申请/专利权人：广东交通职业技术学院

申请日：2017-07-06

公开（公告）日：2020-12-18

公开（公告）号：CN107507415B

主分类号：G08G1/01(20060101)

分类号：G08G1/01(20060101);G08G1/065(20060101);H04L29/08(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.12.18#授权;2018.01.19#实质审查的生效;2017.12.22#公开

摘要：本发明涉及控制方法技术领域，更具体地，涉及一种车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，具体步骤如下：a首先获取交通参数；将GPS车载设备均安装至车辆上，实时发送经纬度和速度等信息；b其次，划定路网区域的车辆的满足条件，并根据条件判定移动车辆是否落在路网区域内；c再次，将各路段上各车辆到达各进口停车线距离进行计算，并最终得出最大排队长度qLmaxi，取路段长度Li的95％为路段安全排队长度Lsi，将qLmaxi与Lsi进行比较判断车辆是否造成上游交叉口出现交通拥堵；d最后，对边界交通进行限流控制；当路网趋于拥堵时，对路网实施简单边界限流控制。本发明在车联网环境下，实时路网中车辆数和路段最大排队长度。

主权项：1.一种车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制方法，其特征在于，具体步骤如下：a首先获取交通参数；将GPS车载设备均安装至车辆上，实时发送经纬度和速度等信息；b其次，划定路网区域的车辆的满足条件，并根据条件判定移动车辆是否落在路网区域内；从待判断的车辆经纬度点向某一个方向引射线，计算和路网边界交点的个数，如果个数是偶数或者0则点在路网区域外部，如果是奇数，则在路网区域内部；将落在路网区域内的车辆数折算成当量交通量，确定路网车辆数N和各路段的流量qii表示第i条路段；c再次，将各路段上各车辆到达各进口停车线距离进行计算，并最终得出最大排队长度qLmaxi，取路段长度Li的95％为路段安全排队长度Lsi，将qLmaxi与Lsi进行比较判断车辆是否造成上游交叉口出现交通拥堵；若qLmaxi≥Lsi，就会造成车辆排队溢出至上上游交叉口，导致上游交叉口出现交通拥堵；d最后，对边界交通进行限流控制；当路网趋于拥堵时，对路网实施简单边界限流控制；在步骤d中，当路网趋于拥堵时，对路网实施简单边界限流控制，具体步骤利用如下公式： 式中：t——某一时刻h；Δt——时间步长h；qG——受控后的路网边界车流涌入量pcuh；I——路网t时刻车流涌入量pcuh，Iit为t时刻第i个入口的车流涌入量pcuh，It＝∑Iit；Ot——某一时刻路网涌出量pcuh；Rin——涌入率允许的车流涌入比率；根据允许的车流涌入量Iit+Δt，采用Webster配时方法，重新计算出限流后各边界交叉口最佳信号周期；具体步骤如下：1当Nt≥Nc时，路网进入拥挤状态，Nc为临界车辆数；2当进入拥挤状态时，计算t时刻所有边界交叉口进口的最大排队车辆数qLmaxit，若qLmaxi≥Lsi，则该交叉口进口不实施周边限流策略，按实际交通需求，采用Webster方法，进行配时设计；定义变量qmt，用于统计所有不适合实施周边限流策略的边界交叉口限流值，变量qmt可表示为： 式中，s表示不适合限流的边界交叉口进口路段编号；若qmt＝0，则按Rin涌入率实施周边限流策略；若qmt＞0，则将qmt平均转移至其它边界交叉口，重新调整涌入率Rin。

全文数据：车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制方法技术领域[0001]本发明涉及控制方法技术领域，更具体地，涉及一种车联网下基于Mro和排队长度的路网边界限流控制策略的方法。背景技术[0002]随着社会经济飞跃发展，汽车保有量剧增，城市交通拥堵问题恶化，已成为城市发展的瓶颈之一。为了减少车辆延误时间和排队长度，缓解交通拥堵，大部分大城市采用先进的交通控制技术，实施了智能化交通信号控制系统。但随着车流不断增多，部分城市交通出现了过饱和交通现象，原有交通控制系统效果受到影响。近期Daganzo和Geroliminis两位学者研究了大量实际交通数据，发现城市交通路网中具有一定客观规律性，即路网的交通运行状态和移动的车辆数之间的联系，该关系其称之为宏观基本图（MacroscopicFundamentalDiagrams，MFD，后续多位学者通过大量实际数据，也证实了宏观基本图的普通性。部分学者提出利用宏观基本图相关理论，对过饱和交通区域进行交通管控，从而改善过饱和交通区域的拥堵情况。如马莹莹提出利用MFD可从宏观层面对路网进行交通信号控制的设想;杜怡曼等提出基于宏观基本图的区域交通总量动态调控技术;Mehdi等研究了基于网络ΜΠ的反馈闸门控制方法，Yosh等针对过饱和路网，提出基于宏观基本图的区域计量控制方法，并验证了该方法的有效性;笔者曾提出基于ΜΠ的路网简单边界限流控制策略，并验证了其有效性。经进一步研究，笔者认为在路网实施周边交通限流策略时，应当避免周边限流交叉口车辆排队溢出造成上游交叉口拥堵的情况，但如何实时判断边界路段是否出现溢流现象成为了问题的关键所在。近期，各国大力发展车联网技术，车联网是智能交通系统的发展方向，在车联网环境下，车辆位置、速度等信息可通过车载终端和路侧单元，实时上传至指挥中心，为实时确定路网车辆数和排队长度提供可靠手段，为改进交通信号控制提供了机遇和条件。。发明内容[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种车联网下基于ΜΠ和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，本发明在车联网环境下，实时路网中车辆数和路段最大排队长度，依据宏观基本图，在路网实施周边交通限流控制策略时，实时判断各边界路段的最大排队长度是否超越路段安全排队长度，及时调整路网涌入率，避免边界路段出现溢流现象。[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：[0005]提供一种车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制方法，具体步骤如下：[0006]a首先获取交通参数;将GPS车载设备均安装至车辆上，实时发送经炜度和速度等信息；[0007]⑹其次，划定路网区域的车辆的满足条件，并根据条件判定移动车辆是否落在路网区域内；从待判断的车辆经炜度点向某一个方向引射线，计算和路网边界交点的个数，如果个数是偶数或者O则点在路网区域外部，如果是奇数，则在路网区域内部;将落在路网区域内的车辆数折算成当量交通量，确定路网车辆数N和各路段的流量qii表示第i条路段）；[0008]C再次，将各路段上各车辆到达各进口停车线距离进行计算，并最终得出最大排队长度qLmax«，取路段长度Li的95%为路段安全排队长度Lsi，将qLmaxW与Lsi进行比较判断车辆是否造成上游交叉口出现交通拥堵;若qLmax1彡Lsl，就会造成车辆排队溢出至上上游交叉口，导致上游交叉口出现交通拥堵；[0009]d最后，对边界交通进行限流控制；当路网趋于拥堵时，对路网实施简单边界限流控制。[0010]本发明车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，本发明在车联网环境下，实时路网中车辆数和路段最大排队长度，依据宏观基本图，在路网实施周边交通限流控制策略时，实时判断各边界路段的最大排队长度是否超越路段安全排队长度，及时调整路网涌入率，避免边界路段出现溢流现象。[0011]优选地，在步骤C中，得出最大排队长度qbmx⑴的步骤如下：[0012]㈧首先进行各车辆到达各进口停车线距离的计算，计算公式如下：[0014]式中：dij—一第i路段上第j车辆到该路段进口停车线的距离；[0015]AJij，AWij—一第i路段上第j车辆的经炜度；[0016]BJij1Bffij一一第i路段上进口停车线的经炜度；[0017]⑻在步骤㈧之后，对各路段上车辆达到停车线的距离集合记为D，表示为：[0018]D={dijIieL,jeN}；[0019]车辆的瞬间速度集合记为V，表示为：[0020]V={vijIieL,jeN}[0021]式中，vij为第i路段上第j车辆的瞬间速度；[0022]C在步骤⑻之后，将瞬时速度V彡5kmh的车辆定义为停车排队车辆，从而获得路段上，所有停车排队车辆的排队长度集合记为QL，表示为：[0023]Ql={dij，VijIiGL，jGN，且Vij0，则将qm⑴平均转移至其它边界交叉口，重新调整涌入率Rιη。[0043]优选地，得出R』勺具体步骤如下：[0044]⑴首先，根据[0045]式中，η—一路网边界交叉口进口路段总数；[0046]X一一路网边界交叉口不适合限流的进口路段数，则η-χ为路网边界交叉口适合限流的进口路段数；[0047]Aqm一一个别边界路段存在溢流现象时，其它边界路段应增加的平均限流值；[0048]2其次，得出路网边界交叉口适合限流的进口应限流值：L0050J式中，y表示适合限流的边界交叉口进口路段编号；[0051]3再次，得出路网边界交叉口适合限流的各进口新涌入量：[0055]从而，得出路网边界交叉口适合限流的所有进口新涌入量：[0058]适合限流的边界交叉口实际涌入量I'⑴，公式如下：[0060]⑷最后得出重新调整后的新涌入率Rin:[0062]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0063]本发明车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，本发明在车联网环境下，实时路网中车辆数和路段最大排队长度，依据宏观基本图，在路网实施周边交通限流控制策略时，实时判断各边界路段的最大排队长度是否超越路段安全排队长度，及时调整路网涌入率，避免边界路段出现溢流现象。附图说明[0064]图1为实施例车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法的流程图。[0065]图2为实施例天河区体育中心商业区示意图。[0066]图3为实施例天河商业区路网仿真模型示意图。[0067]图4为实施例仿真路网的MFD图形。[0068]图5为实施例过饱和路网各交叉口平均排队长度的示意图。[0069]图6为实施例过饱和路网各交叉口平均延误时间的示意图。[0070]图7为过饱和路网各交叉口平均停车次数的示意图。[0071]图8为三种策略下过饱和路网各项交通信号控制指标对比表。具体实施方式[0072]下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制;为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。[0073]本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。[0074]实施例[0075]如图1至8所示为本发明一种车联网下基于ΜΠ和排队长度的路网边界限流控制策略的方法的实施例，具体步骤如下：[0076]a首先获取交通参数;将GPS车载设备均安装至车辆上，实时发送经炜度和速度等信息；[0077]⑹其次，划定路网区域的车辆的满足条件，并根据条件判定移动车辆是否落在路网区域内；从待判断的车辆经炜度点向某一个方向引射线，计算和路网边界交点的个数，如果个数是偶数或者〇则点在路网区域外部，如果是奇数，则在路网区域内部;将落在路网区域内的车辆数折算成当量交通量，确定路网车辆数N和各路段的流量qii表示第i条路段）；[0078]C再次，将各路段上各车辆到达各进口停车线距离进行计算，并最终得出最大排队长度qLmax«，取路段长度Li的95%为路段安全排队长度Lsi，将qLmaxW与Lsi进行比较判断车辆是否造成上游交叉口出现交通拥堵;若qLmax1彡Lsl，就会造成车辆排队溢出至上上游交叉口，导致上游交叉口出现交通拥堵；[0079]d最后，对边界交通进行限流控制；当路网趋于拥堵时，对路网实施简单边界限流控制。[0080]其中，在步骤C中，得出最大排队长度quax«的步骤如下：[0081]㈧首先进行各车辆到达各进口停车线距离的计算，计算公式如下：[0083]式中：dij—一第i路段上第j车辆到该路段进口停车线的距离；[0084]AJij1Affij一一第i路段上第j车辆的经炜度；[0085]BJij1Bffij一一第i路段上进口停车线的经炜度；[0086]⑻在步骤㈧之后，对各路段上车辆达到停车线的距离集合记为D，表示为：[0087]D={dijIieL,jeN}；[0088]车辆的瞬间速度集合记为V，表示为：[0089]V={vijIieL,jeN}[0090]式中，vij为第i路段上第j车辆的瞬间速度；[0091]C在步骤⑻之后，将瞬时速度V彡5kmh的车辆定义为停车排队车辆，从而获得路段上，所有停车排队车辆的排队长度集合记为QL，表示为：[0092]Ql={dij，VijIiGL，jGN，且Vij0，则将qm⑴平均转移至其它边界交叉口，重新调整涌入率Rιη。[0112]另外，得出具体步骤如下，参考图1:[0113]⑴首先，根据[0114]式中，η—一路网边界交叉口进口路段总数；[0115]X一一路网边界交叉口不适合限流的进口路段数，则η-χ为路网边界交叉口适合限流的进口路段数；[0116]Aqm一一个别边界路段存在溢流现象时，其它边界路段应增加的平均限流值；[0117]2其次，得出路网边界交叉口适合限流的进口应限流值：[0119]式中，y表示适合限流的边界交叉口进口路段编号；[0120]3再次，得出路网边界交叉口适合限流的各进口新涌入量：[0124]从而，得出路网边界交叉口适合限流的所有进口新涌入量：[0126]适合限流的边界交叉口实际涌入暈I'⑴，公式如下：[0128]⑷最后得出重新调整后的新涌入率Rin:[0130]具体的应用实施例如下：[0131]以广州天河区体育中心商业区作为研究对象，如图2所示，其中天河北路、天河路、天河东路为该区域的主通道。[0132]1确定路网宏观基本图[0133]在Vissim交通仿真软件中，建立了路网交通仿真模型，能够有效的模拟车联网环境，如图3所示。在该路网仿真模型中，模拟交通流从低峰开始，路网边界各路段驶入交通量每隔900s增加lOOpcuh，直至高峰的过饱和状态，共仿真27000s，每隔120s采集1次数据，共采集225次数据，最后统计路网移动车辆数（由路段密度ki*路段长度Li计算所得）、边界交叉口的车流涌入量和车流流出量、路段流量进行处理，得该路网的基准MFD，如图3所示。[0134]由图4的拟合曲线，计算该区域的最大加权流量W=IS978PaVh，临界车辆数Nc=1090pcu。可见，当车辆数N1090pcu时，路网处于过饱和拥堵状态。[0135]2边界限流控制策略仿真[0136]采用C#语言对Vissim提供的com编程接口进行二次开发，对路网实施考虑边界路段排队空间的边界限流控制策略。为了获取边界路段的最大排队长度，在路段安全排队位置设置了排队检测器。当路网仿真至133个周期仿真时间约为15960s时，路网进入了拥堵状态，根据边界限流控制策略，得到路网初始涌入率92%，8%的流量需要进行限流。因此，为了简化计算，将边界路段驶入方向的绿灯时长减少8%，重新进行仿真分析。大概在运行了156个周期左右，由于路段CR、ED、FG排队空间有限，出现了排队空间不足的情况，排队溢出至上游交叉口，需要重新调整路网的涌出率，依据考虑路段排队空间的边界限流控制算法，重新计算涌出率为90%，也就是说对路段CR、ED、FG不做限流，对其他边界路段实施90%的涌入率限流，重新进行仿真分析。[0137]分析不实施周边限流策略、简单周边限流策略[11]和考虑排队空间的边界限流控制策略等三种控制策略下，过饱和路网的仿真数据（15960〜27000s为过饱和仿真时间段），得到过饱和路网的交通信号控制指标，如图5-7所示。[0138]由图8可知，简单周边限流策略和本文算法的平均延误时间比不实施周边限流策略分别降低了12.6%，17.1%;简单周边限流策略和本文算法的平均停车次数比不实施周边限流策略分别降低了6.7%，4.2%;简单周边限流策略和本文算法的平均排队长度比不实施周边限流策略分别降低了17.7%，18.6%。简单周边限流策略和本文算法的各项交通信号控制指标比不实施周边限流策略均有所改善。[0139]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

权利要求：1.一种车联网下基于Mro和排队长度的路网边界限流控制方法，其特征在于，具体步骤如下：a首先获取交通参数;将GPS车载设备均安装至车辆上，实时发送经炜度和速度等信息；⑹其次，划定路网区域的车辆的满足条件，并根据条件判定移动车辆是否落在路网区域内；从待判断的车辆经炜度点向某一个方向引射线，计算和路网边界交点的个数，如果个数是偶数或者〇则点在路网区域外部，如果是奇数，则在路网区域内部;将落在路网区域内的车辆数折算成当量交通量，确定路网车辆数N和各路段的流量qii表示第i条路段）；C再次，将各路段上各车辆到达各进口停车线距离进行计算，并最终得出最大排队长度qLmaxω，取路段长度Li的95%为路段安全排队长度Lsi，将qLmax«与Lsi进行比较判断车辆是否造成上游交叉口出现交通拥堵;若qLmax1多Lsl，就会造成车辆排队溢出至上上游交叉口，导致上游交叉口出现交通拥堵；d最后，对边界交通进行限流控制；当路网趋于拥堵时，对路网实施简单边界限流控制。2.根据权利要求1所述的车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，其特征在于，在步骤C中，得出最大排队长度qbmx⑴的步骤如下：A首先进行各车辆到达各进口停车线距离的计算，计算公式如下：式中:dij—一第i路段上第j车辆到该路段进口停车线的距离；AJij，AWij—一第i路段上第j车辆的经炜度；BJij1Bffij一一第i路段上进口停车线的经炜度；⑻在步骤A之后，对各路段上车辆达到停车线的距离集合记为D，表示为：D={dij|ieL，jeN};车辆的瞬间速度集合记为V，表示为：V={vij|ieL，jeN}式中，vij为第i路段上第j车辆的瞬间速度；⑹在步骤⑻之后，将瞬时速度V彡5kmh的车辆定义为停车排队车辆，从而获得路段上，所有停车排队车辆的排队长度集合记为QL，表示为：从而得到第i路段车辆的最大排队长度C^maxw，可表示为QLmax⑴一HiaxQLi从而最终得出最大排队长度qLmaxi。3.根据权利要求2所述的车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，其特征在于，在步骤⑹中，当路网趋于拥堵时，对路网实施简单边界限流控制，具体步骤利用如下公式：式中:t--某一时刻⑹；At--时间步长h;QG--受控后的路网边界车流涌入量pcuh;I一一路网t时刻车流涌入量pcuh，Iit为t时刻第i个入口的车流涌入量pcuh，It=ΣΙί⑴；〇⑴一一某一时刻路网涌出量pcuh;Rin一一涌入率允许的车流涌入比率）；根据允许的车流涌入量Mt+At，采用Webster配时方法，重新计算出限流后各边界交叉口最佳信号周期。4.根据权利要求3所述的车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，其特征在于，具体步骤如下：1当N⑴彡Ne时，路网进入拥挤状态；2当进入拥挤状态时，计算t时刻所有边界交叉口各进口的最大排队车辆数qLmax⑴t，若qLmax⑴彡Lsi，则该交叉口进口不实施周边限流策略，按实际交通需求，采用Webster方法，进行配时设计；定义变量qmt，用于统计所有不适合实施周边限流策略的边界交叉口限流值，变量qm⑴可表示为：式中，s表示不适合限流的边界交叉口进口路段编号；若qm⑴=O，则按Rin涌入率实施周边限流策略;若qm⑴0，则将qm⑴平均转移至其它边界交叉口，重新调整涌入率Rιη。5.根据权利要求4所述的车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制策略的方法，其特征在于，得出!^^的具体步骤如下：式中，η—一路网边界交叉口进口路段总数；X一一路网边界交叉口不适合限流的进口路段数，则η-χ为路网边界交叉口适合限流的进口路段数；Aqm一一个别边界路段存在溢流现象时，其它边界路段应增加的平均限流值；⑵其次，得出路网边界交叉口适合限流的进口应限流值：Qmyt+△t—I-RinIyt+△Qm式中，y表示适合限流的边界交叉口进口路段编号；⑶再次，得出路网边界交叉口适合限流的各进口新涌入量：从而，得出路网边界交叉口适合限流的所有进口新涌入量：适合限流的边界交叉口实际涌入量It，公式如下：⑷最后得出重新调整后的新涌入率Vln:

百度查询： 广东交通职业技术学院 车联网下基于MFD和排队长度的路网边界限流控制方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD