一种低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法


[0001]本专利技术涉及交通需求管理与控制
，具体涉及一种低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法
。

技术介绍

[0002]城市快速路作为城市道路系统的主骨架，能实现机动车与非机动车
、
行人流等不同交通流的空间分离，为机动车提供连续
、
高速的行驶环境
。
但在早晚高峰
、
节假日等高交通需求时段经常出现流量过饱和情况；而匝道合流区作为连接快速路与地面道路的关键节点，匝道汇入车辆与主线车辆合流时争夺道路资源，导致主线交通流运行状态紊乱
、
匝道排队溢出
、
行车安全性降低及机动车尾气排放增加等问题
。
其中，机动车尾气含有较多空气污染物质，导致城市交通生态环境恶化，对人体健康产生不良影响
。
[0003]目前，针对快速路匝道合流的控制方法大多以通行时间与行程延误为优化目标进行研究
。Carlson(2011)
在可变限速控制的研究中引入局本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.
交通数据分析，根据实地交通调查所获得的交通数据，通过对交通数据的统计和可视化处理，选取流量
、
密度和速度参数对车辆合流区运行及交通流拥堵特性进行情景分析；
S2.
协同控制方法的提出，通过控制主线交通流的可变限速和入口匝道交通流的控制，并根据主线交通流和入口匝道交通流在控制过程中的动态处理交通流反馈信息的相似之处，来得出城市快速路匝道合流协同控制方法的预构建；
S3.
低碳指标选择，对
MOVES
排放模型中的排放参数进行本地化校准，研究交通运行参数与
HC、NOx
和
CO
等排放因子间的关系，并基于交通运行参数和尾气排放来选取合流协同控制模型所需的期望车流密度值；
S4.
仿真环境搭建，使用“SUMO+MOVES+PyCharm”联合仿真形式构建仿真环境，通过
OpenStreetMap
开源地图网站导入基础路网，标定仿真模型中车流组成和行驶规则等参数，选取相对误差和双尾数配对
T
检验对模型进行有效性验证，基于
PyCharm
平台进行二次开发，设计动态控制过程所需的功能函数模块；
S5.
对预构建的城市快速路匝道合流协同控制方法通过在仿真环境中进行指标评价分析，得到低碳视角下城市快速路匝道合流协同的控制方法
。2.
根据权利要求1所述的低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法，其特征在于，交通数据的处理和分析，具体通过以下步骤实现：首先，获取匝道合流区车流数据，统计时段内通过目标区域的总交通量，采用出入量法进行计算，间接获取车辆的速度和车流密度等基础数据，其次，观测并测量匝道车流汇入主线过程中车辆在加速车道行驶距离的变化，以车道交汇鼻端断面为起点，取
40m
为区间间隔，并对其进行统计；最后，将主线车道划分为外侧汇入车道和内侧车道，获取各车道车辆在各时段的速度
、
流率和密度，并绘制各车道随时间变化的速度
、
流率和密度的时变图
。3.
根据权利要求2所述的低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法，其特征在于，所述外侧汇入车道是与加速车道相连的车道
。4.
根据权利要求1所述的低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法，其特征在于，对主线交通流的可变限速和入口匝道交通流的控制，通过以下步骤实现：对主线交通流可变限速控制的具体步骤，在车辆合流区域上游设置一段人工瓶颈区域，以实时获取的车辆合流区及下游车辆数据为参数，结合比例
‑
积分
(Proportional
‑
Integral
，
PI)
控制器动态计算限速值的调节率，以实现系统精确和稳定的控制响应，计算公式如下：公式如下：其中，
b(k)
表示第
k
个周期的可变限速调节率，可以将其定义为可变限速值与路段最高限速值的比值，即当
b(k)
＝1时，不采用可变限速控制；
K1、K'
p
和
K'1均表示控制器中积分增益系数；表示主线下游期望流量；
q
vsl
(k)
表示主线交通流下游实测流量；
e0(k)
表示合流区内期望占有率
o^
与实时占有率
o(k)
的差值
。
对入口匝道交通流的控制的具体步骤，在入口匝道的控制区域内布设信号灯
、
检测器
等，用以控制车辆通行，并计算主线交通流下游的占有率，计算方法如下：
r(k)
‑
r(k
‑
1)
＝
K
R
e(t)
其中，
r(k)、r(k
‑
1)
分别表示第
k
和第
k
‑1个控制周期的入口匝道调节率；表示合流区下游的期望占有率，取值一般小于等于其临界占有率；
O
out
(k)
表示第
k
个控制周期内合流区下游的实际测得占有率；
K
R
为调节系数，取值范围在
70
～
120。5.
根据权利要求1所述的低碳视角下城市快速路匝道合流协同控制方法，其特征在于，对快速路合流协同控制模型的构建包括合流区下游期望汇入的交通流量
、
主线和匝道分配的交通流量的建模，对合流区下游期望汇入的交通量的建模，可表示为：当满足即主线路段的通行能力与匝道最小汇入流量的总和小于等于控制区下游期望汇入量时，开启入口匝道处信号控制设备，对匝道实行流量控制，主线车流正常行驶，不采取除路段最高限速外的任何控制措施，此时，对分配给入口匝道的交通流量建模，可表示为：当流量满足时，则需要采用对主线交通流可变限速控制和对入口匝道交通流的控制的集成控制，为了保证快速路主路优先原则，入口匝道应分配到最小流量，对主线道路分配到其余交通流量的建模，可表示为：对主线道路分配到其余交通流量的建模，可表示为：对主线道路分配到其余交通流量的建模，可表示为：其中，
q
r,min
表示最小匝道流量；
d(k
‑
1)
表示第
(k
‑
1)
个控制周期内的匝道交通需求；表示通过匝道最大排队长度
、
车头间距等指标计算出的最大排队车辆数；

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健，石杨，吴昊都，陈德明，张瑞轩，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：