一种快速路网交通传感网络的优化布设方法

摘要

本发明公开了一种城市快速路网交通传感网络的优化布设方法，该方法提出只在快速路网的某些路段布设交通传感网络直接获取其交通参数，且保证整个系统是可观测的；而未布设交通传感网络的路段交通参数则可以结合布设路段获取的交通参数和路网交通流模型以及历史数据推演得到。从而可以优化快速路网中交通传感网络的布设，降低道路设施的投入成本，提高交通传感器的使用效率，为城市快速路网交通状态估计和匝道调节提供重要的基础性保障，进而为改善城市交通拥堵方案的制定提供依据。

主权项

一种城市快速路网交通传感网络的优化布设方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一，划分快速路网：按照划分规则将快速路网划分成若干路段，每个路段称为一个元胞，因此也称为元胞划分；元胞划分的基本原则：保证划分以后每个元胞都是均衡的，即保证每个元胞由一个基本图描述，本方法采用三角基本图近似描述元胞的流量—密度关系；首先，以快速路网中的入口匝道和出口匝道位置为基本依据，任意相邻的两个匝道之间的路段作为一个元胞，并观察划分后每个的元胞中是否有变道情况；若有，则在变道的地方将元胞进行二次划分；其次，在弯道和直行道变化的地方进行元胞划分；最后，为便于分析研究，将划好的元胞，依次标定序号；步骤二，建立路网交通流模型：针对快速路网络，并结合步骤一的元胞划分结果，利用基于动态图混杂自动机(DGHA)理论的元胞传输模型(CTM)对其建立路网交通流模型(详细步骤见具体实施方式)，并求出其状态方程：$\begin{array}{c}\stackrel{·}{x}=Ax+Bu+F+Q\\ y=Cx\end{array}---\left(1\right)$其中，x∈Rⁿ表示快速路网中交通流密度的向量，n表示快速路网中元胞的数量；u∈R^p表示由匝道进入快速路网的交通需求，p表示施加控制的入口匝道数量；y∈R^m表示交通传感器能够直接获取的交通参数的向量，m表示布设交通传感器的路段的数量，交通参数中的时间占有率指的是在一定时间内，全部车辆通过某断面所需时间的累计值与观测时间的比值；其中快速路的出口匝道不施加控制，按一定比例分配给出口匝道交通流量，其交通流密度包含在与其相邻的上游路段中；A是和系统的状态(交通流密度)相关的矩阵，称为系统矩阵；B是和系统的输入(由匝道进入快速路网的交通需求)相关的矩阵，称为输入矩阵；C是和路网布设的交通传感相关的矩阵，称为输出矩阵；F是和元胞的最大通行能力相关的矩阵；Q是和元胞的最大密度值相关的矩阵；矩阵F和Q都是常数阵；步骤三，布设交通传感网络：完成上述两个步骤以后，即开始布设交通传感网络；首先，每一个元胞都布设一个传感器，并计算出相应的输出矩阵C为一个n维单位阵，根据步骤二计算的系统矩阵A，可验证系统的能观测性；若系统可观测，则任意选取一个元胞去掉其传感器，可得出相应的输出矩阵，再次验证系统的可观测性；若系统不可观测，则可确定满足系统能观测时所需布设交通传感器的数量为n；若系统可观测，则继续任意选取一个元胞去掉其传感器，并验证系统的可观测性；直至满足系统能观测时，计算出所需布设交通传感器的最少数量，此时对应的输出矩阵记为C^*；步骤四，优化交通传感网络，步骤三中满足系统完全能观测时，若所需布设交通传感器最少数量的情况不唯一时，即输出矩阵C^*不唯一时，计算出所有满足条件的输出矩阵，并结合步骤一标定的元胞序号确定实际道路中传感器的布设位置，由此可结合实际路网特征对交通传感器布设位置进行优化。