[发明专利]基于车载数据的城市道路过饱和预防控制建模方法

说明书

一种基于车载数据的城市道路过饱和预防控制建模方法；该方法以道路交叉口通过能力最大化为优化目标，来实现对干线交叉口过饱和预防控制建模。该方法包括：静态数据加载，动态信息加载，数据有效性过滤，核心算法计算，信号控制系统下发执行。核心算法计算根据预测模型，选定目标函数方程和约束条件方程，进行控制策略模型求解；算法计算产生的CK值，用于入库存储和展示。本发明方法引入车路协同系统的全时空车载数据，对于过饱和状态的预测及实时响应控制，可以大幅提高过饱和交通控制的效率，对避免城市“咽喉要道”的过饱和死锁甚至路网瘫痪具有重要实用价值。

技术领域

本发明属于智能交通控制系统领域，具体涉及一种基于车载数据的城市道路过饱和预防控制建模方法。

背景技术

过饱和是交通需求大于通行能力的状态，过饱和交通控制通过信号控制调节交叉口的交通需求与通行能力之间的关系，提高路网服务水平。受制于传统交通信息采集方式，过饱和交通状态检测辨识的时效性不足，导致相应的控制策略响应滞后，极易演变为排队溢出、甚至死锁等严重威胁路网运行效率的状态。车路协同系统的出现，全时空车载数据的获得成为可能，对于过饱和状态的预测及响应控制，可以大幅提高过饱和交通控制的效率，对避免城市“咽喉要道”的过饱和死锁甚至路网瘫痪具有重要实用价值，对丰富城市交通控制研究成果亦具有重要理论意义。

过饱和属于城市交通信号控制中较难处理的情形之一，关于其定义至今仍没有达成统一。一般认为：在路段上车流密度逐渐增加，路段行驶车速逐渐降低的过程中，在统计分析的一段时间内，当路段上游累积到达车辆数超过了路段下游的累积排放车辆数时，下游交叉口处的排队长度也逐渐增长，在当前路段上发生的这种状态如果持续发展下去，排队车辆将逐渐占据整个路段的排队空间，超长的排队蔓延至上游交叉口形成溢流(spillback)，此时也就达到了过饱和状态的极限程度。由此可见，过饱和状态是极不稳定，极容易演变成溢流甚至是大范围的交通死锁，因此需要对其进行事先预防控制。然而目前由于信息采集方式的局限性以及控制目标的多样性使得目前关于过饱和路段的交通控制的研究效果还不甚明显。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种新的设计更为便理的基于车载数据的城市道路过饱和预防控制建模方法。

本发明所要解决的问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于车载数据的城市道路过饱和预防控制建模方法，其特点是，该方法以道路交叉口通过能力最大化为优化目标，来实现对干线交叉口过饱和预防控制建模；该方法包括：静态数据加载，动态信息加载，数据有效性过滤，核心算法计算，信号控制系统下发执行；其步骤如下：

首先加载路口渠化参数，路段参数，算法初始化参数，车载数据；

其次对数据进行车路协同匹配，数值区间等有效性校验；

核心算法计算根据预测模型，选定目标函数方程和约束条件方程，进行控制策略模型求解；算法分为前馈预测和反馈控制两种侧重模式，由算法初始默认参数决定算法的控制启用的切换时机；算法计算产生的CK值，用于入库存储和展示；

最后联合信号控制系统，优化调整周期信控参数，将计算结果下发，达到使交叉口通过能力最优的优化目标。

本发明所述的一种基于车载数据的城市道路过饱和预防控制建模方法，其进一步优选的技术方案如下，所述核心算法计算步骤如下：

(1)过饱和排队长度预测；

预测排队长度，借助于车载数据系统所提供的有关车辆实时的速度、加速度、车头间距、车辆长度信息计算得到；

设最大排队车辆数为n，其中第j辆车从减速到停止所经历的时间为t_i，则：

t_j＝v_j/a_j(1)