[发明专利]一种城市道路分层动态协调控制算法及控制方法

说明书

本发明公开了一种城市道路分层动态协调控制算法及控制方法，将城市道路纵向分为三层，横向分为不同的控制子区。根据实时动态交通数据，动态更新不同层的各个子区控制范围和各个子区的控制参数，达到城市道路各层交通流动态协调控制的目的。验算分析表明，城市道路分层协调控制技术使车辆平均车速明显提升，各层车辆能快速驶离各个子区，有效缓解城市道路车流拥堵问题。

技术领域

本发明涉及城市道路交通控制领域，特别涉及一种城市道路分层动态协调控制算法及控制方法。

背景技术

现代城市交通网络不仅包括普通道路，而且也包括仅供车辆快速通行的快速路，此二类路网通过匝道连接在一起，构成一个复杂的非线性时变大交通网络。因此实现二者的协调控制，对于改善整个城市交通状况具有重大意义。

目前，由于城市道路存在交通网络的复杂性和非线性时变性，因此国内外许多学者对不同类的城市道路分别进行了深入的研究。然而现有缓解城市道路拥堵方法一般仅单独研究其中之一，并未将二者综合考虑。单一研究普通道路，忽略了城市快速路快速通行能力；单一研究匝道，则忽略了普通道路的路径优化能力。

发明内容

基于以上分析，为了缓解城市交通拥堵，本发明提出了一种新的城市道路分层动态协调控制算法及控制方法。首先，城市道路按纵向分为匝道层、普通道路层和快速路层。然后，设计了一种用于匝道子区划分的函数将匝道层横向分为主匝道子区和从匝道子区；根据关联度公式将普通道路划分为不同控制子区间；考虑到快速路层无十字路口，并且匝道入口车流量决定快速路主线的车流状态，因此将快速路层并入匝道层处理，不对快速路横向分层。其中采用BP神经网络简单快速预测下游动态临界车辆占有率。最后，以控制子区为单位对各层的交通流进行协调控制。

具体的，本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种城市道路分层动态协调控制算法，其特征在于通过以下算法实现：

S1、用于匝道子区划分的函数

式中：E_N为匝道i的相对排队长度，E_o为入口匝道i下游的占有率与临界占有率的比值，为两者值之和；A(k_c-1)为修正参数，其值主要受上一周期匝道滞留车辆的影响；为匝道i+u当前排队长度之和与最大排队长度之和的比值，N_i(k_c)为第k_c控制周期内，匝道i的排队长度预测值，为匝道i允许的最大排队长度；是第k_c控制周期匝道i下游动态临界车辆的时间占有率；O_i(k_c)为第k_c控制周期内，匝道i下游的实测占有率；设E_NOS为激活阈值，E_NHS为激活阈值，当大于E_NOS时，匝道i其上游相邻匝道为从匝道；当大于E_NHS时，匝道i+u其上游相邻匝道为从匝道；

S2、主匝道子区最终局部调节量调节车辆的排队长度的算法

式中：q_i(k_c)为匝道i的最终局部调节量；为第k_c控制周期内入口匝道允许通过的最大调节交通量；为匝道i第k_c控制周期内最大排队控制的调节量；为第k_c控制周期内，匝道i的交通需求预测值；为动态临界占有率；

其中，动态临界占有率的值通过BP神经网络训练的方法预测得到，具体如下：