高速公路多断面交通状态反馈的匝道收费站车道管控方法与流程

1.本发明涉及交通管控技术领域，尤其涉及一种高速公路多断面交通状态反馈的匝道收费站车道管控方法。


背景技术：

2.收费站是用来对通行车辆收取通行费用的设施。高速公路收费站按照设立的位置可分为主线收费站和匝道收费站。主线收费站指设在主线上的收费站，收费卡门设在高速公路主线上。匝道收费站指设置在匝道上或者联络线上的收费站，收费卡门设在互通式立交的进出匝道上。收费站是高速公路交通流的瓶颈，其通行能力的大小直接影响到高速公路交通流的运行状况。
3.现有技术中，对收费站车道控制如授权公告号为cn202010116558.1公开的一种收费站车道控制方法及系统，包括在收费站前设置车辆检测道路、并获取车头开始进入到车辆检测道路内的车辆车牌号数据；根据车牌号数据获取车辆的etc办理信息以得知进入车辆检测道路内车辆的etc装载情况、并统计车辆检测道路内未装载etc的车辆数量；预设有进入车辆检测道路后未装载etc车辆数量阈值；于统计的车辆检测道路内未装载etc的车辆数量达到未装载etc车辆数量阈值时，切换etc车道至人工车道但保留至少一条etc车道。
4.上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述收费站可提高车辆通过收费站的效率，但是上述技术方法未综合考虑主线和收费站区域的整体效率。当主线流量较大发生拥堵时，若在通过收费站进入较多的车辆会增加主线的拥堵，综合考虑主线和收费站区域的整体效率可能会降低，不能达到整体最优。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高速公路多断面交通状态反馈的匝道收费站车道管控方法，以解决现有方法未考虑主线和收费站区域的整体效率，不能达到整体最优的问题。
6.基于上述目的，本发明提供了一种高速公路多断面交通状态反馈的匝道收费站车道管控方法，包括：
7.a、确定管控时刻t和管控周期δt；
8.b、获取t-δt时刻高速公路匝道收费站mtc和etc开放数量；
9.c、在合流处下游确定选取的断面数量及位置，并获取管控时刻t的断面密度；
10.d、确定下游每个断面的期望密度和期望速度，确定收费站控制排队车辆数量；
11.e、判断上游是否稳定，若稳定，则采用上游稳定的多断面交通状态反馈管控模型计算收费站在t时刻下一管控周期δt内的调节流量；
12.若不稳定，则采用上游变化的多断面交通状态反馈管控模型计算收费站在t时刻下一管控周期δt内的调节流量；
13.f、获取收费站每条车道的通行能力，计算不同车道开放时匝道收费站的通行能
力；
14.g、将计算得到的调控流量与收费站开放不同通道时收费站的通行能力进行对比，在管控时刻选择调控流量小于通行能力且最接近通行能力的车道设置情况开放其对应的车道；
15.h、将管控时刻t更新为上一管控时刻加上管控周期的时刻t δt，返回步骤b。
16.优选地，在合流处下游确定选取的断面数量及位置包括：
17.根据历史拥堵数据，选取多个易发生拥堵的断面位置。
18.优选地，步骤e中，所述上游稳定的多断面交通状态反馈管控模型为：
[0019][0020]
其中，q
i,t
为收费站i在t时刻下一δt管控周期内调节车流量，t＝1,2,3,
…
；δt为管控周期时长；q
i,t-δt
为第t时刻上一时段基础流入量；k
i,t
为t时刻收费站i调控方向的检测路段密度；k
crt,i
为收费站i调控方向对应的期望路段交通密度；v
crt,i,j
为为收费站i调控方向对应断面j的期望速度；m为排队超限惩罚项；l
i,control
为设定的收费站i控制排队长度辆，l
i,t
为收费站i在t时刻的排队长度辆。
[0021]
优选地，步骤e中，所述上游变化的多断面交通状态反馈管控模型为：
[0022][0023]
其中，q
i,t
为收费站i在t时刻下一δt管控周期内调节车流量，t＝1,2,3,
…
；δt为管控周期时长；q
i,t-δt
为第t时刻上一时段基础流入量；k
i,t
为t时刻收费站i调控方向的检测路段密度；k
crt,i
为收费站i调控方向对应的期望路段交通密度；v
crt,i,j
为为收费站i调控方向对应断面j的期望速度；m为排队超限惩罚项；l
i,control
为设定的收费站i控制排队长度辆，l
i,t
为收费站i在t时刻的排队长度辆；q
i,t,m
为t时刻收费站i上游断面实测流量，q
i,t-δt,m
为t-δt时刻收费站i上游断面实测流量。
[0024]
优选地，步骤f中，不同车道开放时匝道收费站的通行能力为：
[0025][0026]
其中，k是etc车道的数量；l是mtc车道的数；μ是etc车道数的比例；是etc车道i的通行能力；是mtc车道j的通行能力。
[0027]
优选地，步骤g中，车道开放数量的规则满足：
[0028][0029]
其中，m为etc车道的开放数量,n为mtc车道的开放数量，q
i，t
为收费站i在t时刻下一δt管控周期内调节车流量。
[0030]
本发明的有益效果：本方法考虑高速公路主线多断面交通状态反馈调节收费站开放通道数，并将收费站排队长度考虑在内，实现高速公路主线车辆和高速公路通过收费站进入主线的车辆的整体通行效率的提升，通过管控收费站车道可能导致车辆在收费站入口区域的延误增加，但是可减缓车辆进入主线，从而提高主线车辆的通行效率。由于主线车辆远大于匝道车辆，整体上区域的交通效率提高。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1为本发明实施例的匝道收费站车道管控方法流程示意图；
[0033]
图2为本发明实施例的在vissim中构建路网以及搭建场景进行仿真实验得到的平均延误图。
具体实施方式
[0034]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
[0035]
需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0036]
如图1、图2所示，本说明书实施例提供一种高速公路多断面交通状态反馈的匝道收费站车道管控方法，包括以下步骤：
[0037]
a、确定管控时刻t和管控周期δt；
[0038]
b、获取t-δt时刻高速公路匝道收费站mtc和etc开放数量；
[0039]
例如某高速公路匝道收费站etc车道数量为3，mtc车道数量为1，管控前所有车道
均处于开放状态；
[0040]
c、在合流处下游确定选取的断面数量及位置，并获取管控时刻t的断面密度；
[0041]
如根据历史拥堵数据，选择3个容易发生拥堵的断面设置检测器，检测器可设置在收费站广场；
[0042]
d、确定下游每个断面的期望密度和期望速度，确定收费站控制排队车辆数量；
[0043]
e、判断上游是否稳定，若稳定，则采用上游稳定的多断面交通状态反馈管控模型计算收费站在t时刻下一管控周期δt内的调节流量；
[0044]
若不稳定，则采用上游变化的多断面交通状态反馈管控模型计算收费站在t时刻下一管控周期δt内的调节流量；
[0045]
举例来说，上游稳定的多断面交通状态反馈管控模型为：
[0046][0047]
其中，q
i,t
为收费站i在t时刻下一δt管控周期内调节车流量，t＝1,2,3,
…
；δt为管控周期时长；q
i,t-δt
为第t时刻上一时段基础流入量；k
i,t
为t时刻收费站i调控方向的检测路段密度；k
crt,i
为收费站i调控方向对应的期望路段交通密度；v
crt,i,j
为为收费站i调控方向对应断面j的期望速度；m为排队超限惩罚项；l
i,control
为设定的收费站i控制排队长度辆，l
i,t
为收费站i在t时刻的排队长度辆。
[0048]
上游变化的多断面交通状态反馈管控模型为：
[0049][0050]
其中，q
i,t
为收费站i在t时刻下一δt管控周期内调节车流量，t＝1,2,3,
…
；δt为管控周期时长；q
i,t-δt
为第t时刻上一时段基础流入量；k
i,t
为t时刻收费站i调控方向的检测路段密度；k
crt,i
为收费站i调控方向对应的期望路段交通密度；v
crt,i,j
为为收费站i调控方向对应断面j的期望速度；m为排队超限惩罚项；l
i,control
为设定的收费站i控制排队长度辆，l
i,t
为收费站i在t时刻的排队长度辆；q
i,t,m
为t时刻收费站i上游断面实测流量，q
i,t-δt,m
为t-δt时刻收费站i上游断面实测流量。
[0051]
f、获取收费站每条车道的通行能力，计算不同车道开放时匝道收费站的通行能力，至少开放1个mtc车道和1个etc车道。
[0052]
举例来说，不同车道开放时匝道收费站的通行能力为：
[0053][0054]
其中，k是etc车道的数量；l是mtc车道的数；μ是etc车道数的比例；是etc车道i的通行能力；是mtc车道j的通行能力。
[0055]
g、将计算得到的调控流量与收费站开放不同通道时收费站的通行能力进行对比，在管控时刻选择调控流量小于通行能力且最接近通行能力的车道设置情况开放其对应的
车道；
[0056]
举例来说，当q
i，t-q
i，t-δt
＜0或者q
i，t-q
i，t-δt
≥0并且收费站的所有车道没有全部打开时，车道开放数量的规则满足：
[0057][0058]
其中，m为etc车道的开放数量,n为mtc车道的开放数量，q
i，t
为收费站i在t时刻下一δt管控周期内调节车流量，当q
i，t-q
i，t-δt
≥0并且所有车道处于开放状态时，管控时所有车道仍处于开放状态。
[0059]
h、将管控时刻t更新为上一管控时刻加上管控周期的时刻t δt，返回步骤b。
[0060]
本说明书实施例通过高速公路多断面交通状态反馈的匝道收费站车道管控方法，考虑高速公路主线多断面交通状态反馈调节收费站开放通道数，并将收费站排队长度考虑在内，实现高速公路主线车辆和高速公路通过收费站进入主线的车辆的整体通行效率的提升，通过管控收费站车道可能导致车辆在收费站入口区域的延误增加，但是可减缓车辆进入主线，从而提高主线车辆的通行效率。由于主线车辆远大于匝道车辆，所以，整体来看，整个区域的交通效率提高。
[0061]
以上控制方法以浙江省甬台温高速公路塘下收费站为原型，在vissim中构建路网以及搭建场景进行仿真实验，通过仿真得到平均延误的情况如图2所示。其中场景1为上游稳定的多断面不控制场景，场景2为上游稳定多断面控制场景，场景3为上游不稳定的多断面不控制场景，场景4为上游不稳定的多断面控制场景，可见，在通过本方法进行管控的场景中，平均延误得到了有效的控制。
[0062]
对只考虑下游多断面情况可提高整体通行效率的主线与收费站流量组合进行vissim仿真探索，按照本技术方案进行管控后整体的平均延误变化情况如表1所示，(3500,600:3800,1200)部分为适合进行管控的流量组合。
[0063][0064]
表1
[0065]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0066]
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。