[发明专利]一种基于混沌的城市快速路多匝道协调控制方法

摘要

本发明涉及一种基于混沌的城市快速路多匝道协调控制方法，以由多入口匝道、多出口匝道、多座互通式立交桥、快速路主线组成的城市快速路系统为研究对象，该方法的步骤如下：1)参数初始化；2)实时交通流数据预处理：根据信息采集模块获得实时交通流数据，将该交通流数据作为交通流混沌智能识别模块的输入；3)各子系统混沌状态识别：由交通流混沌智能识别模块判断交织区是否处于混沌状态；4)基于混沌的单匝道控制级控制；5)基于混沌的多匝道协调控制级控制；6)确定备选匝道集合R₂中参与协调的各入口匝道的调解率。该方法切实可行，成本低，控制效果好，适于大范围的推广应用。

主权项

1.一种基于混沌的城市快速路多匝道协调控制方法，以由多入口匝道、多出口匝道、多座互通式立交桥、快速路主线组成的城市快速路系统为研究对象，该方法的步骤如下：1)参数初始化：在Matlab仿真程序中设置快速路道路设计参数、快速路交通流参数和仿真实验程序参数；2)实时交通流数据预处理：根据信息采集模块获得实时交通流数据，包括流量、车头时距、速度、密度、匝道排队长度，将该交通流数据作为交通流混沌智能识别模块的输入；3)各子系统混沌状态识别：由交通流混沌智能识别模块判断交织区是否处于混沌状态；若最大李雅普诺夫指数λjmax>0，出现混沌，则转向步骤4)，否则不对该子系统入口匝道施加控制；4)基于混沌的单匝道控制级控制：对出现混沌的子系统施加单匝道FDFC控制，在施加控制后的Δt时间内，判断是否触发多匝道协调标志h；若多匝道协调标志被触发，则进行步骤5)，否则转到步骤3)；所述多匝道协调标志h通过式(29)计算得到，若h＝1，触发多匝道协调控制，若h＝0时，不触发多匝道协调控制；其中，gj(t)为t时刻子系统j的交织区的车流密度；rj(t)为t时刻子系统j入口匝道调解率；dj(t)为t时刻子系统j入口匝道处的需求；5)基于混沌的多匝道协调控制级控制：确定施加控制信号匝道的位置，a.根据各子系统在t时刻的匝道排队长度lj(t)与匝道最大排队长度lmax的关系，判断是否符合排队长度条件，即lj(t)＞lmax，进而判别各子系统入口匝道排队情况，找到符合排队长度条件的子系统的集合，记为R1；b.根据各子系统在t时刻的匝道间主线速度vj(t)与拥堵速度vc的关系，判断是否符合速度条件，即vj(t)＜vc，在R1中找到所符合速度条件的子系统的集合作为备选匝道集合，记为R2；6)确定备选匝道集合R2中参与协调的各入口匝道的调解率：构建多匝道混沌协调控制器分解协调模型，根据协调级公式(28)计算相应调解率，并输入到匝道信号灯模块中，实施具体信号控制；其中，J为系统集合；k为迭代次数；j为第j个子系统，p为子系统标号，p＝j+1,…,J；为在第k次迭代下，t时刻子系统p匝道间主线流量；为在第k次迭代下，t时刻子系统p的入口匝道调解率；为在第k次迭代下，t时刻子系统p‑1的出口匝道调解率；为在第k次迭代下，t时刻子系统p匝道间主线的车流密度；为在第k次迭代下，t时刻子系统p主线方向车速；为在第k次迭代的拉格朗日乘子；在控制施加一段时间后，再次根据检测到的交通流数据判断当前子系统交织区是否仍处于混沌状态，若仍处于混沌状态则转到步骤4)；否则不对入口匝道施加控制。