本技術涉及交通,具體涉及一種考慮邊界控制的高速公路多匝道協調控制方法、裝置及存儲介質。
背景技術:
1、高速公路作為現代交通運輸的重要基礎設施,憑借高服務水平的特點吸引了大量的交通需求。根據交通運輸部發布的《2023年交通運輸行業發展統計公報》,我國高速公路里程達到了18.36萬公里,增加0.64萬公里,如今我國已經進入了its2.0的發展階段,國內多條智慧高速的建設與運營掀起了高速公路智慧化與網聯化的高潮。
2、據公安部統計,截至2024年5月底,全國機動車保有量達4.4億輛,機動車駕駛人數達5.3億人。隨著機動車保有量的增加,高速公路的合流區擁堵問題日益凸顯,主線交通擁堵、匝道車輛排隊等問題大大降低了高速公路系統的通行效率,如何解決匝道與主線合流區擁堵、進一步實現高速公路網絡智慧化,成為了目前交通行業亟待解決的問題。
3、主動管控技術在緩解擁堵方面發揮了至關重要的作用,針對合流區擁堵問題,廣泛應用的一種高速公路主動管控技術是入口匝道控制,這是一種根據實時道路信息控制匝道信號,調節車輛準入,從而減少主線交通流擁堵、提高合流區通行效率的方法。根據控制范圍的不同,匝道控制分為單點控制和協調控制,在實際工程實踐中應用較多的匝道單點控制對高速公路主線通行具有一定的優化效果,但擁堵較為嚴重時,僅針對單一入口匝道進行控制有許多不足,甚至可能導致排隊溢出等更加嚴重的交通問題。因此,需要從系統層面考慮多個入口匝道協調控制,提升高速公路的整體管控效果。
4、作為新興智能交通產業的重要組成部分,匝道協調控制受到了眾多學者的關注,關于匝道協調控制的研究已經有一定基礎,但控制方法存在一定局限性,控制的效率和精度都有待提升。高速公路集成控制指的是對交通路網中的多種控制方法進行集成,例如:匝道控制、路徑誘導、可變限速等,由于高速公路系統具有非線性、不確定性、大規模性和嚴格變量約束等特點,目前高速公路集成控制的研究基本以理論探索為主。
技術實現思路
1、針對上述技術問題,本技術提供一種考慮邊界控制的高速公路多匝道協調控制方法、裝置及存儲介質,能夠較好地從系統角度解決高速公路合流區擁堵問題,提升高速公路系統的整體運行水平,具有廣泛的應用前景。
2、為達到上述目的,本發明的技術方案是這樣實現的:
3、第一方面,本發明實施例提供了一種高速公路多匝道協調控制方法,所述方法包括:
4、根據高速公路實時交通流數據,得到目標區域路段的車輛時間序列數據,所述時間序列數據包括車流量、車輛速度、匝道排隊長度;
5、基于所述時間序列數據輸入目標函數得到所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率;
6、將所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率輸入區間二型模糊邏輯的邊界控制器,輸出入口匝道進入目標區域路段的總流量;
7、將所述目標區域路段劃分為多個子區域路段,每一子區域路段包含至少一個入口匝道,根據所述總流量獲取每一子區域路段的權重和調節率;
8、將所述每一子區域路段的權重和調節率輸入訓練后的算法模型,輸出對應的管控策略;所述管控策略包括在當前時間間隔內各個入口匝道調節率和匝道上游可變限速調節率。
9、優選地,所述根據高速公路實時交通流數據,包括:
10、通過數據采集器、排隊檢測設備獲取高速公路實時交通流數據。
11、優選地,所述基于所述時間序列數據輸入目標函數得到所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率,還包括:
12、根據所述時間序列數據,得到目標區域路段內每個時間步的擁堵路段比例,進行時間階段劃分和路段簇的劃分;
13、以研究區域平均密度及擁堵路段比例相關性最大和區域交通態勢研判錯誤率最小為目標,采用nsga-ii對有效路段長度系數進行優化;
14、根據有效路段長度系數計算目標區域路段的平均流量和平均密度,輸入目標函數擬合構建amfd,得到所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率。
15、優選地,所述將所述目標區域路段劃分為多個子區域路段,每一子區域路段包含至少一個入口匝道,根據所述總流量獲取每一子區域路段的權重,包括:
16、
17、其中,ws(k)表示權重,is表示子區域s包括的路段集合,表示子區域s的最大測量密度,表示子區域s的最小測量密度;
18、按照流量分配公式按照權重進行分配,計算得到每一個入口匝道處需要限制的流量;
19、
20、其中,h(k)表示入口匝道處需要限制的總流量,fr(k)表示無控制時入口匝道r的自由流,s表示高速公路研究區域包括的子區域s的集合。
21、優選地,根據所述總流量獲取每一子區域路段的調節率,包括:
22、根據每一個入口匝道處需要限制的流量,得到相鄰匝道的調節率;
23、
24、其中,表示因匝道排隊限制計算的最小流入量,當計算得到入口匝道r的流入小于最小流時,更新匝道r流入為最小流量值,輸出每一子區域路段的調節率。
25、優選地,所述將所述每一子區域路段的權重和調節率輸入訓練后的算法模型,輸出對應的管控策略;所述管控策略包括在當前時間間隔內各個入口匝道調節率和匝道上游可變限速調節率,包括:
26、所述算法模型包括匝道協調控制器和匝道鄰近上游可變速控制器,將所述每一子區域路段的權重和調節率輸入訓練后的算法模型,輸出對應的管控策略。
27、優選地,所述輸出對應的管控策略后,還包括
28、實施所述管控策略,包括將策略信息傳遞給各個入口匝道以及可變限速控制器,指示入口匝道車輛的準入以及路段限速變化。
29、第二方面,本發明實施例提供了一種高速公路多匝道協調控制裝置,所述裝置包括:
30、識別模塊,用于根據高速公路實時交通流數據,得到目標區域路段的車輛時間序列數據,所述時間序列數據包括車流量、車輛速度、匝道排隊長度;
31、獲取模塊,用于基于所述時間序列數據輸入目標函數得到所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率;
32、第一處理模塊,用于將所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率輸入區間二型模糊邏輯的邊界控制器,輸出入口匝道進入目標區域路段的總流量;
33、第二處理模塊,用于將所述目標區域路段劃分為多個子區域路段,每一子區域路段包含至少一個入口匝道,根據所述總流量獲取每一子區域路段的權重和調節率;
34、決策模塊,用于將所述每一子區域路段的權重和調節率輸入訓練后的算法模型,輸出對應的管控策略;所述管控策略包括在當前時間間隔內各個入口匝道調節率和匝道上游可變限速調節率。
35、本技術還提供一種高速公路多匝道協調控制裝置,包括:存儲器、處理器,其中,所述存儲器上存儲有計算機程序,所述計算機程序被所述處理器執行時實現如上述方法的步驟。
36、本技術還提供一種存儲介質,所述存儲介質存儲有計算機程序,所述計算機程序被處理器執行時實現如上述方法的步驟。
37、如上所述,本技術的高速公路多匝道協調控制方法,包括步驟:根據高速公路實時交通流數據,得到目標區域路段的車輛時間序列數據,所述時間序列數據包括車流量、車輛速度、匝道排隊長度;基于所述時間序列數據輸入目標函數得到所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率;將所述目標區域路段的總流量的誤差及誤差變化率輸入區間二型模糊邏輯的邊界控制器,輸出入口匝道進入目標區域路段的總流量;將所述目標區域路段劃分為多個子區域路段,每一子區域路段包含至少一個入口匝道,根據所述總流量獲取每一子區域路段的權重和調節率;將所述每一子區域路段的權重和調節率輸入訓練后的算法模型,輸出對應的管控策略;所述管控策略包括在當前時間間隔內各個入口匝道調節率和匝道上游可變限速調節率;如此,根據入口匝道周邊交通狀態賦予權重,將入口匝道總流量協調分配至每一個入口匝道,避免了單點控制導致的影響鄰近匝道、匝道排隊溢出等問題,同時,為了進一步提高整體管控效果,考慮控制方法相互作用的前提下,在入口匝道協調控制器激活時,對匝道上游路段進行可變限速控制,從系統的角度實現高速公路的集成控制。