基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于事件触发机制的城市道路交通系统的可靠滤波器设计方法。本发明专利技术通过采集城市道路交通系统中的各路口的车流量和人流量数据，建立了城市道路交通系统的状态空间正系统模型；针对传感器的饱和因素提出了一种将传感器测量输出转化为区间形式的转化方法，进一步，提出了一种城市道路交通系统的基于事件触发机制的l1‑

【技术实现步骤摘要】
基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法


[0001]本专利技术涉及智慧交通领域，尤其是涉及基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设 计方法。

技术介绍

[0002]随着交通设施的逐渐完善，人们的生活方式和出行方式发生了翻天覆地的变化。随着人 均经济收入的提高，小汽车的消费量也与日俱增。这一方面意味着人们生活水平的显著提高， 另一方面也给人们的交通出行和城市的交通管理带来诸多问题，如：交通拥堵、交通事故、 交通瘫痪。这些轻则影响城市的通行状况、降低人们的出行体验，重则造成经济损失和城市 瘫痪。为了获得实时的通行状况、降低因拥堵和事故带来的损失、防止通行状况的恶化，提 出一种有效的城市道路系统的可靠滤波设计方法显得尤为必要。
[0003]城市道路交通系统由道路网络、交通流、交通检测和调度组成，是一个复杂的动态系统。 其复杂性不仅体现在道路之间的相互连通、道路本身的复杂环境，还体现在受多种因素印象 的路况的复杂性和多变性，如，天气影响、通行“高峰期”影响、通行者的多样性影响。
[0004]此外，实际过程中，由于天气因素、元器件损耗等因素，传感器的饱和现象在所难免。 而这种现象对于掌握城市道路交通系统的实时信息是十分不利的，轻则导致城市道路交通系 统中的交通拥堵等问题得不到及时的调控和解决，重则导致城市道路交通系统不能正常运行 甚至瘫痪。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，实现降低设备的硬件要求，进而降低开发和建设成本的目的， 本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1.收集各城市道路交通路口的流量数据，建立相应的状态空间正系统模型，具体方 法为：
[0008]1.1记录单位时间内流入流出各城市道路交通路口的车辆数和人口数，进而得到路口的 车流量平衡方程
[0009][0010]其中，v
i
(k)为某一交叉路口的第i个路口的第k时刻的车辆数，Δt为单位时间间隔，为第k时刻从第j条支路流入到第i个路口的车辆数，为第k时刻从第i个 路口流出到第h条支路的车辆数。关于和的图示说明可参考图1。
[0011]1.2根据所得到的记录数据建立城市道路交通系统的状态空间表达式为
[0012]x(k+1)＝A
δ(k)
x(k)+B
δ(k)
w(k),
[0013]y(k)＝C
δ(k)
x(k)+D
δ(k)
w(k),
[0014]z(k)＝E
δ(k)
x(k)+F
δ(k)
w(k),
[0015]其中，x(k)＝(x1(k) x2(k)
ꢀ…ꢀ
x
i
(k)
ꢀ…ꢀ
x
n
(k))
T
由城市道路交通系统的n个交叉路 口车辆数x
i
(k)组成；为摄像头和雷达等传感器的测量结果,z(k)为待估计的 城市道路通行状况；为新加入城市道路的车辆和人口等摄动输入；A
δ(k)
, B
δ(k)
,C
δ(k)
,D
δ(k)
,E
δ(k)
和F
δ(k)
为由步骤1.1得到的数据所建立的第ρ个子系统的系统 矩阵，并满足δ(k)为满足Markov过程的跳变信号，满足δ(k)∈S，转移概率为 Pr{δ(k+1)＝σ|δ(k)＝ρ}＝π
ρσ
,0≤π
ρσ
≤1和集合S＝{1,2,
…
,N}，N为 给定的正整数，δ(k)的取值由步骤1.1中得到的数据特性决定，通常取N＝2，即城 市道路交通系统由两个子系统组成，“高峰期”子系统和“非高峰期”子系统。为了便于 后文系统模型的描述，当δ(k)＝ρ时，记交通系统的矩阵为A
ρ
＝A
δ(k)
,B
ρ
＝B
δ(k)
, C
ρ
＝C
δ(k)
,D
ρ
＝D
δ(k)
,E
ρ
＝E
δ(k)
和F
ρ
＝F
δ(k)
，ρ∈S。根据车辆数的非负特性，交通系统 的矩阵满足
[0016]步骤2.针对传感器的饱和现象，设计一种区间不确定形式的传感器输出架构。
[0017]y(k)＝sat(C
ρ
x(k))+D
ρ
w(k),
[0018]其中，sat(
·
)为饱和函数。给定一个向量经饱和函数sat(
·
)作用后，可得：sat(u
i
)＝min{sign(u
i
)|u
i
|,sign(u
i
)}sat(u)＝(sat(u1) sat(u2)
ꢀ…ꢀ
sat(u
s
))
T
结合实际过程中传感器的饱和特性，利用角域条件将饱和函数转化为区间不确定形式， 即λ
i
u
i
≤sat(u
i
)≤u
i
,0＜λ
i
＜1记：Λ＝diag{λ
1 λ2ꢀ…ꢀ
λ
s
}。y(k)可以转化为
[0019][0020]步骤3.基于1范数，建立一种线性形式的事件触发条件，进一步，设计一种事件触发滤 波器，估计城市道路交通的通行状况。
[0021]定义定义是一个分段函数，其值仅在事件触发时更新，之后保持不 变直到下一次事件触发产生。基于1范数，建立一种可用线性规划转化的事件触发条件为
[0022]||e
y
(k)||1＞β||y(k)||1,
[0023]其中，β为一个给定的常数且满足0＜β＜1。
[0024]事件触发滤波器的具体架构设计为：
[0025][0026][0027]其中，为滤波器的状态变量；为滤波器的有效输入；滤波器系
统矩阵 A
fρ
,B
fρ
,E
fρ
和F
fρ
为将被设计的适当维度的增益矩阵。
[0028]步骤4.进一步，针对系统运行过程中的系列不确定因素，建立一种可增强滤波器鲁棒性 的非脆弱滤波器架构。
[0029]非脆弱滤波器的架构设计为：
[0030][0031][0032]其中，滤波器摄动矩阵Δ
Aρ
,Δ
Bρ
,Δ
Eρ
和Δ
Fρ
为具有上下界的适当维度的增益矩阵满足
[0033][0034][0035]并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法，其特征在于包含如下步骤：步骤1，采集城市道路各交叉路口的流量数据，建立道路系统的流量状态空间正系统模型；步骤2，针对传感器饱和现象，建立区间不确定形式的传感器测量输出架构；步骤3，基于1范数，建立线性形式的事件触发条件，并设计事件触发滤波器，估计城市道路交通的通行状况；步骤4，针对系统运行过程中的系列不确定因素，建立非脆弱滤波器架构，用于增强滤波器鲁棒性；步骤5，基于所建立事件触发架构和非脆弱滤波器架构，设计城市道路交通系统的事件触发l1‑
增益非脆弱滤波器。2.如权利要求1所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括：步骤1.1，记录单位时间内流入流出各城市道路交通路口的车辆数和人口数，进而得到路口的车流量平衡方程为：其中，v
i
(k)为某一交叉路口的第i条支路的第k时刻的车辆数，Δt为单位时间间隔，为第k时刻从第j条支路流入到第i条支路的车辆数，为第k时刻从第i条支路流出到第h条支路的车辆数；步骤1.2，根据步骤1.1所得到的统计数据建立城市道路交通系统的状态空间表达式x(k+1)＝A
δ(k)
x(k)+B
δ(k)
w(k),y(k)＝C
δ(k)
x(k)+D
δ(k)
w(k),z(k)＝E
δ(k)
x(k)+F
δ(k)
w(k),其中，x(k)＝(x1(k) x2(k)
ꢀ…ꢀ
x
i
(k)
ꢀ…ꢀ
x
n
(k))
T
由城市道路交通系统的n个交叉路口车辆数x
i
(k)组成；为传感装置的测量结果，z(k)为待估计的城市道路通行状况，为新加入城市道路的车辆和人口摄动输入；A
δ(k)
,B
δ(k)
,C
δ(k)
,D
δ(k)
,E
δ(k)
和F
δ(k)
为由步骤1.1得到的数据所建立的第ρ个子系统的系统矩阵，并且满足由步骤1.1得到的数据所建立的第ρ个子系统的系统矩阵，并且满足δ(k)为满足Markov过程的跳变信号，满足δ(k)∈S，转移概率为Pr{δ(k+1)＝σ|δ(k)＝ρ}＝π
ρσ
,0≤π
ρσ
≤1和δ(k)的取值由步骤1.1中得到的数据特性决定，集合S＝{1,2,
…
,N},N为给定的正整数，当δ(k)＝ρ时，交通系统的矩阵为A
ρ
＝A
δ(k)
,B
ρ
＝B
δ(k)
,C
ρ
＝C
δ(k)
,D
ρ
＝D
δ(k)
,E
ρ
＝E
δ(k)
和F
ρ
＝F
δ(k)
，ρ∈S，根据车辆数的非负特性，交通系统的矩阵满足A
ρ
≥0,B
ρ
≥0,C
ρ
≥0,D
ρ
≥0,E
ρ
≥0,F
ρ
≥0。3.如权利要求2所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法，其特征在于，取N＝2，即城市道路交通系统由两个子系统组成，高峰期子系统和非高峰期子系统。
4.如权利要求1所述的基于事件触发机制的城市道路系统的可靠滤波设计方法，其特征在于，所述的步骤2具体内容为：设计区间不确定形式的传感器输出架构y(k)＝sat(C
ρ
x(k))+D
ρ
w(k),其中，给定一个向量经过sat(
·
)作用后，可得sat(u
i
)＝min{sign(u
i
)|u
i
|,sign(u

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊锋，邓宣金，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：