本发明专利技术公开一种基于FPGA阵列统一智能结构的交通流仿真系统和基于该系统的仿真方法，为了在不同环境中对交通流进行在线预测控制，系统采用FPGA阵列作为硬件平台，以避免FPGA资源不够的情况发生，并以此平台为基础，把多种现有宏观交通流模型综合到一个模型中，并可以通过选择不同的系数来调整该模型，把可变信息显示牌融入到该模型中，再对该模型进行近似离散化处理，建立并行处理流程，设计动态数据存储方案，实现基于该模型的交通流预测，根据定义的状态变量找到道路瓶颈，进而给出匝口控制和可变信息显示牌的控制方案，使得不同情况下高速公路的交通流密度、行车速度可以采用不同的宏观交通流模型实现实时有效控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种FPGA阵列预测控制系统及方法，特别涉及ー种基于统ー模型的预测控制方法。
技术介绍
随着经济的快速发展，汽车保有量的不断増加，交通拥挤已成为世界各国共同关注的焦点和急需解决的重要问题，交通拥挤同时也造成了严重的环境污染，在9种主要的空气污染物质中，6种直接或间接地与汽车尾气排放有关，而堵车状态下汽车排出的有害物质浓度比正常行驶时高出5飞倍；此外，交通拥挤与交通事故是城市交通共生的两大问题。一方面，城市交通高峰时期密集的交通流，使得交通事故频发，极易引发严重的交通拥挤；另ー方面，当堵车发生吋，车辆驾驶员因为过度等待，容易失去耐心，使得交通事故发生的几率大大增加；可见交通拥挤已经成为影响全球城市可持续发展的ー个全局性问题。为了有效疏导交通、提高高速公路的使用效率，常常使用信息显示牌作为交通信息发布和控制的手段；通常，信息显示牌及可变限速标志作为智能交通系统的重要信息发布方式，由监控中心计算机通过通讯网络实行远程控制、传送并显示各种图文信息、向司机及时发布不同路段的不同路面情况及各类交通信息、进行交通法规、交通知识的宣传、达到減少高速公路重现性阻塞、減少高速公路非重现性事故的目的，提高行车安全；如文献“海依拉提 巴拉提，高速公路信息显示牌设置技术探讨，大陆桥视野，2010年10月，139-140”所述，信息显示牌系统的设置机理为(I)检测器信息收集和处理系统、(2)信息显示牌信息提供、(3)通信系统、(4)中央控制系统；信息显示牌的设置应从整个交通导行系统建设的角度出发，充分考虑导行与控制的关联，结合考虑地面道路与高架道路的综合效益，制定具有整体性、合理性、高效性的导行方案；信息显示牌依据设置的地点和目的的不同而采用不同的形式一种是安装在主线上，进行主线诱导和出ロ诱导，以字符形式显示前方路段的交通状况如畅通、拥挤、延误等，从而使驾驶员可以转向地面道路，避开拥挤区；另ー种安装在匝道入ロ附近，把匝道入ロ处的排队长度及拥挤预测情况报告给驾驶员，也可把邻近主线上的交通情况显示给匝道入口上的驾驶员，从而为他们提供合理地诱导。然而，这些方案，将高速道路入口诱导、道路主线诱导、道路出口诱导仅仅按照信息需求划分开，没有有机相结合，特别是信息显示牌的显示信息没有按照宏观交通模型预测输出自动设定，难以对高速公路的交通流密度、行车速度进行有效控制。为了深入分析交通系统，国内外大量学者研究交通流模型，其中采用流体力学的观点建立的宏观和微观模型分析交通特性者居多；在宏观交通流模型中，交通流被视为由大量车辆组成的可压缩连续流体介质，研究车辆集体的平均行为、单个车辆的个体特性并不凸显；宏观交通流模型以车辆的平均密度P、平均速度V和流量q刻画交通流，研究它们所满足的方程；宏观模型可以更好地刻画交通流的集体行为，从而为设计有效的交通控制策略、模拟及估计道路几何改造的效 果等交通工程问题提供依据；在数值计算方面，模拟宏观交通流所需时间与所研究交通系统中车辆数目无关，只与所研究道路、数值方法的选取及其中空间X、时间t的离散步长Ax和At有夫。故此，宏观交通流模型较适合于处理大量车辆组成的交通系统的交通流问题；这类模型被国际上大多数学者用来讨论封闭道路的交通现象。经检索发现，专利申请号200910067716. 2，公开日2009年6月24日，记载ー套“面向交通控制、诱导及其协调的仿真智能交通系統”，该系统包括现实的交通控制与诱导、协调系统、虚拟仿真平台以及两者之间进行信息交互的信息平台，能通过改进现实交通诱导、控制、协调系统及信息平台的工作方式提高现实交通系统的工作效率，但该方法只是给出了系统框架，并没有给出具体的实施方式以及进行交通流仿真所用到的具体方法，难以在实际中应用；文献“张声荣，干宏程，孙鑫，杨珍珍.快速路网宏观交通流仿真系统的开发与仿真[J].计算机系统应用，2011，20(7) :16-21”提出了快速路网宏观交通流仿真系统整体框架，分输入分输入模块、仿真模块和输出模块三部分，并给出采用Microsoft VisualBasic面向对象语言开发的实现流程图和关键技术，但该方案以计算机为基础，设备比较大，难以应用于实际道路中对交通流进行现场预测控制。现有的技术方案，多采用单一模型对交通流进行仿真，不同的交通流模型的使用情况不同，这些模型难以适应各种复杂情况，而且这些研究大多只是对交通路段进行预测仿真，并没有把预测仿真与交通控制相结合对交通路段进行实时控制，并且这些技术方案多应用于エ控机及其以上平台，体积庞大，稳定性差，现有方案存在难以在实际道路中对不同情况下的交通流进行在线预测控制的技术缺陷。
技术实现思路
为了克服现有方案难以在实际道路中对不同情况下的交通流进行在线预测控制的技术缺陷，本专利技术提供一种基于FPGA阵列统一智能结构的交通流仿真系统和基于该系统的仿真方法，为了在不同环境中对交通流进行在线预测控制，系统采用FPGA阵列作为硬件平台，以避免FPGA资源不够的情况发生，并以此平台为基础，把多种现有宏观交通流模型综合到ー个模型中，并可以通过选择不同的系数来调整该模型，把可变信息显示牌融入到该模型中，再对该模型进行近似离散化处理，建立并行处理流程，设计动态数据存储方案，实现基于该模型的交通流预测，根据定义的状态变量找到道路瓶颈，进而给出匝ロ控制和可变信息显示牌的控制方案，使得不同情况下高速公路的交通流密度、行车速度可以采用不同的宏观交通流模型实现实时有效控制。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案一种基于FPGA阵列统一智能结构的交通流仿真系统，其特点如附附图说明图1所示，系统由FPGA阵列、多路选择器和通信模块组成，其中FPGA阵列中的FPGA芯片的数量根据实际交通流仿真的规模确定，FPGA阵列通过多路选择器连接通信模块，从而与上位机或下位机通信，多路选择器对通信端ロ的选择由FPGA阵列中的一片FPGA进行控制；一种基于上述系统的统一智能结构的交通流仿真控制方法，其特点包括以下步骤步骤一、对现有的宏观交通流模型进行综合，并给每ー个非公共项乘以一个取值为0或I的系数，得到如下模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于FPGA阵列统一智能结构的交通流仿真系统，该系统由FPGA阵列、多路选择器和通信模块组成，其中FPGA阵列中的FPGA芯片的数量根据实际交通流仿真的规模确定，FPGA阵列通过多路选择器连接通信模块，从而与上位机或下位机通信，多路选择器对通信端口的选择由FPGA阵列中的一片FPGA进行控制。
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA阵列统一智能结构的交通流仿真系统，该系统由FPGA阵列、多路选择器和通信模块组成，其中FPGA阵列中的FPGA芯片的数量根据实际交通流仿真的规模确定，FPGA阵列通过多路选择器连接通信模块，从而与上位机或下位机通信，多...
【专利技术属性】
技术研发人员：史忠科，刘通，聂冰花，
申请(专利权)人：西安费斯达自动化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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