CN110299015B - 一种基于收费站的匝道管控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于收费站的匝道管控方法。本发明利用已知的上游占有率和下游占有率，结合Green基函数的隐藏层，得到一组修成的权重系数，从而可以预知下游时段的占有率，代入匝道调解率计算公式，计算出收费站形式的匝道口的调控时间。本发明基于收费站，无需增添道路设施进行改造建设，减少成本投入。并且，本发明有效保证主线占有率，保证流通性，防止造成主线拥堵。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于收费站的匝道管控方法，属于匝道管控技术领域。
背景技术
收费站是用来对通行车辆收取通行费用的设施。收费道路或收费立体交叉必须设置收费站。收费站的设置位置一般有两种：一种是直接设在主线上，也称为路障式，多用于主线收费路段的起、终点处；另一种是设在立体交叉所道或连接线上，一般用于主线收费路段之间的工通式立体交叉，以控制被交道路上的车辆进、出主线的收费。
在高速公路上，现有匝道管控手段多采用信号灯控制对匝道汇入车辆进行阶段性放行策略，需要在现有道路设施基础上加装大量检测器及控制设备。收费站是天然的管控口，且无需再对道路设施进行改造，就能达到控制流量的效果。因此，我们可以基于收费站，设计一种基于收费站的匝道管控方法。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种基于收费站的匝道管控方法，对流量进行控制。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种基于收费站的匝道管控方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：布置设备：在入口匝道上收费站A点布设匝道检测线圈，在主线控制区域上游端点D点布设检测线圈，在主线控制区域下游端点C点布设检测线圈；
步骤二：数据准备：获得收费站A点处的占有率情况O(t)A；获得上游端点D点处实时占有率情况O(t)upstream，获取下游端点C点处实时占有率情况O(t)downstream和Δt之后下游C点处占有率情况O(t+Δt)downstream；设由收费站A点至匝道口B点平均移动耗时为Δt；当前收费站开放通行通道数为n；
步骤三：获得权重分配：以σ为时间窗口长度截取t-σ时间段内上游占有率Oupstream数据，并将其分为n等分Oupsrteam＝{O(1)upstream,O(2)upstream,…,O(i)upstream,…,O(n)upstream}，通过n个Green基函数的隐藏层，再分别乘以对应权重系数w(i)得到修正偏移量，通过与t时刻下游占有率O(t)downstream进行线性相加，得到预测的t+Δt时刻的下游占有率
通过对比实际测得的下游端点C点处在t+Δt时刻的占有率O(tΔt)downstream对权重系数矩阵w进行多次修正，最终确定权重系数矩阵w分配方案，其中w(0)+w(1)+w(2)+…+w(n)＝1；w(i)表示对应第i份上游占有率O(i)upstream数据在算法训练过程中的权重；w(0)表示t时刻下游占有率O(t)downstream在算法训练过程中的权重；
步骤四：得到计算方式：经过修正的下游端点C点处t+Δt时刻的实时占有率计算方法为:
步骤五：计算调解率：将计算得到的
代入式
中的Oout(k-1)，得到匝道调解率；其中rk是第k个控制周期计算的匝道调解率；r(k-1)是第(k-1)个控制周期内匝道调解率；调解率为一个控制周期内绿灯时长，单位为s；KR是具有校准性质的参数，
是主线下游的期望占有率，Oout(k-1)是第(k-1)个控制周期内主线下游实测占有率；
步骤六：进行调控：根据所得到的rk调解率，控制一个调节周期内收费站总体通过时间，进行轮询开放。
所述的基于收费站的匝道管控方法，步骤五中所述的期望占有率
所处区间为[0.18,0.31]。
所述的基于收费站的匝道管控方法，步骤五中所述的具有校准性质的参数KR的范围在[70,200]。
所述的基于收费站的匝道管控方法，步骤五中所述的一个控制周期的范围40s～5min。
有益效果：
本发明基于收费站是天然的管控口，通过收费站的实时占有率，设计一个正确的预知未来时段的下游处占有率的计算方法，从而对收费站进行管控。本发明基于收费站，无需增添道路设施进行改造建设，减少成本投入。并且，本发明有效保证主线占有率，保证流通性，防止造成主线拥堵。
附图说明
图1为本发明的应用路段道路线形示意图；
图2是本发明算法结构示意图；
图3是本发明算法案例中应用前后停车次数对比示意图；
图4是本发明算法案例中应用前后行程时间对比示意图；
图5是本发明算法案例中应用前后车辆延误对比示意图。
具体实施方式
一种基于收费站的匝道管控方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：布置设备：如图1所示，在入口匝道上收费站A点布设匝道检测线圈，在主线控制区域上游端点D点布设检测线圈，在主线控制区域下游端点C点布设检测线圈；
步骤二：数据准备：获得收费站A点处的占有率情况O(t)A；获得上游端点D点处实时占有率情况O(t)upstream，获取下游端点C点处实时占有率情况O(t)downstream和Δt之后下游C点处占有率情况O(t+Δt)downstteam；设由收费站A点至匝道口B点平均移动耗时为Δt；当前收费站开放通行通道数为n；
步骤三：获得权重分配：以σ为时间窗口长度截取t-σ时间段内上游占有率Oupstream数据，并将其分为n等分Oupstream＝{O(1)upstream,O(2)upstream,…,O(i)upstream,…,O(n)upstream}，通过n个Green基函数的隐藏层，再分别乘以对应权重系数w(i)得到修正偏移量，通过与t时刻下游占有率O(t)downstream进行线性相加，得到预测的t+Δt时刻的下游占有率
通过对比实际测得的下游端点C点处在t+Δt时刻的占有率O(t+Δt)downstream对权重系数矩阵w进行多次修正，最终确定权重系数矩阵w分配方案，其中w(0)+w(1)+w(2)+…+w(n)＝1；w(i)表示对应第i份上游占有率O(i)upstream数据在算法训练过程中的权重；w(0)表示t时刻下游占有率O(t)downstream在算法训练过程中的权重；
步骤四：得到计算方式：经过修正的下游端点C点处t+Δt时刻的实时占有率计算方法为:
步骤五：计算调解率：将计算得到的
代入式
中的Oout(k-1)，得到匝道调解率；其中rk是第k个控制周期计算的匝道调解率；r(k-1)是第(k-1)个控制周期内匝道调解率；调解率为一个控制周期内绿灯时长，单位为s；KR是具有校准性质的参数，
是主线下游的期望占有率，Oout(k-1)是第(k-1)个控制周期内主线下游实测占有率；
步骤六：进行调控：根据所得到的rk调解率，控制一个调节周期内收费站总体通过时间，进行轮询开放。
所述的基于收费站的匝道管控方法，步骤五中所述的期望占有率
所处区间为[0.18,0.31]。
所述的基于收费站的匝道管控方法，步骤五中所述的具有校准性质的参数KR的范围在[70,200]。
所述的基于收费站的匝道管控方法，步骤五中所述的一个控制周期的范围40s～5min。
具体实施案例：
通过沪宁高速公路无锡机场互通式立交结合附图以举例方式对本发明的实施方式进行详细描述后，本发明的其他特征、特点和优点将会更加明显。
沪宁高速公路无锡机场互通式立交，位于无锡市新南区，沪宁高速公路和新韵路交汇处。如图1所示，A点处设有收费站且布设有检入线圈，检测匝道占有率。通过比较主线下游端点C点处的预测占有率与实际期望占有率获得相应的匝道调节率。
基于实际路网构建仿真路网，输入调查OD数据、临界占有率、设定周期，进行仿真实验，仿真时间设为3600s。具体参数如下：
KR＝70veh·h-1
C＝40s
仿真实验以行程时间、停车次数、车均延误为指标，采取控制措施与无控制措施进行对比，仿真结果如图3、4、5所示。
需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明的结构及其工作效果，而并不用作限制本发明的保护范围。本领域内的普通技术人员在不违背本发明思路及结构的情况下对上述实施例进行的调整或优化，仍应视作为本发明权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种基于收费站的匝道管控方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一：布置设备：在入口匝道上收费站A点布设匝道检测线圈，在主线控制区域上游端点D点布设检测线圈，在主线控制区域下游端点C点布设检测线圈；
步骤二：数据准备：获得收费站A点处的占有率情况O(t)A；获得上游端点D点处实时占有率情况O(t)upstream，获取下游端点C点处实时占有率情况O(t)downstream和Δt之后下游C点处占有率情况O(t+Δt)downstream；设由收费站A点至匝道口B点平均移动耗时为Δt；当前收费站开放通行通道数为n；
步骤三：获得权重分配：以σ为时间窗口长度截取t-σ时间段内上游占有率Oupstream数据，并将其分为n等分Oupstream＝{O(1)upstream,O(2)upstream,…,O(i)upstream,…,O(n)upstream}，通过n个Green基函数的隐藏层，再分别乘以对应权重系数w(i)得到修正偏移量，通过与t时刻下游占有率O(t)downstream进行线性相加，得到预测的下游端点C点处t+Δt时刻的下游占有率
通过对比实际测得的下游端点C点处在t+Δt时刻的占有率O(t+Δt)downstream对权重系数矩阵w进行多次修正，最终确定权重系数矩阵w分配方案，其中w(0)+w(1)+w(2)+…+w(n)＝1；w(i)表示对应第i份上游占有率O(i)upstream数据在算法训练过程中的权重；w(0)表示t时刻下游占有率O(t)downstream在算法训练过程中的权重；
步骤四：得到计算方式：经过修正的下游端点C点处t+Δt时刻的实时占有率计算方法为:
,其中
σi表示O(i)upstream的宽度；
步骤五：计算调解率：将计算得到的
代入式
中的Oout(k-1)，得到匝道调解率；其中rk是第k个控制周期计算的匝道调解率；r(k-1)是第(k-1)个控制周期内匝道调解率；调解率为一个控制周期内绿灯时长，单位为s；KR是具有校准性质的参数，
是主线下游的期望占有率，Oout(k-1)是第(k-1)个控制周期内主线下游实测占有率；
步骤六：进行调控：根据所得到的rk调解率，控制一个调节周期内收费站总体通过时间，进行轮询开放。
2.根据权利要求1所述的基于收费站的匝道管控方法，其特征在于：步骤五中所述的期望占有率
所处区间为[0.18,0.31]。
3.根据权利要求1所述的基于收费站的匝道管控方法，其特征在于：步骤五中所述的具有校准性质的参数KR的范围在[70,200]。
4.根据权利要求1所述的基于收费站的匝道管控方法，其特征在于：步骤五中所述的一个控制周期的范围40s～5min。
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