[發(fā)明專利]基于Ross宏觀交通流模型的FPGA在線預(yù)測控制方法

有效

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• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102842221A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史忠科;劉通
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種FPGA預(yù)測控制方法，特別涉及一種基于Ross宏觀交通流模型的FPGA在線預(yù)測控制方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車保有量的不斷增加，交通擁擠已成為世界各國共同關(guān)注的焦點(diǎn)和急需解決的重要問題，交通擁擠同時(shí)也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，在9種主要的空氣污染物質(zhì)中，6種直接或間接地與汽車尾氣排放有關(guān)，堵車狀態(tài)下汽車排出的有害物質(zhì)濃度比正常行駛時(shí)高出5～6倍；此外，交通擁擠與交通事故是城市交通共生的兩大問題。一方面，城市交通高峰時(shí)期密集的交通流，使得交通事故頻發(fā)，極易引發(fā)嚴(yán)重的交通擁擠；另一方面，當(dāng)堵車發(fā)生時(shí)，車輛駕駛員因?yàn)檫^度等待，容易失去耐心，使得交通事故發(fā)生的幾率大大增加；可見交通擁擠已經(jīng)成為影響全球城市可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)全局性問題。

為了有效疏導(dǎo)交通、提高高速公路的使用效率，常常使用信息顯示牌作為交通信息發(fā)布和控制的手段；通常，信息顯示牌及可變限速標(biāo)志作為智能交通系統(tǒng)的重要信息發(fā)布，由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)行遠(yuǎn)程控制、傳送并顯示各種圖文信息、向司機(jī)及時(shí)發(fā)布不同路段的不同路面情況及各類交通信息、進(jìn)行交通法規(guī)，交通知識的宣傳、達(dá)到減少高速公路重現(xiàn)性阻塞、減少高速公路非重現(xiàn)性事故的影響，提高行車安全；如文獻(xiàn)“海依拉提·巴拉提，高速公路信息顯示牌設(shè)置技術(shù)探討，大陸橋視野，2010年10月，139-140”所述，信息顯示牌系統(tǒng)的設(shè)置機(jī)理為：(1)檢測器信息收集和處理系統(tǒng)、(2)信息顯示牌信息提供、(3)通信系統(tǒng)、(4)中央控制系統(tǒng)；信息顯示牌的設(shè)置應(yīng)從整個(gè)交通導(dǎo)行系統(tǒng)建設(shè)的角度出發(fā)，充分考慮導(dǎo)行與控制的關(guān)聯(lián)，結(jié)合考慮地面道路與高架道路的綜合效益，制定整體性、合理性、高效性的導(dǎo)行方案；信息顯示牌依據(jù)設(shè)置的地點(diǎn)和目的的不同而采用不同的形式；一種是安裝在主線上，進(jìn)行主線誘導(dǎo)和出口誘導(dǎo)，以字符形式顯示前方路段的交通狀況如暢通、擁擠、延誤等，從而使駕駛員可以轉(zhuǎn)向地面道路，避開擁擠區(qū)；另一種安裝在匝道入口附近，把匝道入口處的排隊(duì)長度及擁擠預(yù)測情況報(bào)告給駕駛員，也可把鄰近主線上的交通情況顯示給匝道入口上的駕駛員，從而為他們提供合理地誘導(dǎo)；然而，這些方案，將高速道路入口誘導(dǎo)、道路主線誘導(dǎo)、道路出口誘導(dǎo)僅僅按照信息需求劃分開，沒有有機(jī)相結(jié)合，特別是信息顯示牌的顯示信息沒有按照宏觀交通模型預(yù)測輸出自動設(shè)定，難以對高速公路的交通流密度、行車速度進(jìn)行有效控制。

為了深入分析交通系統(tǒng)，國內(nèi)外大量學(xué)者研究交通流模型，其中采用流體力學(xué)的觀點(diǎn)建立的宏觀和微觀模型分析交通特性者居多；在宏觀交通流模型中，交通流被視為由大量車輛組成的可壓縮連續(xù)流體介質(zhì)，研究車輛集體的平均行為、單個(gè)車輛的個(gè)體特性并不凸顯；宏觀交通流模型以車輛的平均密度ρ、平均速度v和流量q刻畫交通流，研究它們所滿足的方程；宏觀模型可以更好地刻畫交通流的集體行為，從而為設(shè)計(jì)有效的交通控制策略、模擬及估計(jì)道路幾何改造的效果等交通工程問題提供依據(jù)；在數(shù)值計(jì)算方面，模擬宏觀交通流所需時(shí)間與所研究交通系統(tǒng)中車輛數(shù)目無關(guān)，只與所研究道路、數(shù)值方法的選取及其中空間x、時(shí)間t的離散步長Δx和Δt有關(guān)。故此，宏觀交通流模型較適合于處理大量車輛組成的交通系統(tǒng)的交通流問題；這類模型被國際上大多數(shù)學(xué)者用來討論封閉道路的交通現(xiàn)象。

然而，宏觀交通流模型大多數(shù)采用偏微分方程描述，即使離散形式的宏觀交通流模型也很復(fù)雜，這些模型的處理通常在臺式機(jī)以上的系統(tǒng)處理，很難使用宏觀模型對封閉道路匝口和可變信息牌進(jìn)行在線預(yù)測控制。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有FPGA預(yù)測控制方法實(shí)時(shí)性差的不足，本發(fā)明提供一種基于Ross宏觀交通流模型的FPGA在線預(yù)測控制方法。該方法通過對模型近似離散化處理，建立了并行處理流程，設(shè)計(jì)了動態(tài)數(shù)據(jù)存儲方案，用FPGA實(shí)現(xiàn)了基于Ross宏觀交通流模型的封閉道路匝口和可變信息牌的預(yù)測控制。可以使得高速公路的交通流密度、行車速度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有效控制。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種基于Ross宏觀交通流模型的FPGA在線預(yù)測控制方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)Ross宏觀交通流模型：