[发明专利]多车道高速公路最外侧车道封闭条件下交通信号控制方法

说明书

技术领域

本发明属于公路交通运行与组织技术及交通控制领域，具体涉及一种多车道高速公路最外侧车道封闭条件下交通信号控制方法。

背景技术

高速公路属于高等级公路，指的是能适应年平均昼夜小客车交通量为25000辆以上、专供汽车分道高速行驶、并全部控制出入的公路。随着我国社会经济的高速发展，高速公路也在其中越来越扮演着重要作用。在2013年6月20日，交通运输部在《国家公路网规划(2013年-2030年)》里进一步完善了我国的国家高速公路网，在西部增加了两条南北纵线，形成了7条首都放射线、11条南北纵线和18条东西横线组成的“71118”网，规划总里程从8.5万公里增加至11.8万公里。一方面，在中西部仍需要新建或者改建多条高速公路；另一方面，已建成的部分高速公路由于交通量的快速增长，使得部分高速公路的路面条件以及交通设施都不同程度的遭到了破坏，亟待对高速公路进行扩建。当前，全国有多地正在进行或者计划进行高速公路的改扩建工程。然而，由于“重工程设计，轻交通设计”的思想严重，在改扩建工程设计中对交通组织设计研究得很不够，致使在施工过程中交通组织无序、交通疏导盲目，经常造成长时间交通拥堵等被动局面。为此，在高速公路进行施工时，对施工区域附近的交通组织显得格外重要，若交通组织不力，会影响道路使用者的安全、增加交通延误。

通常而言，在进行高速公路的改扩建工程时，往往都是封闭最外侧的一个车道，供高速公路施工所使用。由于一个车道的封闭施工，使得上游行驶的在该车道的车辆不得不换道至其他车道行驶，这样就产生了车辆的合流和交织行为。同时，施工区域也是一个交通的瓶颈区域，如果不进行合理有效的交通组织，在该区域较为容易产生交通拥堵。可以认为，高速行驶的车辆在自由交织过程中，一定是存在着巨大的交通安全隐患。此外，因施工而受阻的车辆在通行时，需等到其左侧的车道存在较大的可穿越空隙才能进行通行，降低了车辆的通行效率的同时也增加了交通拥堵发生的概率。

经过发明人的长期的研究发现，在多车道高速公路最外侧车道封闭施工条件下，通过有效的信号控制，对车辆进行通行权分配，可以很好的解决交通流运行 的合流和交织行为，大大降低交通事故发生的概率。此外，在美国和韩国，也有学者在进行高速公路在车道封闭施工条件下的信号控制问题，并且取得了一些成果，如Ning Yang等人在《Simulation-Based Study on a Lane-Based Signal System for Merge Control at Freeway Work Zones》论文中提出的适用于双向四车道的LBSM控制系统。但是之前的研究仅仅针对了双向四车道的高速公路，并没有办法将该方法直接移植至多车道的高速公路上，特别是移植至一些单向车道数为奇数的高速公路系统。此外，对于如何在有信号控制条件下时进行交通组织，以往的研究本没有涉及。可以认为，目前在多车道高速公路最外侧车道封闭施工条件下的信号控制方法的研究上所取得的阶段性成果，对于多车道的高速公路目前还没有任何的控制方法可以直接的参考与移植。

发明内容

针对现有技术在多车道高速公路最外侧的一个车道因施工而封闭时，该车道上的受阻车辆在借其内侧车道通行过程中该方向所有车辆因合流和自由交织而引发的安全问题，本发明提供了多车道高速公路最外侧车道封闭条件下交通信号控制方法，通过信号灯依次放行因施工而受阻的车辆与不受阻车辆，辅之以对施工方向上车道缓冲区长度、停车线位置及不可换道区长度的设计，从而提升高速公路封闭区域车辆通行的安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明多车道高速公路最外侧车道封闭条件下交通信号控制方法，该方法采用四相位的信号控制，通过压缩其他车道的通行时间，提供通行权给行驶在最外侧车道上的车辆，具体包括以下几个步骤：A)交通数据采集步骤、B)加权平均加速度确定步骤、C)缓冲区长度及停车线位置确定步骤、D)不可换道区长度确定步骤、E)信号控制方案确定步骤和F)信号控制实施步骤。

A、采集最外侧车道发生封闭施工的多车道高速公路的交通数据。