本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于離散宏觀交通流D模型的FPGA在線預(yù)測控制方法，用于解決現(xiàn)有的FPGA預(yù)測控制方法實時性差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是通過對模型近似離散化處理，建立并行處理流程，設(shè)計動態(tài)數(shù)據(jù)存儲方案，用FPGA實現(xiàn)了基于離散宏觀交通流D模型的封閉道路匝口和可變信息牌的預(yù)測控制。使得高速公路的交通流密度、行車速度實現(xiàn)了實時有效控制。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種FPGA預(yù)測控制方法，特別涉及一種基于離散宏觀交通流D模型的FPGA在線預(yù)測控制方法。
技術(shù)介紹
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車保有量的不斷增加，交通擁擠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，交通擁擠同時也造成了嚴重的環(huán)境污染，在9種主要的空氣污染物質(zhì)中，6種直接或間接地與汽車尾氣排放有關(guān)，堵車狀態(tài)下汽車排出的有害物質(zhì)濃度比正常行駛時高出5 6倍；此外，交通擁擠與交通事故是城市交通共生的兩大問題。一方面，城市交通高峰時期密集的交通流，使得交通事故頻發(fā)，極易引發(fā)嚴重的交通擁擠；另一方面，當堵車發(fā)生時，車輛駕駛員因為過度等待，容易失去耐心，使得交通事故發(fā)生的 幾率大大增加；可見交通擁擠已經(jīng)成為影響全球城市可持續(xù)發(fā)展的一個全局性問題。為了有效疏導(dǎo)交通、提高高速公路的使用效率，常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)；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，難以對高速公路的交通流密度、行車速度進行有效控制。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P、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ΛΧ和At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。然而，宏觀交通流模型大多數(shù)采用偏微分方程描述，即使離散形式的宏觀交通流模型也很復(fù)雜，這些模型的處理通常在臺式機以上的系統(tǒng)處理，很難使用宏觀模型對封閉道路匝口和可變信息牌進行在線預(yù)測控制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有FPGA預(yù)測控制方法實時性差的不足，本專利技術(shù)提供一種基于離散宏觀交通流D模型的FPGA在線預(yù)測控制方法。該方法通過對模型近似離散化處理，建立了并行處理流程，設(shè)計了動態(tài)數(shù)據(jù)存儲方案，用FPGA實現(xiàn)了基于離散宏觀交通流D模型的封閉道路匝口和可變信息牌的預(yù)測控制。可以使得高速公路的交通流密度、行車速度實現(xiàn)實時有效控制。 本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種基于離散宏觀交通流D模型的FPGA在線預(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 (η+1) =x (n) +f [χ (η) ] +B (η) u (η)式中，χ(η+1) = Ik1 (η+1) V1 (η+1) k2 (η+1) ν2 (η+1)... kN (η+1) νΝ (η+1) ]τιι(ι )= Hi(It) //,(;/)…u^(w) U1 (η) = q0 (η) + (l_a) r2 (η) +T1 (η),Ui (η) = arj (Ii)-S^1 (η) +(1-a) ri+1 (η), ( = 2,…，Ν_1),u!v( )= ar Ν{η)-s Ν^(η) + {l-a)r λ；+| ( ) (I - a) k oJ )v am(n)j, τ Γ T ν _Γ τ rt κτ τ 11 B1- = — O O (Ι = !,-·,N) Β(; )— B1 B2 …Β.,ν—, BiV— , I,本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于離散宏觀交通流D模型的FPGA在線預(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：x(n+1)＝x(n)+f[x(n)]+B(n)u(n)式中，x(n+1)＝[k1(n+1)v1(n+1)k2(n+1)v2(n+1)…kN(n+1)vN(n+1)]Tu(n)=u1(n)u2(n)···uNT(n)T,u1(n)＝q0(n)+(1？a)r2(n)+r1(n)，ui(n)＝ari(n)？si？1(n)+(1？a)ri+1(n)，(i＝2，…，N？1)，uNT(n)[arN(n)-sN-1(n)+(1-a)rN+1(n)-(1-a)kout(n)vout(n)],B(n)=B1TB2T···BN-1TBNTT,BiT=TLi00(i＝1，…，N)f[x(n)]=-TL1[ak1(n)v1(n)+(1-a)k2(n)v2(n)]Tτ[ve(k1(n))-v1(n)]+TL1k0(n)k1(n)+λv1(n)[v0(n)v1(n)-v1(n)]-μ(n)TτL1ω1(n)TL2[ak1(n)v1(n)+(1-2a)k2(n)v2(n)-(1-a)k3(n)v3(n)]Tτ[ve(k2(n))-v2(n)]+TL2k1(n)k2(n)+λv2(n)[v1(n)v2(n)-v2(n)]-μ(n)TτL2ω2(n)···TLN-1[akN-2(n)vN-2(n)+(1-2a)kN-1(n)vN-1(n)-(1-a)kN(n)vN(n)]Tτ[ve(kN-1(n))-vN-1(n)]+TLN-1kN-2(n)kN-1(n)+λvN-1(n)[vN-2(n)vN-1(n)-vN-1(n)]-μ(n)TτLN-1ωN-1(n)TLN[akN-1(n)vN-1(n)+(1-2a)kN(n)vN(n)]Tτ[ve(kN(n))-vN(n)]+TLNkN-1(n)LN(n)+λvN(n)[vN-1(n)vN(n)-vN(n)]-μ(n)TτLNωN(n)---(1)ωi(n)=ki+1(n)-ki(n)ki(n)+λ---(2)μ(n)μ1ρki(n)-ki+1(n)+σki+1(n)>ki(n)μ2ki+1(n)≤ki(n)---(3)式中，vi(n)為第i個多段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)車輛的平均速度，ki(n)為第i個路段段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)的交通流密度，qi(n)是第i個路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)的流量，ri(n)是第i個路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)由匝口進入的車流量，si(n)＝spi(n)sqi(n)是第i個路段在[nξ，(n+1)ξ]內(nèi)由匝口駛出的車流量，spi(n)為由匝口駛出的正常車流量、spi(n)為信息顯示牌強制駛出車輛造成的流量增量，μ1、μ2是常數(shù)，T為采樣周期，Li表示第i個路段，ve(ki(n))是等價速度，ρ、a、λ、τ、σ均為常數(shù)，ρ、a為修正系數(shù)；步驟二、建立等價速度模型為：式中，v0，E，均為常數(shù)，k為平均交通流密度，vea為可變信息顯示牌指定速度；第i路段：式中，v0，E，均為常數(shù)，vea(i)為第i個路段可變信息顯示牌指定速度；步驟三、結(jié)合D模型的離散形式和等價速度模型，在FPGA中設(shè)計包含車輛平均密度k和平均速度v的計算模塊，根據(jù)實際道路的長度和匝口信息把高速公路分成多個路段，每個路段對應(yīng)一個計算模塊，根據(jù)初始信息和調(diào)控信息，在FPGA中同時并行運行這些計算模塊，預(yù)測出各個路段下一時間段的車輛平均密度和平均速度，然后把車輛平均密度和平均速度存入寄存器，在所有計算模塊完成計算后，輸出車輛平均密度和平均速度，同時把這些數(shù)據(jù)回傳給計算模塊進行下一步的計算；步驟四、以匝口進入封閉道路流量作為模型輸入，可變信息牌作為強制速度和匝口強制輸出調(diào)節(jié)量，對于給定控制輸入預(yù)測每個路段的平均交通流密度和車輛平均速度，如果每個路段都滿足最低速度、最大密度要求，則選擇該方案以控制封閉道路匝口及可變信息牌，否則調(diào)整控制方案。FDA00002077280200021.jpg,FDA00002077280200022.jpg,FDA00002077280200023.jpg,FDA00002077280200024.jpg...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于離散宏觀交通流D模型的FPGA在線預(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2.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：史忠科，劉通，
申請(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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