[發(fā)明專利]一種面向二次事故預(yù)防動(dòng)態(tài)車道與可變限速協(xié)同控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011030968.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112233458B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鋮鋮;彭暢;劉攀;季彥婕;李志斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G08G1/16
• 分類號(hào): G08G1/16;G06N3/04;G06N3/08;H04N7/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運(yùn)紅

1.一種面向二次事故預(yù)防動(dòng)態(tài)車道與可變限速協(xié)同控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)構(gòu)建面向二次事故預(yù)防的動(dòng)態(tài)車道與可變限速協(xié)同控制系統(tǒng)，包括交通指令發(fā)布設(shè)備、交通數(shù)據(jù)采集設(shè)備、協(xié)同控制模型與評(píng)價(jià)模型，交通指令發(fā)布設(shè)備與交通數(shù)據(jù)采集設(shè)備沿快速道路布設(shè)，協(xié)同控制模型與評(píng)價(jià)模型均為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，協(xié)同控制模型與評(píng)價(jià)模型共同組成控制-評(píng)價(jià)模型；

2)選擇可變信號(hào)板作為交通指令發(fā)布設(shè)備，布設(shè)于交通龍門架上，懸于道路橫斷面上方；一臺(tái)龍門架即為一道控制斷面，掛有多片可變信號(hào)板，一片可變信號(hào)板針對(duì)一車道同時(shí)發(fā)布動(dòng)態(tài)車道與可變限速指令，其中，動(dòng)態(tài)車道指令包括“正常通行”、“建議向左換道”、“建議向右換道”三種；可變限速指令包括“保持默認(rèn)限速”、“下調(diào)限速”兩種，可變限速控制指令不區(qū)分車道，同一斷面的所有車道具有相同的限速，控制斷面間距設(shè)為L(zhǎng)₁米；

3)選擇流量監(jiān)測(cè)攝像頭作為交通數(shù)據(jù)采集設(shè)備，間隔地布設(shè)于交通龍門架與單懸臂桿上，懸于道路橫斷面上方，一臺(tái)龍門架或一支懸臂桿即為一道探測(cè)斷面，掛有多臺(tái)攝像頭，一臺(tái)攝像頭針對(duì)一車道，監(jiān)控上游L₂米長(zhǎng)區(qū)間，每隔t秒采集監(jiān)控區(qū)間內(nèi)的車道占用率％、速度m/s、排隊(duì)長(zhǎng)度m的交通信息，車道占用率反映交通密度，當(dāng)一車道被機(jī)動(dòng)車完全占滿時(shí)對(duì)應(yīng)的占用率為100％；多道探測(cè)斷面共同采集的交通信息經(jīng)過預(yù)處理后共同組成交通狀態(tài)，探測(cè)斷面間距設(shè)為L(zhǎng)₃米，當(dāng)探測(cè)斷面與控制斷面重合時(shí)，攝像頭與可變信號(hào)板共用相同的龍門架；當(dāng)探測(cè)斷面位于兩控制斷面中間時(shí)，攝像頭安裝于單臂懸臂桿上；

4)構(gòu)造一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為控制-評(píng)價(jià)模型，包含協(xié)同控制模型與評(píng)價(jià)模型兩部分，協(xié)同控制模型與評(píng)價(jià)模型共用相同的輸入層和中間層，僅輸出層不同，每隔一個(gè)控制周期T，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以交通狀態(tài)作為輸入值，同時(shí)輸出控制策略與控制策略的價(jià)值，其中，控制策略為動(dòng)態(tài)車道與可變限速協(xié)同控制，一方面引導(dǎo)上游來(lái)車提前于合理斷面處減速，一方面引導(dǎo)上游來(lái)車提前于合理斷面處換道至相鄰開放車道；價(jià)值為一個(gè)實(shí)數(shù)，是對(duì)控制策略的綜合效益的量化；所述步驟4)中，量化控制-評(píng)價(jià)模型于kT時(shí)刻輸出的動(dòng)作A_kT的實(shí)際效果，計(jì)算該控制周期結(jié)束后的(k+1)T時(shí)刻的獎(jiǎng)勵(lì)值R_(k+1)T：

式中，S_kT，spd即為修正交通狀態(tài)S_kT中與速度有關(guān)的元素集合，路段速度均值MEAN(S_{kT，spd})與標(biāo)準(zhǔn)差S.D.(S_kT，spd)共同定義實(shí)際獎(jiǎng)勵(lì)值定義為修正獎(jiǎng)勵(lì)值，在的基礎(chǔ)上加入針對(duì)限速控制的修正因子以約束限速控制策略的復(fù)雜性與不合理性，具體定義如下：

在至少一個(gè)斷面的限速控制被激活時(shí)，修正因子由兩項(xiàng)乘積而成，第一項(xiàng)中V_limit(m/s)為具體的限速大小，MEAN(S_kT，spd)為路段速度均值，第二項(xiàng)中為期望的限速控制斷面占總斷面的比例，(k+1)T時(shí)刻的獎(jiǎng)勵(lì)值R_(k+1)T定義為相對(duì)于的增量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向二次事故預(yù)防動(dòng)態(tài)車道與可變限速協(xié)同控制方法，其特征在于，所述步驟3)中，交通狀態(tài)由攝像頭采集，記攝像頭每隔t秒采集實(shí)時(shí)交通狀態(tài)為矩陣下標(biāo)t為相應(yīng)的時(shí)刻，其中，t＝1指代事故開始的時(shí)刻，矩陣由各車道各攝像頭采集所得占用率％、速度m/s、排隊(duì)長(zhǎng)度m共同組成，前兩項(xiàng)交通變量為宏觀交通流基本變量，描述宏觀交通特征，最后一項(xiàng)變量刻畫事故影響，在基礎(chǔ)上計(jì)算修正交通狀態(tài)S_t，遞推式如下：

其中，修正交通狀態(tài)S_t不僅包括當(dāng)前的交通狀態(tài)也包括此前的所有交通狀態(tài)從而反映了t時(shí)刻及之前的綜合交通狀態(tài)，α表示遺忘因子，以確保在決定S_t的所有交通狀態(tài)中近期的交通狀態(tài)對(duì)S_t具有的影響，與S_t具有相同的維度3×M×N，其中，3表示采集的3類交通變量，M為路段的車道數(shù)，N為路段中探測(cè)斷面的數(shù)量。