[发明专利]一种潮汐车道行驶方向动态控制方法

摘要

本发明公开了一种潮汐车道行驶方向动态控制方法，在该方法中，输入道路基础数据、实时交通流率和预测排队车辆数，根据两个方向的饱和度将道路交通状况分为五种情况，根据对应情况调用相应的控制模型求解最优控制方案，判断是否满足优化条件，若满足则输出最优方案至道路基础设施执行，否则输出现有方案。本发明方法首次提出了根据实时交通流率和预测排队车辆数而动态改变车道行驶方向的模型，适用于道路总车道数大于2的可变车道路段，具有道路资源利用率高、经济效益好、普适性等优点。

主权项

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Sw0表示，方向二的道路饱和度用Se0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Se0、Sw0，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≤Se0≤S1且0≤Sw0≤S1；②情况二：(S1＜Se0≤S2且0≤Sw0≤S2)或(S1＜Sw0≤S2且0≤Se0≤S2)；③情况三：0≤Se0＜S2且Sw0≥S2；④情况四：0≤Sw0＜S2且Se0≥S2；⑤情况五：Se0＞S2且Sw0＞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(S)=v0×(1-0.94×S)(S≤0.9)v07.4×S(S>0.9)]]>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minF(Ne)=Qe×(LV(Se)-Lv0)+Qw×(LV(Sw)-Lv0)Qe+Qw]]>s.t.Ne∈{1，2，…(N‑1)}Se=QeCNeSw=QwC×(N-Ne)]]>0≤Se、Sw≤S2③情况三：以道路双方向总的车均延误最小为优化目标minF(Ne)=Qe×(LV(Se)-Lv0)+Qw×(LV(Sw)-Lv0)Qe+Qw]]>s.t.Ne∈{1，2，…(N‑1)}Se=QeCNeSw=QwC×(N-Ne)]]>0≤Se＜S2④情况四：以道路双方向总的车均延误最小为优化目标minF(Ne)=Qe×(LV(Se)-Lv0)+Qw×(LV(Sw)-Lv0)Qe+Qw]]>s.t.Ne∈{1，2，…(N‑1)}Se=QeCNeSw=QwC×(N-Ne)]]>0≤Sw＜S2⑤情况五：以道路双方向总的拥堵疏散时间最短为优化目标minF(Ne)=min(-DeCNe,-DwC(N-Ne))]]>s.t.Ne∈{1，2，…(N‑1)}其中，min F(Ne)指求所有可能的F(Ne)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；Ne为方向二车道数；N‑Ne为方向一车道数；Sw、Se分别指执行某种方案后方向一和方向二的道路饱和度；Qw、Qe分别为方向一和方向二的实时检测交通流率，单位为pcu/h；vo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；Dw、De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Ne0，G1方案中方向二车道数为Ne1；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；Tmin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Tmin，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。