本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于切換系統(tǒng)特性的快速路入口匝道控制方法。

背景技術(shù)：

快速路入口匝道控制是智能交通控制領(lǐng)域中非常重要的一塊。交通流模型每天具有重復(fù)性，交通流以很小的密度從午夜開(kāi)始，直到車(chē)輛增多，就是早高峰，之后維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，直到晚高峰。基于這樣的觀察，可以看到具有重復(fù)性。此外，在實(shí)際中，受天氣、路況等因素影響，快速路模型系統(tǒng)參數(shù)隨之發(fā)生變化，故快速路系統(tǒng)符合切換系統(tǒng)特性。之前的研究成果沒(méi)有更多的考慮這種特性，不能更好地切合實(shí)際需要，基于迭代學(xué)習(xí)的快速路入口匝道控制實(shí)用性降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明首要目的是提供一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制方法，能夠解決具有切換系統(tǒng)特性的帶有匝道路口的快速路控制的問(wèn)題。

本發(fā)明還提供一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制方法，包括以下步驟：

S1：獲取當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度值和匝道入口的交通流；

S2：獲取快速路的期望交通流密度值；

S3：根據(jù)實(shí)際交通流密度值和期望交通流密度值獲得當(dāng)前誤差函數(shù)；

S4：根據(jù)誤差函數(shù)設(shè)置基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律以及迭代學(xué)習(xí)增益，其中，基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律表示如下：

u_k+1(t)＝sat[u_k(t)]+Γ_ie_k(t+1)

式中，u_k+1(t)表示第k+1次迭代的匝道入口的交通流，u_k(t)表示第k次迭代的匝道入口的交通流，誤差函數(shù)e_k(t)表示第k次迭代的輸出誤差，Γ_i為第i個(gè)切換系統(tǒng)子系統(tǒng)的增益，飽和函數(shù)sat[·]表達(dá)式如下：

其中，u_min(t),u_max(t)分別是飽和函數(shù)的下界和上界；

S5：將基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律應(yīng)用到帶有匝道入口的快速路系統(tǒng)中，使得能夠在一定迭代次數(shù)內(nèi)使快速路能夠達(dá)到期望交通流密度。

一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制系統(tǒng)，包括：

當(dāng)前交通流獲取模塊：用于獲取當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度值和匝道入口的交通流；

期望交通流獲取模塊：用于獲取快速路的期望交通流密度值；

誤差函數(shù)獲取模塊：用于根據(jù)實(shí)際交通流密度值和期望交通流密度值獲得當(dāng)前誤差函數(shù)；

迭代學(xué)習(xí)律和學(xué)習(xí)增益設(shè)置模塊：用于根據(jù)誤差函數(shù)設(shè)置基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律以及迭代學(xué)習(xí)增益，其中，基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律表示如下：

u_k+1(t)＝sat[u_k(t)]+Γ_ie_k(t+1)

式中，u_k+1(t)表示第k+1次迭代的匝道入口的交通流，u_k(t)表示第k次迭代的匝道入口的交通流，誤差函數(shù)e_k(t)表示第k次迭代的輸出誤差，Γ_i為第i個(gè)切換系統(tǒng)子系統(tǒng)的增益，飽和函數(shù)sat[·]表達(dá)式如下：

其中，u_min(t),u_max(t)分別是飽和函數(shù)的下界和上界；

交通流控制模塊：用于將基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律應(yīng)用到帶有匝道入口的快速路系統(tǒng)中，使得能夠在一定迭代次數(shù)內(nèi)使快速路能夠達(dá)到期望交通流密度。

在一種優(yōu)選的方案中，通過(guò)快速路的期望交通流密度值與當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度值做差，得到當(dāng)前次迭代的誤差函數(shù)e_k(t)。

在一種優(yōu)選的方案中，所述誤差函數(shù)收斂的迭代次數(shù)是誤差指標(biāo)的收斂迭代次數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明提供一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制方法，根據(jù)實(shí)際交通流密度值和期望交通流密度值獲得當(dāng)前誤差函數(shù)；根據(jù)誤差函數(shù)設(shè)置基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律以及迭代學(xué)習(xí)增益；將基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律應(yīng)用到帶有匝道入口的快速路系統(tǒng)中，使得能夠在一定迭代次數(shù)內(nèi)使快速路能夠達(dá)到期望交通流密度。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，受天氣、路況等因素影響，快速路模型系統(tǒng)參數(shù)隨之發(fā)生變化，故快速路系統(tǒng)符合切換系統(tǒng)特性，本發(fā)明方法能夠解決具有切換系統(tǒng)特性的帶有匝道路口的快速路控制的問(wèn)題，更好地切合實(shí)際需要。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制方法的流程圖。

圖2為實(shí)施例1中快速路模型圖。

圖3為實(shí)施例1中一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景下基于切換系統(tǒng)的迭代學(xué)習(xí)控制律方框圖。

圖4為實(shí)施例1中一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景下基于切換系統(tǒng)的快速路系統(tǒng)的一種切換規(guī)則。

圖5為實(shí)施例1中一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景下快速路系統(tǒng)中匝道入口車(chē)流需求量以及車(chē)輛流出量。

圖6為本發(fā)明一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景下交通流輸出誤差指標(biāo)分析圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專(zhuān)利的限制；

為了更好說(shuō)明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明可能省略是可以理解的。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制方法，包括以下步驟：

101、獲取當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度和匝道入口的交通流；首先，獲取當(dāng)前迭代次數(shù)的實(shí)際輸出交通流密度和匝道入口的交通流。

102、獲取快速路的期望交通流密度值；

103、根據(jù)所述實(shí)際交通流密度和所述期望交通流密度值獲得所述方法的當(dāng)前誤差函數(shù)e_k(t)；

在獲取當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度值和快速路的期望交通流密度值后，根據(jù)快速路的期望交通流密度值與當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度值之差，可以得到當(dāng)前次迭代的誤差函數(shù)e_k(t)。

104、根據(jù)所述誤差函數(shù)設(shè)置迭代學(xué)習(xí)律以及迭代學(xué)習(xí)增益，使得所述方法的誤差指標(biāo)在一定迭代次數(shù)內(nèi)收斂，其中，在獲得當(dāng)前次的迭代誤差函數(shù)后，根據(jù)該誤差函數(shù)給出基于切換系統(tǒng)的迭代學(xué)習(xí)控制律

u_k+1(t)＝sat[u_k(t)]+Γ_ie_k(t+1)

式中，u_k+1(t)表示第k+1次迭代的匝道入口的交通流，u_k(t)表示第k次迭代的匝道入口的交通流，誤差函數(shù)e_k(t)表示第k次迭代的輸出誤差，Γ_i為第i個(gè)切換系統(tǒng)子系統(tǒng)的增益，飽和函數(shù)sat[·]表達(dá)式如下：

其中，u_min(t),u_max(t)分別是飽和函數(shù)的下界和上界。

105、根據(jù)所述學(xué)習(xí)律應(yīng)用于基于切換系統(tǒng)特性的快速路入口匝道控制，使得所述方法的誤差指標(biāo)在一定迭代次數(shù)內(nèi)收斂。

將所述的具有切換特性的學(xué)習(xí)律應(yīng)用到帶有匝道入口的快速路系統(tǒng)中，使得能夠在一定迭代次數(shù)內(nèi)使快速路能夠達(dá)到期望交通流密度。

本實(shí)施例中，首先，獲取當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度和匝道入口的交通流；其次，獲取快速路的期望交通流密度值；然后，根據(jù)所述當(dāng)前實(shí)際交通流密度和所述期望交通流密度值獲得所述方法的誤差函數(shù)；接著，根據(jù)所述誤差函數(shù)設(shè)置迭代學(xué)習(xí)律以及迭代學(xué)習(xí)增益；最后，根據(jù)所述學(xué)習(xí)律應(yīng)用于基于切換系統(tǒng)特性的快速路入口匝道控制，使得所述方法的誤差指標(biāo)在一定迭代次數(shù)內(nèi)收斂。本實(shí)施例在現(xiàn)有的快速路系統(tǒng)基于迭代學(xué)習(xí)控制方法研究中進(jìn)行進(jìn)一步深入研究，使得快速路控制系統(tǒng)考慮了實(shí)際因素，即受天氣、路況等因素，快速路模型系統(tǒng)參數(shù)隨之發(fā)生變化，快速路系統(tǒng)符合切換系統(tǒng)特性，更符合實(shí)際應(yīng)用的需要。

為便于理解，根據(jù)圖1的實(shí)施例，下面以一個(gè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制方法進(jìn)行描述：

圖2為本發(fā)明用到的交通流模型，該時(shí)空離散模型將所描述的一條快速路分為多個(gè)路段，每個(gè)路段最多有一個(gè)入口匝道和一個(gè)出口匝道，如圖所示，交通流模型如下所示：

q^(j)(t)＝ρ^(j)(t)v^(j)(t)；

其中，T是采樣周期(小時(shí))，t表示采樣間隔，K表示該路段被分為K部分，j∈{1,2,...,K}表示每段路的標(biāo)號(hào)。其他模型變量的含義如下：ρ^(j)(t)(veh/lane/km)表示第j段的平均密度；v^(j)(t)(km/h)表示第j段的平均速度；q^(j)(t)(veh/h)表示從j段進(jìn)入第j+1段的車(chē)流量；r^(j)(t)(veh/h)表示第j段的匝道入口進(jìn)入的車(chē)流量；s^(j)(t)(veh/h)表示第j段匝道出口流出的車(chē)流量；L^(j)(km)表示第j段路的長(zhǎng)度；v_free表示自由流速度；ρ_jam單個(gè)車(chē)道的最大可能密度；τ,υ,κ,l,m是常參數(shù)，反映特定交通系統(tǒng)的道路幾何特點(diǎn)、車(chē)輛特征、駕駛員行為等。

在本實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，并不是每一段都包含一個(gè)匝道入口或匝道出口。令i_j(j＝1,2,...,p)表示帶有匝道口的路段號(hào)碼，p表示帶有匝道的路段數(shù)量。

然后，交通流模型中的變量可以定義為

s(t)＝[s⁽¹⁾(t) s⁽²⁾(t) ... s^(K)(t)]^T,

其中，j∈{1,2,...,K}?？焖俾纺Ｐ驮趖∈{0,1,2,...,N}上具有重復(fù)特性，可以表示為以下?tīng)顟B(tài)空間表達(dá)式：

其中，k是迭代次數(shù)，是相關(guān)的向量值函數(shù)，表示單位向量，u_k(t)受到匝道實(shí)際條件的飽和限制。此外，令以上系統(tǒng)可以寫(xiě)為：

x_k(t+1)＝f(x_k(t),t)+B(x_k(t),t)sat[u_k(t)]，

y_k(t)＝C(t)x_k(t)，

其中：

C(t)＝Q^T[0_K×K I_K×K]。

在實(shí)際系統(tǒng)中，快速路系統(tǒng)的參數(shù)會(huì)隨環(huán)境因素發(fā)生變化，在這些參數(shù)中，受到影響最大的是v_free，ρ_jam。這兩個(gè)參數(shù)隨時(shí)間軸發(fā)生變化，在迭代軸上具有重復(fù)特性，故符合切換系統(tǒng)特性，表達(dá)式可表示以下：

x_k(t+1)＝f_i(x_k(t),t)+B_i(x_k(t),t)sat[u_k(t)]，

y_k(t)＝C_i(t)x_k(t)，

其中i＝i(t)是在t∈{0,1,2,...,N}切換規(guī)則，取值于有限序列P＝{1,2,...,m}，m是子系統(tǒng)的個(gè)數(shù)。在t∈{0,1,2,...,N}，盡管因?yàn)樵训儡?chē)流量流出會(huì)有一些模型不確定性和干擾，系統(tǒng)輸入使得系統(tǒng)輸出也能夠達(dá)到期望輸出

圖3是在獲得當(dāng)前次的迭代誤差函數(shù)后，根據(jù)該誤差函數(shù)給出基于切換系統(tǒng)的迭代學(xué)習(xí)控制律。

u_k+1(t)＝sat[u_k(t)]+Γ_ie_k(t+1)

u_k(t)表示第k次迭代的匝道入口的交通流，e_k(t)表示第k次迭代的輸出誤差，Γ_i為i系統(tǒng)的增益，飽和函數(shù)sat[·]表達(dá)式如下：

其中，u_min(t),u_max(t)分別是飽和函數(shù)的下界和上界。

在本是本應(yīng)用場(chǎng)景下，我們有K＝12and L(^j)＝500m，j∈{1,2,...,K}。有兩個(gè)匝道入口分別位于第2段和第7段,在第9段有一個(gè)匝道出口，其他段匝道出口的車(chē)流量為零。

圖4是本應(yīng)用場(chǎng)景下的切換規(guī)則。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，受天氣、路況等因素影響，快速路模型系統(tǒng)參數(shù)隨之發(fā)生變化，在這些參數(shù)中，受到影響最大的是v_free，ρ_jam。在本應(yīng)用場(chǎng)景下，快速路系統(tǒng)在時(shí)間軸上兩個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行切換，切換規(guī)則如圖4。

圖5為本應(yīng)用場(chǎng)景下，分別是第2段和第7段的匝道入口車(chē)輛需求量，以及第9段匝道出口的車(chē)流量

圖6為本應(yīng)用場(chǎng)景下第2段和第7段輸出誤差指標(biāo)圖。在本應(yīng)用場(chǎng)景中，可以看到誤差指標(biāo)在有限次內(nèi)快速收斂到零，誤差指標(biāo)是j＝1,2，即，誤差指標(biāo)是第2段和第7段的輸出誤差的在固定時(shí)間區(qū)間上的絕對(duì)誤差和。

從圖6中可以看出，第9段快速路的誤差指標(biāo)在25次迭代收斂到零，即此段車(chē)流量密度達(dá)到期望車(chē)流量密度，同時(shí)，第2段快速路的誤差指標(biāo)在第30次迭代收斂到零，即此段車(chē)流量密度達(dá)到期望車(chē)流量密度。

實(shí)施例2

如圖7所示，一種基于切換系統(tǒng)特性的迭代學(xué)習(xí)快速路入口匝道控制系統(tǒng)，包括：

當(dāng)前交通流獲取模塊701：用于獲取當(dāng)前快速路的實(shí)際交通流密度值和匝道入口的交通流；

期望交通流獲取模塊702：用于獲取快速路的期望交通流密度值；

誤差函數(shù)獲取模塊703：用于根據(jù)實(shí)際交通流密度值和期望交通流密度值獲得當(dāng)前誤差函數(shù)；

迭代學(xué)習(xí)律和學(xué)習(xí)增益設(shè)置模塊704：用于根據(jù)誤差函數(shù)設(shè)置基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律以及迭代學(xué)習(xí)增益，其中，基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律表示如下：

u_k+1(t)＝sat[u_k(t)]+Γ_ie_k(t+1)

式中，u_k+1(t)表示第k+1次迭代的匝道入口的交通流，u_k(t)表示第k次迭代的匝道入口的交通流，誤差函數(shù)e_k(t)表示第k次迭代的輸出誤差，Γ_i為第i個(gè)切換系統(tǒng)子系統(tǒng)的增益，飽和函數(shù)sat[·]表達(dá)式如下：

其中，u_min(t),u_max(t)分別是飽和函數(shù)的下界和上界；

交通流控制模塊705：用于將基于切換系統(tǒng)特征的迭代學(xué)習(xí)控制律應(yīng)用到帶有匝道入口的快速路系統(tǒng)中，使得能夠在一定迭代次數(shù)內(nèi)使快速路能夠達(dá)到期望交通流密度。

本實(shí)施例中，首先，交通流密度實(shí)際輸出和匝道入口的當(dāng)前交通流獲取模塊701，用于獲取當(dāng)前具有匝道口的主路的實(shí)際交通流密度以及和匝道入口的交通流；其次，期望交通流獲取模塊702，用于獲取期望交通流密度值；然后，誤差函數(shù)獲取模塊703，用于根據(jù)所述實(shí)際交通流密度和所述期望交通流密度值獲得所述方法的當(dāng)前誤差函數(shù)；接著，迭代學(xué)習(xí)律和學(xué)習(xí)增益設(shè)置模塊704，用于根據(jù)所述誤差函數(shù)設(shè)置迭代學(xué)習(xí)律的迭代學(xué)習(xí)增益以及基于切換系統(tǒng)的迭代學(xué)習(xí)控制律；最終，交通流控制模塊705，使得所述方法的誤差指標(biāo)在一定迭代次數(shù)內(nèi)收斂。本實(shí)施例在現(xiàn)有的快速路系統(tǒng)基于迭代學(xué)習(xí)控制方法研究中進(jìn)行進(jìn)一步深入研究，使得快速路控制系統(tǒng)考慮了實(shí)際因素，即受天氣、路況等因素，快速路模型系統(tǒng)參數(shù)隨之發(fā)生變化，快速路系統(tǒng)符合切換系統(tǒng)特性，在這種情形下進(jìn)行控制更符合實(shí)際應(yīng)用的需要。

相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；

附圖中描述位置關(guān)系的用語(yǔ)僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專(zhuān)利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。