[发明专利]一种城市区域边界控制系统

权利要求书

1.一种城市区域边界控制系统，其特征在于：包括：

数据模块，用于选取各类表征交通状态的基础数据，并进行基础数据预处理，并将处理后的基础数据传输给状态评估模块，其中基础数据包括历史数据和实时数据；

状态评估模块，用于对历史数据进行离线训练获取通行能力路网平均速度和对实时数据进行计算获取一定时间粒度范围内的区域路网平均速度，并与通行能力路网平均速度对比，判断实时数据所处范围并传输给控制方案模块；

控制方案模块，用于根据状态评估模块的判断结果决定边界控制的启动或结束，并计算区域的截流点位下发相应的配时方案给信号系统，同时将各类信息传输给交互可视化模块，各类信息包括系统信息、区域状态信息、控制点位信息；所述控制方案模块包括配时方案单元，用于根据截流点位输出相应的配时方案进行边界控制；所述配时方案单元采用层次控制框架进行边界控制，分为上层控制层和下层控制层；

所述上层控制层采用多变量反馈的PI调节器，其控制算法如下：

q_in(t)＝q_in(t-1)+K_i*[V_cap-V(t)]-K_p*[V(t)-V(t-1)]

其中：t为时间粒度；

q_in(t)、q_in(t-1)分别为t时刻、t-1时刻总入流；

V_cap、V(t)、V(t-1)分别为通行能力路网平均速度、t时刻路网平均速度、t-1时刻路网平均速度；

V_cap-V(t)：控制量需修正偏差，当区域内的交通流状态越差，该值越大，需要减少进入的交通量越大；

V(t)-V(t-1)：代表区域内状态的演化，若V(t)-V(t-1)＜0，则区域交通状态持续恶化，需增加限制进入交通量；若V(t)-V(-1)0，则区域拥堵在缓解，可放松进入交通量；

K_i：非负参数，控制强度，K_i越大，控制强度越大，效果越好；K_i越小，单位时间内控制量越小，区域交通流状态变化慢；

K_p：非负参数，根据区域内状态演化，若区域内拥堵开始缓解，压缩的交通量可以减少，若仍在恶化需增加压缩量；

对于每一个截流点位n，依据路段通行能力与所有截流点位的通行能力进行分配，该数据传至下层控制层；

q_n(t)＝q_in(t)·N_n/N_tot

其中，q_n(t)为截流点位n在t时刻的计算入流；

N_n为当前截流点位进入区域方向车道数；

N_tot为所有截流点位进入区域方向车道数的和；

所述下层控制层对主干道网络采用最大压力控制，其控制算法如下：

对于截流点位n，引入各路段在t时刻的状态值s_z(t)，状态值为路段当前时刻路段速度v_z(t)与一个月内历史最大速度v_z，max的比，即

s_z(t)＝v_z(t)/v_z，max

则对于截流点位n，设进入区域方向路段为z，z的集合为I_n，则z的设定流量为：

给定历史数据、实时实测指标或预测速度，在周期开始时刻，t时刻，z路段上施加的压力p_z(t)计算如下所示；

其中，ω为进入区域各方向路段的下游路段，o_n为ω集合；

v_z，max为路段z的历史最大速度；

v_z(k)是路段z在t时刻的设定速度，

v_z(k)＝q_z(t)·v_z，max/q_z，max

q_z，max为z路段历史最大流量；

v_ω(t)为下游路段ω在t时刻的速度；

L_z，L_ω分别是路段z和下游路段ω的长度，从而使一定速度的短路段的压力比更长但相同速度的路段压力更大；

β_z，ω为由路段z转向ω相位的绿信比；

计算交叉口n各进口道的压力，即计算路口的每个相位j施加压力计算如下，并且该指标可用于计算路口的不同绿信比；

其中，j为n路口的相位，F_n为相位的集合；

v_j为j相位包含的所有进口道；

在每个周期结束时，将绿灯时间与每个阶段计算出的压力成比例地分配，绿信比计算方法：

其中，λ_n，j(t)为n路口j相位在t时刻的绿信比；

信号系统，用于根据配时方案进行交通信号控制；

交互可视化模块，用于显示各类信息、手动决定边界控制的结束。