專利名稱：消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，根據(jù)當(dāng)前交通流運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)控制主線收費(fèi)口車輛通過率，屬于交通管理與智能交通技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近二十年來，我國高速公路建設(shè)得到飛速發(fā)展，2011年底我國高速公路總里程達(dá)到8.5萬公里，穩(wěn)居世界第二位。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民收入的增加，我國機(jī)動(dòng)化水平發(fā)展迅猛，機(jī)動(dòng)車保有量迅速增加，截止2011年底，全國機(jī)動(dòng)車保有量為2.25億輛，其中汽車1.06億輛；全國機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)诉_(dá)2.36億人。隨著高速公路發(fā)展與機(jī)動(dòng)車數(shù)量增長，高速公路交通需求迅速增加，高速公路不再是“高速、安全”的代名詞。高速公路交通需求大于通行能力時(shí)，導(dǎo)致高速公路交通擁堵頻發(fā)，不僅降低了高速公路通行效率，而且增加了車輛之間沖突與摩擦。因此，如何采用智能交通技術(shù)來緩解我國高速公路潛在交通瓶頸附近交通擁堵，預(yù)防交通擁堵生成與傳播，成為我國高速公路交通管理實(shí)踐中亟待解決的重要問題。我國高速公路主線上普遍設(shè)有收費(fèi)站，上游到達(dá)車輛可以根據(jù)具體情況來選擇通行的收費(fèi)口，繳費(fèi)后車輛匯入高速公路下游主線繼續(xù)通行。由于交通需求較大，當(dāng)收費(fèi)口通過的車輛率大于下游主線通行能力時(shí)，導(dǎo)致車輛在進(jìn)入高速公路下游主線位置時(shí)與其他車輛間沖突與摩擦加劇，導(dǎo)致交通擁堵及排隊(duì)現(xiàn)象生成，且排隊(duì)車輛的消散率低于正常非擁堵時(shí)候通行能力。近年來，隨著高速公路智能收費(fèi)系統(tǒng)(ETC)的普及，單個(gè)收費(fèi)口車輛通行率明顯提高；節(jié)假日高速公路免費(fèi)通行的交通政策發(fā)布后，單個(gè)收費(fèi)口車輛通過率大幅提高，進(jìn)一步加劇了收費(fèi)站下游高速公路主線的交通擁堵。交通擁堵生成后產(chǎn)生一系列負(fù)面效果，使得高速公路并沒有充分發(fā)揮其通行能力，降低了高速公路基礎(chǔ)設(shè)施的使用水平。本發(fā)明提出了旨在消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，可根據(jù)交通流運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)控制收費(fèi)站最優(yōu)通過車輛數(shù)，避免交通擁堵生成，充分發(fā)揮高速公路通行能力。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:通過自動(dòng)檢測高速公路交通流運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)節(jié)高速公路主線收費(fèi)口車輛通過率維持在最優(yōu)水平，從而避免下游主線位置交通擁堵生成及通行能力下降，提高高速公路車輛通行效率?？朔F(xiàn)有高速公路主線收費(fèi)口車輛通過率無法自動(dòng)調(diào)控從而導(dǎo)致交通擁堵的缺陷。本發(fā)明提供一種消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法。技術(shù)方案:一種消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，包括如下步驟:(I)采集收費(fèi)站下游主線入口位置實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)，來判斷當(dāng)前時(shí)刻交通流運(yùn)行狀態(tài)。(2)根據(jù)歷史交通流數(shù)據(jù)來判斷維持下游主線交通流運(yùn)行狀態(tài)在通行能力時(shí)的占有率閾值。
(3)根據(jù)下游主線入口位置實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)，采用積分控制算法自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前每個(gè)收費(fèi)口最優(yōu)車輛通過率。(4)計(jì)算單個(gè)收費(fèi)口起落桿最優(yōu)控制周期，根據(jù)步驟(3)計(jì)算出的單個(gè)收費(fèi)口最優(yōu)車輛通過率，計(jì)算起落桿最優(yōu)控制周期。(5)完成當(dāng)前起落桿控制周期內(nèi)收費(fèi)口車輛通過率最優(yōu)化控制之后，進(jìn)入下一個(gè)周期之內(nèi)，重復(fù)步驟(3)至步驟(4)的過程檢測下一周期內(nèi)交通流占有率閾值，由積分控制算法自動(dòng)計(jì)算下一周期內(nèi)各收費(fèi)口最優(yōu)車輛通過率，并計(jì)算單個(gè)收費(fèi)口起落桿最優(yōu)控制周期，從而完成下一個(gè)周期的收費(fèi)口車輛通過率的最優(yōu)化控制。該控制方法隨著時(shí)間的推移而不斷調(diào)節(jié)車輛通過率，可以使主線下游入口位置交通保持暢通，避免交通擁堵出現(xiàn)，防止通行能力下降。所述步驟I中，通過設(shè)置在下游主線入口出的第一檢測器以及設(shè)在下游主線的下游的第二檢測器，采集收費(fèi)站下游主線入口位置實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前時(shí)刻交通流運(yùn)行狀態(tài)；所述第一檢測器和第二檢測器檢測各個(gè)車道上每30秒的交通流速度、流量、占有率數(shù)據(jù)，并自動(dòng)將檢測到的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。所述步驟2中，根據(jù)歷史交通流數(shù)據(jù)繪制重采樣的斜累計(jì)車輛數(shù)隨時(shí)間變化圖，以及第一檢測器和第二檢測器位置處占有率隨時(shí)間變化圖。為了確保當(dāng)前擁堵生成位置為收費(fèi)站下游主線入口，需要確保第一檢測器位置處占有率大幅提升同時(shí)第二檢測器位置處占有率保持現(xiàn)狀。斜累計(jì)車輛數(shù)隨時(shí)間變化圖中的拐點(diǎn)即表明通行能力下降產(chǎn)生，確定為通行能力下降的時(shí)刻。占有率隨時(shí)間變化圖中可以鑒別通行能力下降時(shí)刻的占有率值作為占有率閾值，之后占有率大幅提升，表示交通擁堵生成，排隊(duì)現(xiàn)象出現(xiàn)。根據(jù)歷史交通流數(shù)據(jù)，如果要維持主線交通流處于最大通過能力水平，需要維持占有率在閾值附近，將該占有率閾值作為收費(fèi)口最優(yōu)車輛通過率的計(jì)算根據(jù)。所述步驟3中，所述積分控制算法為
權(quán)利要求
1.一種消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)采集收費(fèi)站下游主線入口位置實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)，來判斷當(dāng)前時(shí)刻交通流運(yùn)行狀態(tài)； (2)根據(jù)歷史交通流數(shù)據(jù)來判斷維持下游主線交通流運(yùn)行狀態(tài)在通行能力時(shí)的占有率閾值； (3)根據(jù)下游主線入口位置實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)，采用積分控制算法自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前每個(gè)收費(fèi)口最優(yōu)車輛通過率； (4)計(jì)算單個(gè)收費(fèi)口起落桿最優(yōu)控制周期，根據(jù)步驟(3)計(jì)算出的單個(gè)收費(fèi)口最優(yōu)車輛通過率，計(jì)算起落桿最優(yōu)控制周期； (5)完成當(dāng)前起落桿控制周期內(nèi)收費(fèi)口車輛通過率最優(yōu)化控制之后，進(jìn)入下一個(gè)周期之內(nèi)，重復(fù)步驟⑶至步驟⑷的過程檢測下一周期內(nèi)交通流占有率閾值，由積分控制算法自動(dòng)計(jì)算下一周期內(nèi)各收費(fèi)口最優(yōu)車輛通過率，并計(jì)算單個(gè)收費(fèi)口起落桿最優(yōu)控制周期，從而完成下一個(gè)周期的收費(fèi)口車輛通過率的最優(yōu)化控制。
2.如權(quán)利要求1所述的消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，其特征在于，所述步驟I中，通過設(shè)置在下游主線入口出的第一檢測器以及設(shè)在下游主線的下游的第二檢測器，采集收費(fèi)站下游主線入口位置實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前時(shí)刻交通流運(yùn)行狀態(tài)；所述第一檢測器和第二檢測器檢 測各個(gè)車道上每30秒的交通流速度、流量、占有率數(shù)據(jù)，并自動(dòng)將檢測到的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。
3.如權(quán)利要求1所述的消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，其特征在于，所述步驟2中，根據(jù)歷史交通流數(shù)據(jù)繪制重采樣的斜累計(jì)車輛數(shù)隨時(shí)間變化圖，以及第一檢測器和第二檢測器位置處占有率隨時(shí)間變化圖；將所述斜累計(jì)車輛數(shù)隨時(shí)間變化圖中的拐點(diǎn)確定為通行能力下降的時(shí)刻，占有率隨時(shí)間變化圖中將通行能力下降時(shí)刻的占有率值作為占有率閾值，之后占有率大幅提升，表示交通擁堵生成，排隊(duì)現(xiàn)象出現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，其特征在于，所述步驟3中，所述積分控制算法為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消除交通擁堵的高速公路主線收費(fèi)站通過流量控制方法，首先通過高速公路主線收費(fèi)站下游路段設(shè)置的交通流檢測器自動(dòng)獲取實(shí)時(shí)占有率值，通過占有率來判斷當(dāng)前下游主線入口處交通流運(yùn)行狀態(tài)是否過飽和，通過控制算法自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前各收費(fèi)口的車輛通過率，并自動(dòng)控制起落桿周期，以避免收費(fèi)口通過車輛率過高導(dǎo)致主線下游生成交通擁堵，從而降低車輛通過流率及高速公路通行效率。本發(fā)明克服了高速公路主線收費(fèi)口通過車輛率過高導(dǎo)致下游交通擁堵的缺陷，可以通過自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)高速公路主線通行效率最大化，其控制方法較易實(shí)施，具有廣泛的應(yīng)用范圍和良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G08G1/00GK103150894SQ20131004082
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李志斌, 劉攀, 王煒, 徐鋮鋮 申請人:東南大學(xué)