雨天环境下高速公路可变限速控制系统与控制方法

摘要

本发明提供雨天环境下高速公路可变限速控制系统和方法，包括在车辆检测器、雨量计、可变限速标志牌和超速抓拍系统，上述设备分别与交通控制机连接，交通控制机用于接收并根据车辆检测器检测的交通流量和雨量计测量的降雨量判断找出动态瓶颈路段，利用非线性规划的二次规划算法，并结合各路段车速的约束条件，依次求出各路段的最优化限速值在可变限速标志牌上显示，依据最优化限速值控制超速抓拍系统抓拍。根据降雨强度及交通流量密度特点，通过雨量检测器、线圈检测器和分别检测降雨强度、交通流量密度，在保证高速公路安全运营的基础上，协调各路段的限制速度，并实现各路段的超速动态抓拍，使高速公路能够安全高效运行。

主权项

雨天环境下高速公路可变限速控制系统，其特征在于：它包括在各路段上沿公路行驶方向设置的车辆检测器、雨量计、可变限速标志牌和超速抓拍系统，上述各设备分别与交通控制机连接，交通控制机用于接收并根据车辆检测器检测的交通流量和雨量计测量的降雨量判断找出动态瓶颈路段，利用非线性规划的二次规划算法，并结合各路段车速的约束条件，依次求出各路段的最优化限速值在对应路段的可变限速标志牌上显示，并依据最优化限速值控制超速抓拍系统对超速车辆进行抓拍；动态瓶颈路段指降雨量最多的路段，若存在多个降雨量最多的路段，则在降雨量最多的路段中选取交通流量最多的路段；所述的利用非线性规划的二次规划算法，并结合各路段车速的约束条件，依次求出各路段的最优化限速值具体为：采用二次规划算法在约束条件下求解优化方程J(k)取得最小值时所对应的当前周期第i路段限速值v_c,i(k)：$J\left(k\right)=T\underset{j=\mathrm{kT}}{\overset{\mathrm{kT}+N_p}{\Sigma }}\left\{\underset{i\in I}{\Sigma }{\rho }_i\left(j\right)L_i{\lambda }_i\right\}+\underset{i\in I}{\Sigma }{\left[\frac{v_{c,i}\left(k\right)-v_{c,i}(k-1)}{v_{f,i}}\right]}^2;$式中，T为周期时间，k为当前周期所在的周期数，j为时间变量，N_p为预测时间且N_p＜T，ρ_i(j)为j时刻第i路段的交通流量密度，L_i为第i路段的长度，λ_i为第i路段的车道数，i为路段变量，I表示动态瓶颈路段的上游区域，v_c,i(k)为当前周期第i路段限速值，v_c,i(k‑1)为上一周期第i路段限速值，v_f,i为第i路段自由流车速；其中约束条件包括：v_c,i(k)在集合{40、50、60、70、80、90、100、110、120}中取值，v_c,i(k)的初始值为v_f,i；设置速度差阈值v_vary，使得v_c,i(k)‑v_c,i(k‑1)≤v_vary，v_c,i(k)‑v_c,i+1(k)≤v_vary，v_c,i(k)‑v_c,i+1(k‑1)≤v_vary，其中v_c,i+1(k)为第i+1路段第k周期限速值，v_c,i+1(k‑1)为第i+1路段第k‑1周期限速值；各路段的交通流量密度与速度的关系为$v_{c,i}\left(k\right)\le \left\{120\exp \right[-\frac{1}{1.64}{\left(\frac{{\rho }_i\left(k\right)}{180}\right)}^{1.64}\left]\right\},$式中ρ_i(k)为第k周期平均交通流量密度。