[發明專利]一種基于并行計算的高速公路交通狀態估計方法

有效

• 申請號: 201710439953.1
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107123265B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 王翀;冉斌;張健
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01
• 代理公司: 32206 南京眾聯專利代理有限公司
• 代理人: 周蔚然

1.一種基于并行計算的高速公路交通狀態估計方法，其特征在于，包括并行計算框架，所述并行計算框架包括數據中心模塊、數據一致化處理模塊、在線交通流模型參數校正模塊、改進的卡爾曼濾波優化模塊以及相應的并行計算流程，

數據中心模塊包括交通數據庫和模型數據庫，交通數據庫用于收集和存儲高速公路固定檢測器采集的歷史和實時交通狀態數據，并負責對交通數據的維護，模型庫用于存儲不同種類的交通流模型，并可以根據不同交通情況選用適應度較高的交通流模型；

數據一致化處理模塊根據其他模塊的請求，將不同類型固定檢測器數據加工為所需要的路段密度和速度數據并發送給請求的模塊；

在線交通流模型參數校正模塊使用遺傳算法和短時交通歷史數據，對交通流模型參數進行校正，使交通流模型計算結果符合實時交通狀態變化趨勢；

改進的卡爾曼濾波優化模塊根據實時交通數據對交通流模型的計算結果進一步優化；

上述各模塊之間的并行計算流程，包括：

1)數據中心模塊實時獲取和存儲高速公路各檢測器的交通數據；

2)數據一致化處理模塊響應其他模塊的數據請求，從數據庫取得對應時間段的數據并對數據進行處理后發送給請求的模塊；

3)在線交通流模型參數校正模塊向數據一致化處理模塊請求必要的交通數據，并以1小時為間隔校正模型參數，交通流模型以30秒為間隔，計算高速公路各子路段的交通狀態估計值；

4)改進的卡爾曼濾波優化模塊向數據一致化處理模塊請求實時交通數據，從數據中心模塊選擇交通流模型，并根據實時交通數據進一步優化交通流模型的計算結果，并將計算所得結果作為該時刻的最終輸出結果；

5)改進的卡爾曼優化模塊將4)中所述的最終輸出結果發送給在線交通流模型參數校正模塊，后者的模型計算線程將該結果作為輸入數據，并基于最新的模型參數值，求解下一時刻的模型結果。

2.如權利要求1所述的一種基于并行計算的高速公路交通狀態估計方法，其特征在于，所述數據一致化處理模塊用于將現有的高速公路固定檢測器數據統一為僅包含路段密度和平均速度數據，時間間隔為30秒的交通數據，實現步驟包括：

1)根據交通主動管理系統的控制需求和CFL條件，將控制對象的高速公路路段離散為500米間隔的子路段，數據更新時間為30秒；

2)對于交通流量數據，采用基于泊松分布的插值方法進行插值；

3)對于速度數據，首先采用下述公式將地點車速轉換為路段平均車速：

式中，為高速公路路段i的固定檢測器在時刻k的地點速度測量值，σ_i(k)是地點車速的樣本方差，是路段i的平均車速；

其次，采用三次Hermite插值函數對1分鐘或5分鐘間隔的路段平均速度數據進行插值，得到30秒時間間隔的路段平均速度估計值

4)根據占有率數據和密度數據之間的關系，求解密度的估計值；計算步驟包括：

4.1)利用下述速度-密度公式計算路段的密度觀測值：

式中，為2)中所求解的任意路段i在k時刻的流量值，為3)中所求解的任意路段i在k時刻的平均車速； T為時間間隔；

4.2)根據以下公式求解占有率和觀測密度之間的線性關系a：

式中，a^*為使占有率和密度滿足最小二乘關系的比例系數值，為4-1)中所求解的路段i在時刻k的密度觀測值，為路段i在時刻k的占有率數據，N為總時間間隔數，密度估計值

4.3)將和作為最終結果輸出。