一种高速公路收费站区域交通状态管控方法及系统

技术特征：
1.一种高速公路收费站区域交通状态管控方法，其特征在于，包括：获取收费站和上游门架的交通数据；基于收费站和上游门架的交通数据，采用lstm神经网络模型，预测一段时间内收费站的交通需求；基于所述交通需求，采用元胞传输模型，得到一段时间内收费站的交通流运行状态，所述交通流运行状态包括车流量和交通密度；基于交通流运行状态和车道数，构建车辆在收费站区域总行驶时间的目标函数，结合约束条件，采用模型预测控制，滚动反复优化计算，得到总行驶时间最小时对应的变速限制和车道配置。2.根据权利要求1所示的高速公路收费站区域交通状态管控方法，其特征在于，所述元胞传输模型通过识别元胞密度变化确定车流量，其中元胞密度变化为：其中，ρ
i
(t)表示第t个时间间隔初始时刻元胞i的单车道车流密度；q
i
(t)表示第t个时间间隔内由元胞i-1进入元胞i的车流量；q
i 1
(t)表示第t个时间间隔内离开元胞i进入元胞i 1的车流量；δt表示单位时间步长的时间间隔；λ
i
(t)为第t个时间间隔内元胞i的车道数。3.根据权利要求2所示的高速公路收费站区域交通状态管控方法，其特征在于，所述元胞传输模型通过第t个时间间隔内元胞i-1发出的车辆数和第t个时间间隔内元胞i接收的车辆数中的最小值，确定主路元胞的车流量；所述元胞传输模型根据位于主线的元胞i-1和位于匝道的元胞i驶入下游合流元胞i的车流量的大小关系，确定合流元胞的车流量；所述元胞传输模型根据下式确定分流元胞的车流量：其中，r
or,i
(t)表示出口匝道元胞i可接收的车流量。4.根据权利要求1所示的高速公路收费站区域交通状态管控方法，其特征在于，所述目标函数为：标函数为：其中，表示目标函数；ttt表示车辆在收费站区域总行驶时间；表示目标函数；ttt表示车辆在收费站区域总行驶时间；表示目标函数；ttt表示车辆在收费站区域总行驶时间；均表示元胞的预测密度值；u＝(v,λ
i
,λ
r,i
)；λ
i
表示mtc的车道数，ln；λ
r,i
表示etc的车道数，v表示可变限速值。5.根据权利要求1所示的高速公路收费站区域交通状态管控方法，其特征在于，所述约
束条件包括，服务不均衡系数ζ：其中，ζ
max
表示服务不均衡系数的最大值。6.根据权利要求1所示的高速公路收费站区域交通状态管控方法，其特征在于，所述约束条件包括，车道变化数量：|λ
i
(t)-λ
i
(t 1)|≤δλ
max
|λ
r,i
(t 1) λ
i
(t 1)|＝λ
total
其中，δλ
max
表示车道数量的最大变化幅度值；λ
total
表示收费站的车道总数。7.根据权利要求1所示的高速公路收费站区域交通状态管控方法，其特征在于，所述约束条件包括，可变限速的时空变化：|v
i
(t)-v
i
(t 1)|≤δv
max
|v
i
(t 1)-v
i-1
(t 1)|≤δv'
max
其中，v
i
(t)表示第t个时间间隔元胞i的车流限速值；δv
max
表示可变限速时间变化的最大值；δv'
max
表示可变限速空间变化的最大值。8.一种高速公路收费站区域交通状态管控系统，其特征在于，包括：数据获取模块，其被配置为：获取收费站和上游门架的交通数据；交通需求预测模块，其被配置为：基于收费站和上游门架的交通数据，采用lstm神经网络模型，预测一段时间内收费站的交通需求；交通演变预测模块，其被配置为：基于所述交通需求，采用元胞传输模型，得到一段时间内收费站的交通流运行状态，所述交通流运行状态包括车流量和交通密度；管控模块，其被配置为：基于交通流运行状态和车道数，构建车辆在收费站区域总行驶时间的目标函数，结合约束条件，采用模型预测控制，滚动反复优化计算，得到总行驶时间最小时对应的变速限制和车道配置。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的高速公路收费站区域交通状态管控方法中的步骤。10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的高速公路收费站区域交通状态管控方法中的步骤。

技术总结
本发明属于交通管理技术领域，提供了一种高速公路收费站区域交通状态管控方法及系统。该方法包括，获取收费站和上游门架的交通数据；基于收费站和上游门架的交通数据，采用LSTM神经网络模型，预测一段时间内收费站的交通需求；基于所述交通需求，采用元胞传输模型，得到一段时间内收费站的交通流运行状态，所述交通流运行状态包括车流量和交通密度；基于交通流运行状态和车道数，构建车辆在收费站区域总行驶时间的目标函数，结合约束条件，采用模型预测控制，滚动反复优化计算，得到总行驶时间最小时对应的变速限制和车道配置。本发明能显著改善收费站的交通性能，提高高速公路通行效率。效率。效率。


技术研发人员：朱香敏 周童 孙颖超 常志宏 康传刚 马晓刚 陈雪珲 陈宏 曹蓉 吴晓佩
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2022.10.13
技术公布日：2022/12/30