[發(fā)明專利]基于FPGA及改進(jìn)離散宏觀D模型的在線交通瓶頸預(yù)測控制方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201210470948.4 | 申請日： | 2012-11-19 |
| 公開（公告）號： | CN102938209A | 公開（公告）日： | 2013-02-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 史忠科;劉通 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司 |
| 主分類號： | G08G1/08 | 分類號： | G08G1/08;G06Q10/04;G06Q50/30 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 710075 陜西省西安*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 fpga 改進(jìn) 離散 宏觀 模型 在線 交通 瓶頸 預(yù)測 控制 方法 | ||
1.一種基于FPGA及改進(jìn)離散宏觀交通流D模型的在線交通瓶頸預(yù)測控制方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟一、根據(jù)離散宏觀交通流D模型：
x(n+1)=x(n)+f[x(n)]+B(n)u(n)
式中：
x(n+1)=[k1(n+1)??v1(n+1)??k2(n+1)??v2(n+1)??…??kN(n+1)??vN(n+1)]T
u1(n)＝q0(n)+(1-a)r2(n)+r1(n),
ui(n)＝ari(n)-si-1(n)+(1-a)ri+1(n),(i＝2,…,N-1),
式中：vi(n)為第i個(gè)路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)車輛的平均速度，ki(n)為第i個(gè)路段段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)的交通流密度，qi(n)是第i個(gè)路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)的流量，ri(n)=rpi(n)-rqi(n)為第i個(gè)路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)由匝口進(jìn)入的車流量，si(n)=spi(n)+sqi(n)是第i個(gè)路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)由匝口駛出的車流量，rpi(n)、spi(n)為由匝口駛?cè)腭偝龅恼＼嚵髁浚瑀qi(n)為匝口控制禁止駛?cè)敫咚俾吩斐傻牧髁拷档土浚瑂qi(n)為匝口控制強(qiáng)制駛出車輛造成的流量增量，μ1、μ2是常數(shù)，T為采樣周期，Li表示第i個(gè)路段的長度，ve(ki(n))是等價(jià)速度，ρ、a、λ、τ、σ均為常數(shù)，ρ、a為可以調(diào)整的修正系數(shù)，使整個(gè)模型更符合實(shí)際交通，λ可以避免ki值很小的情況下該項(xiàng)呈現(xiàn)太大的值，全說明書符號定義相同；
把可變顯示牌顯示速度融入離散宏觀D模型，用可變顯示牌顯示速度vind代替自由流速度vf，得到改進(jìn)的離散宏觀D模型如下：
x(n+1)=x(n)+f[x(n)]+B(n)u(n)
式中：
x(n+1)=[k1(n+1)??v1(n+1)??k2(n+1)??v2(n+1)??…??kN(n+1)??vN(n+1)]T
u1(n)＝q0(n)+(1-a)r2(n)+r1(n),
ui(n)＝ari(n)-si-1(n)+(1-a)ri+1(n),(i＝2,…,N-1),
式中，vind(i,n)表示第i個(gè)路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)信息顯示牌顯示的速度
步驟二、定義兩個(gè)新的狀態(tài)變量ηi(n)、σi(n)，當(dāng)狀態(tài)變量趨于無窮時(shí)，代表交通密度趨于飽和交通密度，產(chǎn)生交通擁堵，當(dāng)狀態(tài)變量趨于無窮時(shí)，代表車輛平均速度趨于零，產(chǎn)生交通擁堵；
式中，kjam為交通出現(xiàn)阻塞時(shí)的交通流密度；
步驟三、a.建立等價(jià)速度模型：
式中E為常數(shù)；
b.在FPGA中編寫基于改進(jìn)離散宏觀D模型的預(yù)測控制模塊，包括數(shù)據(jù)接收模塊、控制方案選擇及數(shù)據(jù)分配模塊、計(jì)算模塊1-計(jì)算模塊N、同步模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊，把道路分成N個(gè)路段，每個(gè)路段對應(yīng)一個(gè)計(jì)算模塊，計(jì)算模塊1-計(jì)算模塊N為按照前述改進(jìn)離散宏觀D模型使用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算器組合而成的交通流預(yù)測計(jì)算模塊，其預(yù)測的數(shù)據(jù)流向?yàn)椋簲?shù)據(jù)接收模塊接收上位機(jī)傳來的各個(gè)路段的交通流數(shù)據(jù)（交通流密度、車輛平均速度），然后傳給控制方案選擇及數(shù)據(jù)分配模塊，控制方案選擇及數(shù)據(jù)分配模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定交通瓶頸，并制定調(diào)控方案，然后將使能信號、控制方案和交通流數(shù)據(jù)傳給各個(gè)計(jì)算模塊，各個(gè)計(jì)算模塊接收到使能信號后同時(shí)對交通流密度和車輛平均速度進(jìn)行預(yù)測并把結(jié)果存入寄存器，各個(gè)模塊計(jì)算結(jié)束后把各自的計(jì)算結(jié)束信號傳給同步模塊，同步模塊在所有計(jì)算模塊完成計(jì)算后發(fā)送信號通知控制方案選擇及數(shù)據(jù)分配模塊接收交通流數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果，繼續(xù)進(jìn)行預(yù)測，在預(yù)測時(shí)間Tc內(nèi)，如果交通瓶頸解除，則采用該方案對實(shí)際交通進(jìn)行調(diào)控，如果不能解除，控制方案選擇及數(shù)據(jù)分配模塊根據(jù)交通流數(shù)據(jù)和上次調(diào)控方案制定新的調(diào)控方案，并將交通流數(shù)據(jù)和調(diào)控方案傳給各個(gè)計(jì)算模塊，重新進(jìn)行預(yù)測，在多次預(yù)測和調(diào)整調(diào)控方案后選擇一個(gè)合適的調(diào)控方案輸出對交通瓶頸進(jìn)行調(diào)控，且已調(diào)控的路段在時(shí)間Tc內(nèi)不再進(jìn)行調(diào)控，然后繼續(xù)對交通進(jìn)行預(yù)測，尋找新的交通瓶頸，并進(jìn)行控制；
所述步驟三中確定交通瓶頸并對其進(jìn)行控制的方法為：求解當(dāng)大于給定閾值ηM時(shí)，說明路段im在nmT時(shí)刻將成為交通瓶頸，則在nmT-T0時(shí)刻對車輛行駛方向的路段im前后方入、出匝口及可變信息顯示牌進(jìn)行限速（瓶頸路段前方路段速度降低，后方路段速度提高）、限制進(jìn)入瓶頸路段甚至強(qiáng)制駛出瓶頸路段；或求解當(dāng)大于給定閾值σM時(shí)，說明路段im在nmT時(shí)刻將成為交通瓶頸，則在nmT-T1時(shí)刻對車輛行駛方向的路段im前后方入、出匝口及可變信息顯示牌進(jìn)行限速（瓶頸路段前方路段速度降低，后方路段速度提高）、限制進(jìn)入瓶頸路段甚至強(qiáng)制駛出瓶頸路段；
式中T0、T1為提前施加控制的時(shí)間使得ηM、σM分別為根據(jù)道路密度最大飽和度、最小速度限制得到的正數(shù)；
控制的優(yōu)先級原則為：①首先通過可變信息顯示牌調(diào)整路段速度，使進(jìn)入瓶頸路段的車輛速度降低，駛出瓶頸路段的車輛速度提高，②僅僅通過可變信息顯示牌調(diào)整路段速度不能達(dá)到控制指標(biāo)時(shí)，則通過匝口限制進(jìn)入瓶頸路段流量并與可變信息顯示牌調(diào)整路段速度同時(shí)進(jìn)行控制，③當(dāng)通過匝口限制進(jìn)入瓶頸路段流量及可變信息顯示牌調(diào)整路段速度同時(shí)控制也不能達(dá)到控制要求時(shí)，通過匝口控制在斷續(xù)時(shí)間強(qiáng)制部分路段車輛駛出道路、同時(shí)對匝口限制進(jìn)入瓶頸路段車流量及可變信息顯示牌調(diào)整路段速度以達(dá)到控制指標(biāo)要求。
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司，未經(jīng)西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201210470948.4/1.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
