[发明专利]城市快速路入口匝道柔性控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于快速路交通控制领域，具体涉及一种城市快速路入口匝道控制方法。    

背景技术

快速路系统在大城市交通中起着主骨架路网的作用，保障快速路系统的高效运行一直是交通管理部门重中之重的工作。

入口匝道是城市快速路连续交通流和地面道路间断流转换的“咽喉”。因此，入口匝道控制一般被认为是最有效的一种缓解快速路拥挤的交通控制形式。城市快速路入口匝道控制是指通过调节汇入主线的车流量，达到减少快速路主线交通拥堵，提升整体使用性能的目的。北京、上海等大城市相继开展了快速路入口匝道控制。

目前，入口匝道控制方式主要包括定时控制、单点反应式控制、协调反应式控制。定时控制是根据历史数据确定固定的匝道汇入率；单点反应式控制则是根据匝道附近的交通参数检测结果实时确定匝道汇入率，如经典的ALINEA控制； 协调反应式控制算法需要考虑多个入口匝道间的协调，此类算法的特点是具有较好的理论背景，但求解较复杂，参数标定较困难，实施难度也较大。

虽然目前国内外快速路入口匝道控制方法很多，但是这些控制方法的核心是确定匝道的汇入率，亦即控制单位时间的匝道汇入车辆数。车辆在匝道处的行驶过程是根据匝道信号灯色判断“停”还是“行”：如果是红灯，驶入匝道的车辆需在停车线前等待，绿灯时重新启动汇入主线；如果是绿灯，车辆直接驶入主线。

然而我国的城市快速路系统很大一部分是高架快速路，因此入口匝道一般为上坡道，目前通过信号灯进行匝道控制存在如下的关键问题：

1）车辆在匝道处停车，引起匝道通行能力较大损失，并使得车辆油耗和排放的过度增加

车辆停车会使得部分驾驶员加大油门爬坡；部分驾驶员则通过离合控制缓慢爬坡（特别是手动挡驾驶员）。由此造成车辆启动损失大为增加，匝道通行能力降低；同时车辆的油耗和排放增加。

2）车辆在匝道处停车造成匝道交通流安全性降低

一方面，由于车辆在坡道处起步，车辆会出现溜坡等行为，造成前后车的碰擦；另一方面，由于车辆的启动速度不同，造成车辆之间的车头间距均匀不一，极易诱发冒险性驾驶员车辆的换道行为，进而增加车辆之间相互碰撞的概率。

3）车辆的脉冲特征使得匝道控制效益大打折扣

不同于高速公路，城市快速路匝道间距很小，且匝道接地处与地面交叉口距离很近，因此驶入匝道的车流受上游信号灯的控制，汇入车流具有极强的脉冲特征。传统的匝道控制算法很难实时响应这种动态脉冲特征，使得匝道控制效益大打折扣。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种城市快速路入口匝道柔性控制系统及方法，通过实时、柔性的控制手段使车辆可不停车汇入主线。

为此，本发明采用以下技术方案： 

城市快速路入口匝道柔性控制系统，它包括：

设于快速路主线上相对于入口匝道上游处的上游交通流运行参数检测器；

设于快速路主线上相对于入口匝道下游处的下游交通流运行参数检测器；

设于入口匝道上的若干交通管理装置；

控制交通管理装置运作的控制中心；

分析处理装置，包括储存有各交通管理装置与匝道汇入率的对应信息的数据库，分析处理装置根据上、下游检测器的检测数据计算出匝道的汇入率，并查询数据库得到匹配的交通管理装置信息，再将该信息发送至控制中心。

作为对上述技术方案的完善和补充，本发明进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：

所述的交通管理装置包括动态限速装置、物理减速装置、物理增加车头时距装置。

所述的入口匝道上设有电子警察系统。

对应上述的控制系统本发明进一步提出一种城市快速路入口匝道柔性控制方法，包括以下步骤：

1）根据预控制匝道处的实际交通流以及道路几何线形情况，通过已有匝道汇入实证数据、微观仿真或实地实验获得各交通管理装置组合可得到的匝道汇入率，将其整理成各交通管理装置与匝道汇入率的对应信息，存入数据库；

2）分别在快速路主线上相对于入口匝道的上、下游布设检测器，检测交通流运行参数；

3）根据上下游检测器检测的交通流运行参数，按照传统的匝道信号控制方法（如定时控制、ALINEA控制等）计算匝道汇入率；

4）根据动态计算的匝道汇入率，查询数据库中不同交通管理装置组合可得到的匝道汇入率，进行匹配；

5）根据查询到的交通管理装置组合，在匝道处启动这些交通管理装置组合，达到控制目的。