高速公路改扩建期S型切换长度计算及动态限速控制方法与流程

本发明属于智能交通领域，涉及一种高速公路改扩建期s型切换长度计算及动态限速控制方法。

背景技术：

1、高速公路改扩建期s型切换开口长度的合理选择，对保障改扩建行车安全尤为重要。但现有技术仅适用于改扩建两侧拼宽s型切换样式，且没有考虑纵坡等因素的影响，导致无法适用于纵坡较大的s型切换。受地形条件等限制，高速公路存在两侧拼宽、两侧新建、单侧拼宽+单侧新建、老路改造单幅+单侧新建等多种改扩建模式，特别是新建道路与老路极易存在高差较大、横向间距较大的情况，故亟需发明一种高速公路改扩建期s型切换开口长度计算方法，以满足各种情形下s型切换开口长度计算需要。

2、同时，目前高速公路改扩建期s型切换处限速取值通常采用设计速度确定，并没有关注雨天、雪天等恶劣天气导致路面湿滑下的动态限速管理，在这类恶劣天气下路面摩擦系数降低，存在一定的安全隐患。

3、为此，本发明关注高速公路改扩建期s型切换处，发明一种高速公路改扩建期s型切换开口长度计算及动态限速控制方法，确保改扩建期s型切换处的车辆行车安全，以减少人民群众的生命财产损失。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高速公路改扩建期s型切换开口长度计算及动态限速控制方法，克服改扩建期s型切换开口长度计算未考虑纵坡影响、s型切换开口长度取值不合理、s型切换未考虑雨雪天的动态限速控制等问题，减少车辆在高速公路改扩建期s型切换处危险驾驶行为，提升s型切换处交通运行安全水平，实现高速公路改扩建期s型切换精细化管控。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高速公路改扩建期s型切换开口长度计算及动态限速控制方法，具体包括以下步骤：

4、s1：在高速公路改扩建期s型切换处前后及上游每隔l米配套设置一组数据采集设施及外场信息发布设施，共设置n组，用来获取布设位置的各车道交通流数据及发布车道级动态限速控制策略；在s型切换处设置一组路面环境检测设施，用来获取布设位置的各车道路面环境状况及测定实时的摩擦系数；

5、s2：输入s型切换处及上下游道路线形条件和未来各时段预测交通流数据等，利用交通仿真软件模拟对比s型切换采用不同限速值时的交通运行状况，确定s型切换处的初定限速值；

6、s3：输入s型切换处及上下游道路线形条件和初定限速值，利用高速公路改扩建期s型切换开口长度计算方法，输出s型切换开口长度设计值，作为改扩建工程现场s型切换开口长度设置依据；

7、s4：基于s型切换开口长度设计值计算s型切换处的设计限速值，作为一般情况下限速值。限速值向下取整，为10km/h的整数倍。将结果输入外场信息发布设施，执行限速控制策略。

8、s5：结合路面环境检测设施获取的实时车道级路面摩擦系数或者交通突发事件等，动态调整s型切换处的限速值，实现s型切换处动态限速控制。限速值向下取整，为10km/h的整数倍。

9、进一步，步骤s1中，l＝100～500，n＝3～5；

10、所述外场信息发布设施包括可变限速标志、可变信息标志、外场广播和车道指示灯等；其中，可变限速标志显示内容包括：限速值(以10km/h的整数倍给出)和解除限速；

11、所述路面环境检测设施包括路面积水检测设备、路面积雪检测设备、路面积冰检测设备和路面摩擦系数测定设备等。

12、进一步，步骤s2中，确定s型切换处的初定限速值，具体包括以下步骤：

13、s21：基于s型切换处及上下游道路线形条件和实测交通流数据校正交通仿真软件的相关参数，用来模拟真实的s型切换处交通运行状态；

14、s22；将未来各时段预测交通流数据输入交通仿真软件，调整s型切换处的限速值，比较各种限速值下交通运行状况，以选取最佳的限速值；

15、s23：判断s型切换处选取的最佳限速值是否大于改扩建基本路段的限速值；若大于，则将s型切换处的限速值调整为与基本路段相同；否则不进行调整；

16、s24；输出s型切换处的限速值，令其为初定限速值。

17、进一步，步骤s3中，高速公路改扩建期s型切换开口长度的计算方法，具体包括以下步骤：

18、s31：采用式(3)计算车辆在s型切换处受纵坡和横坡影响的车辆行驶轨迹半径；

19、tanθ1＝i1 (1)

20、tanθ2＝i2 (2)

21、

22、其中，i1为路面横坡(％)；θ1为路面横向倾角(°)；i2为路面纵坡(％)；θ2为路面纵向倾角(°)；为路面摩擦系数；υ为s型切换开口处行驶速度(km·h-1)；r为s型切换开口处行驶轨迹半径(m)；

23、s32：根据式(4)计算车辆行驶轨迹圆曲线偏角；根据式(5)计算s型切换在路面上的开口长度；利用式(6)计算s型切换在水平面上的开口长度，即考虑横坡、纵坡、车道宽度、行驶车道数、路面摩擦系数、s型切换前后内侧车道边缘线距离和运行速度等的高速公路改扩建期s型切换开口长度的计算公式为：

24、

25、

26、

27、其中，θ为圆曲线偏角(°)；w1为s型切换前后内侧车道边缘线距离(m)；w0为车道宽度(m)；n为s型切换开口处行驶车道数；l0为s型切换在路面上的开口长度(m)；l为s型切换在水平面上的开口长度(m)；

28、s33：输入s型切换处及上下游道路线形条件和初定限速值；若s型切换处纵坡取值已知，则利用式(6)计算得到s型切换开口长度初定值；若s型切换处纵坡取值未知，则利用式(7)分析s型切换开口长度与速度的关系，选取速度不小于初定限速值中s型切换开口长度取值中的最小值，并利用式(8)计算纵坡；

29、

30、

31、其中，h为左幅老路与左幅新路，或右幅老路与右幅新路的两个点高差(m)；b为两个点纵向间距(m)；i3为老路纵坡(％)；

32、s34：若因s型切换处道路线形条件受限导致s型切换开口长度可允许设置值达不到初定值，则将s型切换开口长度设计值取为可允许设置值，否则取为初定值；

33、s35：输出s型切换开口长度设计值。

34、进一步，步骤s4中，s型切换处的设计限速值的计算公式为：

35、

36、进一步，步骤s5中，高速公路改扩建期s型切换处动态限速控制方法具体包括以下步骤：

37、s51：在雨天、雪天等恶劣天气下，利用路面环境检测设施获取s型切换处不同车道的实时路面摩擦系数；

38、s52：将s型切换处不同车道的实时路面摩擦系数输入式(9)，计算不同车道的动态限速值；或者发生交通突发事件，高速运管部门给出的限速方案；限速值向下取整，为10km/h的整数倍。

39、以车辆行车方向为准，从左往右分别编号为车道1、车道2、…、车道k；编号小的车道限速值不小于编号大的车道，且相邻车道限速值差值不超过20km/h；若不满足上述要求，则需对各车道限速值向下折减以进行相应调整；

40、s53：s型切换后的外场信息发布设施发布“解除限速”内容；s型切换前的最近一个外场信息发布设施发布s型切换限速值；s型切换前的最远一个外场信息发布设施发布基本路段限速值；s型切换前的中间外场信息发布设施发布s型切换限速值至基本路段限速值之间的取值，以确保逐级减速，相邻两个外场信息发布设施发布限速值差值不超过20km/h；

41、s54：将结果输入外场信息发布设施，执行限速控制策略。

42、本发明的有益效果在于：本发明可应用于高速公路、普通公路、城市道路的改扩建期s型切换处，用于高速公路改扩建期s型切换及上游路段精细化智能管控，通过给出考虑纵坡等多种因素耦合作用的s型切换开口长度计算方法，使其适用于两侧拼宽、两侧新建、单侧拼宽+单侧新建、老路改造单幅+单侧新建等多种改扩建模式，同时给出雨天、雪天等恶劣天气导致路面湿滑下的动态限速控制方法，确保车辆在s型切换平顺行驶，保障高速公路改扩建期s型切换行车安全。

43、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。