[发明专利]一种基于卡口数据的高架信号控制方法

摘要

一种基于卡口数据的高架信号控制方法，包括以下步骤：步骤一、获取高架指标变化规律，1.1)计算高架拥堵指数变化趋势；1.2)计算匝道需求来源变化趋势；步骤二、卡口数据计算处理；步骤三、计算上匝道通行需求：匝道通行需求是与上匝道相邻的每个地面道路通行需求的总和，而单个地面道路通行需求是地面道路车辆总数和步骤二中计算出来的匝道需求来源比例的乘积；步骤四、估计排队长度：排队长度是在上匝道口等待进入高架的车辆数目；步骤五、计算上匝道控制率；步骤六、计算匝道信号灯绿信比。本发明提供了一种计算速度较快、鲁棒性较高、成本较低、控制灵活较好、实时性高的基于卡口数据的高架信号控制方法。

主权项

1.一种基于卡口数据的高架信号控制方法，其特征在于：所述高架信号控制方法包括以下步骤：步骤一、获取高架指标变化规律1.1)计算高架拥堵指数变化趋势拥堵指数是将道路拥堵程度数字化，是拥堵程度的直观表示，拥堵指数越高则拥堵越严重，将拥堵指数作为控制变量；1.2)计算匝道需求来源变化趋势分别统计每个与高架入口匝道相邻的地面道路进入高架的车辆，计算出总的进入高架的车辆，即匝道需求；匝道需求来源变化计算的方法是：假设上匝道的车辆从m个地面车道进入，m＞0，每个路口在相同的时间段内，流向其上匝道的比例上不变，地面道路的数据是通过地面卡口数据计算得到；对于m中的某个地面卡口p,0＜p＜＝m，按照公式(2)统计第k个控制周期中，地面道路的车辆驶入上匝道比例DFL(k)＝GCin(k)/GC(k)   (2)GCin(k)是单个控制周期内地面卡口p进入上匝道的车辆数，GC(k)是单个控制周期内地面卡口p记录的车辆总数；每天计算一次DFL(k)，通过历史数据，获取地面道路进入上匝道的规律，如公式(3)所示DFL(k)表示不同时刻地面道路控制周期为k时流入上匝道的车辆比例，DFp1(k)和DFp2(k)反映了匝道需求来源比例的变化趋势；步骤二、卡口数据计算处理卡口采集设备中获得的数据包括卡口ID、车牌号码、车辆类型、车辆速度和经过时间，首先将卡口获取的数据进行计算处理，然后，高架路网按照卡口分段，计算每段高架上的拥堵指数jam以及车流量l；车流量计算为，统计单个控制周期内的车辆总数c(k)，则l(k)＝c(k)/T，单位是vel/s，T为匝道控制的控制间隔；步骤三、计算上匝道通行需求匝道通行需求是与上匝道相邻的每个地面道路通行需求的总和，而单个地面道路通行需求是地面道路车辆总数和步骤1.2)中计算出来的匝道需求来源比例的乘积；步骤四、估计排队长度排队长度是在上匝道口等待进入高架的车辆数目；步骤五、计算上匝道控制率拥堵指数是通过速度计算获得，用高架拥堵指数来进行上匝道控制率的计算，如公式(7)所示：其中r(k)表示k个控制周期上匝道控制率，即要让多少辆车通过，Tjam是发生拥堵时的阈值，Tjam＞1；d(k)是匝道控制周期内的匝道需求，f(k)是控制输出，如公式(8)：α是控制力度，既高架拥堵指数较大时，相邻的两个控制周期内，车辆经过上匝道的最大变化量，α取值需要根据具体的上匝道来确定；ε(k)和是偏差和偏差变化率，k_p和k_d是sigmod函数中的参数，调整控制的动态响应，k_p和k_d的比值决定偏差变化和偏差变化率在控制中所占的比重；ε(k)是偏差，表示k个控制周期中，兼顾拥堵指数和排队长度的反馈控制，是偏差变化率，如公式(9)所示：ε(k)由三部分组成，分别为：第一项，ε(k)1＝jamd‑jam(k)，使拥堵指数逼近设定值jamd，jamd的取值要考虑尽可能使车流量大，并且拥堵情况降低，根据控制要求来设定，大于1；第二项ε(k)2使排队长度不超过匝道能容纳的车辆数，因为排队长度的单位是车辆数，与拥堵指数不在同一个数量级，所以将ε(k)2进行归一化处理，wd是设定匝道排队长度，跟上匝道长度密切相关，上匝道较长，则wd较大：当μ₂＜0时，表示当前匝道排队长度大于匝道可容纳的车辆数，即将要造成入口匝道回流现象，此时应该加大车辆放行量；当μ₂＞0时，表示匝道可容纳更多排队车辆，应该首先保证高架畅通；μ_2min＜0是μ₂最小值，即入口匝道排队很长时，最多可增大放行数量的比例；第三项ε(k)3是通过历史数据，估计下一时刻有拥堵指数有没有增长的趋势，如果下一时刻的拥堵指数比本时刻拥堵指数的增加量大于阈值，则说明高架上的车辆迅速增长，则减少车辆放行量，计算如公式(11)：TP_jam是相邻时刻拥堵指数变化的阈值，信号控制的周期越长，TP_jam越大；JAM(k+1)是k+1个控制周期拥堵指数的历史数据，JAM(k)是k个控制周期中拥堵指数历史数据；μ₃是ε(k)₃的影响因子，由计算，(μ₃+μ₂)×ε(k)₃表示匝道入口排队数量较少时，ε(k)₃占主导因素，当高架上车辆增多时，加大抑制驶入高架车辆数；当排队车辆大于匝道可容纳车辆时，ε(k)₂占主导因素，加大放行驶入高架车辆数；步骤六、计算匝道信号灯绿信比单个控制周期内，不加任何干扰和控制时可驶入的车辆为C，则红绿灯亮的时间按照公式(12)设定tmin是最小红绿灯时间，防止出现非常小的红灯和绿灯时间，此时车辆还来不及做出反应，容易造成交通事故；tg是绿灯亮的时间，tr是红灯亮的时间。