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申请/专利权人：华南理工大学;广州通辉交通科技有限责任公司;广州现代产业技术研究院

摘要：本发明公开了高速公路事故瓶颈下可变限速与入口收费站协同控制方法，包括以下步骤：获取高速公路、收费站、入口匝道和交通事故的静态和实时动态数据；根据交通事故场景、主线与入口匝道交通状态，判定是否满足协同控制的实施条件；满足条件下，实施高速公路事故瓶颈下可变限速与入口收费站协同控制；判定是否满足结束控制条件；满足条件下结束控制，否则下发可变限速控制方案和入口收费站控制方案。本发明根据事故瓶颈区域的交通状态，周期性调整主线路段限速值和入口收费站控制方案，最大限度地缓解事故引发的交通拥堵状况，为高速公路交通事故下的主线与匝道车辆控制提供了新方法。

主权项：1.高速公路事故瓶颈下可变限速与入口收费站协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.获取高速公路、收费站、入口匝道和交通事故的静态数据和实时动态数据；S2.根据事故与上游入口匝道的位置关系，对交通事故场景进行判别；S3.根据主线交通流量、入口匝道流量和事故瓶颈通行能力，对主线与入口匝道交通状态进行判别；S4.根据交通事故场景、主线与入口匝道交通状态，判定是否满足协同控制的实施条件；S5.满足协同控制的实施条件时，实施高速公路事故瓶颈下可变限速与入口收费站协同控制；所述高速公路事故瓶颈下可变限速与入口收费站协同控制，包括可变限速控制模型和入口收费站控制模型，可变限速控制模型包括VSL核心段位置确定、VSL核心段限速控制以及分级限速控制三个模块，输出VSL区域的可变限速；入口收费站控制模型包括收费站控制率计算模块和收费站通道控制模块，输出收费通道开放数量和栏杆机抬杆频率，从而得到可变限速控制方案和入口收费站控制方案；入口收费站控制模型中的收费站控制率计算模块的计算步骤包括：进行交通状态预测，包括：交通状态预测是在METANET模型上进行修正，修正后k+1时刻路段i的交通速度为 式中，τ为反应时间参数；υ为预期项参数；κ为常量参数；vik为k时刻路段i的速度；ρik为k时刻路段i的交通密度；V[ρik]为交通密度ρik下对应的交通速度；Li为路段i的长度；V[ρik]由可变限速控制的限速值决定，在VSL核心段计算公式为：V[bk]＝vf,ibk4式中，vf,i为路段i的自由流速度；V[bk]为VSL核心段限速控制速率bk下对应的限速值；在VSL核心段上游减速区域以及下游加速区域中，V[ρik]为分级加速、分级减速区域所对应路段i的限速值；考虑入口匝道流量和出口匝道流量，对METANET模型的密度公式进行修正，修正后计算公式为： 式中，ρik+1为k+1时刻路段i的交通密度预测值；λi为路段i的主线车道数，rm,ik为k时刻路段i的入口匝道流量，如果路段i没有入口匝道，则rm,ik＝0；sik为k时刻路段i的出口匝道流量，如果路段i没有出口匝道，则sik＝0；qik为k时刻路段i的交通流量；对瓶颈路段引入元胞传输模型，对路段边界流量进行约束，在可变限速与入口收费站协同控制下，路段i的交通流量约束公式为： 式中，ωi+1为路段i+1的冲击波波速；λi+1为路段i+1的主线车道数；ρJam,i+1为路段i+1的阻塞密度；QiVSL为在可变限速控制下路段i的最大交通流量；在实施可变限速控制后，上游车流状态由高速度低密度演变为低速度高密度的可控状态，因此路段i的最大交通量QiVSL计算公式为：QiVSLk＝ρiVSLVik7式中，Vik为k时刻路段i的可变限速值；ρiVSL为路段i在实施可变限速控制下的临界密度；另外，收费站的控制目标是主线上总行程时间和收费站总等待时间的加权和最小，收费站控制率计算模型为： 式中，j为预测范围内的离散时间索引；Np为时间步长T的数量；α为加权因子；rik为k时刻路段i的收费站控制率；rmin,i为收费站最小控制率；rmax,i为收费站最大控制率；Hik为收费站排队长度；H′ik为匝道排队长度；Hcap为收费广场能容纳的最大车辆数；H′cap为匝道能容纳的最大车辆数；A为匝道可容纳最大车辆数的比例系数；B为收费广场可容纳最大车辆数的比例系数；入口匝道排队长度H′ik由下式计算：H′ik+1＝H′ik+T[rik-rm,ik]9式中，rm,ik为k时刻路段i的入口匝道流量，当H′ik＝0时，rik＝rm,ik；入口收费站排队长度Hik由下式计算：Hik+1＝Hik+T[dik-rik]10式中，dik为k时刻入口收费站的交通需求；求解收费站控制率计算模型，得到收费站最优控制率根据收费站最优控制率和控制步长T，综合考虑入口收费站通道的数量、收费站通道的开闭、收费站栏杆机的抬杆频率限值，计算收费通道开放数量和栏杆机抬杆频率值；控制步长T内，收费站释放的车辆数Nk为 控制步长T内，收费站每条通道的释放车辆数N'k为 式中，M为入口收费站的通道数量，m为收费通道关闭的数量，M-m为收费通道开放数量，根据N'k≥1的限制条件，求出收费通道开放数量的最大值；规定一杆一车，则通道的抬杆频率为： T'k≥t14式中，t为收费站栏杆机的抬落杆所需要时长；S6.判定是否满足结束控制条件；S7.不满足结束控制条件下，下发可变限速控制方案和入口收费站控制方案，实施主线限速和入口收费站控制。

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