【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能网联驾驶应用领域，具体是网联环境下考虑快速路合流区交通风险的双层协同控制方法；
技术介绍
1、随着智能化和信息化技术的发展,车联网的应用日益广泛。在复杂的城市道路环境中,特别是快速路主线与匝道合流区域,车辆之间的碰撞风险较高,同时这些区域也更易发生交通拥堵。为了提高道路的通行能力和安全性,需要采用智能的交通管理和控制技术。
2、传统的快速路合流区交通控制方法往往采用静态规则，难以灵活应对复杂变化的交通状况。近年来产生了各种采用车联网技术的自适应和协同交通管理方法。这些方法通过车辆的无线通信和路侧监控设备采集交通流参数,经过分析评估交通状况,然后对交通信号灯时间或限速进行调整,以达到改善交通流动性和降低事故风险的目的。但是现有的方法多是单一层面的控制,对主线与匝道的综合交通风险考虑的不够全面，比较粗放,对交通状态的评估和控制不够精细。为实现区分路段的精细化控制,需要建立多层次的交通流模型,采用不同层面的协同控制方法,使控制策略能够针对性强、实时响应。
技术实现思路
1、本专利技术为克服现有技术存在的不足之处，本专利技术采用了基于主线和匝道的双层控制策略，结合数值优化算法作为优化工具，提供一种网联环境下考虑快速路合流区交通风险的双层协同控制方法，以期实现对快速路合流区自适应和全局优化的全面管理。双层规划模型建立上下两个层次的规划模型,每个层次有多个目标,进行分步骤的优化，可以更清晰地分解问题,分别对主线和匝道这两个子问题进行建模,降低问题复杂度。双层协同控
2、本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
3、本专利技术一种网联环境下考虑快速路合流区交通风险的双层协同控制方法，其特点在于，所述快速路合流区是指快速路的主线区域与匝道区域的交汇区域；以车辆行驶方向为正方向，并以所述交汇区域的长度为标准长度，将交汇区域的上游区域按照所述标准长度划分a个主线元胞，将交汇区域作为一个合流元胞，并记为第a+1个主线元胞，将交汇区域的下游区域按照所述标准长度划分b个主线元胞，从而得到a+b+1个主线元胞；按照车辆行驶方向将a+b+1个主线元胞中任意一个主线元胞记为第i个主线元胞，将匝道区域按照标准长度划分j个匝道元胞，并将与第a+1个主线元胞相邻的匝道元胞作为第j个匝道元胞，将任意一个匝道元胞定义为第j个匝道元胞；将第a个主线元胞上游的n个主线元胞设置为可变限速控制实施元胞，第j个匝道元胞设置为匝道控制实施元胞，1≤n≤a-1；所述方法是按如下步骤进行：
4、步骤1、利用路侧智能设备获取第t时间段的快速路主线和匝道各元胞的交通流参数，并用于预测第t+1时间段的交通流参数；
5、步骤2、将所述第t+1时间段的交通流参数分别输入事故风险评估模型和拥堵风险评估模型中，计算第t+1时间段下合流元胞的事故风险值cra+1,m(t+1)和拥堵风险值jama+1,m(t+1)；将所述第t+1时间段的交通流参数输入匝道排队长度模型中，计算第t+1时间段下匝道元胞j的排队长度w(t+1)；
6、步骤3、判断cra+1,m(t+1)是否超过事故风险阈值δcr或jama+1,m(t+1)是否超过拥堵风险阈值δjam，若是，则执行步骤4，否则，执行步骤10；
7、步骤4、根据主线与匝道的多种控制目标需求，构建第t+1时间段下的合流区双层规划模型，包括：以最小化合流区事故风险和最大化合流区交通周转量为控制目标的上层规划模型，以及以最小化匝道车辆平均等待时间和匝道车辆能源消耗为控制目标的下层规划模型；
8、步骤5、判断匝道排队长度w(t+1)是否超过阈值δw，若是，则执行步骤6的协同控制策略，否则，执行步骤7的匝道控制策略；
9、步骤6、利用混合遗传模拟退火算法对所述合流区双层规划模型进行迭代求解，确定第t+1时间段下的最佳可变限速值与最佳匝道调节率，并执行步骤8；
10、步骤7、利用遗传算法对所述合流区双层规划模型中的上层规划模型进行迭代求解，确定第t+1时间段下的最佳匝道调节率，并执行步骤9；
11、步骤8、在第t+1时间段下可变限速控制实施元胞根据最佳可变限速值、匝道控制元胞根据最佳匝道调节率共同实行协同控制，并执行步骤10；
12、步骤9、在第t+1时间段下匝道控制元胞根据最佳匝道调节率实行匝道控制，并执行步骤10；
13、步骤10、将t+1赋值给t后，若t到达时间阈值t，则停止控制，否则，返回步骤1顺序执行。
14、本专利技术所述的双层协同控制方法的特点也在于，所述步骤1包括：
15、步骤1.1、计算第t时间段下各个元胞的发送能力和接收能力：
16、根据式(1)～式(2)计算第t时间段下第i个主线元胞的发送能力σi,m(t)和接收能力δi,m(t)：
17、σi,m(t)＝min{vi,m(t)·ki,m(t)·ni,m,qm·ni,m}·δt (1)
18、δi,m(t)＝{wm·(kjam,m-ki,m(t))·ni,m,qm·ni,m}·δt (2)
19、式(1)～式(2)中，vi,m(t)，ki,m(t)分别表示第t个时间段下第i个主线元胞的平均速度、平均密度；kjam,m，wm，qm，ni,m分别表示第i个主线元胞的主线阻塞密度、波速、单车道最大通行能力和车道数，δt为相邻时间段的间隔；
20、根据式(3)～式(4)计算第t个时间段下第j个匝道元胞的发送能力σj,r(t)和接收能力δj,r(t)；
21、σj,r(t)＝min{vj,r(t)·kj,r(t)·nj,r,qr·nj,r}·δt (3)
22、δj,r(t)＝{wr·(kjam,r-kj,r(t))·nj,r,qr·nj,r}·δt (4)
23、式(3)～式(4)中，vj,r(t)，kj,r(t)分别表示第t个时间段下第j个匝道元胞的平均速度、平均密度，kjam,r，wr，qr，nj,r分别表示第j个匝道元胞的匝道阻塞密度、波速、单车道最大通行能力和车道数；
24、步骤1.2、根据式(5)计算第t个时间段下第i个主线元胞的传输流量qi,m(t)；
25、
26、式(5)中，qi,m(t)表示第t时间段下第i个主线元胞向下游传输的交通量，pon(t)表示第t个时间段下主线区域与匝道区域的合流比；σa,m(t)表示第t个时间段下第a个主线元胞的发送能力，δa+1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种网联环境下考虑快速路合流区交通风险的双层协同控制方法，所述快速路合流区是指快速路的主线区域与匝道区域的交汇区域；以车辆行驶方向为正方向，并以所述交汇区域的长度为标准长度，将交汇区域的上游区域按照所述标准长度划分a个主线元胞，将交汇区域作为一个合流元胞，并记为第a+1个主线元胞，将交汇区域的下游区域按照所述标准长度划分b个主线元胞，从而得到a+b+1个主线元胞；按照车辆行驶方向将a+b+1个主线元胞中任意一个主线元胞记为第i个主线元胞，将匝道区域按照标准长度划分J个匝道元胞，并将与第a+1个主线元胞相邻的匝道元胞作为第J个匝道元胞，将任意一个匝道元胞定义为第j个匝道元胞；将第a个主线元胞上游的n个主线元胞设置为可变限速控制实施元胞，第J个匝道元胞设置为匝道控制实施元胞，1≤n≤a-1；所述方法是按如下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的双层协同控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的双层协同控制方法，其特征在于，所述步骤2中是利用式(11)构建事故风险评估模型、利用式(12)构建拥堵风险评估模型、利用式(13)构建匝道排队长度
4.根据权利要求3所述的双层协同控制方法，其特征是，所述步骤4中是利用式(14)构建上层规划模型、利用式(15)构建下层规划模型：
5.根据权利要求4所述的双层协同控制方法，其特征在于，所述步骤6的混合遗传模拟退火算法是按如下步骤进行求解：
6.根据权利要求5所述的双层协同控制方法，其特征在于，所述步骤7是按如下步骤获得执行匝道控制策略时第t+1时间段的最佳匝道调节率：
7.根据权利要求5所述的双层协同控制方法，其特征在于，所述改进的元胞传输模型是按如下步骤预测第t+2时间段下任意一代交通流状态：
8.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1-7中任一所述双层协同控制方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
9.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1-7中任一所述双层协同控制方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种网联环境下考虑快速路合流区交通风险的双层协同控制方法，所述快速路合流区是指快速路的主线区域与匝道区域的交汇区域；以车辆行驶方向为正方向，并以所述交汇区域的长度为标准长度，将交汇区域的上游区域按照所述标准长度划分a个主线元胞，将交汇区域作为一个合流元胞，并记为第a+1个主线元胞，将交汇区域的下游区域按照所述标准长度划分b个主线元胞，从而得到a+b+1个主线元胞；按照车辆行驶方向将a+b+1个主线元胞中任意一个主线元胞记为第i个主线元胞，将匝道区域按照标准长度划分j个匝道元胞，并将与第a+1个主线元胞相邻的匝道元胞作为第j个匝道元胞，将任意一个匝道元胞定义为第j个匝道元胞；将第a个主线元胞上游的n个主线元胞设置为可变限速控制实施元胞，第j个匝道元胞设置为匝道控制实施元胞，1≤n≤a-1；所述方法是按如下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的双层协同控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求2所述的双层协同控制方法，其特征在于，所述步骤2中是利用式(11)构建事故风险评估模型、利用式(12)构建拥堵风险评估模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：张卫华，熊立军，程泽阳，冯忠祥，丁恒，李志斌，汪春，刘慧文，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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