[发明专利]一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多瓶颈条件的匝道协调控制方法，包括以下步骤：步骤1：针对某一入口匝道局部控制范围路段中的瓶颈段，计算每一个瓶颈段的调节率r_i(k)，取其最小值作为局部调节率r_j(k)；步骤2：根据匝道排队长度限制计算匝道调节率r′(k)；步骤3：比较局部调节率r_j(k)和匝道调节率r′(k)，取其中的最大值作为最终的局部调节率r(k)；步骤4：计算瓶颈段j上游相关匝道的协调调节率R(m,j,k)，取其中的最小值作为该匝道的协调调节率R_c(m,k)；步骤5：比较r(k)和R_c(m,k)，取其中最小值，作为该匝道的最终调节率；本发明解决了现有匝道协调控制求解的调节率偏大问题。

技术领域

本发明涉及快速路匝道协调控制方法，具体涉及一种多瓶颈条件下的匝道协调控制方法。

背景技术

单点匝道控制中，ALINEA(Asservissement Linéaire d’Entrée Autoroutière)是最为常见的一种控制策略；作为一种闭环反馈控制策略，ALINEA具有良好的稳定性；从控制原理上看，ALINEA是一种针对入口匝道河流区的控制策略，主要针对合流区的常发性交通拥堵；在城市快速路，出入口匝道往往是产生瓶颈的主要原因，因此ALINEA针对入口匝道合流区的控制具有良好的效果；但在城市快速路设计或施工中由于某些限制会导致瓶颈段(车道减少等)的产生，或由于交通事件可能出现多个瓶颈；一般情况下瓶颈段的占有率会高于主线其他路段，尤其在非高峰时段，这类瓶颈段的占有率很可能会高于合流区；如果该类瓶颈段与合流区距离较远，超过了入口匝道控制的区域，这种情况下ALINEA利用合流区占有率输出的调节率要高于利用瓶颈段占有率输出的调节率；其结果会加剧瓶颈段的拥堵，甚至拥有向上游蔓延至合流区，最终导致瓶颈段占有率在期望值附近产生剧烈震荡。

匝道协调控制中，按照控制原理的不同，可分为多变量控制、系统最优控制和启发式控制；最优控制一般通过优化匝道调节率使系统的总延误最小，但前提是建立准确的交通流描述模型，算法复杂、计算量大，并且难以得到拥挤条件下的控制方案；多变量控制使交通状态维持在设定值附近，含有反馈机制、稳定性好、抗干扰能力强，但在拥堵时的控制效果不佳；启发式控制采取了局部与协调相结合的方法计算调节率，无需设立控制目标、复杂星弟，是实施性最好的一种控制方法；但启发式控制在计算调节率时同单点匝道控制一样，主要考虑的是入口匝道合流区的交通状态，当路段存在多个瓶颈段时，并且瓶颈段的交通拥堵较合流区更为严重的情况下，启发式控制方法效果大打折扣；现有的启发式匝道控制方法中，局部调节率及协调调节率的确定，主要考虑入口匝道合流区附近的交通流状态，这种情况在快速路的唯一瓶颈是入口匝道时比较适用；但是在现实的快速路中，入口匝道为唯一瓶颈的情况比较理想，由于快速路是城市的交通大动脉，交通运行非常复杂，交通事件、道路养护或者由于用地受限造成车道减少等原因，也是形成交通瓶颈的重要因素；这类瓶颈的的发生地点可能在快速路的基本路段，只考虑入口匝道合流区附近的交通状态的匝道控制方法不再适用；另外，对于大多数模型而言，对于实时的OD信息和状态信息的依赖性很强，并且不具备反馈机制，除非能精确预测到系统的未来状态，否则开环控制往往无法达到理想的控制效果。

可以看到，目前主要匝道控制方法中，调节率均是根据相关联入口匝道合流区的交通状况确定，较少有研究考虑了基本路段存在交通瓶颈时的匝道控制问题；现实情况是匝道间的基本路段也经常出现交通瓶颈(如交通事件、车道减少等)，其对主线交通的影响可能比入口匝道更为严重，因此，在建立匝道控制策略时应该将路段出现交通瓶颈的情况考虑在内；比如单点匝道控制，当匝道下游的路段出现严重的交通瓶颈，并且该瓶颈对交通的影响超过入口匝道交通合流对交通产生的干扰时；一味的追求合流区通过量最大只会加剧路段瓶颈处的交通拥堵程度；同理，匝道协调控制中，当路段存在交通瓶颈时，系统能够支配的容量要小于不考虑路段瓶颈时系统能够支配的容量，因此确定的匝道调节率可能存在偏大的情况。

发明内容

本发明提供一种解决匝道协调控制求解的调节率偏大问题的基于多瓶颈条件下的匝道协调控制方法。