[發明專利]一種基于混沌的城市快速路多匝道協調控制方法

有效

• 申請號: 201710033706.1
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106600991B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 龐明寶;陳茂林;夏澤民;刁化堯;趙冰心
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G05B13/04
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群;付長杰

本發明涉及一種基于混沌的城市快速路多匝道協調控制方法，以由多入口匝道、多出口匝道、多座互通式立交橋、快速路主線組成的城市快速路系統為研究對象，該方法的步驟如下：1)參數初始化；2)實時交通流數據預處理：根據信息采集模塊獲得實時交通流數據，將該交通流數據作為交通流混沌智能識別模塊的輸入；3)各子系統混沌狀態識別：由交通流混沌智能識別模塊判斷交織區是否處于混沌狀態；4)基于混沌的單匝道控制級控制；5)基于混沌的多匝道協調控制級控制；6)確定備選匝道集合R₂中參與協調的各入口匝道的調解率。該方法切實可行，成本低，控制效果好，適于大范圍的推廣應用。

技術領域

本發明屬于交通運輸工程中交通管理控制技術領域，特別涉及一種基于混沌的城市快速路多匝道協調控制方法。

背景技術

協調控制是連續交通流道路管控的基本手段，特別是上下班高峰期等交通需求較高時段的城市快速路，其相對封閉性使可能擁堵的傳播速度非常快；上游受影響路段車輛可供選擇的路徑有限，影響范圍會更廣。目前交通擁堵已經成為很多大、特大城市的普遍現象，實時發現交通擁堵并確定控制信號施加策略、計算具體控制變量值成為其必須的步驟。這是因為交通網絡作為復雜非線性系統，除修路、特大交通事故等實施封路，一般情況下，若對交通擁堵不予理睬或計算的匝道進車過大或各個匝道調解率間不合理，使得車輛不能迅速通過擁堵區域，可能造成長時間大范圍的擁堵，不能發揮快速路的作用；而若過分擴大管控效果使得計算的匝道進車過小，或各個匝道調解率間不合理，使得很多車輛轉移到城市一般道路上，造成這些本來已經擁擠的城市一般道路區域更加擁堵，這不是交通管理的目的。因此，如何幫助交通管理部門快速準確判斷交通狀態并迅速計算除擁堵區段上游各個匝道的具體控制變量值-匝道調解率，使得城市快速路交通達到通暢的目的，成為一個需要迫切解決的技術問題。

現有的連續交通流道路協調控制研究對象主要涉及多匝道間、匝道與主線間、城市快速路與一般道路間。如Bhouri N等(Bhouri N,Haj-Salem H,Kauppila J,etal.Isolated Versus Coordinated Ramp Metering:Field Evaluation Results ofTravel Time Reliability and Traffic Impact[J].Transportation Research Part C,2013,28(3):155-167.)提出CORDIN算法，在對上游最近的入口匝道采用傳統ALINEA算法基礎上，第2個入口匝道采用g₂＝α₁g₁；第3及以上各個入口匝道采用g_s＝α₂g₁(s＝3,4,…,n)，其中α₁、α₂為CORDIN參數。該研究僅根據經驗確定匝道調解率，不考慮交通流的動態變化，不適于所有交通事件情況。在匝道控制信號施加范圍方面，僅采用期望密度作為施加條件，不能確定具體施加控制的匝道位置。

龐明寶等(龐明寶,楊敏，張莎莎.高速公路協調控制信號施加策略研究[J].公路交通科技,2014,31(1):131-138)以“一個入口匝道和一段主線組成的高速公路區段”為對象，研究高速公路協調控制信號施加策略問題，對研究區段實施不同控制信號策略的交通流特性進行仿真。該研究雖然有概念上的控制目標(如避免和消除主線持續擁擠)，但沒有明確的解析目標函數和優化求解過程，沒有考慮到交通控制系統的自適應和它適應、相態變化、混沌控制等方面。此外，龐明寶等(龐明寶,王彥虎,楊敏.高速公路模糊延遲反饋匝道混沌控制信號施加策略[J].土木工程學報,2013,09:123-130.)提出采用模糊延遲反饋控制(Fuzzy Delay Feedback Control,FDFC)解決高速公路匝道混沌控制信號施加策略問題。該研究僅適應于規模較小的局部道路，無法應用于大規模路網，不符合道路交通實際。且研究范圍僅局限為單一入口匝道和主線組成的高速公路區段，不涉及混沌控制下的多匝道主線間的協調控制。城市快速路的道路交通實際情況不同于高速公路，其作為一個復雜多變的大系統，在交通流的時空演變上比高速公路更加復雜。