[发明专利]城市拥堵区域路网双层边界控制方法

说明书

本发明公开了一种城市拥堵区域路网双层边界控制方法，采用出租车GPS数据和实地勘测数据，建立了路网微观仿真模型，同时构建路网宏观基本图(MFD)，在此基础上首先根据包含控制延误的路网边界控制方法(第一层控制)确定路网预期进入总量，随后将各个控制交叉口按一定的方式扩展为虚拟子区路网，以降低路网密度分布方差为控制目标，考虑因路网进入总量控制产生的排队溢出管控，开发了路网进入总量分配方法(第二层控制)。相比常用边界控制方法，控制总量分配优化控制方法稳定、有效地提高了路网表现，避免了路网因控制产生的排队溢出，具有实际工程应用价值。

技术领域

本发明属于区域路网交通控制领域，具体涉及包含控制延误的区域路网边界总量控制和路网预期进入总量分配优化方法，即区域路网双层边界控制方法。

背景技术

我国城市交通拥堵问题日益严峻，拥堵范围从单个交叉口和路段逐渐扩大到区域路网。为解决城市交通拥堵日益系统化、全局化的问题，亟需探索路网层面的实时交通控制方法。

近年来，国内外的学者们参照路段的交通流三参数基本图提出了网络级的宏观基本图(MFD)。MFD存在独立于路网OD和车辆个体交通行为，可以为路网实时交通控制提供简单有效的交通集聚模型。随着对MFD特性理解的不断深入，基于MFD的路网边界控制方法获得越来越多的关注。

现有的基于MFD的边界控制方法通过对单个周期内路网进入交通总量的控制，显著缓解了城市交通拥堵，但它们在确定了预期进入路网(控制)总量后，简单地采用边界交叉口上游路段的相对饱和度将该总量分配到单个控制交叉口。但是，控制总量分配方法直接影响路网内部密度分布，路网内部密度分布对路网整体表现有着显著影响。关于控制总量优化分配分配问题，现有的研究对研究范围的选定、路网密度分布目标状态对路网边界进入量的要求等关键要素都没有足够关注。同时，现有的研究忽略了控制交叉口上游路段可能存在的因控制产生排队溢出的问题。该问题在实际应用中直接影响了控制方案的可行性，缺乏对该问题的考虑会导致控制算法不具实用性。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供城市拥堵区域路网双层边界控制方法，由区域路网控制总量的确定方法(第一层控制)，以及考虑因控制产生的排队溢出管理和路网运行效率优化的控制总量分配优化方法(第二层控制)组成。通过使路网车辆数保持在最佳值附近，并使各个控制交叉口流入量满足路网运行效率优化和因控制产生的排队不溢出的要求；

本发明提供城市拥堵区域路网双层边界控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)根据城市区域路网实际的道路线型、车道、渠化、信号配时、其他交通管理措施、车型比例以及OD数据(仅用于仿真建模)，构建包含动态分配模块的VISSIM仿真模型；

步骤2)根据路网各路段的流量和速度数据对模型进行标定；

步骤3)得到路网宏观基本图MFD，建立路网车辆数的平衡等式，并将其离散化：

ΔN(k+1)＝AΔN(k)+B[ΔUI_g(k-d_g)+ΔI_u(k)+ΔD_i(k)] 式(1)

其中，Δ为参数与参数预期值间的偏差量，N(k)是在第k个时间步长内的路网累计车辆数，UI_g(k)是第k步长内从控制交叉口进入路网的流量，D_i(k)是第k个时间步长内的路网内部交通需求，I_u(k)是第k个时间步长内从上游交叉口无控制的边界交叉口进入流量，d_g是控制交叉口进入路网延误时间，取的时间步长的整数倍；

步骤4)假定短时间内I_u(k)+D_i(k)＝0，通过基于最小平方和的参数估计算出A和B，推导出如下的标准的PI控制系统：