一种城市区域边界控制系统技术方案

一种城市区域边界控制系统，包括：数据模块，用于选取各类表征交通状态的基础数据，并进行基础数据预处理，并将处理后的基础数据传输给状态评估模块；状态评估模块，用于对历史数据进行离线训练获取通行能力路网平均速度和对实时数据进行计算获取一定时间粒度范围内的区域路网平均速度，并与通行能力路网平均速度对比，判断实时数据所处范围并传输给控制方案模块；控制方案模块，用于根据状态评估模块的判断结果决定边界控制的启动或结束，并计算区域的截流点位下发相应的配时方案给信号系统，同时将各类信息传输给交互可视化模块；信号系统，用于根据配时方案进行交通信号控制；交互可视化模块，用于显示各类信息、手动决定边界控制的结束。

A kind of urban area boundary control system

【技术实现步骤摘要】
一种城市区域边界控制系统
本专利技术属于智能交通领域，涉及一种城市区域边界控制系统。
技术介绍
国民经济的发展和科技的进步促进了城市范围的扩大，越来越多的大城市周边出现了大型新城、组团等，都市区、城市群间的联系也日益密切，城市内、城市间的交通需求快速增长，再加上城市车辆机动化程度已进入了较高水平，交通拥堵往往不仅发生在路口或路段，也会从路口、路段的点演变到多条路段的线，甚至影响到相交路线，演变成区域层面的交通问题。根据研究，区域交通拥堵与区域内的交通需求密切相关。区域范畴也存在通行能力的概念，当区域交通需求超出其通行能力时，就有可能发生拥堵。因此，根据区域的通行能力，有效调控区域路网的需求，在需求量较大的时段，通过控制驶入交通量，特别是进入区域核心区的交通量，成为了缓解乃至预防区域交通拥堵的关键。在面向区域的交通管理方面，国内借鉴国外经验，通常采用汽车尾号限行、拥挤定价、错峰出行等宏观政策手段限制区域路网交通总量，也取得了一系列成效。但宏观政策手段的时段和范围不适宜经常变动，缺乏灵活性，同时政策的制定无法过于细致，难以考虑到微观交通流的供需平衡关系和城市内区域间的差别，解决具体问题较为困难。当前，越来越多的城市认识到先进的城市交通控制系统的作用与重要性，部署了或规划部署城市交通控制系统，信号优化服务也有了开展的基础，可以解决更多交通问题。在这样的前提下，本专利技术提出一种城市区域边界控制系统，从区域的角度出发分析区域交通状况，利用交通控制系统进行边界控制，进而改善区域交通状况。专利技术内容为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术在于提供了一种能够制定符合当前区域交通状态的边界控制策略、识别适宜区域边界截流的信号点位、调整边界点位信号配时城市区域边界控制系统。本专利技术采用的技术方案是：一种城市区域边界控制系统，其特征在于：包括：数据模块，用于选取各类表征交通状态的基础数据，并进行基础数据预处理，并将处理后的基础数据传输给状态评估模块，其中基础数据包括历史数据和实时数据；状态评估模块，用于对历史数据进行离线训练获取通行能力路网平均速度和对实时数据进行计算获取一定时间粒度范围内的区域路网平均速度，并与通行能力路网平均速度对比，判断实时数据所处范围并传输给控制方案模块；控制方案模块，用于根据状态评估模块的判断结果决定边界控制的启动或结束，并计算区域的截流点位下发相应的配时方案给信号系统，同时将各类信息传输给交互可视化模块；信号系统，用于根据配时方案进行交通信号控制；交互可视化模块，用于显示各类信息、手动决定边界控制的结束。进一步，所述数据模块包括：基础数据单元，用于基础数据的定义、基础数据的分类、基础数据的调用；数据处理单元，用于基础数据的预处理，预处理包括补全、修复、匹配、融合、标准化和分析。进一步，所述状态评估模块包括：区域性质单元，用于对历史数据进行离线训练获取通行能力路网平均速度；实时状态单元，用于对实时数据进行计算获取一定时间粒度范围内的区域路网平均速度，并与通行能力路网平均速度对比，判断实时数据所处范围并传输给控制方案模块。进一步，所述区域性质单元采用宏观交通指标-路网平均速度V来表征区域需求，区域总出流Qout_total作为区域状态表征，通过历史数据计算历史状态中，区域总出流最高时，路网的平均速度作为路网达到通行能力时的平均速度，定义为通行能力路网平均速度Vcap。进一步，所述控制方案模块包括：系统控制单元，用于实现实时状态单元评估信息与历史通行能力的对比，根据区域路网宏观基本图(Macroscopicfundamentaldiagram，MFD)的性质，决定边界控制的开启/关闭状态；截流点选取单元，用于选择有限个入区域流量较大且上游路段交通状态较好的路口作为截流点位；配时方案单元，用于根据截流点位输出相应的配时方案进行边界控制。进一步，所述系统控制单元中，边界控制不开启/结束条件：V≥Vter或Vact＜V＜Vter边界控制开启条件：V≤Vact其中，v为路网平均速度，V＝∑(vroadsect·qroadsect)/∑qroadsect其中vroadsect为区域内路段车速；qroadsect为区域内路段流量；Vact为边界控制开启阈值，Vact＝0.85Vcap；Vter为边界控制结束阈值，Vcat＝0.95Vcap。进一步，所述截流点选取单元的截流点位选取过程如下：(1)借助实时流量、速度数据，按实时入流量，由大至小对边界点位排序，选择实时入流最大的n个边界点位，n＝F(Lamp)其中F(Lamp)是Lamp的函数，由实际经验拟合，Lamp为区域内有信号控制的交叉口个数；(2)依次判断各选取点位是否有进或出区域同放相位、所述选取点位出流与入流比值是否大于阈值、上游路段速度状态是否为拥堵或严重拥堵；(3)若上述判断均为否，选择所述选取点位为截流点位；若有同放相位但上游路段拥堵或严重拥堵，或没有同放相位但出流与入流比值小于等于阈值，所述选取点位不能作为截流点位，选择第n+1位的边界点位进行判断。进一步，所述配时方案单元采用层次控制框架进行边界控制，分为上层控制层和下层控制层；所述上层控制层采用多变量反馈的PI调节器，其控制算法如下：qin(t)＝qin(t-1)+Ki*[Vcap-V(t)]-Kp*[V(t)-V(t-1)]其中：t为时间粒度；qin(t)、qin(t-1)分别为t时刻、t-1时刻总入流；Vcap、V(t)、V(t-1)分别为历史最大路网平均速度、t时刻路网平均速度、t-1时刻路网平均速度；Vcap-V(t)：控制量需修正偏差，当区域内的交通流状态越差，该值越大，需要减少进入的交通量越大；V(t)-V(t-1)：代表区域内状态的演化，若V(t)-V(t-1)＜0，则区域交通状态持续恶化，需增加限制进入交通量；若V(t)-V(t-1)>0，则区域拥堵在缓解，可放松进入交通量；Ki：非负参数，控制强度，Ki越大，控制强度越大，效果越好；Ki越小，单位时间内控制量越小，区域交通流状态变化慢；Kp：非负参数，根据区域内状态演化，若区域内拥堵开始缓解，压缩的交通量可以减少，若仍在恶化需增加压缩量；对于每一个截流点位n，依据路段通行能力与所有截流点位的通行能力进行分配，该数据传至下层控制层；qn(t)＝qin(t)·Nn/Ntot其中，qn(t)为截流点位n在t时刻的计算入流；Nn为当前截流点位进入区域方向车道数；Ntot为所有截流点位进入区域方向车道数的和；所述下层控制层对主干道网络采用最大压力控制，其控制算法如下：对于截流点位n，引入各路段在t时刻的状态值sz(t)，状态值为路段当前时刻路段速度v本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市区域边界控制系统，其特征在于：包括：/n数据模块，用于选取各类表征交通状态的基础数据，并进行基础数据预处理，并将处理后的基础数据传输给状态评估模块，其中基础数据包括历史数据和实时数据；/n状态评估模块，用于对历史数据进行离线训练获取通行能力路网平均速度和对实时数据进行计算获取一定时间粒度范围内的区域路网平均速度，并与通行能力路网平均速度对比，判断实时数据所处范围并传输给控制方案模块；/n控制方案模块，用于根据状态评估模块的判断结果决定边界控制的启动或结束，并计算区域的截流点位下发相应的配时方案给信号系统，同时将各类信息传输给交互可视化模块；/n信号系统，用于根据配时方案进行交通信号控制；/n交互可视化模块，用于显示各类信息、手动决定边界控制的结束。/n

【技术特征摘要】
1.一种城市区域边界控制系统，其特征在于：包括：
数据模块，用于选取各类表征交通状态的基础数据，并进行基础数据预处理，并将处理后的基础数据传输给状态评估模块，其中基础数据包括历史数据和实时数据；
状态评估模块，用于对历史数据进行离线训练获取通行能力路网平均速度和对实时数据进行计算获取一定时间粒度范围内的区域路网平均速度，并与通行能力路网平均速度对比，判断实时数据所处范围并传输给控制方案模块；
控制方案模块，用于根据状态评估模块的判断结果决定边界控制的启动或结束，并计算区域的截流点位下发相应的配时方案给信号系统，同时将各类信息传输给交互可视化模块；
信号系统，用于根据配时方案进行交通信号控制；
交互可视化模块，用于显示各类信息、手动决定边界控制的结束。


2.根据权利要求1所述的一种城市区域边界控制系统，其特征在于：所述数据模块包括：
基础数据单元，用于基础数据的定义、基础数据的分类、基础数据的调用；
数据处理单元，用于基础数据的预处理，预处理包括补全、修复、匹配、融合、标准化和分析。


3.根据权利要求1所述的一种城市区域边界控制系统，其特征在于：所述状态评估模块包括：
区域性质单元，用于对历史数据进行离线训练获取通行能力路网平均速度；
实时状态单元，用于对实时数据进行计算获取一定时间粒度范围内的区域路网平均速度，并与通行能力路网平均速度对比，判断实时数据所处范围并传输给控制方案模块。


4.根据权利要求3所述的一种城市区域边界控制系统，其特征在于：所述区域性质单元采用宏观交通指标-路网平均速度V来表征区域需求，区域总出流Qout_total作为区域状态表征，通过历史数据计算历史状态中，区域总出流最高时，路网的平均速度作为路网达到通行能力时的平均速度，定义为通行能力路网平均速度Vcap。


5.根据权利要求4所述的一种城市区域边界控制系统，其特征在于：所述控制方案模块包括：
系统控制单元，用于实现实时状态单元评估信息与历史通行能力的对比，根据区域路网宏观基本图的性质，决定边界控制的开启/关闭状态；
截流点选取单元，用于选择有限个入区域流量较大且上游路段交通状态较好的路口作为截流点位；
配时方案单元，用于根据截流点位输出相应的配时方案进行边界控制。


6.根据权利要求5所述的一种城市区域边界控制系统，其特征在于：所述系统控制单元中，
边界控制不开启/结束条件：
V≥Vter
或
Vact＜V＜Vter
边界控制开启条件：
V≤Vact
其中，v为路网平均速度，
V＝∑(vroadsect·qroadsect)/∑qroadsect
其中vroadsect为区域内路段车速；qroadsect为区域内路段流量；Vact为边界控制开启阈值；Vter为边界控制结束阈值。


7.根据权利要求6所述的一种城市区域边界控制系统，其特征在于：所述截流点选取单元的截流点位选取过程如下：
(1)借助实时流量、速度数据，按实时入流量，由大至小对边界点位排序，选择实时入流最大的n个边界点位，
n＝F(Lamp)
其中F(Lamp)是Lamp的函数，由实际经验拟合，Lamp为区域内有信号控制的交叉口个数；
(2)依次判断各选取点位是否有进或出区域同放相位、所述选取点位出流与入流比值是否大于阈值、上游路段速度状态是否为拥堵或严重拥堵；
(3)若上述判断均为否，选择所述选取点位为截流点位；若有同放相位但上游路段拥堵或严重拥堵，或没有同放相位但出流与入流比值小于等于阈值，所述选取点位不能作为截流点位，选择第n+1位的边界点位进行判断。


8.根据权利要求7所述的一种城市区域边界控制系统，其特征在于：所述配时方案单元采用层次控制框架进行边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：金峻臣，庞钰琪，戎丁丁，刘多，周浩敏，郭海锋，
申请(专利权)人：银江股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33