路养护作业区警告区(1)可变限速值：
v1l(n)＝v1f(1-(K1(n)/Kj)l)m
其中，
v1l(n)—当前周期高速公路养护作业区警告区(1)可变限速值，单位为：km/h；
v1f—警告区(1)上游路段实时测车流速度的85％分位值，单位为km/h；
K1(n)—警告区(1)当前周期交通流密度，单位为veh/km；
Kj—高速公路标定的最大交通流密度，单位为：veh/km；
l和m为参数；所述l＝1.86，m＝4.05；
所述计算高速公路养护作业区过渡区(2)可变限速值：
v2l(n)＝v2f(1-(K2(n)/Kj)l)m
其中，
v2l(n)—当前周期高速公路养护作业区过渡区(2)可变限速值，单位为：km/h；
v2f—过渡区(2)路段实时测车流速度的85％分位值，单位为km/h；
K2(n)—过渡区(2)当前周期交通流密度，单位为veh/km；
Kj—高速公路标定的最大交通流密度，单位为：veh/km；
l和m为参数，所述l＝1.86，m＝4.05。
6.根据权利要求1所述的高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于：所述步骤七中警告区(1)的限速值：
v1(n)＝v1free
其中，
v1free—高速公路养护作业区警告区初始限速值，单位为km/h；
过渡区(2)的限速值：
v2(n)＝v2free
其中，
v2free—高速公路养护作业区过渡区初始限速值，单位为km/h。
7.根据权利要求4所述的高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于：所述Kj计算公式如下：
其中：x表示大型车的比例，h0表示单车辆间的平均间隔，单位为m，hc表示小型车平均长度，单位为m，hHV表示大型车平均长度，单位为m。
8.根据权利要求1所述的高速公路养护作业区阶梯式可变限速控制方法，其特征在于：路侧可变信息板发布的可变限速值是5km/h的倍数，当计算结果不是5km/h的倍数时，以小于计算结果最接近的5km/h的倍数值作为发布的可变限速值。
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