[发明专利]一种高架匝道智能信号调控方法

摘要

一种高架匝道智能信号调控方法，包括如下步骤：步骤1：高架桥面交通状态数据采集：采集高架桥面的实时交通流量数据；步骤2：对采集的高架桥面流量与设定的流量阈值进行对比，若实时流量超过阈值，判断桥面堵塞；否则桥面处于未堵塞状态；步骤3：创建出口截面；步骤4：计算出口截面上游各段可变限制速度及各入口匝道控制率，设高架可分为多个路段，每个路段带一个入口匝道，出口匝道数不限；TTS为关于r_k(t),k＝1,…,K的函数，最小化TTS，即计算r_k(t),k＝1,…,K的组合使得TTS最小，通过线性规划方法计算r_k(t),k＝1,…,K，则得到各入口匝道控制率。本发明简单有效、成本较低、实时性良好。

主权项

1.一种高架匝道智能信号调控方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：高架桥面交通状态数据采集采集高架桥面的实时交通流量数据，设置周期为T；步骤2：判断高架桥面是否堵塞对采集的高架桥面流量与设定的流量阈值进行对比，若实时流量超过阈值，则判断桥面堵塞；否则桥面处于未堵塞状态；步骤3：创建出口截面当高架桥面堵塞时，其下游的通行能力下降，设堵塞断面下游为目标断面，目标变为提高目标断面的通行能力，使其接近最大容量；在目标断面上游创建出口截面，使出口截面的流量接近目标断面的通行能力，速度接近自由速度，所述自由速度为畅通情况下的自由行驶速度；出口截面的长度为从速度为0加速到理想速度时所需要的长度，如下式所示：其中，Ldis为出口截面长度，单位为米，Vdir为理想速度，aave为平均加速度，Ladd为考虑到车辆变道因素而附加的长度；步骤4：采用可变限制速度与匝道控制融合算法计算出口截面上游各段可变限制速度及各入口匝道控制率，设高架可分为多个路段，每个路段带一个入口匝道，出口匝道数不限，过程如下：4.1)确定目标函数：匝道控制的目标为恢复目标断面的通行能力、最小化总耗费时间、最大化总旅行距离，在第t时间步的目标函数由下式表示：R＝TTS‑TTD     (2)其中，R为目标函数，TTS是总耗费时间，TTD是总旅行距离，αttd,K表征最大化路段K流量的重要性，αttd,0表征最大化路段0流量的重要性，路段K为临界可变限制速度区域，为使其输出流量接近目标断面通行能力，令αttd,K＞＞αttd,0>0，ωk为路段k的入口匝道排队长度；ρk为路段k的密度，Lk为路段k长度，lk为路段k车道数，Ts为密度从堵塞密度恢复到理想密度所耗费时间，qk为路段k的流量，qK为路段K的流量，lKqK≈Qb，Qb为最大通行能力；TTS的前一项表示各路段车辆旅行时间之和，后一项表示入口匝道车辆排队时间；qk根据下式计算得到：其中，为前一时间路段k‑1的流量，s_k(t)为路段k总出口匝道流量，单位veh/h，d_k(t)为入口匝道k的需求，Q_k为路段k通行能力，Q_k,o为入口匝道k通行容量，R_k(t)为入口匝道k估计流量，取入口匝道需求、通行能力及主干道能接收流量的最小值；4.2)ρk(t+1)根据密度动态预测公式得到：其中，rk(t)为路段k入口匝道控制率，uk‑1为堵塞区域上游路段的可变限制速度，uk为堵塞区域内路段的可变限制速度，ρk(t)为前一时间路段k密度；4.3)计算uk(t)，计算公式如下：αk(t)＝H(Qk‑qk(t))  (9)其中，u_k(t)为可变限制速度，V_f为自由速度，α_k(t)为入口匝道需求参数，β_k为入口匝道长度参数，ε)β_k(t))＝1，0≤ε≤1为平衡入口匝道需求与入口匝道容量优先顺序的参数，v_ac为满足驾驶员接受程度所设置的速度变化量限制，γ为增益参数，u_K(t)为临界可变限制速度，是最上游路段的可变限制速度，为出口截面速度，ρ_c为临界密度，为出口截面密度；4.4)计算uk‑1(t)堵塞区域为流量存储段，当上游流量需求较大时，堵塞区域可能反向传播至上游导致流量存储段变大，因此上游路段按同理设置可变限制速度：其中，Vst(t)为流量存储段的速度，Vst(t)根据下式确定：Vst(t)×ρst(t)≥Qb  (15)ρc≤ρst(t)≤ρJ  (16)其中，ρst(t)为流量存储段的密度，ρc为临界密度，ρJ为堵塞密度，ρst(t)根据经验值选取；当确定ρst(t)和Vst(t)后，可对上游路段是否应该加入流量存储段进行判断，通过比较ρst(t)与上游路段密度ρk(t)，若ρst(t)≤ρk(t)，则路段k加入流量存储段，否则不加入；4.5)Ts为密度从堵塞密度ρJ恢复到理想密度ρb所耗费时间，设在最大通行能力Qb时的理想速度为Vb，则理想密度为堵塞密度ρJ恢复到理想密度ρb所耗费时间Ts为其中，uK、ρK分别为临界可变限制速度区域的速度和密度，满足uKρK＜＜Qb，ldis为出口截面的车道数，lb为目标断面车道数，Lb为目标断面长度；4.6)ωk(t+1)根据以下公式计算得到：ωk(t+1)＝ωk(t)+Ts[dk(t)‑qk,o(t)]  (19)其中，dk为入口匝道k需求，qk,o为入口匝道k估计流量；结合式(6)、(7)、(13)、(17)和(18)，TTS为关于rk(t),k＝1,…,K的函数，最小化TTS，即计算rk(t),k＝1,…,K的组合使得TTS最小，通过线性规划方法计算rk(t),k＝1,…,K，则得到各入口匝道控制率。