一种面向突发事件的高速公路可变限速方法

1.本发明涉及智能交通管理控制技术领域，尤其是涉及一种面向突发事件的高速公路可变限速方法。


背景技术：

2.由于高速公路的封闭性，救援效率难以保证，常常需要1-2个小时才能完全处理好突发事件，而过低的救援效率常常导致事故上游的交通拥堵、排队蔓延，严重影响高速公路的通行效率。
3.另一方面，由于高速公路流量较大，一旦驾驶员驾驶行为不规范，尤其在发生交通突发事件后，若不能及时准确进行交通引导，必然会加重突发事件的交通拥堵程度。
4.现有的高速公路管控技术，大多对高速公路感知要求较高，往往需要全息感知环境，导致高速公路改造成本高，并且其算法不具备可拓展性，需要针对特定环境做出特定调整，难以方便可靠地应用于实际。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，能够有效缓解突发事件上游的拥堵蔓延，确保高速公路通畅运行。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，包括以下步骤：
7.s1、利用可变限速板将高速公路划分为多个不同区段；
8.s2、通过高速公路感知设备，实时获取各区段的流量数据；
9.s3、结合高速公路感知设备感知信息以及车辆上报信息，判断是否发生突发事件，若判断为是，则执行步骤s4，否则继续执行步骤s3；
10.s4、根据突发事件类型以及各区段的实时流量，判断是否需进行区段限速，若判断为是，则执行步骤s5，否则返回步骤s3；
11.s5、求解突发事件上游各区段的限速值；
12.s6、将步骤s5求解得到的限速值对应发送至各区段的可变限速板进行展示。
13.进一步地，所述步骤s1中，可变限速板设置于对应区段的起始位置。
14.进一步地，所述步骤s2和s3中高速公路感知设备包括但不限于摄像头、雷达。
15.进一步地，所述步骤s4具体包括以下步骤：
16.s41、根据突发事件类型，确定出相应的道路通行能力削弱因子；
17.s42、结合道路通行能力削弱因子以及高速公路的原始道路通行能力，计算突发事件发生位置的道路通行能力；
18.s43、若突发事件发生位置上游设定距离内，存在一个或多个区段的流量数据大于突发事件发生位置的道路通行能力，即存在一个或多个溢流区段，则执行步骤s5，否则返回
步骤s3。
19.进一步地，所述步骤s41中突发事件类型包括以下几种：
20.占用行车道类型，对应道路通行能力削弱因子为0.5；
21.影响行车道类型，对应道路通行能力削弱因子为0.9；
22.恶劣天气类型，对应道路通行能力削弱因子为0.8；
23.其他类型，对应道路通行能力削弱因子为1。
24.进一步地，所述占用行车道类型具体包括异常停车、车辆逆行、道路遗撒、机动车驶离、交通事故、火焰烟雾、异常低速、交通拥堵、交通阻塞、车辆倒车、施工区域、慢行车辆；
25.所述影响行车道类型具体包括行人闯入、非机动车闯入、异常摩托车、压实线、压黄线、占用应急车道；
26.所述恶类天气类型具体包括团雾、低能见度、路面结冰、恶劣气象、道路积雪；
27.所述其他类型具体包括危化品车、超速、变道。
28.进一步地，所述步骤s42中突发事件发生位置的道路通行能力具体为：
29.c
new
＝c
original
*α
30.其中，c
new
为突发事件发生位置的道路通行能力，c
original
为高速公路的原始道路通行能力，α为道路通行能力削弱因子。
31.进一步地，所述步骤s5具体包括以下步骤：
32.s51、以距离突发事件发生位置最近的溢流区段作为区段限速起始点，以突发事件发生位置所在区段作为区段限速终点，确定出限速控制区；
33.s52、以限速控制区内各区段的限速值作为优化变量，结合区段速度约束、速度递减约束以及突发事件持续时间约束，以各区段的速度成本和前后区段速度差成本最小作为目标函数，构建限速优化模型；
34.s53、通过求解限速优化模型，得到限速控制区内各区段对应的限速值。
35.进一步地，所述步骤s52中目标函数具体为：
[0036][0037]
其中，lengthi为i区段的长度，vi为i区段的限速值，s为限速控制区的起点所在区段编号，e为限速控制区的终点所在区段编号。
[0038]
进一步地，所述步骤s52中区段速度约束具体为：
[0039]vmin
≤vi≤v
max
[0040]
速度递减约束具体为：
[0041]vi+1
≤vi[0042]
突发事件持续时间约束具体为：
[0043][0044]
其中，v
max
、v
min
分别为设定的高速公路最大、最小速度，t为突发事件剩余持续时间。
[0045]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0046]
一、本发明利用可变限速板将高速公路划分为多个不同区段，再结合高速公路感知设备采集的数据信息以及车辆上报信息，通过判断是否发生突发事件、判断是否需进行区段限速、以及对突发事件上游各区段的限速值进行求解，并将求解得到的限速值对应发送至各区段的可变限速板进行展示。由此能够针对突发事件上游的区段进行限速引导控制，从而有效降低上游到达流量、延缓拥堵的迅速蔓延、确保高速公路通畅运行。
[0047]
二、本发明结合现有高速公路感知设备来采集各区段的流量数据及其他感知信息，以判断是否发生突发事件、判断是否需进行区段限速，在判断是否需进行区段限速时，通过设计对应不同突发事件类型的通行能力削弱因子，将区段流量数据与突发事件发生位置的道路通行能力进行比较，能够快速准确筛选出溢流区段。
[0048]
三、本发明在进行区段限速值求解时，首先确定出限速控制区；再以限速控制区内各区段的限速值作为优化变量，结合区段速度约束、速度递减约束以及突发事件持续时间约束，以各区段的速度成本和前后区段速度差成本最小作为目标函数，从而构建限速优化模型，确保了各区段限速值求解的准确性，通过降低各区段的速度，使得溢流区段的车辆在事件结束后到达瓶颈处。
附图说明
[0049]
图1为本发明的方法流程示意图；
[0050]
图2为实施例中高速公路区段划分示意图。
具体实施方式
[0051]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0052]
实施例
[0053]
如图1所示，一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，包括以下步骤：
[0054]
s1、利用可变限速板将高速公路划分为多个不同区段；
[0055]
s2、通过高速公路感知设备，实时获取各区段的流量数据；
[0056]
s3、结合高速公路感知设备感知信息以及车辆上报信息，判断是否发生突发事件，若判断为是，则执行步骤s4，否则继续执行步骤s3；
[0057]
s4、根据突发事件类型以及各区段的实时流量，判断是否需进行区段限速，若判断为是，则执行步骤s5，否则返回步骤s3；
[0058]
s5、求解突发事件上游各区段的限速值；
[0059]
s6、将步骤s5求解得到的限速值对应发送至各区段的可变限速板进行展示。
[0060]
本实施例应用上述技术方案，主要内容有：
[0061]
步骤一：针对给定的高速公路，通过可变限速板将道路划分为不同区段，使得每个区段的起始处都有一个可变限速板，如图2所示。
[0062]
步骤二：基于高速公路感知设备对每个区段的流量进行实时检测。
[0063]
步骤三：如果高速公路有突发事件发生，则进入步骤四。在判断是否有突发事件发生时，其信息来源包括：突发事件附近的车辆驾驶人上报、高速公路路侧设备感知(如摄像头、雷达等)。
[0064]
步骤四：根据突发事件类型和当前交通状态，判断是否需要进行区段限速。若需要
限速，则进入步骤五。
[0065]
具体的：
[0066]
首先根据突发事件类型，得到道路通行能力削弱因子α(如表1所示)。
[0067]
表1
[0068][0069]
之后根据高速公路设计标准，获取该高速公路的原始道路通行能力c
original
。再计算突发事件发生处的道路通行能力c
new
，计算方式如下：
[0070]cnew
＝c
original
*
[0071]
本实施例设置事件影响范围为50公里。若突发事件发生处上游50公里范围内的数个区段内，存在一个或数个区段的流量大于c
new
，则进入步骤五。这些流量大于c
new
的区段被称为溢流区段。
[0072]
步骤五：求解事件上游的各区段的限速，核心思路是通过降低各区段的速度，使得溢流区段的车辆在事件结束后到达瓶颈处。具体的：
[0073]
首先找到距离突发事件发生处最近的一个溢流区段，区段限速的起始点为该溢流区段，终点为突发事件所在区段。如图2所示，限速控制区的起始点为区段2、终点为区段4。
[0074]
之后，设length2和length3分别为区段2、区段3的长度；length4为区段4起点至事件发生点的长度；高速公路最大、最小速度分别为v
max
、v
min
；t为突发事件剩余持续时间。
[0075]
然后构造以下优化问题，优化变量为区段2-区段4的限速值，设为vi，其中，约束(1)考虑了每个区段的最大最小速度限制；约束(2)考虑了速度递降原则；约束(3)实现了溢流区段的车流在事件结束后到达瓶颈处：
[0076][0077]
s.t.
[0078]vmin
≤vi≤v
max
(1)
[0079]vi+1
≤vi(2)
[0080][0081]
通过求解上述优化问题，及得到区段2-区段4的道路限速值。
[0082]
步骤六：每个区段起点的可变限速板展示相应限速值，以执行各区段限速。
[0083]
综上可知，本技术方案以高速公路通畅运行为目标，通过设置事件发生点上游的区段限速，以有效降低上游到达流量，从而延缓拥堵的迅速蔓延。本技术方案创新性地提出了一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其思路简便、行之有效，能够有效缓解事件
上游的拥堵蔓延；同时算法简便有效，具有工程应用级别的计算效率，能有效降低运算负荷；可丰富高速公路管控手段，具有新颖性强、时效性高和容错性好等优点。

技术特征：
1.一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、利用可变限速板将高速公路划分为多个不同区段；s2、通过高速公路感知设备，实时获取各区段的流量数据；s3、结合高速公路感知设备感知信息以及车辆上报信息，判断是否发生突发事件，若判断为是，则执行步骤s4，否则继续执行步骤s3；s4、根据突发事件类型以及各区段的实时流量，判断是否需进行区段限速，若判断为是，则执行步骤s5，否则返回步骤s3；s5、求解突发事件上游各区段的限速值；s6、将步骤s5求解得到的限速值对应发送至各区段的可变限速板进行展示。2.根据权利要求1所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s1中，可变限速板设置于对应区段的起始位置。3.根据权利要求1所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s2和s3中高速公路感知设备包括但不限于摄像头、雷达。4.根据权利要求1所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括以下步骤：s41、根据突发事件类型，确定出相应的道路通行能力削弱因子；s42、结合道路通行能力削弱因子以及高速公路的原始道路通行能力，计算突发事件发生位置的道路通行能力；s43、若突发事件发生位置上游设定距离内，存在一个或多个区段的流量数据大于突发事件发生位置的道路通行能力，即存在一个或多个溢流区段，则执行步骤s5，否则返回步骤s3。5.根据权利要求4所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s41中突发事件类型包括以下几种：占用行车道类型，对应道路通行能力削弱因子为0.5；影响行车道类型，对应道路通行能力削弱因子为0.9；恶劣天气类型，对应道路通行能力削弱因子为0.8；其他类型，对应道路通行能力削弱因子为1。6.根据权利要求5所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述占用行车道类型具体包括异常停车、车辆逆行、道路遗撒、机动车驶离、交通事故、火焰烟雾、异常低速、交通拥堵、交通阻塞、车辆倒车、施工区域、慢行车辆；所述影响行车道类型具体包括行人闯入、非机动车闯入、异常摩托车、压实线、压黄线、占用应急车道；所述恶类天气类型具体包括团雾、低能见度、路面结冰、恶劣气象、道路积雪；所述其他类型具体包括危化品车、超速、变道。7.根据权利要求5所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s42中突发事件发生位置的道路通行能力具体为：c
new
＝c
original
*α其中，c
new
为突发事件发生位置的道路通行能力，c
original
为高速公路的原始道路通行能力，α为道路通行能力削弱因子。
8.根据权利要求4所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s5具体包括以下步骤：s51、以距离突发事件发生位置最近的溢流区段作为区段限速起始点，以突发事件发生位置所在区段作为区段限速终点，确定出限速控制区；s52、以限速控制区内各区段的限速值作为优化变量，结合区段速度约束、速度递减约束以及突发事件持续时间约束，以各区段的速度成本和前后区段速度差成本最小作为目标函数，构建限速优化模型；s53、通过求解限速优化模型，得到限速控制区内各区段对应的限速值。9.根据权利要求8所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s52中目标函数具体为：其中，length
i
为i区段的长度，v
i
为i区段的限速值，s为限速控制区的起点所在区段编号，e为限速控制区的终点所在区段编号。10.根据权利要求9所述的一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，其特征在于，所述步骤s52中区段速度约束具体为：v
min
≤v
i
≤v
max
速度递减约束具体为：v
i+1
≤v
i
突发事件持续时间约束具体为：其中，v
max
、v
min
分别为设定的高速公路最大、最小速度，t为突发事件剩余持续时间。

技术总结
本发明涉及一种面向突发事件的高速公路可变限速方法，包括：利用可变限速板将高速公路划分为多个不同区段；通过高速公路感知设备，实时获取各区段的流量数据；结合高速公路感知设备感知信息以及车辆上报信息，判断是否发生突发事件，若判断为是，则根据突发事件类型以及各区段的实时流量，进一步判断是否需进行区段限速，若判断为是，则求解突发事件上游各区段的限速值、并将限速值对应发送至各区段的可变限速板进行展示。与现有技术相比，本发明通过设置突发事件发生点上游的区段限速，能有效降低上游到达流量，从而延缓拥堵的迅速蔓延，能丰富高速公路管控手段，对驾驶人员进行及时有效的引导限速，具有新颖性强、时效性高和容错性好等优点。和容错性好等优点。和容错性好等优点。


技术研发人员：胡笳 冯永威 王浩然 杜豫川
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/6/14