【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能交通系统、交通控制，具体涉及一种基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法。
技术介绍
1、在高速公路领域中，智能网联环境为高速公路协同控制带来了极大的意义。首先，智能网联环境可以提高高速公路的交通效率和流畅度。通过车辆之间的信息共享和交互，可以优化路况预测、交通调度和道路流量控制，缓解高速公路的拥堵问题，提高道路通行能力。其次，智能网联交通环境可以提高高速公路安全性。通过车辆之间的信息互通、驾驶员行为监控和事故预警，可以避免交通事故的发生，减少人员伤亡和财产损失。此外，智能网联环境可以改善高速公路的环境质量。通过控制车辆的速度和路况，优化路线等方式，可以减少汽车尾气的排放，降低环境污染。最后，智能网联环境的发展也推动了高速公路的协同控制。协同控制可以通过车辆、道路和互联网之间的信息互通，实现高速公路的智能管理，提高高速公路的安全、高效和环保程度。
2、匝道及其附近主线区域的交通控制是解决高速公路拥堵问题的重要手段之一，通过对匝道及其附近主线区域的交通进行有效管理，可以缓解高速公路的拥堵状况。合理规划匝道和附近主线区域的交通流能够提高道路的通行能力，减少拥堵。通过加强匝道进入高速公路、主线进出口的调节和管理，缓解高速公路的压力，避免交通拥堵，例如，在匝道入口处设置分流道、分时段限流等措施。此外，在主线区域采取流量控制措施，也可以缓解匝道和主线拥堵。例如，在主线区域设置限速、智能车道引导系统等，可以改善车辆通行效率，减少拥堵情况。为了实现这些控制措施的协同作用，达到优于单一或独立控制策略的控制效果
3、专利公开号为cn115600410a的专利技术中公开了一种城市高密度路网混合交通流元胞传输仿真预测方法，该专利技术根据为路段元胞、交织元胞和交叉口元胞三种元胞对混合交通流进行仿真预测，无法做到车道级的综合调控。
4、专利公开号为cn113160569a的专利技术中公开了一种城市快速路合流区主线与入口匝道协调控制系统及方法，通过将一个路段划分为多个元胞，各个元胞都含有一个主路与入口匝道，然而该专利技术的元胞划分精度低，各个元胞都含有一个主路与入口匝道，更倾向于对整个主线路段进行调控，对合流瓶颈区的整体调控能力较差。
5、专利公开号为cn116798240a的专利技术中公开了一种快速路入口匝道信号灯与智能网联汽车的协同控制系统及方法，同样的，该专利技术主要用于减少匝道合流区车辆冲突，提升主线路段通行能力，对合流瓶颈区的整体调控能力较差。
技术实现思路
1、解决的技术问题：本专利技术公开一种基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，在匝道控制策略中，将合流区主线路段的内外车道划分后考虑外侧车道及其折减系数的反馈式控制；在可变限速控制中，采取实时更新的目标路段密度值，考虑匝道汇入流的影响；在车道管理策略中，为匝道控制和主线交通流提供内外侧车道的区别划分，并且提出以外侧车道交通流与入口匝道交通流产生的合流为变量的合流区上游提前换道建议；最后，在协同控制中，将各种控制方法通过阈值判断的方式，发布不同交通状态下的控制分布方法及其控制参数，实现合流区瓶颈的优化效益最大化。
2、技术方案：
3、一种基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，所述合流瓶颈区综合管控方法包括以下步骤：
4、步骤a，根据高速公路合流瓶颈区的高精地图、实时车道级交通信息和内外侧车道的管控策略，针对合流瓶颈区的每个车道设置动态自适应大小的元胞，包括入口匝道元胞和主线车道元胞，其中，主线车道元胞包括主线内侧元胞、主线中间元胞和主线外侧元胞；
5、步骤b，获取各元胞的交通流初始分布信息，得到合流瓶颈区改进的ctm交通流模型；计算当前时间段内ctm交通流模型的各元胞的最大流入交通流量、最大流出交通流量，以及相邻的元胞之间的传递流量，获得下一个时间段内各元胞的交通流状态信息，对ctm交通流模型进行更新；
6、步骤c，采用反馈式协同方法，构建智能网联环境下协同控制框架，基于模型预测控制算法，结合改进的ctm交通流模型和智能网联环境下协同控制框架，对合流瓶颈区的交通流进行综合管控；具体包括以下子步骤：
7、步骤c1，实时获取合流瓶颈区的主线外侧车道各元胞的交通流状态信息，计算得到主线外侧车道交通流量；
8、步骤c2，判断主线外侧车道交通流量是否达到外车道流量阈值，如果未达到，转入步骤c1，如果达到，转入步骤c3；
9、步骤c3，实时获取交织区的入口匝道各元胞和主线外侧车道各元胞的交通流状态信息，计算得到合流瓶颈区的交织区交通量，判断合流瓶颈区的交织区交通量是否达到交通量阈值，如果未达到，采用车道管理策略，通过降低合流瓶颈区的主线上游内侧车道等级，诱导主线上游车辆向内侧车道集中，转入步骤c1；如果达到，转入步骤c4；
10、步骤c4，根据合流瓶颈区的入口匝道各元胞的交通流状态信息，实时获取合流瓶颈区的入口匝道排队长度，如果入口匝道排队长度未达到排队长度阈值，同时采用车道管理策略和匝道控制策略，直至交织区交通量小于交通量阈值，转入步骤c1；匝道控制策略是指：输入入口匝道汇入限制控制指令，通过降低入口匝道汇入速率以减小交织区交通量；如果入口匝道排队长度达到排队长度阈值，同时采用车道管理策略、匝道控制策略和可变限速控制策略，直至入口匝道排队长度小于排队长度阈值，转入步骤c1；可变限速控制策略是指：输入合流瓶颈区上游主线段限速控制指令，通过降低合流瓶颈区上游主线段车辆速度以同时减小交织区交通量和入口匝道排队长度。
11、进一步地，步骤a中，实时车道级交通信息包括实时获取的车辆流量、车辆平均速度和微观车辆运动信息。
12、进一步地，步骤b中，在匝道控制策略限制下，匝道元胞交通流汇入主线元胞的交通量为：
13、σm(k)＝min[δj+1(k)，rm(k)]
14、其中，rm(k)为被匝道控制策略限制下匝道元胞m在第k个时间间隔内能够汇入主线的交通量；σm(k)为第k个间隔时间段内，由匝道元胞m流入主线外侧元胞j+1的最大车辆数，记为匝道元胞m的发送能力；δj+1(k)为第k个间隔时段内，主线外侧元胞j+1允许匝道元胞m流入的最大车辆数，记作主线外侧元胞j+1的接受能力，元胞的发送能力和接受能力通过交通流基本图计算得到。
15、进一步地，步骤b中，在可变限速控制策略限制下，设第k个时间间隔内的上游主线段车道的限速值为vsl,h(k)，采取该限速值时车道的密度为ρvsl,h(k)，此车道的最大交通流流量为qvsl,h(k)，得到可变限速控制下主线车道元胞的发送和接受能力为：
16、σh(k)＝min{vh(k)·ρh(k)·nh，ρvsl,h(k)·vsl,h(k)·nh}·δt
17、δh(k)＝min{w·(ρjam-ρh(k))·nh，ρvsl,h(k)·vsl,h(k)·nh}·δt
1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，所述合流瓶颈区综合管控方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤A中，实时车道级交通信息包括实时获取的车辆流量、车辆平均速度和微观车辆运动信息。
3.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤B中，在匝道控制策略限制下，匝道元胞交通流汇入主线元胞的交通量为：
4.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤B中，在可变限速控制策略限制下，设第k个时间间隔内的上游主线段车道的限速值为vsl,h(k)，采取该限速值时车道的密度为ρvsl,h(k)，此车道的最大交通流流量为qvsl,h(k)，得到可变限速控制下主线车道元胞的发送和接受能力为：
5.根据权利要求4所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤B中，在出现瓶颈的场景下，交通流密度ρi大于临界密度ρm′，瓶颈头部交通疏散流流量将以固定斜率W′
6.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤C4中，考虑内外侧车道对于匝道控制方案的影响不同，采用改进ALINEA算法对车道流量进行折算；入口匝道率的计算公式为：
7.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤C4中，同时采用车道管理策略、匝道控制策略和可变限速控制策略的过程包括以下子步骤：
8.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤C中，从交通效率方面选取效益指标总行程时间JTTT、总排队时间JTWT和总时间花费JTTS构建高速公路合流瓶颈区管控场景的协同管控目标函数：
9.根据权利要求8所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，引入遗传算法优化求解高速公路合流瓶颈区管控场景的目标函数。
...【技术特征摘要】
1.一种基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，所述合流瓶颈区综合管控方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤a中，实时车道级交通信息包括实时获取的车辆流量、车辆平均速度和微观车辆运动信息。
3.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤b中，在匝道控制策略限制下，匝道元胞交通流汇入主线元胞的交通量为：
4.根据权利要求1所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤b中，在可变限速控制策略限制下，设第k个时间间隔内的上游主线段车道的限速值为vsl,h(k)，采取该限速值时车道的密度为ρvsl,h(k)，此车道的最大交通流流量为qvsl,h(k)，得到可变限速控制下主线车道元胞的发送和接受能力为：
5.根据权利要求4所述的基于车道级元胞动态划分的合流瓶颈区综合管控方法，其特征在于，步骤b中，在出现瓶颈的场景下，交通流密度ρ...
【专利技术属性】
技术研发人员：芮一康，赵妍，张万铭，胡金，沈喆，金雄威，王灿，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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