技術(shù)特征：

1.一種高架匝道智能信號調(diào)控方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：高架橋面交通狀態(tài)數(shù)據(jù)采集

采集高架橋面的實(shí)時(shí)交通流量數(shù)據(jù)，設(shè)置周期為T；

步驟2：判斷高架橋面是否堵塞

對采集的高架橋面流量與設(shè)定的流量閾值進(jìn)行對比，若實(shí)時(shí)流量超過閾值，則判斷橋面堵塞；否則橋面處于未堵塞狀態(tài)；

步驟3：創(chuàng)建出口截面

當(dāng)高架橋面堵塞時(shí)，其下游的通行能力下降，設(shè)堵塞斷面下游為目標(biāo)斷面，目標(biāo)變?yōu)樘岣吣繕?biāo)斷面的通行能力，使其接近最大容量；在目標(biāo)斷面上游創(chuàng)建出口截面，使出口截面的流量接近目標(biāo)斷面的通行能力，速度接近自由速度，所述自由速度為暢通情況下的自由行駛速度；出口截面的長度為從速度為0加速到理想速度時(shí)所需要的長度，如下式所示：

$L_{dis}=\frac{V_{dir}^2}{2a_{ave}}+L_{add}---\left(1\right)$

其中，L_bis為出口截面長度，單位為米，V_dir為理想速度，a_ave為平均加速度，L_add為考慮到車輛變道等因素而附加的長度；

步驟4：采用可變限制速度與匝道控制融合算法計(jì)算出口截面上游各段可變限制速度及各入口匝道控制率，設(shè)高架可分為多個(gè)路段，每個(gè)路段帶一個(gè)入口匝道，出口匝道數(shù)不限，過程如下：

4.1)確定目標(biāo)函數(shù)：匝道控制的目標(biāo)為恢復(fù)目標(biāo)斷面的通行能力、最小化總耗費(fèi)時(shí)間、最大化總旅行距離，在第t時(shí)間步的目標(biāo)函數(shù)由下式表示：

R＝TTS-TTD (2)

$TTS=T_s{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{L}_k{l}_k{\mathrm{\ρ}}_k(t+1)+T_s{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^K{\mathrm{\ω}}_k(t+1)---\left(3\right)$

$TTD={\mathrm{\α}}_{ttd,0}{T}_s{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{K-1}{L}_k{l}_k{q}_k(t+1)+{\mathrm{\α}}_{ttd,K}{T}_s{L}_K{l}_K{q}_K(t+1)---\left(4\right)$

其中，R為目標(biāo)函數(shù)，TTS是總耗費(fèi)時(shí)間，TTD是總旅行距離，α_ttd,K表征最大化路段K流量的重要性，α_ttd,0表征最大化路段0流量的重要性，路段K為臨界可變限制速度區(qū)域，為使其輸出流量接近目標(biāo)斷面通行能力，令α_ttd,K＞＞α_ttd,0>0，ω_k為路段k的入口匝道排隊(duì)長度；ρ_k為路段k的密度，L_k為路段k長度，l_k為路段k車道數(shù)，T_s為密度從堵塞密度恢復(fù)到理想密度所耗費(fèi)時(shí)間，q_k為路段k的流量，q_K為路段K的流量，l_Kq_K≈Q_b，Q_b為目標(biāo)斷面通行能力；TTS的前一項(xiàng)表示各路段車輛旅行時(shí)間之和，后一項(xiàng)表示入口匝道車輛排隊(duì)時(shí)間；

q_k根據(jù)下式計(jì)算得到：

$q_k\left(t\right)=\stackrel{\‾}{q_{k-1}}(t-1)+R_k\left(t\right)-s_k\left(t\right)---\left(5\right)$

$R_k\left(t\right)=min\{d_k\left(t\right),Q_{k,o},Q_k-\stackrel{\‾}{q_{k-1}}(t-1)\}---\left(6\right)$

其中，為前一時(shí)間路段k-1的流量，s_k(t)為路段k總出口匝道流量(單位veh/h)，d_k(t)為入口匝道k的需求，Q_k為路段k通行能力，Q_k,o為入口匝道k通行容量，R_k(t)為入口匝道k估計(jì)流量，取入口匝道需求、通行能力及主干道能接收流量的最小值；

4.2)ρ_k(t+1)根據(jù)密度動(dòng)態(tài)預(yù)測公式得到：

${\mathrm{\ρ}}_k(t+1)={\mathrm{\ρ}}_k\left(t\right)+\frac{T_s}{L_k{l}_k}\left(l_k{\mathrm{\ρ}}_{k-1}\right(t\left)u_{k-1}\right(t)-l_k{\mathrm{\ρ}}_k(t\left)u_k\right(t)+r_k(t)-s_k(t\left)\right)---\left(7\right)$

其中，r_k(t)為路段k入口匝道控制率，u_k-1為堵塞區(qū)域上游路段的可變限制速度，u_k為堵塞區(qū)域內(nèi)路段的可變限制速度，ρ_k(t)為前一時(shí)間路段k密度；

4.3)計(jì)算u_k(t)，計(jì)算公式如下：

$u_k\left(t\right)=u_{k-1}\left(t\right)+\max \{v_{\mathrm{ac}},\min \{(\mathrm{\ϵ}{\mathrm{\α}}_k\left(t\right)+(1-\mathrm{\ϵ}){\mathrm{\β}}_k)[u_K\left(t\right)-u_{k_0}\left(t\right)],0\left\}\right\}---\left(8\right)$

α_k(t)＝H(Q_k-q_k(t)) (9)

${\mathrm{\β}}_k=H\left(\frac{1}{L_{k,o}}\right)---\left(10\right)$

$H\left(x_k\right)=\frac{\frac{1}{x_k^2}}{{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{\μ}=1}^K\frac{1}{x_{\mathrm{\μ}}^2}}---\left(11\right)$

$u_{k_0}\left(t\right)=V_f---\left(12\right)$

$u_K\left(t\right)=u_K(t-1)+\mathrm{\γ}\×\{(Q_b-\stackrel{\‾}{q_{k-1}}(t\left)\right),\stackrel{\‾}{v_{K+1}}\left(t\right)\×({\mathrm{\ρ}}_c-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ρ}}_{K+1}}(t\left)\right)\}---\left(13\right)$

其中，u_k(t)為可變限制速度，V_f為自由速度，α_k(t)為入口匝道需求參數(shù)，β_k為入口匝道長度參數(shù)，0≤ε≤1為平衡入口匝道需求與入口匝道容量優(yōu)先順序的參數(shù)，v_ac為滿足駕駛員接受程度所設(shè)置的速度變化量限制，γ為增益參數(shù)，u_K(t)為臨界可變限制速度，是最上游路段的可變限制速度，為出口截面速度，ρ_c為臨界密度，為出口截面密度；

4.4)計(jì)算u_k-1(t)

堵塞區(qū)域?yàn)榱髁看鎯?chǔ)段，當(dāng)上游流量需求較大時(shí)，堵塞區(qū)域可能反向傳播至上游導(dǎo)致流量存儲(chǔ)段變大，因此上游路段按同理設(shè)置可變限制速度：

$u_{k-1}\left(t\right)=u_k\left(t\right)+max\{v_{ac},min\{\left({\mathrm{\ϵ\α}}_k\right(t)+(1-\mathrm{\ϵ}\left){\mathrm{\β}}_k\right)\[V_{st}\left(t\right)-u_{k_0}\left(t\right)\],0\left\}\right\}---\left(14\right)$

其中，V_st(t)為流量存儲(chǔ)段的速度，V_st(t)根據(jù)下式確定：

V_st(t)×ρ_st(t)≥Q_b (15)

ρ_c≤ρ_st(t)≤ρ_J (16)

其中，ρ_st(t)為流量存儲(chǔ)段的密度，ρ_c為臨界密度，ρ_J為堵塞密度，ρ_st(t)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選??；

當(dāng)確定ρ_st(t)和V_st(t)后，可對上游路段是否應(yīng)該加入流量存儲(chǔ)段進(jìn)行判斷，通過比較ρ_st(t)與上游路段密度ρ_k(t)，若ρ_st(t)≤ρ_k(t)，則路段k加入流量存儲(chǔ)段，否則不加入；

4.5)T_s為密度從堵塞密度ρ_J恢復(fù)到理想密度ρ_b所耗費(fèi)時(shí)間，設(shè)在最大通行能力Q_b時(shí)的理想速度為V_b，則理想密度為

${\mathrm{\ρ}}_b=\frac{Q_b}{V_b}---\left(17\right)$

堵塞密度ρ_J恢復(fù)到理想密度ρ_b所耗費(fèi)時(shí)間T_s為

$T_s=\frac{(l_{dis}{L}_{dis}+l_b{L}_b)({\mathrm{\ρ}}_J-{\mathrm{\ρ}}_b)}{\left(Q_b\right(1-x\%)-l_{dis}{u}_K{\mathrm{\ρ}}_K)}---\left(18\right)$

其中，u_K、ρ_K分別為臨界可變限制速度區(qū)域的速度和密度，滿足u_Kρ_K＜＜Q_b，l_dis為出口截面的車道數(shù)，l_b為目標(biāo)斷面車道數(shù)，L_b為目標(biāo)斷面長度；

4.6)ω_k(t+1)根據(jù)以下公式計(jì)算得到：

ω_k(t+1)＝ω_k(t)+T_s[d_k(t)-q_k,o(t)] (19)

其中，d_k為入口匝道k需求，q_k,o為入口匝道k估計(jì)流量；

結(jié)合式(6)、(7)、(13)、(17)和(18)，TTS為關(guān)于r_k(t),k＝1,…,K的函數(shù)，最小化TTS，即計(jì)算r_k(t),k＝1,…,K的組合使得TTS最小，通過線性規(guī)劃方法計(jì)算r_k(t),k＝1,…,K，則得到各入口匝道控制率。

2.如權(quán)利要求1所述的一種高架匝道智能信號調(diào)控方法，其特征在于：將式(8)、(14)代入式(7)，式(5)、(19)代入式(4)，然后將式(7)、(18)、(19)代入式(3)，則求得TTS和TTD。

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種高架匝道智能信號調(diào)控方法，其特征在于：所述步驟2中，流量閾值的選取根據(jù)歷史一段時(shí)間內(nèi)的高架橋面流量與流速關(guān)系得到，當(dāng)流速下降時(shí)的流量為臨界流量，流量閾值大于臨界流量。