[發明專利]一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法

有效

• 申請號: 201310612740.6
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103700251A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 李志斌;劉攀;王煒;徐鋮鋮
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種快速道路上可變限速與匝道控制協調優化控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步：設置交通流檢測器、匝道信號控制燈（6）和路側可變信息牌（1），具體設置方法為：

在入口匝道（7）與地方道路（5）相連位置處設置一組4#交通流檢測器（3-4）；

在入口匝道（7）與快速道路主線（8）交匯的入口處設置一組5#交通流檢測器（3-5）；

在入口匝道（7）入口處下游的快速道路瓶頸路段（4）設置一組1#交通流檢測器（3-1）；

在入口匝道（7）入口處上游的快速道路主線（8）上設置兩組交通流檢測器，其中處于下游的一組為2#交通流檢測器（3-2），處于上游的一組為3#交通流檢測器為（3-3），2#交通流檢測器（3-2）和3#交通流檢測器為（3-3）之間的快速道路設定為快速道路可變限速控制區（2）；

上述各組交通流檢測器每30s檢測一次數據，并將數據傳遞給控制中心；

在入口匝道（7）入口處設置匝道信號控制燈（6），缺省燈色為綠燈；

在3#交通流檢測器（3-3）上游設置路側可變信息牌（1）；

第二步：判斷快速道路瓶頸路段（4）的道路通行能力是否突然下降，具體判斷方法為：

依據快速道路瓶頸路段（4）以往的歷史交通流數據，確定快速道路瓶頸路段（4）的道路通行能力下降時對應的占有率閾值

1#交通流檢測器（3-1）檢測到快速道路瓶頸路段（4）的當前占有率為o_b(k)；

若滿足判定快速道路瓶頸路段（4）道路通行能力下降，轉入第三步；

若滿足判定快速道路瓶頸路段（4）道路通行能力正常，轉入第四步；

第三步：對當前入口匝道（7）和快速道路可變限速控制區（2）進行控制，具體控制方法為：

a、控制入口匝道（7）：

依據入口匝道（7）與地方道路（5）相連位置處以往的歷史交通流數據，確定入口匝道（7）排隊車輛溢出時對應的車輛平均運行速度閾值v_cri和占有率閾值o_cri；

4#交通流檢測器（3-4）檢測到的當前周期車輛平均運行速度v_r和道路占有率o_r；

若滿足v_r<v_cri且o_r>o_cri，判定入口匝道（7）排隊車輛溢出；否則判定入口匝道（7）排隊車輛沒有溢出；

當入口匝道（7）排隊車輛沒有溢出時，匝道信號控制燈通過相位調節控制當前周期入口匝道（7）駛入快速道路主線（8）的流量q_r(k)滿足下式；

qr(k)=qr(k-1)+KI[o^b-ob(k)]]]>

其中，

q_r(k)—當前周期入口匝道（7）駛入快速道路主線（8）的入口匝道流量，單位：輛/小時；

q_r(k-1)—上一周期入口匝道（7）駛入快速道路主線（8）的入口匝道流量，單位：輛/小時；

K_I—控制算法的積分增益，取值范圍50-70；

o_b(k)—當前周期快速道路瓶頸路段（4）占有率；

—快速道路瓶頸路段（4）道路通行能力下降時對應的占有率閾值

當入口匝道（7）排隊車輛溢出時，匝道信號控制燈（6）為綠色，直至滿足入口匝道（7）排隊車輛沒有溢出時的判定條件，則按照入口匝道（7）排隊車輛沒有溢出時的控制方法控制當前周期入口匝道（7）駛入快速道路主線（8）的流量；

b、控制快速道路可變限速控制區（2）：

采用下列公式計算快速道路可變限速值：

vlimit(k)=vlimit(k-1)+KII[q^(k)-q(k)-qr(k)]]]>

其中，

v_limit(k)—當前周期快速道路可變限速值，單位為km/h；

v_limit(k-1)—上一周期快速道路可變限速值，單位為km/h；

K_II—控制算法的積分增益，取值范圍0.1-1；

q_r(k)—當前周期入口匝道（7）駛入快速道路主線（8）的入口匝道流量，單位：輛/小時；

q(k)—當前周期快速道路可變限速控制區（2）的駛出交通量，單位：輛/小時；

—快速道路可變限速控制區（2）的目標交通量，單位：輛/小時，其中，q_b(k)為快速道路瓶頸路段（4）通行能力，單位：輛/小時，α為控制系數，滿足0.9<α≤1；

將計算所得快速道路可變限速值通過路側可變信息牌（1）實時發布；

c、進行完步驟a和b之后返回步驟二判斷下一周期快速道路瓶頸路段（4）的道路通行能力是否突然下降；

第四步：對當前快速道路可變限速控制區（2）進行控制，具體控制方法為：

依據當前快速道路可變限速控制區（2）以往的歷史交通流數據，確定快速道路可變限速控制區（2）的臨界占有率閾值o_C；

3#交通流檢測器（3-3）檢測到的當前周期快速道路可變限速控制區（2）的占有率o_vsl(k)；

若滿足o_vsl(k)＞o_C，判定當前快速道路可變限速控制區（2）車輛飽和，轉入第五步；

若滿足o_vsl(k)≤o_C，判定當前快速道路可變限速控制區（2）車輛未飽和，轉入第六步；

第五步：采用下列公式計算快速道路可變限速值：

vlimit(k)=vlimit(k-1)+KIII[β·o^b-ob(k)]]]>

其中，

v_limit(k)—當前周期快速道路可變限速值，單位：km/h；

v_limit(k-1)—上一周期快速道路可變限速值，單位：km/h；

K_III—控制算法的積分增益，取值范圍2-4；

β—控制系數，取值范圍0.5-2；

o_b(k)—當前周期快速道路瓶頸路段（4）占有率；

—快速道路瓶頸路段（4）發生道路通行能力下降時對應的占有率閾值；

將計算所得快速道路可變限速值通過路側可變信息牌（1）實時發布；

返回第四步判斷下一周期快速道路可變限速控制區（2）車輛是否飽和；

第六步：采用下列公式計算快速道路可變限速值：

v_limit(k)=v_free

其中，

v_free—快速道路自由流速度，單位為km/h；

將計算所得快速道路可變限速值通過路側可變限速牌實時發布，匝道信號控制燈（6）為綠色；

返回第二步判斷下一周期快速道路瓶頸路段（4）的道路通行能力是否突然下降。