【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高速公路主动管控，具体涉及高速公路收费站出入口数量动态估计方法、系统、设备及介质。
技术介绍
1、在节假日与早晚高峰时间段内，在高速公路收费站处上下高速交通量差异很大，表现出明显的潮汐特性。但现有高速公路收费站出入口数量配置固定，无法随着上下高速交通量的改变动态地调整自身出入口数量配置，容易出现某一方向交通拥堵而另一方向通道闲置的现象，降低了道路通行能力与乘客舒适度，也极易诱发交通事故，不利于交通安全。且上下高速车辆在收费站处需要减速甚至停车接受服务，高速收费站成为制约上下高速车辆通行效率的瓶颈。
2、因此，预期一种能够根据上下高速交通量变化动态地调整收费站出入口数量配置的方法。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供高速公路收费站出入口数量动态估计方法、系统、设备及介质，能够增大道路通行能力，减少上下高速车辆在收费站处的排队时间，提升高速公路交通运行效率。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、高速公路收费站出入口数量动态估计方法，包括以下步骤：
4、按照检测周期分别采集通过etc通道及etc/mtc混合通道的交通量信息，所述交通量信息包括上高速交通量信息与下高速交通量信息；
5、基于采集的上一周期交通量信息，预测相邻下一检测周期的交通量信息；
6、以预测周期内收费站处最小车辆排队总时间为目标，动态估计该周期内收费站各类通道出口及入口的数量。
7、进一步的
8、基于预测相邻下一检测周期的交通量信息，建立以收费站处车辆总排队时间总最小为优化目标的目标函数；
9、基于预测相邻下一检测周期的交通量信息得到各类车辆的平均到达率；
10、基于所述各类车辆平均到达率与各类通道平均服务率得到关于etc通道和etc/mtc混合通道数量的各类通道服务强度表达式；
11、基于所述关于etc通道和etc/mtc混合通道数量的各类通道服务强度表达式与排队论模型，得到关于etc通道和etc/mtc混合通道数量的排队时间表达式；
12、对平均排队时间模型设定约束条件，得到动态调整收费站出入口数量配置模型；
13、基于所述目标函数、关于etc通道和etc/mtc混合通道数量的排队时间表达式和约束条件建立最小化各类通道各方向的排队总时间的模型。
14、进一步的，所述基于预测相邻下一检测周期的交通量信息，建立以收费站处车辆总排队时间最小为优化目标的目标函数的过程为：
15、minw总＝q上，ew上，e+q上，mw上，m+q下，ew下，e+q下，mw下，m#(14)
16、其中，w上，e，w下，e，w上，m，w下，m分别表示通过收费站etc通道的上高速车辆排队时间、下高速车辆排队时间、通过收费站etc/mtc混合通道的上高速车辆排队时间、下高速车辆排队时间。
17、进一步的，所述基于预测相邻下一检测周期的交通量信息得到各类车辆的平均到达率的过程为：
18、
19、
20、
21、
22、其中，λ上，e，λ下，e，λ上，m，λ下，m分别为通过etc通道的上高速车辆到达率、下高速车辆到达率、通过etc/mtc通道的上高速车辆到达率、下高速车辆到达率，所述各类车辆的平均到达率的单位为pcu/h。
23、进一步的，所述基于各类车辆平均到达率与各类通道平均服务率，得到各类通道各方向关于etc通道和etc/mtc混合通道数量的各类通道服务强度表达式的过程为：
24、
25、
26、
27、
28、其中，ρ上，e，ρ下，e，ρ上，m，ρ下，m分别为etc通道上高速方向服务强度、下高速方向服务强度、etc/mtc混合通道上高速方向服务强度、下高速服务强度；n上，e，n下，e，n上，m，n下，m分别为etc通道入口数、etc通道出口数、etc/mtc混合通道入口数、etc/mtc混合通道出口数；μe，μm分别为etc通道平均服务率，etc/mtc混合通道平均服务率，其单位为pcu/h。
29、进一步的，所述基于各类通道各方向的服务强度建立各类通道各方向的平均排队时间模型的过程为：
30、基于排队论中的m/m/c/∞/∞模型，将各类车辆平均到达率、各类通道平均服务率与各类通道服务强度带入状态概率中，所述状态概率为：
31、
32、基于各类通道服务强度与状态概率计算各类通道的平均队长中，所述平均队长为：
33、
34、基于各类通道平均队长与各类车辆平均排队长度得到关于各类通道数量的平均排队时间为：
35、
36、将目标函数、各类车辆的平均到达率和各类通道各方向的服务强度对应代入式(11)、(12)和(13)，得到排队时间w上，e，w下，e，w上，m，w下，m的表达式。
37、进一步的，所述对平均排队时间模型设定约束条件，得到动态调整收费站出入口数量配置模型的过程为：
38、确定约束条件：
39、各方向各类通道至少配置一个；
40、系统内的平均服务率应大于等于平均到达率，所述平均服务强度应小于等于1；
41、系统中上车辆排队长度不应超过预设阈值；
42、各方向各类通道数之和应等于收费站总通道数量；
43、则约束条件为：
44、
45、其中，l上，l下分别为上下高速车辆在收费站处的平均排队长队；l上为上高速车辆在收费站处的平均排队长度阈值，具体依当地交通状况设定；l下为下高速车辆在收费站处的平均排队长度阈值，具体依收费站与出口匝道终点间距设定。
46、高速公路收费站出入口数量动态估计系统，包括：
47、采集模块，被配置为按照检测周期采集etc通道的交通量信息，以及通过etc/mtc混合通道的交通量信息，所述交通量信息包括上高速交通量信息与下高速交通量信息；
48、采集模块，被配置为按照检测周期分别采集通过etc通道及etc/mtc混合通道的交通量信息，所述交通量信息包括上高速交通量信息与下高速交通量信息；
49、预测模块，被配置为基于采集的上一检测周期的交通量信息，预测相邻下一检测周期的交通量信息；
50、建模与输出模块，被配置为以预测周期内收费站处最小车辆排队总时间为目标，动态估计该周期内收费站各类通道出口及入口的数量。
51、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现高速公路收费站出入口数量动态估计方法的步骤。
52、一种计算机可读存储介本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述以预测周期内最小上下高速车辆排队总时间为目标，动态估计该周期内收费站各类通道出口及入口的数量的过程为：
3.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述基于预测相邻下一检测周期的交通量信息，建立以收费站处车辆总排队时间最小为优化目标的目标函数的过程为：
4.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述基于预测相邻下一检测周期的交通量信息得到各类车辆的平均到达率的过程为：
5.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述基于各类车辆平均到达率与各类通道平均服务率，得到各类通道各方向关于ETC通道和ETC/MTC混合通道数量的各类通道服务强度表达式的过程为：
6.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述基于各类通道各方向的服务强度建立各类通道各方向的平均排队时间模型的
7.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述对平均排队时间模型设定约束条件，得到动态调整收费站出入口数量配置模型的过程为：
8.高速公路收费站出入口数量动态估计系统，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，包括：
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述以预测周期内最小上下高速车辆排队总时间为目标，动态估计该周期内收费站各类通道出口及入口的数量的过程为：
3.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述基于预测相邻下一检测周期的交通量信息，建立以收费站处车辆总排队时间最小为优化目标的目标函数的过程为：
4.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述基于预测相邻下一检测周期的交通量信息得到各类车辆的平均到达率的过程为：
5.根据权利要求2所述高速公路收费站出入口数量动态估计方法，其特征在于，所述基于各类车辆平均到达率与各类通道平均服务率，得到各类通道各方向关于etc通道和etc/mtc混合通道数量的各类通道服务强度表达式的过程为：
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：于少伟，杨童，吕航，乔钰枝，郭进祥，张萌，王高安，郑兴苗，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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