[发明专利]一种支持单点及全局控制的匝道控制系统

说明书

本发明公开了交通控制技术领域中的一种支持单点及全局控制的匝道控制系统，每个匝道处均设有匝道控制主机、视频分析主机及信号机，视频分析主机分析监控视频，获得相关的交通参数，匝道控制主机获取当前的交通参数，同时将本匝道的交通参数分发给相邻匝道的匝道控制主机，并获取其他匝道的交通参数，匝道控制主机获取当前信号指示周期和相位信息，并进行控制策略分析，然后向信号机发出控制信号，信号灯根据信号机发出的信息进行信号显示。本发明能够根据当前主线占有率以及匝道排队情况进行最佳配置，使交通通行量达到最大化，从而尽可能地减少交通堵塞，且可以根据道路的实际情况进行选择，具有更大的灵活性。

技术领域

本发明涉及交通控制技术领域，具体的说，是涉及一种支持单点及全局控制的匝道控制系统。

背景技术

高速公路最初是作为不受交通信号控制的自由路提出和设计的，基本目的是通过较大的服务容量和较高的服务水平来使车辆快速、高效、舒适、方便地行驶。但随着交通出行需求的逐渐增长，高速公路的拥挤程度日益加剧，由于投资和环境等方面因素的限制，纯粹依靠增加高速公路建设来缓解交通拥挤的方式越来越行不通，如何加强交通管理，通过控制手段提高现有高速公路的使用效率逐渐受到更多的关注。

国外的学者从20世纪60年代就开始研究高速道路的交通建模与控制理论，随后相关理论逐步成熟并在实践中得到较为普遍的应用。目前，国外许多城市都建有较为完备的高速公路交通控制系统，同时也有很多尚未完善解决的问题。根据现有研究的经验，入口匝道控制是应用最广泛也是最有效的一种缓解高速公路拥堵现象的交通控制方式，通过利用匝道信号灯调节车辆进入高速道路主线的流率，可以减少拥堵情况或者缩短拥堵时间，提升高速公路的使用效能，提高入口匝道车辆并入主线时的安全性，减少交通事故等。

匝道控制策略依据实时响应时间的不同可以分为静态控制和动态控制，依据控制范围的不同可以分为单点控制和全局协调控制。

静态控制策略是指根据历史数据制定不同时段内各个匝道的协调控制方案，并预置在控制机中，不会针对实时检测信息作出响应。静态控制虽然有简单易行、投资少等特点，但是灵活性很差，不会针对实时检测进行变化，如果有交通事故、大型活动等突发性干扰，定时匝道控制是无法处理的。

动态单点控制的基本目的是解决单点匝道交通拥堵，控制范围为某一处匝道，利用匝道及其相邻路段的实时检测数据代替历史数据作为控制决策的基础。Papageorgiou在1991年提出的ALINEA方法，是利用经典自动控制理论建立起来的一种反馈控制方法。其基本思路为：将匝道控制视为一个状态调节器，通过调整匝道流入率使得其下游主线的密度或者占有率尽量维持在理想状态。ALINEA方法是实际应用中非常成功的一种单点动态控制方法，在随后发展出了相当多的修正演变形式。与静态控制相比，动态单点控制具有很大的灵活性。但由于其检测及控制范围仅限于某个匝道而不考虑各匝道之间的协调，因此无法达到系统最优的目标。另一方面，与动态全局协调控制相比，动态单点控制不论是技术复杂性还是投资费用都要低得多，并且在相当多的情况下，高速道路的局部问题远比系统问题要严重，因此单点动态控制策略仍有相当大的实用性和发展空间。

动态全局协调控制策略的控制范围为高速公路系统所有或局部区域部分匝道，利用实时检测数据代替历史数据作为控制决策的基础。近年来，多种不同的控制策略被提出，例如：系统最优协调控制(systematic optimal control)、状态调节器控制(stateregulator control)和启发式协调控制(heuristic control)等等。这几种方法都有各自的优缺点，其中，启发式协调控制由于其实用性和灵活性较强，在美国的实际应用非常广泛。Jacobsen等提出的Bottleneck算法是典型的启发式协调控制算法。它在单点层面采用占有率控制方法得到每个匝道的调节率；在协调层面，根据流量守恒原理也得出各个匝道的调节率；之后，在每个匝道，将两个得出的调节率对比，取其小值作为该匝道最终的调节率。