一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法，包括以下步骤：步骤1：针对某一入口匝道局部控制范围路段中的瓶颈段，计算每一个瓶颈段的调节率ri(k)，取其最小值作为局部调节率rj(k)；步骤2：根据匝道排队长度限制计算匝道调节率r′(k)；步骤3：比较局部调节率rj(k)和匝道调节率r′(k)，取其中的最大值作为最终的局部调节率r(k)；步骤4：计算瓶颈段j上游相关匝道的协调调节率R(m,j,k)，取其中的最小值作为该匝道的协调调节率Rc(m,k)；步骤5：比较r(k)和Rc(m,k)，取其中最小值，作为该匝道的最终调节率；本发明专利技术解决了现有匝道协调控制求解的调节率偏大问题。

A ramp coordinated control method based on multiple bottleneck conditions

The invention discloses an on-ramp coordination control method based on multi-bottleneck conditions, which comprises the following steps: step 1: calculating the regulation rate RI (k) of each bottleneck section for a bottleneck section in a local control range of an on-ramp, and taking the minimum value as the local regulation rate RJ (k); step 2: according to the length limit of the on-ramp queue; Step 3: Compare the local regulation rate R J (k) with the ramp regulation rate R'(k), and take the maximum value as the final local regulation rate R (k); Step 4: Calculate the coordination regulation rate R (m, j, k) of the related ramps upstream of bottleneck j, and take the minimum value as the coordination regulation rate Rc (m, k) of the ramp. 5: Comparing R (k) and Rc (m, k), taking the minimum value as the final regulation rate of the ramp, the invention solves the problem that the regulation rate of the existing ramp coordination control solution is too large.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法
本专利技术涉及快速路匝道协调控制方法，具体涉及一种多瓶颈条件下的匝道协调控制方法。
技术介绍
单点匝道控制中，ALINEA(AsservissementLinéaired’EntréeAutoroutière)是最为常见的一种控制策略；作为一种闭环反馈控制策略，ALINEA具有良好的稳定性；从控制原理上看，ALINEA是一种针对入口匝道河流区的控制策略，主要针对合流区的常发性交通拥堵；在城市快速路，出入口匝道往往是产生瓶颈的主要原因，因此ALINEA针对入口匝道合流区的控制具有良好的效果；但在城市快速路设计或施工中由于某些限制会导致瓶颈段(车道减少等)的产生，或由于交通事件可能出现多个瓶颈；一般情况下瓶颈段的占有率会高于主线其他路段，尤其在非高峰时段，这类瓶颈段的占有率很可能会高于合流区；如果该类瓶颈段与合流区距离较远，超过了入口匝道控制的区域，这种情况下ALINEA利用合流区占有率输出的调节率要高于利用瓶颈段占有率输出的调节率；其结果会加剧瓶颈段的拥堵，甚至拥有向上游蔓延至合流区，最终导致瓶颈段占有率在期望值附近产生剧烈震荡。匝道协调控制中，按照控制原理的不同，可分为多变量控制、系统最优控制和启发式控制；最优控制一般通过优化匝道调节率使系统的总延误最小，但前提是建立准确的交通流描述模型，算法复杂、计算量大，并且难以得到拥挤条件下的控制方案；多变量控制使交通状态维持在设定值附近，含有反馈机制、稳定性好、抗干扰能力强，但在拥堵时的控制效果不佳；启发式控制采取了局部与协调相结合的方法计算调节率，无需设立控制目标、复杂星弟，是实施性最好的一种控制方法；但启发式控制在计算调节率时同单点匝道控制一样，主要考虑的是入口匝道合流区的交通状态，当路段存在多个瓶颈段时，并且瓶颈段的交通拥堵较合流区更为严重的情况下，启发式控制方法效果大打折扣；现有的启发式匝道控制方法中，局部调节率及协调调节率的确定，主要考虑入口匝道合流区附近的交通流状态，这种情况在快速路的唯一瓶颈是入口匝道时比较适用；但是在现实的快速路中，入口匝道为唯一瓶颈的情况比较理想，由于快速路是城市的交通大动脉，交通运行非常复杂，交通事件、道路养护或者由于用地受限造成车道减少等原因，也是形成交通瓶颈的重要因素；这类瓶颈的的发生地点可能在快速路的基本路段，只考虑入口匝道合流区附近的交通状态的匝道控制方法不再适用；另外，对于大多数模型而言，对于实时的OD信息和状态信息的依赖性很强，并且不具备反馈机制，除非能精确预测到系统的未来状态，否则开环控制往往无法达到理想的控制效果。可以看到，目前主要匝道控制方法中，调节率均是根据相关联入口匝道合流区的交通状况确定，较少有研究考虑了基本路段存在交通瓶颈时的匝道控制问题；现实情况是匝道间的基本路段也经常出现交通瓶颈(如交通事件、车道减少等)，其对主线交通的影响可能比入口匝道更为严重，因此，在建立匝道控制策略时应该将路段出现交通瓶颈的情况考虑在内；比如单点匝道控制，当匝道下游的路段出现严重的交通瓶颈，并且该瓶颈对交通的影响超过入口匝道交通合流对交通产生的干扰时；一味的追求合流区通过量最大只会加剧路段瓶颈处的交通拥堵程度；同理，匝道协调控制中，当路段存在交通瓶颈时，系统能够支配的容量要小于不考虑路段瓶颈时系统能够支配的容量，因此确定的匝道调节率可能存在偏大的情况。
技术实现思路
本专利技术提供一种解决匝道协调控制求解的调节率偏大问题的基于多瓶颈条件下的匝道协调控制方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法，包括以下步骤：步骤1：针对某一入口匝道局部控制范围路段中的瓶颈段，计算每一个瓶颈段的调节率ri(k)，取其最小值作为局部调节率rj(k)；步骤2：根据匝道排队长度限制计算匝道调节率r′(k)；步骤3：比较局部调节率rj(k)和匝道调节率r′(k)，取其中的最大值作为最终的局部调节率r(k)；步骤4：计算瓶颈段j上游相关匝道的协调调节率R(m,j,k)，取其中的最小值作为该匝道的协调调节率Rc(m,k)；步骤5：比较r(k)和Rc(m,k)，取其中最小值，作为该匝道的最终调节率；其中：i为瓶颈段，k为控制周期，j为瓶颈最严重的瓶颈段，m为与瓶颈段j相关的匝道。进一步的，所述步骤1中对调节率ri(k)和上一控制周期的调节率通过指数平滑法进行平滑。进一步的，所述步骤1中调节率ri(k)的计算过程如下：式中：i＝1,2,…,n，ri(k)为第k个控制周期中瓶颈段i的匝道调节率；ri(k-1)为k个控制周期中瓶颈段i的匝道调节率，KR和KP为调节参数，为期望占有率，oi(k)为第k个控制周期瓶颈段i的占有率，oi(k-1)为第k-1个控制周期瓶颈段i的占有率。进一步的，所述步骤1中对调节率ri(k)和上一控制周期的调节率通过指数平滑法进行平滑；rism(k)＝α·ri(k)+(1-α)·rism(k-1)式中：rism(k)为指数后瓶颈i第k个控制周期的匝道调节率；rism(k-1)为指数后瓶颈i第k-1个控制周期的匝道调节率；α为平滑常数；进一步的，所述步骤2中匝道调节率r′(k)的计算过程如下：式中：r′(k)为第k个控制周期避免排队溢出的最小匝道调节率，为匝道允许的最大排队长度，w(k)为第k个控制周期的排队车辆数，d(k-1)为第k-1个控制周期的匝道需求，T为控制周期长度。进一步的，步骤4中R(m,j,k)的计算方法如下：式中：R(m,j,k)为第k个控制周期上游相关匝道m的协调调节率，P为最靠近瓶颈段j的匝道；rj(k)为第k个控制周期根据瓶颈段j计算的匝道调节率；Wmj为瓶颈段j相关的匝道m的权重系数；其中：式中：Xm为匝道m的位置坐标，Xj为瓶颈段j上游结束时的位置坐标。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术考虑了快速路基本路段存在瓶颈情况以及多个瓶颈同时存在的情况，解决了现有控制方法只考虑合流附近交通流状态而可能加剧基本路段瓶颈交通拥堵的问题；(2)本专利技术将局部调节率求解时的考虑范围扩大到受控制匝道至下游相邻匝道的整个路段，解决了未考虑路段多瓶颈条件下的匝道协调控制求解的调节率偏大的问题。附图说明图1为本专利技术多瓶颈单点匝道控制原理示意图。图2为本专利技术使用时流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。图1为快速路存在多瓶颈的情况，从图中可以看出入口匝道的局部控制范围为入口匝道鼻端至下游相邻入口匝道位置的整个路段；当路段存在多个瓶颈时，每一个瓶颈位置对交通流的影响大小均不相同，其中必然存在一个情况最为严重的交通瓶颈；该瓶颈对整个交通流产生的影响最大，只要针对该瓶颈采取较为严格的匝道调节率，相应地其他影响较小的交通瓶颈也能得到较好的缓解；本专利技术中采用一种并行的控制方法，对于某一时段同时存在的多个交通瓶颈，首先针对每一个瓶颈计算匝道调节率，将得到的匝道调节率并行输入到决策单元，决策单元选择输入中调节率最小值，作为最终的局部调节率。由于瓶颈段与入口匝道的距离可能较远，采用经典的ALINEA控制时会影响到其响应速度；导致瓶颈段占有率产生近似周期性震荡，因此本专利技术采用PI-ALINEA(Proportional-IntegralALINEA)进行控制；PI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对某一入口匝道局部控制范围路段中的瓶颈段，计算每一个瓶颈段的调节率ri(k)，取其最小值作为局部调节率rj(k)；步骤2：根据匝道排队长度限制计算匝道调节率r′(k)；步骤3：比较局部调节率rj(k)和匝道调节率r′(k)，取其中的最大值作为最终的局部调节率r(k)；步骤4：计算瓶颈段j上游相关匝道的协调调节率R(m,j,k)，取其中的最小值作为该匝道的协调调节率Rc(m,k)；步骤5：比较r(k)和Rc(m,k)，取其中最小值，作为该匝道的最终调节率；其中：i为瓶颈段，k为控制周期，j为瓶颈最严重的瓶颈段，m为与瓶颈段j相关的匝道。

【技术特征摘要】
1.一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对某一入口匝道局部控制范围路段中的瓶颈段，计算每一个瓶颈段的调节率ri(k)，取其最小值作为局部调节率rj(k)；步骤2：根据匝道排队长度限制计算匝道调节率r′(k)；步骤3：比较局部调节率rj(k)和匝道调节率r′(k)，取其中的最大值作为最终的局部调节率r(k)；步骤4：计算瓶颈段j上游相关匝道的协调调节率R(m,j,k)，取其中的最小值作为该匝道的协调调节率Rc(m,k)；步骤5：比较r(k)和Rc(m,k)，取其中最小值，作为该匝道的最终调节率；其中：i为瓶颈段，k为控制周期，j为瓶颈最严重的瓶颈段，m为与瓶颈段j相关的匝道。2.根据权利要求1所述的一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法，其特征在于，所述步骤1中对调节率ri(k)和上一控制周期的调节率通过指数平滑法进行平滑。3.根据权利要求1所述的一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法，其特征在于，所述步骤1中调节率ri(k)的计算过程如下：式中：i＝1,2,…,n，ri(k)为第k个控制周期中瓶颈段i的匝道调节率；ri(k-1)为k个控制周期中瓶颈段i的匝道调节率，KR和KP为调节参数，为期望占有率，oi(k)为第k个控制周期瓶颈段i的占有...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐立，翟鹏飞，罗霞，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51