CN116978226A - 高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能交通安全技术领域领域，公开了高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，包括以下步骤：步骤一：对高速公路的互通立交几何数据进行采集，采集天气信息，并在匝道路面设置路面状态检测器以获取该匝道处的路面信息，在匝道处间隔设置高精雷达获取车辆速度；步骤二：根据匝道数据、天气数据和路面信息，计算路面附着系数μ，针对小客车和大货车分别计算安全限速值，建立匝道雨雪天动态阈值设置模型；步骤三：在匝道路段设置发布安全限速信息的信息发布装置，在车辆内部设置接收安全限速信息的接收装置。以提供一种对不同类型的车辆在雨雪天气进行动态限速的方法。

Description

高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法
技术领域
本发明涉及智能交通安全技术领域，具体涉及一种高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法。
背景技术
匝道是高速公路互通立交中不可缺少的组成部分，其是连接不同方向道路并对不同方向车辆进行转换的纽带，合理的匝道设计保障车辆安全行驶的先决条件。据相关统计资料表明，匝道路段的事故数占高速公路互通立交区域内事故总数的80％以上。因此，如何保障匝道路段的交通安全，对提升整个高速公路互通立交区域的交通安全水平具有重要意义。
匝道的线形条件与天气状况是影响匝道行车安全的关键因素。由于受地形、经济条件等因素的限制，在实际中，特别是在西部地区的山地道路中，匝道的曲线半径往往按照规范的下限确定或者设计取值偏小。汽车在圆曲线上行驶时，除受重力影响外，还受离心力的影响，当驾驶员从高速公路主线中以较高速度驶入匝道时，容易使汽车发生外移或者向外倾覆的风险，特别是驶入小半径匝道时，当车辆速度达到某一阈值时，小客车就会发生侧滑，大货车则通常会发生侧翻，尤其是在天气条件恶劣的情况下，比如雨雪天气情况会导致道路摩擦系数下降，更加容易诱发车辆侧滑和侧翻。
因此，结合不同车辆类型充分考虑高速公路互通立交分流段小半径匝道的几何特征与天气状况，发明一种高速公路互通立交分流段小半径匝道雨雪天动态限速阈值计算方法，对于高速公路互通立交分流段小半径匝道安全行车以及预警***的开发有着十分重要的作用和意义。
发明内容
本发明意在提供高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，以提供一种对不同类型的车辆在雨雪天气进行动态限速的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，包括以下步骤：
步骤一：对高速公路的互通立交几何数据进行采集，采集天气信息，并在匝道路面设置路面状态检测器以获取该匝道处的路面信息；
步骤二：根据互通立交几何数据、天气信息和路面信息，计算路面附着系数μ，针对小客车和大货车分别计算安全限速值，建立匝道雨雪天动态阈值设置模型；
步骤三：在匝道路段设置发布安全限速信息的信息发布装置，在车辆内部设置接收安全限速信息的接收装置。
本方案的有益效果为：
高速公路的匝道处是交通事故的多发地带，虽然司机都知道雨雪过后的路面相比干燥路面的摩擦力会减小，但由于缺乏具体参数指示，司机往往难以根据实际路况精确调节车速，避免事故的发生，由此容易在匝道处打滑或者快速减速造成事故，同时大货车与小客车由于高度和重量的不同，受道路表面摩擦力的影响也不同，小客车由于底盘高度较低，重心更稳，发生事故的概率更小；大货车重量更大，又在匝道处收到离心力和道路摩擦力的变化，因此容易发生侧翻事故，因此本技术方案中根据匝道的几何数据、天气信息和路面状况，该方法可以计算出针对小客车和大货车的限速阈值的计算，对两种车辆进行区分，提升雨雪天动态阈值设置模型的准确性，同时对两种车辆进行区别预警，从而降低事故风险。
该方法的数据来源基于高速公路的互通立交几何数据进行采集，并通过天气信息及路面状态检测器两种方式进一步确定道路的状况，确保道路路面数据精确，进而保证后续的安全限速信息的准确，同时限速阈值可以随着环境的变化而实时更新，确保驾驶员始终行驶在最安全的速度范围内；通过在匝道路段设置信息发布装置，并在车辆内部设置接收装置，该方法可以及时向驾驶员传递安全限速信息，这样的预警方法可以增强驾驶员的意识，并帮助他们做出相应的速度调整，从而降低事故风险。
优选的，作为一种改进，步骤一中的高速公路的互通立交几何数据包括弯道最小半径R，道路摩擦系数μ，小半径匝道最大超高i；
若雨雪天气情况下道路摩擦系数μ难以通过实测获取，可通过获取干燥状态下道路摩擦系数后μd，按如下公式估算：
式中：μw为雨雪天道路摩擦系数，μd为干燥状态下实测的道路摩擦系数。
有益效果为：1.通过获取高速公路互通立交的几何数据，特别是弯道的最小半径R和小半径匝道的最大超高，可以提供准确的道路设计参数，小半径匝道的最大超高可以反映匝道的坡度情况，而弯道的最小半径R可以说明匝道的曲率情况，结合每个匝道的特征几何数据，可以推知该匝道处合理限速值，为雨雪天气的限速提供参考。2.通过使用干燥状态下的摩擦系数进行估算，可以在实际操作中提供一个相对准确的摩擦系数值，并按照一定的范围划分不同湿雪路面状态，可以提供多样化的路面状态分类，根据不同路面状态的摩擦系数范围估算，可以为驾驶员提供相应的限速建议，减少不必要的风险。3.针对雨雪天的情况进行了详细分类，针对不同湿滑状态，不同降雪量情况分别对雨雪天情况下的道路摩擦系数进行了估算，更符合实际道路运营情况，无论在何种雨雪天气情况下都具有较好的适用性，并为精准限速调控提高了准确率和精度。
优选的，作为一种改进，步骤二中的小客车安全限速值可以按如下公式计算：
式中：Vc-l为小客车安全行驶速度，km/h；R为弯道最小半径，m；μ为道路摩擦系数，i为小半径匝道最大超高，g为重力加速度。
有益效果为：计算过程中根据匝道的几何参数和道路的摩擦系数对小客车在匝道上安全行驶的影响，更准确的反映了车辆行驶的安全性，并且根据实际情况进行了调节，对小客车在当前匝道的当前天气环境行驶提供了有利的参考，从而降低因不匹配的速度而导致的侧滑、侧翻等事故的风险，提高匝道行驶的安全性。
优选的，作为一种改进，步骤二中的大货车安全限速值可以按如下公式计算：
Vt-l为大货车安全行驶速度，km/h；R为弯道最小半径，m；μ为道路摩擦系数，i为小半径匝道最大超高，g为重力加速度。
有益效果为：大货车由于体积、高度和重量的差异，较小客车而言受道路摩擦系数的影响更大，计算公式综合考虑大货车的特性，确保大货车在小半径匝道上以安全速度行驶。
优选的，作为一种改进，匝道雨雪天动态阈值设置模型为：
有益效果为：该模型是基于实时的小客车和大货车的安全速度来计算动态限速阈值，随着实时数据的变化，限速阈值也会相应地进行调整，以确保限速阈值始终与当前道路状况相匹配。
优选的，作为一种改进，步骤三中在匝道分流段起点处B、分流端垂直于主线的延长线与匝道相交处C和匝道最小半径开始处D设置信息发布装置，B、C、D三处的信息发布装置的发布的安全限速信息依次以20km/h递减，D处信息发布装置发布的速度为匝道雨雪天动态阈值Vl。
有益效果为：上述设置能够提供多个提示点，让驾驶员在不同位置都能获得限速信息，设置在匝道分流段起点处的信息发布装置有助于提醒匝道车辆在驶入前就开始调整到适应的车速；通过以20km/h递减发布安全限速信息，可以提供渐进式的限速提示，驾驶员从B处开始逐渐减速，随着驶入匝道，限速信息逐渐减小，帮助驾驶员适应匝道行驶的速度变化，减少急刹车和突然减速对交通流的影响；多个限速提示点和渐进式的限速减小有助于强化驾驶员的交通安全意识，驾驶员能够逐步降低车速，有更多时间和空间做出反应。
优选的，作为一种改进，步骤三中接收装置为通信显示屏，当车辆行驶到在匝道分流段起点处B点前200m处的A点，通信显示屏显示速度值与沿行车方向最近的信息发布装置的速度相同。
有益效果为：通过上述设置，驶近匝道入口时，驾驶员可以在通信显示屏上获得当前限速信息，这样可以在进入匝道之前就了解到限速情况，有更多时间做出减速准备。
优选的，作为一种改进，信息发布装置为电子可变限速标志，电子可变限速标志包括从上至下依次设于立杆上的太阳能面板、方形黄闪灯、电子限速牌以及匝道辅助标识牌，太阳能面板与方形黄闪灯、电子限速牌电连接，所述匝道辅助标识牌外表面涂有黑白色工程级反光膜。
有益效果为：上述设置使得信息发布装置在光线昏暗或夜间条件下具有较高的可见性，反光膜可以有效反射光线，提高标志的亮度，让驾驶员在远距离和不良天气条件下更容易注意到限速信息；太阳能面板作为电源，无需外接电源，有助于节约能源，降低对环境的影响，符合可持续发展的理念。
附图说明
图1是本发明实施例方法流程图；
图2是本发明实施例电子可变限速标志位置示意图；
图3是本发明实施例电子可变限速标志结构示意图；
图4是本发明实施例通信显示屏放置位置示意图；
图5是本发明实施例通信显示屏显示内容示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：电子可变限速标志1、通信显示屏2、汽车3、立杆11、匝道辅助标识牌12、电子限速牌13、方形黄闪灯14、太阳能面板15。
实施例
本发明采用如下技术方案：高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，包括以下步骤：
步骤一：如图1所示，对高速公路的互通立交几何数据进行采集，采集天气信息，并在匝道路面设置路面状态检测器以获取该匝道处的路面信息，在匝道处间隔设置高精雷达获取车辆速度，该方法能适用于半径范围为30m～80m的高速公路互通立交小半径匝道。
高速公路的互通立交几何数据包括弯道最小半径R，道路摩擦系数μ，小半径匝道最大超高i。该方法的数据来源基于高速公路的互通立交几何数据进行采集，并通过天气信息及路面状态检测器两种方式进一步确定道路的状况，确保道路路面数据精确，进而保证后续的安全限速信息的准确，通过获取高速公路互通立交的几何数据，特别是弯道的最小半径R和小半径匝道的最大超高，可以提供准确的道路设计参数，小半径匝道的最大超高可以反映匝道的坡度情况，而弯道的最小半径R可以说明匝道的曲率情况，结合每个匝道的特征几何数据，可以推知该匝道处合理限速值，为雨雪天气的限速提供参考。
步骤二：根据匝道数据、天气数据和路面信息，计算路面附着系数μ，
若雨雪天气情况下道路摩擦系数μ难以通过实测获取，可通过获取干燥状态下道路摩擦系数后μd，按如下公式估算：
式中：μw为雨雪天道路摩擦系数，μd为干燥状态下实测的道路摩擦系数。
针对雨雪天的情况进行了详细分类，针对不同湿滑状态，不同降雪量情况分别对雨雪天情况下的道路摩擦系数进行了估算，更符合实际道路运营情况，无论在何种雨雪天气情况下都具有较好的适用性，并为精准限速调控提高了准确率和精度。
针对小客车计算安全限速值，小客车安全限速值可以按如下公式计算：
式中：Vc-l为小客车安全行驶速度，km/h；R为弯道最小半径，m；μ为道路摩擦系数，i为小半径匝道最大超高，g为重力加速度。
计算过程中根据匝道的几何参数和道路的摩擦系数对小客车在匝道上安全行驶的影响，更准确的反映了车辆行驶的安全性，并且根据实际情况进行了调节，对小客车在当前匝道的当前天气环境行驶提供了有利的参考，从而降低因不匹配的速度而导致的侧滑、侧翻等事故的风险，提高匝道行驶的安全性。
针对大货车计算安全限速值，大货车安全限速值可以按如下公式计算：
Vt-l为大货车安全行驶速度，km/h；R为弯道最小半径，m；μ为道路摩擦系数，i为小半径匝道最大超高，g为重力加速度。
大货车由于体积、高度和重量的差异，较小客车而言受道路摩擦系数的影响更大，计算公式综合考虑大货车的特性，确保大货车在小半径匝道上以安全速度行驶。
因此本技术方案中根据匝道的几何数据、天气信息和路面状况，该方法可以计算出针对小客车和大货车的限速阈值的计算，对两种车辆进行区分，提升雨雪天动态阈值设置模型的准确性，同时对两种车辆进行区别预警，从而降低事故风险。
建立匝道雨雪天动态阈值设置模型，匝道雨雪天动态阈值设置模型为：
步骤三：如图2所示在匝道路段设置发布安全限速信息的信息发布装置，在匝道分流段起点处B、分流端垂直于主线的延长线与匝道相交处C和匝道最小半径开始处D设置信息发布装置，B、C、D三处的信息发布装置的发布的安全限速信息依次以20km/h递减，D处信息发布装置发布的速度为匝道雨雪天动态阈值Vl。设置在匝道分流段起点处的信息发布装置有助于提醒匝道车辆在驶入前就开始调整到适应的车速；通过以20km/h递减发布安全限速信息，可以提供渐进式的限速提示，驾驶员从B处开始逐渐减速，随着驶入匝道，限速信息逐渐减小，帮助驾驶员适应匝道行驶的速度变化，减少急刹车和突然减速对交通流的影响；多个限速提示点和渐进式的限速减小有助于强化驾驶员的交通安全意识，驾驶员能够逐步降低车速，有更多时间和空间做出反应。
本实施例中的信息发布装置为电子可变限速标志1，如图3所示，电子可变限速标志1包括从上至下依次设于立杆11上的太阳能面板15、方形黄闪灯14、电子限速牌13以及匝道辅助标识牌12，所述太阳能面板15与方形黄闪灯14、电子限速牌13电连接，所述匝道辅助标识牌12外表面涂有黑白色工程级反光膜。上述设置使得信息发布装置在光线昏暗或夜间条件下具有较高的可见性，反光膜可以有效反射光线，提高标志的亮度，让驾驶员在远距离和不良天气条件下更容易注意到限速信息；太阳能面板15作为电源，无需外接电源，有助于节约能源，降低对环境的影响，符合可持续发展的理念。
在车辆内部设置接收安全限速信息的接收装置(如图4所示)，接收装置为通信显示屏2，车内通信显示屏2中显示不同路段的最佳限速信息，主要针对安装了通信模块的不同车辆，实现高速公路互通立交分流段不同区域处“早减速”与“缓慢减速”的效果。如图2所示，当车辆行驶到在匝道分流段起点处B点前200m处的A点，通信显示屏2显示速度值与沿行车方向最近的信息发布装置的速度相同，通信显示屏2如图5所示，驾驶员可以在通信显示屏2上获得当前限速信息，这样可以在进入匝道之前就了解到限速情况，有更多时间做出减速准备。
以某高速公路互通立交分流段小半径匝道为例，具体高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法。
1)经调查，初始状态高速公路互通立交分流段小半径匝道基本数据如表1所示，并存储于数据存储模块中：
表1高速公路互通立交分流段小半径匝道基本数据
R i μd
60 0.01 0.8
2)通过采集与计算模块，采集雨雪天的天气状况以及道路实时状况，以大雪天情况，对雨雪天道路摩擦系数μw进行估算：
μw＝0.2
3)相关数据带入计算可得小客车小半径匝道抗侧滑临界安全速度和大货车小半径匝道抗侧滑临界安全速度：
Vc-l＝45.42(km/h)
Vt-l＝43.40(km/h)
4)计算可得互通立交小半径匝道雨雪天动态阈值的限速值：
Vl＝|min(Vc-l，Vt-l)|＝|min(45.42,43.40)|＝43(km/h)
5)在匝道分流段起点处B电子可变限速装置，其显示限速为80km/h；分流端垂直于主线的延长线与匝道相交处C电子可变限速装置，其显示限速为60km/h；匝道最小半径开始处D电子可变限速装置，其显示限速为43km/h。
6)当汽车3行驶到分流段起点前200m位置A时，车内通信显示屏2显示限速80km/h；当汽车3行驶到分流段起点处B与分流端垂直于主线的延长线与匝道相交处C之间时，车内通信显示屏2显示限速60km/h；当汽车3行驶到分流端垂直于主线的延长线与匝道相交处C与匝道最小半径开始处D之间时，车内通信显示屏2显示限速43km/h。
本发明还意在提供一种高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警***，适用于上述一种高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，包括：
数据存储模块：存储事先采集的高速公路互通立交几何数据和天气信息；
采集与计算模块：包括匝道处间隔设置的高精雷达，实时检测汽车3速度，并计算不同汽车3在不同区段的安全限速值；根据匝道数据、天气数据和路面信息，计算路面附着系数μ；
信息发布模块：包括发布安全限速信息的且与高速公路管理中心相连的通信模块、通信显示屏2和信息发布装置。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：对高速公路的互通立交几何数据进行采集，采集天气信息，并在匝道路面设置路面状态检测器以获取该匝道处的路面信息；
步骤二：根据互通立交几何数据、天气信息和路面信息，计算路面附着系数μ，针对小客车和大货车分别计算安全限速值，建立匝道雨雪天动态阈值设置模型；
步骤三：在匝道路段设置发布安全限速信息的信息发布装置，在车辆内部设置接收安全限速信息的接收装置。
2.根据权利要求1所述的高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：步骤一中的高速公路的互通立交几何数据包括弯道最小半径R，道路摩擦系数μ，小半径匝道最大超高i；
若雨雪天气情况下道路摩擦系数μ难以通过实测获取，可通过获取干燥状态下道路摩擦系数后μd，按如下公式估算：
3.根据权利要求2所述的高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：步骤二中的小客车安全限速值可以按如下公式计算：
4.根据权利要求2所述的高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：步骤二中的大货车安全限速值可以按如下公式计算：
5.根据权利要求3或4所述的高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：匝道雨雪天动态阈值设置模型为：
6.根据权利要求5所述的高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：步骤三中在匝道分流段起点处B、分流端垂直于主线的延长线与匝道相交处C和匝道最小半径开始处D设置信息发布装置，B、C、D三处的信息发布装置的发布的安全限速信息依次以20km/h递减，D处信息发布装置发布的速度为匝道雨雪天动态阈值Vl。
7.根据权利要求6所述的高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：步骤三中接收装置为通信显示屏，当车辆行驶到在匝道分流段起点处B点前200m处的A点，通信显示屏显示速度值与沿行车方向最近的信息发布装置的速度相同。
8.根据权利要求7所述的高速公路小半径匝道动态限速阈值设置及预警方法，其特征在于：信息发布装置为电子可变限速标志，电子可变限速标志包括从上至下依次设于立杆上的太阳能面板、方形黄闪灯、电子限速牌以及匝道辅助标识牌，太阳能面板与方形黄闪灯、电子限速牌电连接，所述匝道辅助标识牌外表面涂有黑白色工程级反光膜。
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