[发明专利]基于Papageorgiou-E宏观交通流模型的FPGA在线预测控制方法

摘要

本发明公开了一种基于Papageorgiou-E宏观交通流模型的FPGA在线预测控制方法，用于解决现有的FPGA预测控制方法实时性差的技术问题。技术方案是通过对模型近似离散化处理，建立并行处理流程，设计动态数据存储方案，用FPGA实现了基于Papageorgiou-E宏观交通流模型的封闭道路匝口和可变信息牌的预测控制。使得高速公路的交通流密度、行车速度实现了实时有效控制。

主权项

1.一种基于Papageorgiou-E宏观交通流模型的FPGA在线预测控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、根据Papageorgiou-E模型：式中，T为采样周期，把道路分为N段，每段的长度为Δ_i，ρ_i(k)表示第i个路段在[kT，(k+1)T]内的车辆平均密度，q_i(k)表示第i个路段在[kT，(k+1)T]内的流量，v_i(k)表示第i个路段在[kT，(k+1)T]的车辆平均速度，r_i(k)表示第i个路段在[kT，(k+1)T]内由匝口进入的车流量，s_i(k)＝s_0i(k)+s_qi(k)表示第i个路段在[kT，(k+1)T]内由匝口驶出的车流量，s_0i(k)为由匝口驶出的正常车流量、s_qi(k)为信息显示牌强制驶出车辆造成的流量增量，α为可调参数(0≤α≤1)，V_e(ρ_i(k))为等价速度，υ，κ为常数；步骤二、建立等价速度模型为：第i路段：式中，v_f，ρ_jam，m，l均为常数，其中v_f是自由流速度，ρ_jam是阻塞密度，v_ea(i)为第i个路段可变信息显示牌指定速度；步骤三、结合Papageorgiou-E模型的差分形式和等价速度模型，在FPGA中设计包含车辆平均密度ρ和平均速度v的计算模块，根据实际道路的长度和匝口信息把高速公路分成多个路段，每个路段对应一个计算模块，根据初始信息和调控信息，在FPGA中同时并行运行这些计算模块，预测出各个路段下一时间段的车辆平均密度、车流量和平均速度，然后把车辆平均密度、车流量和平均速度存入寄存器，在所有计算模块完成计算后，输出车辆平均密度、车流量和平均速度，同时把这些数据回传给计算模块进行下一步的计算；步骤四、以匝口进入封闭道路流量作为模型输入，可变信息牌作为强制速度和匝口强制输出调节量，对于给定控制输入预测每个路段的平均交通流密度、流量和车辆平均速度，如果每个路段都满足最低速度、最大密度要求，则选择该方案以控制封闭道路匝口及可变信息牌，否则调整控制方案；步骤五、利用交通流量和速度、交通流密度的关系来对模型进行自检验，若|q_i(k)-ρ_i(k)v_i(k)|大于某一阈值err则说明计算出现坏解，此时对计算系统复位，重新进行计算。