[发明专利]一种潮汐车道行驶方向动态控制方法

权利要求书

1.一种潮汐车道行驶方向动态控制方法，其特征在于，根据两个方向交通运行情况动态调整，包括以下步骤：

1)基础数据准备

包括潮汐车道路段长度、道路通行能力、道路车道总数、车辆组成、自由流车均速度、交通流率、预测排队车辆数；

2)分析道路交通数据，利用道路各方向饱和度判断各方向道路交通流状态，具体如下：

道路交通流量与道路通行能力的比值称为道路饱和度，用S表示，假设道路某一个方向为方向一，另一个方向为方向二，方向一的道路饱和度用S_w0表示，方向二的道路饱和度用S_e0表示，S₁为道路交通自由流与稳定流的饱和度临界值，S₂为道路交通稳定流与强迫流的饱和度临界值，根据两个方向的饱和度S_e0、S_w0，判断道路交通运行状态，将道路交通流状态划分为以下五种情况：

①情况一：0≤S_e0≤S₁且0≤S_w0≤S₁；

②情况二：(S₁＜S_e0≤S₂且0≤S_w0≤S₂)或(S₁＜S_w0≤S₂且0≤S_e0≤S₂)；

③情况三：0≤S_e0＜S₂且S_w0≥S₂；

④情况四：0≤S_w0＜S₂且S_e0≥S₂；

⑤情况五：S_e0＞S₂且S_w0＞S₂；

3)根据交通流状态调用对应的动态控制模型求解最优车道行驶方向控制方案G1，其中，所述动态控制模型如下：

根据当地交通调查数据统计分析，得出车辆平均速度与道路饱和度关系图，设函数关系式为V(S)，当无历史调查资料时，用如下函数式：

$V\left(S\right)=\left\{\begin{array}{cc}{v}_0\×(1-0.94\×S)& (S\≤0.9)\\ \frac{v_0}{7.4\×S}& (S\>0.9)\end{array}\right.$

包括以下五种情况：

①情况一：双向交通运行顺畅，不做任何改变，保持现有控制方案G0；

②情况二：以道路双方向总的车均延误最小为优化目标

$\min F\left(N_e\right)=\frac{Q_e\×(\frac{L}{V\left(S_e\right)}-\frac{L}{v_0})+Q_w\×(\frac{L}{V\left(S_w\right)}-\frac{L}{v_0})}{Q_e+Q_w}$

s.t.

N_e∈{1，2，…(N-1)}

$\begin{array}{c}{S}_e=\frac{Q_e}{{\mathrm{CN}}_e}\\ S_w=\frac{Q_w}{C\×\left(N-N_e\right)}\end{array}$

0≤S_e、S_w≤S₂

③情况三：以道路双方向总的车均延误最小为优化目标

$\min F\left(N_e\right)=\frac{Q_e\×(\frac{L}{V\left(S_e\right)}-\frac{L}{v_0})+Q_w\×(\frac{L}{V\left(S_w\right)}-\frac{L}{v_0})}{Q_e+Q_w}$

s.t.

N_e∈{1，2，…(N-1)}

$\begin{array}{c}{S}_e=\frac{Q_e}{{\mathrm{CN}}_e}\\ S_w=\frac{Q_w}{C\×\left(N-N_e\right)}\end{array}$

0≤S_e＜S₂

④情况四：以道路双方向总的车均延误最小为优化目标

$\min F\left(N_e\right)=\frac{Q_e\×(\frac{L}{V\left(S_e\right)}-\frac{L}{v_0})+Q_w\×(\frac{L}{V\left(S_w\right)}-\frac{L}{v_0})}{Q_e+Q_w}$

s.t.

N_e∈{1，2，…(N-1)}

$\begin{array}{c}{S}_e=\frac{Q_e}{{\mathrm{CN}}_e}\\ S_w=\frac{Q_w}{C\×\left(N-N_e\right)}\end{array}$

0≤S_w＜S₂

⑤情况五：以道路双方向总的拥堵疏散时间最短为优化目标

$\min F\left(N_e\right)=\min (-\frac{D_e}{{\mathrm{CN}}_e},-\frac{D_w}{C(N-N_e)})$

s.t.N_e∈{1，2，…(N-1)}

其中，min F(N_e)指求所有可能的F(N_e)值的最小值；L为可变车道路段长度，单位为m；C为道路通行能力，单位为pcu/h；N为可变车道路段车道总数；N_e为方向二车道数；N-N_e为方向一车道数；S_w、S_e分别指执行某种方案后方向一和方向二的道路饱和度；Q_w、Q_e分别为方向一和方向二的实时检测交通流率，单位为pcu/h；v_o为可变车道自由流车均速度，单位为m/s，设定值为道路限速速度；D_w、D_e分别指方向一和方向二的预测排队车辆数，当无法获得该值数据时，用实际流量代替，但是最终求解的最优控制方案具有滞后性；

G0、G1分别指可变车道行驶方向现有控制方案和最优控制方案，G0方案中方向二车道数为N_e0，G1方案中方向二车道数为N_e1；F(Ne)为某控制方案的评价指标，即道路双方向总的车辆平均延误，F(Ne)越小，表示整体道路运行效率越高；ΔM为车均延误优化差值，为避免最终执行方案优化效率不明显和频繁变换车道，因此设定一个约束条件阈值ΔM，T为现有方案执行持续时间；T_min为最短方案切换间隔；

4)方案判断

现有方案G0的车均延误减去最优方案G1的车均延误大于车均延误优化差值ΔM以及方案G0的持续时间T大于最短方案切换间隔T_min，若两个条件同时成立，则输出最优方案G1，否则输出现有方案G0。

2.根据权利要求1所述的一种潮汐车道行驶方向动态控制方法，其特征在于：在步骤2)、3)和4)中出现的S₁、S₂、T_min和ΔM的大小根据不同城市的交通差异特性或者不同的可变行驶方向车道设置路段而采用不同值，当无基础数据时，设定建议值如下：

建议S₁、S₂分别设定为道路服务水平二级和四级所代表的数值，即S₁＝0.6、S₂＝0.9；

建议设定ΔM至少大于控制方案切换过程所产生的车辆平均延误；

建议设定最小切换间隔T_min至少大于稳定流状态正常情况下车辆通过可变车道路段的车辆平均行程时间。