一种基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法

1.基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，其特征是由控制系统对快速道路的限速值进行控制，控制系统包括检测设备、后台中心计算机和电子情报板，检测设备和电子情报板设置在快速道路上，可变速控制方法为：
1)在快速道路上设置交通流与天气信息检测设备，收集待控制道路所在区域的交通流与天气信息，交通流信息包括速度、流量和占有率，天气信息包括能见度、降雨、路面状态和风力风向信息，检测精度为每5分钟检测一次；
2)将检测到的各个参数传输到后台中心计算机中，同时判断当前时间，控制系统仅在一天的7:00-19:00时间段内进行限速值控制，如不在此时间段内，则电子情报板上显示“保持车速，安全行驶”；
3)根据线圈检测的实时交通流情况判断交通流是否处于非自由流状态，当交通流参数检测设备检测到的5分钟内各车道交通流平均密度大于18pcu/km/lane时，启动可变限速控制系统，否则，电子情报板显示该快速道路默认限速值；当5分钟的检测周期内交通流参数检测设备检测到的85％位车速与当前限速值的差大于或等于5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值为当前限速值加10km/h；当检测周期内交通流参数检测设备检测到的
85％位车速与当前限速值差小于或等于-5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值为当前限速值减10km/h；当检测周期内检测到的85％位车速与当前限速值之差的绝对值小于5km/h时，不调节当前限速值；
4)根据气象监测器检测到的气象参数判断是否出现不良天气条件，从而确定是否启动可变限速控制；将检测到的气象参数传输到后台中心计算机中，根据各个气象参数自动计算最优限速值：根据道路能见度情况计算得到能见度限速值，根据降雨情况计算出降雨限速值，根据路面结冰状态计算出结冰限速值，根据风力风向情况计算出风力限速值，计算得到的4个限速值进行比较，取其中限速值最低的值作为当前快速道路的气象安全限速值；
5)取根据交通流状态和不良天气条件下计算的限速值中较低值作为当前安全限速值；
6)将步骤5)计算出的当前安全限速值与快速道路最高和最低允许限速值进行比较，判断当前安全限速值是否需要调节；如当前安全限速值在所述最高和最低限速值之间，则以该限速值可以作为当前条件下最优限速值进行发布；如果不在所述最高和最低允许限速值之间，则在最高和最低允许限速值中选择最接近步骤5)的当前安全限速值的值作为当前条件下最优限速值进行发布；
7)完成一个周期5分钟的检测之后，控制系统自动检测下一个周期内交通流与天气状态，根据实际道路交通与天气条件动态调整最优限速值进行发布。
2.根据权利要求1所述的基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，其特征是当快速道路有多段不同限速值的路段，每段分别进行可变限速控制，由快速道路最后一段可变限速控制的路段开始，检测其与相邻上游可变限速控制路段的限速值之差，两个相邻可变限速控制路段之间限速值差小于等于20km/h，否则降低限速值较高的路段的限速值，该过程直到检测达到快速道路第一个可变限速控制路段结束，确定各个可变限速控制路段的最优限速值。
3.根据权利要求2所述的基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，其特征是将确定的各个可变限速控制路段最优限速值与当前各路段实际限速值进行比较，如果各个可变限速控制路段最优限速值与各路段实际限速值的差大于10km/h，则进行调整，每次调整限速值变化步长不超过10km/h；
将确定的各路段限速值通过路侧电子可变情报板进行发布，实现根据实时交通流与天气信息的快速路可变限速控制。
4.根据权利要求1所述的基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，其特征是当交通流与天气检测器检测到的交通流与天气状态变为良好时，关闭可变限速调节控制系统，快速路限速值恢复为初始默认值，即路段最高限速值。

一种基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制
方法
技术领域
[0001] 本发明属于交通智能管理和控制技术领域，根据实时交通流与天气条件进行快速路动态限速控制，为一种基于实时交通流与天气条件的快速道路可变限速控制方法。
背景技术
[0002] 公路限速问题一直是交通安全方面备受关注的一个热点问题。根据2005年和
2006年《中华人民共和国公安部交通事故统计年报》，2005～2006年约有10％的事故与车辆行驶超速有关，位列各种事故原因之首。已有研究表明较高行驶速度会带来较高碰撞风险和事故严重程度，因为在高速行驶条件下，驾驶员没有足够反映时间采取相应措施避免险情出现，例如前车突然制动加速、其他车辆进入车道。因而在特定道路以及环境条件下，如果驾驶员按合理车速开车可以显著提高道路安全性。
[0003] 道路交通流运行状态实时变化，而传统道路限速值是固定值，无法根据实时道路交通流运行情况动态进行限速调节。在某些交通流状态下，车流量较大，车辆行驶速度较低，但限速值仍然是较高限速值，导致部分车辆车速过快，加大了车辆之间速度差，从而增大了事故风险。此外，驾驶员由于无法了解前方道路交通状态(例如拥堵排队等)，因此容易导致行驶车速过快，当注意到前方交通问题时来不及减速，从而诱发交通事故。因此，根据交通流运行状态的快速道路可变限速控制方法近年来得到了国外众多交通学者的关注。
[0004] 不良天气不仅会对车辆安全运行产生不良影响，而且会显著影响驾驶员反映时间，例如在雾天中，由于视线不好，驾驶员需要更长时间来辨认前车距离，因而不良天气下限速不同于通常情况下限速。不良天气下不合理车速容易引发道路交通安全事故，已有研究表明在不良天气下单位时间内不良天气的事故数是晴天几倍甚至是几十倍，且多为重大和恶性事故。2007年，不良天气下的交通事故造成全国约17600人死亡，85200人受伤，直接财产损失达3.18亿人民币。因而研究不良天气下高速公路限速从而保证道路行车安全性是重要并且具有实际研究意义课题，且国内外有越来越多交通学者投入到不良天气下道路行车安全方面的研究。不良天气包括：雾、雨、雪、风等。
[0005] 随着当前Intelligent Transportation System(ITS)智能交通系统和Advanced Transportation Management System(ATMS)先进的交通管理系统的应用，交通控制中心可以通过交通流和气象监测设备获得实时准确的交通流和天气数据，例如当前速度、流量、占有率、温度、能见度、降雨、路面状态、风力风向等。交通流和天气状态数据的获取为实行基于实时交通流和天气信息的动态可变限速控制奠定了良好的基础。利用交通流和天气监测设备检测的各类参数值，进行当前快速路合理限速值的计算，并实时发布给驾驶员，降低道路上车辆行驶速度，对于改善我国快速路交通安全现状具有重要的工程运用价值。
发明内容
[0006] 本发明要解决的问题是：传统道路限速值是固定值，无法根据实时道路交通流运行情况动态进行限速调节，需要克服以往快速路限速值固定不变的缺陷，建立根据实时交通流和天气状态进行动态限速控制方法，根据变化的交通流和天气情况实时调节快速路限速值，提高行车安全。
[0007] 本发明的技术方案为：基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，由控制系统对快速道路的限速值进行控制，控制系统包括检测设备、后台中心计算机和电子情报板，检测设备和电子情报板设置在快速道路上，可变速控制方法为：
[0008] 1)在快速道路上设置交通流与天气信息检测设备，收集待控制道路所在区域的交通流与天气信息，交通流信息包括速度、流量和占有率，天气信息包括能见度、降雨、路面状态和风力风向信息，检测精度为每5分钟检测一次；
[0009] 2)将检测到的各个参数传输到后台中心计算机中，同时判断当前时间，控制系统仅在一天的7:00-19:00时间段内进行限速值控制，如不在此时间段内，则电子情报板上显示“保持车速，安全行驶”；
[0010] 3)根据线圈检测的实时交通流情况判断交通流是否处于非自由流状态，当交通流参数检测设备检测到的5分钟内各车道交通流平均密度大于18pcu/km/lane时，启动可变限速控制系统，否则，电子情报板显示该快速道路默认限速值；当5分钟的检测周期内交通流参数检测设备检测到的85％位车速与当前限速值的差大于或等于5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值为当前限速值加10km/h；当检测周期内交通流参数检测设备检测到的85％位车速与当前限速值差小于或等于-5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值为当前限速值减10km/h；当检测周期内检测到的85％位车速与当前限速值之差的绝对值小于5km/h时，不调节当前限速值；
[0011] 4)根据气象监测器检测到的气象参数判断是否出现不良天气条件，从而确定是否启动可变限速控制；将检测到的气象参数传输到后台中心计算机中，根据各个气象参数自动计算最优限速值：根据道路能见度情况计算得到能见度限速值，根据降雨情况计算出降雨限速值，根据路面结冰状态计算出结冰限速值，根据风力风向情况计算出风力限速值，计算得到的4个限速值进行比较，取其中限速值最低的值作为当前快速道路的气象安全限速值；
[0012] 5)取根据交通流状态和不良天气条件下计算的限速值中较低值作为当前安全限速值；
[0013] 6)将步骤5)计算出的当前安全限速值与快速道路最高和最低允许限速值进行比较，判断当前安全限速值是否需要调节；如当前安全限速值在所述最高和最低限速值之间，则以该限速值可以作为当前条件下最优限速值进行发布；如果不在所述最高和最低允许限速值之间，则在最高和最低允许限速值中选择最接近步骤5)的当前安全限速值的值作为当前条件下最优限速值进行发布；
[0014] 7)完成一个周期5分钟的检测之后，控制系统自动检测下一个周期内交通流与天气状态，根据实际道路交通与天气条件动态调整最优限速值进行发布。
[0015] 当快速道路有多段不同限速值的路段，每段分别进行可变限速控制，由快速道路最后一段可变限速控制的路段开始，检测其与相邻上游可变限速控制路段的限速值之差，两个相邻可变限速控制路段之间限速值差小于等于20km/h，否则降低限速值较高的路段的限速值，该过程直到检测达到快速道路第一个可变限速控制路段结束，确定各个可变限速控制路段的最优限速值。
[0016] 将确定的各个可变限速控制路段最优限速值与当前各路段实际限速值进行比较，如果各个可变限速控制路段最优限速值与各路段实际限速值的差大于10km/h，则进行调整，每次调整限速值变化步长不超过10km/h；
[0017] 将确定的各路段限速值通过路侧电子可变情报板进行发布，实现根据实时交通流与天气信息的快速路可变限速控制。
[0018] 当交通流与天气检测器检测到的交通流与天气状态变为良好时，关闭可变限速调节控制系统，快速路限速值恢复为初始默认值，即路段最高限速值。
[0019] 本发明公开了一种基于实时交通流和天气信息的快速道路可变限速控制方法，检测系统通过交通流和天气监测设备按照一定周期采集道路实时交通流和天气状态；根据采集的交通流和天气参数，计算当前交通流和天气条件下最优限速值，并判断是否启用可变限速控制；如果启用可变限速控制，路侧可变情报板则发布新的限速值，如果不启动系统，则进入下一个周期，根据下一周期条件进行判断。本发明的优势在于利用交通流和天气监测设备获取实时交通流和天气状态从而进行动态限速调节，克服了以往限速值无法根据变化的交通流和天气状态进行调节的缺陷与不足。因而，本方法在依据实时交通流和天气条件进行动态限速管理与控制方面具有实际的工程运用价值。
附图说明
[0020] 图1为可变限速控制启动判断流程图。
[0021] 图2为不良天气条件下合理限速值计算流程图。
[0022] 图3为根据交通流状态确定合理限速值流程图。
具体实施方式
[0023] 本发明提出了一种基于实时交通流与天气信息进行快速道路可变限速控制方法，包括以下步骤：
[0024] 1)在快速道路上设置交通流与天气信息检测设备，收集待控制道路所在区域的交通流与天气信息，交通流信息包括速度、流量、占有率，天气信息包含能见度、降雨、路面状态、风力风向信息，检测精度为每5分钟检测一次。
[0025] 2)将检测到的各个参数传输到中心计算机中。同时判断当前时间，可变限速控制系统仅在白天(7:00AM-7:00PM)时间段内起控制作用。如不在此时间内，则电子情报板上显示“保持车速，安全行驶”。
[0026] 3)根据线圈检测的实时交通流情况判断交通流是否处于非自由流状态，当交通流参数检测设备检测到的5分钟内各车道交通流平均密度大于18pcu/km/lane时，启动可变限速控制系统，如图1，否则，电子情报板显示该快速道路默认限速值；当5分钟的检测周期内交通流参数检测设备检测到的85％位车速与当前限速值的差大于或等于5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值为当前限速值加10km/h；当检测周期内交通流参数检测设备检测到的85％位车速与当前限速值差小于或等于-5km/h时，可变限速控制系统自动调节限速值为当前限速值减10km/h；当检测周期内检测到的85％位车速与当前限速值之差的绝对值小于5km/h时，不调节当前限速值；
[0027] 4)根据气象监测器检测到的气象参数判断是否出现不良天气条件，从而确定是否启动可变限速控制，如图2；将检测到的气象参数传输到后台中心计算机中，根据各个气象参数自动计算最优限速值：根据道路能见度情况计算得到能见度限速值，根据降雨情况计算出降雨限速值，根据路面结冰状态计算出结冰限速值，根据风力风向情况计算出风力限速值，计算得到的4个限速值进行比较，取其中限速值最低的值作为当前快速道路的气象安全限速值；
[0028] 5)取根据交通流状态和不良天气条件下计算的限速值中较低值作为当前安全限速值；
[0029] 6)将步骤5)计算出的当前安全限速值与快速道路最高和最低允许限速值进行比较，判断当前安全限速值是否需要调节；如当前安全限速值在所述最高和最低限速值之间，则以该限速值可以作为当前条件下最优限速值进行发布；如果不在所述最高和最低允许限速值之间，则在最高和最低允许限速值中选择最接近步骤5)的当前安全限速值的值作为当前条件下最优限速值进行发布；
[0030] 7)完成一个周期5分钟的检测之后，控制系统自动检测下一个周期内交通流与天气状态，根据实际道路交通与天气条件动态调整最优限速值进行发布。
[0031] 当快速道路有多段不同限速值的路段，每段分别进行可变限速控制，各控制路段的限速值之差需要保持在一定范围内，防止上下游限速值差距过大对交通流造成扰动，即图3所示线控阶段，本发明由快速道路最后一段可变限速控制的路段开始，检测其与相邻上游可变限速控制路段的限速值之差，两个相邻可变限速控制路段之间限速值差小于等于
20km/h，否则降低限速值较高的路段的限速值，该过程直到检测达到快速道路第一个可变限速控制路段结束，确定各个可变限速控制路段的最优限速值。
[0032] 为避免各路段限速值变化过大，将确定的各个可变限速控制路段最优限速值与当前各路段实际限速值进行比较，如果各个可变限速控制路段最优限速值与各路段实际限速值的差大于10km/h，则进行调整，每次调整限速值变化步长不超过10km/h；
[0033] 将确定的各路段限速值通过路侧电子可变情报板进行发布，实现根据实时交通流与天气信息的快速路可变限速控制。
[0034] 当交通流与天气检测器检测到的交通流与天气状态变为良好时，关闭可变限速调节控制系统，快速路限速值恢复为初始默认值，即路段最高限速值。
[0035] 确定了交通流运行状态下合理限速值后，中心计算机发出指令调节路侧的电子可变情报板，将新的限速信息发布给驾驶员。同时可向驾驶员发布相应的警示信息，例如“前方拥堵，减速慢行”等。
[0036] 由于本方法能够根据实时交通流与天气信息动态调节快速道路的合理限速值，因此本方法在快速道路交通管理与控制方面具有实际工程应用价值。