[發明專利]一種高速公路優化控制方法

無效

• 申請號: 201110296899.2
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN102360522A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 張樂飛;朱炯;楊潔;郭海鋒;趙俊波;張秀華
• 申請（專利權）人: 浙江交通職業技術學院
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00;G08G1/065
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

1.一種高速公路優化控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以 下步驟：

1)把一段高速路分成N個區間，每個區間包含一個入口匝道和一個 出口匝道，選取時空離散交通流模型來對高速公路區間進行表述，所 述時空離散交通流模型描述如式(1)-(4)所示：

ρi(n+1)=ρi(n)+TLi[qi-1(n)-qi(n)+ri(n)-si(n)]---(1)]]>

q_i(n)＝αρ_i(n)v_i(n)+(1-α)[ρ_i+1(n)v_i+1(n)-r_i+1(n)]-s_i(n)????(2)

vi(n+1)=vi(n)+Tτ[V(ρi(n))-vi(n)]+TLivi(n)[vi-1(n)-vi(n)]-TνLiτρi+1(n)-ρi(n)ρi(n)+λ---(3)]]>

V(ρi(n))=vfree(1-[ρi(n)ρjam]l)m---(4)]]>

其中：T表示采樣周期(小時)，i＝{1，2，...N}表示第i個高速公路區 間，N表示區間總數，ρ_i(n)表示區間i在第n時刻的平均密度，單位 veh/lane/km，v_i(n)表示區間i在第n時刻的平均速度，單位km/h，q_i(n) 表示時間n第i+1路段駛入的車輛數，單位veh/h，r_i(n)表示區間i在n 時刻從入口匝道進入路段i的流量，單位veh/h，s_i(n)表示區間i在n時 刻從出口匝道流出路段i的流量，單位veh/h，L_i表示區間i的長度， 單位km，v_free和ρ_jam分別是自由流速度和單個車道的最大可能密度， α為加權系數，τ，v，λ，l，m是常參數；

將入口匝道車輛排隊長度根據時間變化進行量化，排隊長度p_i(n) 的變化量化為下式：

p_i(n+1)＝p_i(n)+T[d_i(n)-r_i(n)]????(5)

對于被分成N個區間的一段高速公路，車道數確定，設定在每個 采樣周期流入區間1的交通流量為q₀(n)，則進入區間1的車輛平均速 度等于區間1的平均速度，并且區間N+1的平均速度和密度分別等 于區間N的平均速度和密度，即有：

ρ0(n)=q0(n)v1(n),]]>v₀＝v₁[n]

ρ_N+1(n)＝ρ_N(n)，v_N+1(n)＝v_N(n)????(6)

對于車流量來說，當i＝1時，式(2)依舊成立，i＝N時有：

q_N(n)＝αρ_N(n)v_N(n)????(7)

其中，d_i(n)表示入口匝道i的到達流量；

2)各匝道的調節率通過設定以總的服務流量最大及入口匝道車輛平 均等待時間最小的高速公路多匝道聯合控制優化目標確定，具體步驟 為：

設在t時刻，已知區間i長度為L_i，區間i的平均密度和速度分別 為ρ_i(t)和v_i(t)，則在[t₁，t₂]時間段內區間i內服務流量為： 分成N個區間的高速公路總服務流量為： Σi=1N∫t1t2Liρi(t)vi(t)dt;]]>

設第i個入口匝道的交通需求為d_i(t)，可匯入流量為r_i(t)，且 d_i(t)≥r_i(t)，則在[t₁，t₂]時間段內入口匝道平均等待時間為： 其中H為入口匝道的個數；

建立如下優化目標模型：

maxf1=Σi=1N∫t1t2Liρi(t)vi(t)dt---(8)]]>

minf2=Σi=1H∫t1t2[di(t)-ri(t)]dt---(9)]]>

s.t.r_imin≤r_i(n)≤d_i(n)

其中式(8)表示在[t1，t2]時間內N段高速公路所有車輛行駛的總距 離為最大，即各路段流量接近最大通行能力；式(9)表示在[t1，t2]時間 內入口匝道平均等待時間最小，約束條件中r_imin為第i個入口匝道規定 最小匝道調節率的值；

3)蟻群算法對所述高速公路多匝道聯合控制優化模型進行求解，解 空間的維數等于入口匝道的個數，每個路段區間入口匝道調解率的約 束條件為：

r_imin≤r_i≤d_i(n)，i＝1，2，3....H.

其中：r_i為第i匝道的調節率，r_imin為第i入口匝道規定的最小匝道調 節率，d_i(n)為第i入口匝道n時刻交通需求量，H為入口匝道個數， 通過把解空間的第i維分量分成k_i個子區間，其中第j 個子區間為[r_imin+(j-1)·length，min(d_i(n)，r_imin+j·length)]，length為 設定的長度；

4)根據步驟3)獲得每個路段區間入口匝道最優調解率，根據計算 結果對各個路段區間入口匝道進行車流量調節。

2.如權利要求1所述的一種高速公路優化控制方法，其特征在于： 所述步驟3)中，求解過程如下：

3.1)設系統中有M只螞蟻，將解的分量看成H個頂點，第i個頂 點代表第i個分量，所述第i個分量即是第i個入口匝道調節率，在第 i個頂點到第i+1個頂點之間有k_i條連線，代表第i個分量的取值在k_i個不同的子區間；

3.2)記其中第j條連線上在t時刻的信息量為ω_ij(t)，每只螞蟻從第 1個頂點出發，選擇一條連線到達第2個頂點，再從第2個頂點出發， 依此類推螞蟻到達第m-1個頂點后，在k_m-1條連線中選取一條連線到 達終點；

3.3)每個螞蟻所走過的一條路徑代表一種解方案，指出了每一個 分量所在的子區間，解具體值的確定根據求解精度要求，設定合適區 間長度，取各個子區間的中間值作為解的相應分量；

3.4)在M只螞蟻得到M個解后，利用函數maxF＝f₁-f₂作為評估 解優劣的適應度函數，然后根據適應度函數值更新各條邊上的信息 量；

3.5)重復步驟3.1)-3.4)迭代過程，直至達到最大迭代次數。