专利名称：一种交叉口群过饱和交通态势主动控制方法
技术领域：
本发明涉及交通管理与控制领域，特别涉及到一种交叉口群过饱和交通态势主动控制方法。
背景技术：
城市高密度路网关键交叉口群时常受到过饱和交通流量影响，易于形成路网交叉口群拥堵局面，表现为车辆排队、车队溢流、交叉口群死锁等现象，给社会经济和环境带来损失。交通控制作为智能交通系统的核心技术，具有疏散拥堵交通流量的作用。而国内传统的交通控制系统多为开环系统，表现为不管交通流量如何变化，交叉口只显示一种信号配时方案的特点，对拥堵车流无能为力。由此国内部分大城市引进了国外开发的反馈交通自适应控制系统，如SCATS和SCOOT系统。这些系统表现的特点为只有当反馈回来的控制结果满足目标要求时才会产生系统偏差，进而调整信号控制参数适应交叉口新的交通流量。从表面看，交通是受信号实时指挥的，而实质上交通信号是根据交通需求被动变化。这种被动控制方式不能着眼于整个交通网络以分析交通拥堵态势，只能局限于对局部交通状态做出反馈。因此，这种系统在道路交通处于中低峰时段可以调节流量，当应对具有过饱和流量的道路交通时，易造成交通疏散策略滞后于交通拥堵的问题。交通信息发布技术作为智能交通研究的重点，也是一种疏导交通拥堵流量的方法。但传统的方法多只是对交通信息进行如实发布，不能保证将道路流量引导向预期的状态发展。而且没有与信号控制优化方法结合应用，不能发挥它潜在的交通流量疏散功能。归纳总结，国内相应的交通控制方法和交通信息发布技术存在以下不足1、传统控制系统在控制措施优化方面的动态性优势体现不够；2、反馈自适应控制系统过于被动，无法根据过饱和态势预测结果调整信号控制方案，以均衡路网负荷并预防大范围拥堵的出现和扩散；3、传统交通信息发布技术如实发布交通信息，不能引导道路流量向希望的方向前进；4、未见交通信号控制优化与交通信息发布集成技术的应用。
发明内容
面向“高密度路网、过饱和态势、信息化条件”的我国大城市交通发展新特点，本发明提出一种交叉口群过饱和交通态势主动控制方法。它利用连续交通数据信息，获取全路网交通流量发展态势，结合交通预报方法合理引导交通流量，防止过饱和交叉口群的生成， 并根据引导后的预期交通流量，主动变更交通信号控制方案。两种方法的结合能够引导未来短期交通流量向系统最优动态理想交通流量逼近，预防道路交叉口群拥堵局面的出现。 交通发展态势分析和主动交通控制优化是本发明的主要内容，其内部相应模块功能及方法流程的介绍如下。
步骤1 交通发展态势分析步骤1. 1 使用道路流量检测器对检测到的连续交通数据进行处理并得到未来短期的起终点对时变出行需求，所述的未来短期由6-12个时段构成，每个时段的时间单位为 5-10分钟，每个时段出行需求表示成该时段所有起点到所有终点的出行需求矩阵；步骤1. 2 将起终点对时变出行需求加载在零流最短出行路径上得到初始路径流量；步骤1. 3 以零流路网各路段的行驶时间作为输入条件，使用Matlab软件的K短路算法工具箱获得起终点对间3-6条最短路径并由3-6条最短路径构成起终点对可行路径集；步骤1. 4 以起终点对时变出行需求、初始路径流量及起终点对可行路径集为输入参数，通过DYNASMART软件运算，获得未来短期内的用户均衡动态可能交通流量和系统最优动态理想交通流量，所述的用户均衡动态可能交通流量是交通管制不变条件下的路网流量预测值，包括可能路径流量X；和可能路段流量乂，其中，可能路径流量/>；为第τ个出发时段从起终点对w出发选择路径P出行的可能路径流量预测值，可能路段流量乂为第t时
段路段a上的可能路段流量预测值，两者之间的函数关系为乂，其中，δ 3 ρτ
τ< ρκ
为可能路径流量Χ；在第t时段到达路段a的比例系数，取值范围为
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行能力，依次求取第t个时段交叉口 j的饱和度^勻=1!^|》,《￡^|，其中，(；表示路段
a进口的通行能力，％表示交叉口 j的上游路段集合，t = 1、2、…、m，m为未来短期内的时段总数；步骤2. 1. 2 如果饱和度€大于0. 9，则判定j为过饱和交叉口，并记过饱和交叉口标记变量巧=1;否则巧=0;步骤2.2 针对未来短期各时段t，统计出巧=1的所有交叉口 j，作为该时段过饱和交叉口群；步骤2.3 针对未来短期各出发时段τ，τ = 1、2、…、m，根据步骤2. 3. 1、2. 3. 2 和2. 3. 3的操作，找出第τ个出发时段选择的关键拥堵路径，根据步骤2. 3. 4找出第τ个出发时段选择的推荐分流路径步骤2. 3. 1 在第τ个出发时段，把路网所有可变信息发布板位置作为起点，挑选重要交通枢纽、大型商业中心以及城市路网中的干道节点作为终点，将它们组成起终点对集，记为Wt ；步骤2. 3. 2 针对Wt中的每个起终点对，如果第τ个出发时段的所选可行路径在未来短期内经过过饱和交叉口，则保留被选可行路径上的起终点对，否则，从Wt中删去被选可行路径上的起终点对；步骤2. 3. 3 在第τ个出发时段选取ητ条关键拥堵路径步骤2. 3. 3. 1 在每个起终点对w e W1上，找出第τ个出发时段对应的过饱和交通状态测度指标最大的一条可行路径Pw，将它作为备选的关键拥堵路径，由此得到第τ 个出发时段的Iwt Ι条备选的关键拥堵路径，
权利要求
1. ー种交叉ロ群过饱和交通态势主动控制方法，其特征在干，包括如下步骤 步骤1 交通发展态势分析步骤1.1 使用道路流量检测器对检测到的连续交通数据进行处理并得到未来短期的起终点对时变出行需求，所述的未来短期由6-12个时段构成，每个时段的时间单位为5-10 分钟，每个时段出行需求表示成该时段所有起点到所有终点的出行需求矩阵；步骤1. 2 将起终点对时变出行需求加载在零流最短出行路径上得到初始路径流量； 步骤1. 3 以零流路网各路段的行驶时间作为输入条件，使用Matlab软件的K短路算法工具箱获得起终点对间3-6条最短路径并由3-6条最短路径构成起终点对可行路径集； 步骤1. 4 以起终点对时变出行需求、初始路径流量及起终点对可行路径集为输入參数，通过DYNASMART软件运算，获得未来短期内的用户均衡动态可能交通流量和系统最优动态理想交通流量，所述的用户均衡动态可能交通流量是交通管制不变条件下的路网流量预测值，包括可能路径流量/ν；和可能路段流量乂，其中，可能路径流量/ν；为第τ个出发时段从起终点对w出发选择路径P出行的可能路径流量预测值，可能路段流量乂为第t时段路段a上的可能路段流量预测值，两者之间的函数关系为んΛ杯，其中，δ_τ为可能路径流量/ν；在第t时段到达路段a的比例系数，取值范围为W，1]，其值在用户均衡动态可能交通流量的求解过程中产生；所述的系统最优动态理想交通流量是未来短期作为參考目标的路网流量预测值，包括理想路径流量^^和理想路段流量<，其中，理想路径流量 &为第τ个出发时段从起终点对w出发选择路径ρ出行的理想路径流量预测值，理想路段流量<为第t时段路段a上的理想路段流量预测值； 步骤2 主动交通控制优化步骤2. 1 按步骤2. 1. 1和2. 1. 2遍历各交叉ロ j，确定各交叉ロ在不同时段出现过饱和交通状态的标记变量巧，其中，j = 1、2、…、J，J为交叉ロ的总数步骤2. 1. 1 针对交叉ロ j，基于步骤1提取的动态可能路段流量和已知的进ロ通行能力，依次求取第t个时段交叉ロ j的饱和度ぐめ=ιη，Χ j会,aeスト，其中，Ca表示路段a进ロ的通行能力，ル表示交叉ロ j的上游路段集合，t = 1、2、…、m，m为未来短期内的时段总数；步骤2. 1. 2 如果饱和度め大于0. 9，则判定j为过饱和交叉ロ，并记过饱和交叉ロ标记变量巧=1;否则巧=0;步骤2. 2 针对未来短期各时段t，统计出巧=1的所有交叉ロ j，作为该时段过饱和交叉ロ群；步骤2.3 针对未来短期各出发时段τ，τ = 1、2、…、m，根据步骤2. 3. 1、2. 3. 2和 2. 3. 3的操作，找出第τ个出发时段选择的关键拥堵路径，根据步骤2. 3. 4找出第τ个出发时段选择的推荐分流路径步骤2. 3. 1 在第τ个出发时段，把路网所有可变信息发布板位置作为起点，挑选重要交通枢纽、大型商业中心以及城市路网中的干道节点作为终点，将它们組成起终点对集，记为Wt ；CN 102542793 A权利要求书2/5页步骤2. 3. 2:针对Wt中的每个起终点对，如果第τ个出发时段的所选可行路径在未来短期内经过过饱和交叉ロ，则保留被选可行路径上的起终点对，否则，从Wt中删去被选可行路径上的起终点对；步骤2. 3. 3 在第τ个出发时段选取ητ条关键拥堵路径步骤2. 3. 3. 1 在每个起终点对w e W1上，找出第τ个出发时段对应的过饱和交通状态测度指标最大的一条可行路-Pw，将它作为备选的关键拥堵路径，由此得到第τ个出发时段的Iwt I条备选的关键拥堵路径，其中，<为第t时段在路段a下游交叉ロ的过饱和交叉ロ标记变量巧值； 步骤2. 3. 3. 2 计算各条备选关键拥堵路径可能流量与理想流量的差值，如果为负，则从备选关键拥堵路径中将差值为负的路径剔除；步骤2. 3.3.3 首先遍历Wt中的每个起点s，如果在剩余的备选关键拥堵路径中存在以s为起点的路径，则在以s为起点的备选关键拥堵路径中，找出过饱和交通状态测度指标最大的一条路径作为关键拥堵路径；其次，记第τ个出发时段选择的关键拥堵路径总数为步骤2. 3. 4 将Wt更新为所述所有关键拥堵路径对应的起终点对集合，为每条关键拥堵路径r配置一条推荐分流路径1，所述推荐分流路径1的选择方法为对于起终点对w e W”首先通过DYNASMART软件从可行路径集中寻找在未来短期经过除过饱和交叉ロ以外的其他交叉ロ的路径，得到所述路径的所有理想路径流量与可能路径流量之差，将最大理想路径流量与可能路径流量之差对应的路径作为第τ个出发时段起终点对w间的推荐分流路径，如果在未来短期中所有可行路径都经过过饱和交叉ロ，则在用户均衡动态可能交通流量下的路网中，去除第τ个出发时段之后出现过饱和状态的交叉ロ群及其相连的路段，形成剰余路网，使用DYNASMART软件在剰余路网上生成从起终点对w出发的时变最短路径，将其作为推荐分流路径；步骤2. 4 按照下式计算关键拥堵路径至推荐分流路径的最优转移流量Sl = maxρ" P,
2.根据权利要求1所述的交叉ロ群过饱和交通态势主动控制方法，其特征在干，步骤2 结束后进行如下步骤3 步骤3 交通预报信息生成步骤3. 1 针对未来短期各个出发时段τ，将步骤2所得预期最优转移流量信息与驾驶员路径选择行为相结合，通过步骤3. 1. 1,3. 1. 2和3. 1. 3，得到关键拥堵路径可能流量的饱和度修正值步骤3. 1. 1 求解推荐分流路径1的预期流量比例
全文摘要
本发明提出一种交叉口群过饱和交通态势主动控制方法，旨在实现对交叉口群过饱和态势的主动预防。首先是交通发展态势分析。基于未来短期起终点对时变出行需求，预测用户均衡动态可能交通流量和系统最优动态理想交通流量。其次是主动交通信号控制优化。提取未来短期可能出现的过饱和交叉口群、关键拥堵路径、推荐分流路径以及最优转移流量信息，形成预期最优转移流量要求下的次优路网，结合历史交通信号控制策略库，采用模糊匹配法动态优化信号控制方案。最后是交通预报信息生成。分析驾驶员出行选择行为，结合预期最优转移流量要求，得出关键拥堵路径可能流量的饱和度修正值，将它和推荐分流路径可能流量的饱和度作为交通预报信息用于发布。
文档编号G08G1/01GK102542793SQ20121000672
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者任刚, 华璟怡, 范超, 黄正锋 申请人:东南大学