[发明专利]基于密度的快速路多车道匝道控制方法

说明书

本发明公开了一种基于密度的快速路多车道匝道控制方法，属于交通信息技术领域，本发明同时考虑匝道交通和主线交通，将两者的密度参数同时整合在控制目标中，实现主线交通流量最大，同时解决匝道排队长度过长和排队延误过大的问题；二是替代占有率和流量作为控制参数，直接选择密度作为控制参数，从而实现数据采集的方便性和对交通状态描述的唯一性两重目的；三是充分考虑多车道交通流特性的差异和车辆换道行为，从更微观的角度实现对交通状态的准确判断，从而提升匝道控制的控制效果。

技术领域

本发明涉及交通信息技术领域，具体给出了一种基于密度的快速路多车道匝道控制方法。

背景技术

典型的匝道控制算法ALINEA以主线占有率为控制参数，其目的是使主线占有率维持在期望占有率附近，在实际的控制过程中，占有率的测定受到交通流密度、车辆长度和检测线圈长度等因素的影响，在混合交通流的情况下，占有率的准确测定受到限制。ALINEA的扩展算法UP-ALINEA、FL-ALINEA、UF-ALINEA、AD-ALINEA、AU-ALINEA、 PI-ALINEA等为了在实际应用中数据收集的便利，大多数算法以主线流量作为控制参数，使主线交通流量保持在期望值附近。但最新的研究成果表明，在相同路段的同一交通流量条件下，交通状态具有不唯一性。例如，主线具有相同的交通流量时，既有可能是拥堵流状态，也有可能是自由流状态。因此以主线流量为控制参数的算法具有潜在的缺陷。另外，ALINEA及其扩展算法直接或间接的以主线交通流量最大化为控制目标，对匝道排队的长度考虑欠缺，可能导致匝道排队溢出对地面交通造成影响，或者导致匝道交通延误过大。同时，ALINEA 及其扩展算法从整个路段的角度来考察控制范围内的交通状态，但是许多研究同时表明，同一路段不同位置车道的交通状态有明显差异，除此，车辆换道行为对交通流状态也会产生较大影响，因此ALINEA 及其扩展算法可能导致对交通流状态的判断产生偏差，从而影响到快速路匝道的控制效果。

发明内容

发明目的

本发明的主要目的在于提供一种基于密度的快速路多车道匝道控制方法，解决现存匝道控制策略对交通状态的判断较为粗略，可能与实际的交通状态存在较大偏差，难以达到与交通状态对应的理想控制效果的问题。

技术方案

一种基于密度的快速路多车道匝道控制方法，包括以下步骤：

S1.建立多车道动态密度模型

首先假设如下：第一，长度为L的城市快速路被分为N段，每一段快速路的车道数是相同的；第二，对路段i，至多只能有一个入口匝道或出口匝道与其相连；第三，入口匝道的汇入车流只能汇入到主线最外侧车道，主线车辆只能在相邻的车道间进行换道行为，跨车道的换道行为不允许发生；

基于上述假设，给出只有两车道情况下的快速路动态密度模型, 定义内侧车道为车道1，外侧车道为车道2，当i≠j时，即没有入口匝道或出口匝道与路段相连；当i＝j时，即有一个入口匝道与路段相连，则两车道情况下内外侧车道的动态密度模型可表达为：

式中：q(k,i,1)为路段i在时间段[kT,(k+1)T]离开内侧车道流入下游的车辆数与T的比值，n_1，2(k,i)为路段i在时间段[kT,(k+1)T]从内侧车道换道至外侧车道的车辆数与T的比值；

定义η_y,l(k,i)为时间段[tT,(t+1)T]内路段i上由第y条车道换道至第 l条车道的车辆数与车道y上车辆总数的比例，则上式可以写成：

入口匝道的动态密度方程则可以表达为：