專利名稱：基于fpga及改進離散宏觀d模型的在線交通瓶頸預(yù)測控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種FPGA控制方法，特別涉及一種基于FPGA和改進離散宏觀D宏觀交通流模型的在線交通瓶頸預(yù)測控制方法。
背景技術(shù)：
交通擁堵已成為世界各國共同關(guān)注的焦點和急需解決的重要問題，交通瓶頸問題是制約交通流量的最主要問題之一，由于硬件設(shè)施的限制或突發(fā)狀況的影響，使得一些路段成為整個道路的瓶頸，如不進行調(diào)控，則會加速瓶頸路段的流量積累，使交通狀況惡化，發(fā)生擁堵，甚至導(dǎo)致整個交通網(wǎng)絡(luò)癱瘓。目前，高速公路交通調(diào)控的方式只有可變信息顯示牌進行速度限制和匝口控制兩種，為了有效疏導(dǎo)交通、提高高速公路的使用效率，常使用信息顯示牌作為交通信息發(fā)布和控制的手段；通常，信息顯示牌及可變限速標志作為智能交通系統(tǒng)的重要信息發(fā)布，由監(jiān)控中心計算機通過通訊網(wǎng)絡(luò)實行遠程控制，傳送并顯示各種圖文信息，向司機及時發(fā)布不同路段的不同路面情況及各類交通信息，進行交通法規(guī)、交通知識的宣傳，達到減少高速公路重現(xiàn)性阻塞、減少高速公路非重現(xiàn)性事故的影響，提高行車安全；如文獻“海依拉提·巴拉提，高速公路信息顯示牌設(shè)置技術(shù)探討，大陸橋視野，2010年10月，139-140”所述，信息顯示牌系統(tǒng)的設(shè)置機理為(I)檢測器信息收集和處理系統(tǒng)、⑵信息顯示牌信息提供、(3)通信系統(tǒng)、(4)中央控制系統(tǒng)；信息顯示牌的設(shè)置應(yīng)從整個交通導(dǎo)行系統(tǒng)建設(shè)的角度出發(fā)，充分考慮導(dǎo)行與控制的關(guān)聯(lián)，結(jié)合考慮地面道路與高架道路的綜合效益，制定整體性、合理性、高效性的導(dǎo)行方案；信息顯示牌依據(jù)設(shè)置的地點和目的的不同而采用不同的形式；一種是安裝在主線上，進行主線誘導(dǎo)和出口誘導(dǎo)，以字符形式顯示前方路段的交通狀況如暢通、擁擠、延誤等，從而使駕駛員可以轉(zhuǎn)向地面道路，避開擁擠區(qū)；另一種安裝在匝道入口附近，把匝道入口處的排隊長度及擁擠預(yù)測情況報告給駕駛員，也可把鄰近主線上的交通情況顯示給匝道入口上的駕駛員，從而為他們提供合理地誘導(dǎo)；另外，在道路堵塞風(fēng)險很高的情況下，可以控制匝口輸入，甚至在道路匝口強制一些車輛駛出高速公路，以避免擁堵發(fā)生；然而，這些方案，將高速道路入口誘導(dǎo)、道路主線誘導(dǎo)、道路出口誘導(dǎo)僅僅按照信息需求劃分開，沒有有機相結(jié)合，特別是信息顯示牌的顯示信息沒有按照宏觀交通模型預(yù)測輸出自動設(shè)定，難以從全局的角度對瓶頸路段進行交通調(diào)控，調(diào)控的結(jié)果往往是調(diào)控的路段暢通了，但非調(diào)控路段發(fā)生交通堵塞現(xiàn)象。為了深入分析交通系統(tǒng)，國內(nèi)外大量學(xué)者研究交通流模型，其中采用流體力學(xué)的觀點建立的宏觀和微觀模型分析交通特性者居多；在宏觀交通流模型中，交通流被視為由大量車輛組成的可壓縮連續(xù)流體介質(zhì)，研究車輛集體的平均行為、單個車輛的個體特性并不凸顯；宏觀交通流模型以車輛的平均密度k、平均速度V和流量q刻畫交通流，研究它們所滿足的方程；宏觀模型可以更好地刻畫交通流的集體行為，從而為設(shè)計有效的交通控制策略、模擬及估計道路幾何改造的效果等交通工程問題提供依據(jù)；在數(shù)值計算方面，模擬宏觀交通流所需時間與所研究交通系統(tǒng)中車輛數(shù)目無關(guān)，只與所研究道路、數(shù)值方法的選取及其中空間X、時間t的離散步長有關(guān)。故此，宏觀交通流模型較適合于處理大量車輛組成的交通系統(tǒng)的交通流問題；這類模型被國際上大多數(shù)學(xué)者用來討論封閉道路的交通現(xiàn)象。經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請?zhí)?00810117959. 8，
公開日2009年I月14日，記載“一種在交通瓶頸處的控制方法與裝置”，該方法通過設(shè)置緩沖區(qū)，限制緩沖區(qū)內(nèi)車輛的行駛規(guī)貝U，控制緩沖區(qū)內(nèi)的車輛數(shù)來對車流量進行控制，具有一定的效果，但該方法沒能指出怎么檢測交通瓶頸，實際道路中，交通瓶頸并不是固定的，每個路段都可能成為交通瓶頸，因此，該方法具有局限性；文獻“曾廣湘.道路交通瓶頸的分析、控制及模擬，2010，廣西大學(xué)碩士論文”以LWR模型為基礎(chǔ)，分析了道路減少產(chǎn)生的單向交通瓶頸產(chǎn)生的擾動，并以此為基礎(chǔ)提出在行人交通中改善交通瓶頸的方法，而道路交通瓶頸造成的危害或經(jīng)濟損失更大，該文獻沒有分析其解決方法；在高速公路或封閉道路中，只能通過可變信息顯示牌或匝口控制來調(diào)節(jié)交通，而且各個路段都有可能成為交通瓶頸，目前的研究大多只是對交通瓶頸產(chǎn)生原因的分析或者僅僅是怎么解決特定路段交通瓶頸問題，只是對交通路段進行仿真，并沒有把瓶頸預(yù)測和 交通調(diào)控相結(jié)合對交通路段進行實時調(diào)控，且大都運行在計算機及其以上平臺，體積龐大，這些研究存在難以在實際的高速公路或封閉道路中對交通瓶頸進行在線預(yù)測和調(diào)控的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有方法難以在實際的高速公路或封閉道路中對交通瓶頸進行在線預(yù)測調(diào)控的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種基于FPGA及改進離散宏觀D模型的在線交通瓶頸控制方法，該方法對離散宏觀D模型進行改進，把可變信息顯示牌融入到離散宏觀D模型中，基于FPGA平臺通過改進的離散宏觀D模型對高速公路或封閉道路整體進行預(yù)測分析，根據(jù)定義的狀態(tài)變量找到道路瓶頸，進而給出匝口控制和可變信息顯示牌的控制方案，并把這些控制方案按優(yōu)先級帶入預(yù)測模型，找到合理的控制方案，從而對交通瓶頸進行在線控制，可以有效解決現(xiàn)有方案難以在實際的高速公路或封閉道路中對交通瓶頸進行在線預(yù)測調(diào)控的技術(shù)問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案基于FPGA及改進離散宏觀D模型的在線交通瓶頸預(yù)測控制方法，其特點是包括以下步驟步驟一、根據(jù)離散宏觀交通流D模型χ (n+1) =x (n) +f [χ (η) ] +B (η) u (η)式中χ (η+1) = Lk1 (η+1) V1 (η+1) k2 (η+1) ν2 (η+1) ... kN (η+1) νΝ (η+1) ]τ ( ) = [ ( ) 2( )…u^ ).U1(Ii) = q0 (η) + (l~a) r2 (η) +Γ! (η),Ui (η) = art (η) -Si^1 (η) + (l_a) ri+1 (η), (i = 2，…，Ν-1),Ii !·(//) = cir (") — s (/#) + ( — λ)/* _ (") — (I — “)人-(α)ν (").
■I Ar,V-1、 / .V ■+1、 ’ ofsi oh! I
權(quán)利要求
1. 一種基于FPGA及改進離散宏觀交通流D模型的在線交通瓶頸預(yù)測控制方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一、根據(jù)離散宏觀交通流D模型 χ (n+1) =x (n) +f [χ (η) ] +B (η) u (η) 式中
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于FPGA及改進離散宏觀D模型的在線交通瓶頸控制方法，用于解決現(xiàn)有方法難以在實際的高速公路或封閉道路中對交通瓶頸進行在線預(yù)測調(diào)控的技術(shù)問題，該方法對離散宏觀D模型進行改進，把可變信息顯示牌融入到離散宏觀D模型中，基于FPGA平臺通過改進的離散宏觀D模型對高速公路或封閉道路整體進行預(yù)測分析，根據(jù)定義的狀態(tài)變量找到道路瓶頸，進而給出匝口控制和可變信息顯示牌的控制方案，并把這些控制方案按優(yōu)先級帶入預(yù)測模型，找到合理的控制方案，對交通瓶頸進行在線控制，使得高速公路或封閉道路中的交通瓶頸可以得到有效控制。
文檔編號G06Q10/04GK102938209SQ201210470948
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者史忠科, 劉通 申請人:西安費斯達自動化工程有限公司