一种入口匝道与主干道汇合处的信号控制方法

摘要

一种入口匝道与主干道汇合处的信号控制方法。主干道测距测速仪(9)测量主干道信号点(1)上游第一辆车的位置及车速，将数据传递给单片机(11)，若单片机判断车辆位于主干道控制区内，且车速大于最高限速，则令匝道信号灯(13)给匝道控制区内的车辆(7)、(8)发出限速信号；匝道测距测速仪(10)测量匝道信号点(1)上游第一辆车的位置及车速，将数据传递给单片机(11)，若单片机判断车辆位于匝道控制区内，且车速大于最高限速，则令主干道信号灯(12)给主干道控制区内的车辆(2)、(3)和(4)发出限速信号。采用这种控制方法可减弱匝道车辆与主干道车辆的相互冲突，降低交通事故率，充分利用主干道通行能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种公路交通中入口匝道系统的信号控制方法。

背景技术

现有公路交通中入口匝道系统的信号控制方法如“智能交通控制理论及其应用”，刘智勇，科学出版社，2003年中所述，有定时控制和交通感应控制。定时控制方法，是根据历史交通数据，设定固定的匝道流量调节律，运行稳定但是不能适应交通流量的变化。交通感应控制方法，是动态检测上游主干道的交通需求与下游主干道的通行能力，然后根据差额确定匝道调节率，能够适应交通流的实时变化，但匝道上的车辆在汇入主干道时会和主干道的车辆产生冲突，易发生安全隐患。这两种方法以调节匝道和主干道的流量为目的，没有考虑匝道和主干道车辆之间的冲突问题。匝道车辆和主干道车辆的冲突，会使得匝道入口附近成为交通事故的多发地段，尤其是由于设计因素或地理条件的限制，在许多入口匝道和主干道汇合点附近，主干道上的驾驶员无法看到匝道上的车辆，而匝道上的驾驶员也无法看到主干道上的车辆，除非车辆非常靠近汇合点时，才可以相互进入对方的视野，两辆快速行驶的车辆往往会由于发现对方时来不及刹车而造成交通事故，不仅会造成交通堵塞，降低道路的通行能力，而且会导致人员伤亡，带来经济损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：

为了克服现有控制方法不能解决匝道车辆和主干道车辆相互冲突问题的不足，本发明提供一种入口匝道与主干道汇合处的信号控制方法，可以减少匝道车辆和主干道车辆之间的剧烈冲突，降低交通事故发生率，充分利用主干道的通行能力。

本发明采取的技术方案：

在入口匝道和主干道汇合处设置信号点，在信号点前的主干道和匝道上分别设置主干道控制线和匝道控制线，主干道控制线和匝道控制线与信号点之间的区域分别为主干道控制区和匝道控制区。在信号点位置处安装控制设备，主要包括主干道测距测速仪、匝道测距测速仪、单片机以及主干道信号灯、匝道信号灯。控制过程中，主干道测距测速仪测量主干道上信号点上游第一辆车的位置及车速，将测得的数据传递给单片机，若其在主干道控制区内，且车速大于规定的最高限速v_lim it，单片机发出指令，令匝道信号灯给匝道控制区内的车辆发出限速信号，若车辆还没有进入控制区或车速小于规定的最高限速，不发出限速信号；匝道测距测速仪测量匝道上信号点上游第一辆车的位置及车速，测得的数据传递给单片机，若其在匝道控制区内，且车速大于规定的最高限速v_lim it，单片机发出指令，令主干道信号灯给主干道控制区内的车辆发出限速信号，若车辆还没有进入控制区或车速小于规定的最高限速，不发出限速信号。

驾驶员通过安装有信号控制系统的匝道口时，在控制装置发出的控制信号指引下，必须遵守一种新的交通规则：1.没有控制信号时，车辆可以正常行驶；2.控制信号灯闪烁时，控制区内的车辆驾驶员需要调整自己的驾驶状态，车速不能超过最高限速v_lim it。v_lim it的值可根据入口匝道系统中主干道可视区长度及匝道可视区长度来确定。

本发明的有益效果：

本发明采用一种全新的入口匝道系统信号控制方法，通过对控制区内车辆的限速，使车辆在驶近匝道口时，能够对另一条道路上驶来的车辆做出及时的反应，从而减少匝道车辆和主干道车辆之间的剧烈冲突，避免交通事故的发生。由于受限速影响的车辆所占比例较小，因而不会对主干道的通行能力产生明显负面影响，可充分利用主干道的通行能力。当入口匝道系统主干道和匝道上的视角范围比较窄时，这种控制方法的效果更加显著。本发明所采用的控制器原理简单，易于硬件实现，费用低，可应用的范围广。

附图说明

图1是入口匝道与主干道汇合处信号控制方法示意图

图2是入口匝道与主干道汇合处信号控制方法设备原理图

图3是限速幅度对事故发生率的影响

图4是不同限速条件下车流量随主干道进车概率α₁的变化规律

图5是可视区长度对交通事故发生率的影响

1.信号点，在此点安装控制设备         2.主干道控制区内的车辆

3.主干道控制区内的车辆               4.主干道控制区内的车辆

5.主干道控制线                       6.匝道控制线

7.匝道控制区内的车辆                 8.匝道控制区内的车辆

9.主干道测距测速仪                   10.匝道测距测速仪

11.单片机         12.主干道信号灯    13.匝道信号灯

A.主干道控制区                       B.匝道控制区

A_S.主干道可视区，在此区域内主干道和匝道上的车辆可以互相看到对方

B_S.匝道可视区，在此区域内主干道和匝道上的车辆可以互相看到对方

L_As.表示主干道可视区的长度，无量纲

L_Bs.表示匝道可视区的长度，无量纲

v_lim it.表示设定的限速值，无量纲

α₁为元胞自动机模型中，开口边界条件下主干道的进车概率

具体实施方式

结合附图对本发明的实施方式做一详细的描述。

如图1所示，在入口匝道和主干道的汇合处设置信号点1，在主干道上游60～80米处设置主干道控制线5，主干道控制线5和信号点1之间的区域为主干道控制区A；在匝道上游60～80米处设置匝道控制线6，匝道控制线6和信号点1之间的区域为匝道控制区B。在信号点1处安装控制设备，包括主干道测距测速仪9、匝道测距测速仪10、单片机11、主干道信号灯12、匝道信号灯13，如图2所示。在控制过程中，主干道测距测速仪9测量主干道在信号点上游第一辆车的位置及车速，将测得的数据传递给单片机11，若其在主干道控制区内，且车速大于规定的最高限速，单片机发出指令，令匝道信号灯13给匝道控制区内的车辆7和8发出限速信号，若车辆还没有进入控制区或车速小于规定的最高限速，不发出限速信号；匝道测距测速仪10测量匝道上信号点上游第一辆车的位置及车速，测得的数据传递给单片机11，若其在匝道控制区内，且车速大于规定的最高限速，单片机发出指令，令主干道信号灯12给主干道控制区内的车辆2、3、4发出限速信号，若车辆还没有进入控制区或车速小于规定的最高限速，不发出限速信号。控制信号采用闪烁绿灯的方式。

单片机通过光缆分别与主干道测距测速仪9、匝道测距测速仪10、主干道信号灯12、匝道信号灯13相连接。图2中，车辆2为主干道控制区内的第一辆车，8为匝道控制区内的第一辆车。在实际控制过程中，主干道测距测速仪9测量车辆2的位置及车速，测得的数据传递给单片机11，若单片机判断车辆2在控制区内，且车速超过了最高限速v_lim it，则发送控制指令给匝道信号灯13，令匝道信号灯13给匝道上的车辆7、8发出限速信号，车辆7、8的驾驶员看到限速信号后，可以及时调整车辆的行驶状态。同样地，匝道测距测速仪10测量车辆8的位置及车速，测得的数据传递给单片机11，若单片机判断车辆8在控制区内，且车速超过了最高限速v_lim it，则发送控制指令给主干道信号灯12，令主干道信号灯12给主干道上的车辆2、3、4发出限速信号，车辆2、3、4的驾驶员看到限速信号后，可以及时调整车辆的行驶状态。

实验模拟：

应用元胞自动机模型对快速主干道入口匝道系统的交通状况进行模拟。重点研究主干道和入口匝道汇合处的交通事故发生率同相关因素的关系。控制区的长度取为60米。在模拟过程中，如果汇合点上游主干道和匝道上的第一辆车在本时刻均在可视区外，而下一时刻两车可同时到达主干道和匝道的汇合点上，那么以一定的概率P将其定义为一次交通事故，不失一般性，模拟中取P＝1，单位时间内发生的事故次数定义为事故发生率。

实验模拟的结果显示：在控制信号的作用下，事故发生率显著降低；控制信号的作用大小不仅与最高限速v_lim it有关，而且与可视区A_S和B_S的长度密切相关。图3是限速幅度对事故发生率的影响，其横坐标为主干道的进车概率α₁，纵坐标为交通事故发生率。模拟发现，在入口匝道系统的可视区域的长度一定时，随着最高限速v_lim it的减小，事故发生率逐渐降低，当v_lim it＜L_As(L_Bs)后，事故发生率降为0。在模拟过程中，在汇合点下游某处设置了一个虚拟检测器，检测单位时间内通过的车辆数，即交通流量。图4是不同限速条件下车流量随主干道进车概率α₁的变化规律，其横坐标为主干道的进车概率α₁，纵坐标为匝道下游主干道的车流量。图4中的水平段，表示道路已达到最大通行能力。模拟发现，由于受限速影响的车辆的数目不多，限速对系统总的通行能力不会产生明显影响。图5是可视区长度对交通事故发生率的影响，其横坐标为主干道的进车概率α₁，纵坐标为交通事故发生率。模拟结果显示，在相同的限速条件下，可视区长度越短，事故发生率就越高。因此在实际控制过程中，控制参数不是固定不变的，而应根据入口匝道系统的实际情况来确定，从而达到有效控制交通事故发生率的目的。