[发明专利]一种基于混沌的城市快速路多匝道协调控制方法

说明书

本发明涉及一种基于混沌的城市快速路多匝道协调控制方法，以由多入口匝道、多出口匝道、多座互通式立交桥、快速路主线组成的城市快速路系统为研究对象，该方法的步骤如下：1)参数初始化；2)实时交通流数据预处理：根据信息采集模块获得实时交通流数据，将该交通流数据作为交通流混沌智能识别模块的输入；3)各子系统混沌状态识别：由交通流混沌智能识别模块判断交织区是否处于混沌状态；4)基于混沌的单匝道控制级控制；5)基于混沌的多匝道协调控制级控制；6)确定备选匝道集合R₂中参与协调的各入口匝道的调解率。该方法切实可行，成本低，控制效果好，适于大范围的推广应用。

技术领域

本发明属于交通运输工程中交通管理控制技术领域，特别涉及一种基于混沌的城市快速路多匝道协调控制方法。

背景技术

协调控制是连续交通流道路管控的基本手段，特别是上下班高峰期等交通需求较高时段的城市快速路，其相对封闭性使可能拥堵的传播速度非常快；上游受影响路段车辆可供选择的路径有限，影响范围会更广。目前交通拥堵已经成为很多大、特大城市的普遍现象，实时发现交通拥堵并确定控制信号施加策略、计算具体控制变量值成为其必须的步骤。这是因为交通网络作为复杂非线性系统，除修路、特大交通事故等实施封路，一般情况下，若对交通拥堵不予理睬或计算的匝道进车过大或各个匝道调解率间不合理，使得车辆不能迅速通过拥堵区域，可能造成长时间大范围的拥堵，不能发挥快速路的作用；而若过分扩大管控效果使得计算的匝道进车过小，或各个匝道调解率间不合理，使得很多车辆转移到城市一般道路上，造成这些本来已经拥挤的城市一般道路区域更加拥堵，这不是交通管理的目的。因此，如何帮助交通管理部门快速准确判断交通状态并迅速计算除拥堵区段上游各个匝道的具体控制变量值-匝道调解率，使得城市快速路交通达到通畅的目的，成为一个需要迫切解决的技术问题。

现有的连续交通流道路协调控制研究对象主要涉及多匝道间、匝道与主线间、城市快速路与一般道路间。如Bhouri N等(Bhouri N,Haj-Salem H,Kauppila J,etal.Isolated Versus Coordinated Ramp Metering:Field Evaluation Results ofTravel Time Reliability and Traffic Impact[J].Transportation Research Part C,2013,28(3):155-167.)提出CORDIN算法，在对上游最近的入口匝道采用传统ALINEA算法基础上，第2个入口匝道采用g₂＝α₁g₁；第3及以上各个入口匝道采用g_s＝α₂g₁(s＝3,4,…,n)，其中α₁、α₂为CORDIN参数。该研究仅根据经验确定匝道调解率，不考虑交通流的动态变化，不适于所有交通事件情况。在匝道控制信号施加范围方面，仅采用期望密度作为施加条件，不能确定具体施加控制的匝道位置。

庞明宝等(庞明宝,杨敏，张莎莎.高速公路协调控制信号施加策略研究[J].公路交通科技,2014,31(1):131-138)以“一个入口匝道和一段主线组成的高速公路区段”为对象，研究高速公路协调控制信号施加策略问题，对研究区段实施不同控制信号策略的交通流特性进行仿真。该研究虽然有概念上的控制目标(如避免和消除主线持续拥挤)，但没有明确的解析目标函数和优化求解过程，没有考虑到交通控制系统的自适应和它适应、相态变化、混沌控制等方面。此外，庞明宝等(庞明宝,王彦虎,杨敏.高速公路模糊延迟反馈匝道混沌控制信号施加策略[J].土木工程学报,2013,09:123-130.)提出采用模糊延迟反馈控制(Fuzzy Delay Feedback Control,FDFC)解决高速公路匝道混沌控制信号施加策略问题。该研究仅适应于规模较小的局部道路，无法应用于大规模路网，不符合道路交通实际。且研究范围仅局限为单一入口匝道和主线组成的高速公路区段，不涉及混沌控制下的多匝道主线间的协调控制。城市快速路的道路交通实际情况不同于高速公路，其作为一个复杂多变的大系统，在交通流的时空演变上比高速公路更加复杂。