技术领域本发明属于交通控制和智能交通技术领域，具体涉及一种同时面向通行效率改善与交通安全提升的多目标可变限速控制方法。
背景技术：
可变限速控制作为一种越来越被广泛用于改善快速道路交通环境的交通控制策略，其控制效果与可变限速值确定及发布中采用的算法密切相关。基于实时交通流数据触发多目标可变限速控制，通过有效阻止瓶颈通行能力下降现象的发生减少路段内系统通行时间，通过平滑可变限速值时空上的波动性降低道路事故风险，通过多目标遗传算法对可变限速控制核心控制参数取值进行优化。因此，基于多目标遗传算法的帕累托解集优化可变限速核心控制参数，实现多目标可变限速控制方法对通行效率和交通安全的双重提升。目前的可变限速控制策略只能围绕单一控制目标开展，很难对两者重要程度进行判别并给出各目标在优化控制中的权重，对于可变限速控制的核心控制参数取值缺乏客观有效的优化过程，对于连续的可变限速指示牌缺乏对多个可变限速进行协调控制，导致可变限速值在时空上的大幅波动，对交通流系统产生干扰，缺乏对快速道路瓶颈通行能力下降现象的考虑。本发明提出同时面向通行效率改善与交通安全提升的多目标可变限速控制方法，相比于以往的可变限速控制方法，本发明提出的多目标可变限速控制方法同时考虑了交通安全和通行效率两个目标，有效阻止瓶颈位置通行能力下降现象的发生，大幅降低瓶颈及其上游路段的事故风险，有效改善了快速道路的交通环境。
技术实现要素：
本发明要解决的问题是：以往的可变限速控制策略主要针对单一控制目标进行，但是实际交通控制中需要同时考虑多个因素，很难实现对各目标重要程度的判定及权重确定，以往可变限速控制缺乏对通行能力下降现象的判断和消除，由于缺乏对多个可变限速值的协调考虑易导致限速值的时空波动，最终导致可变限速控制的结果存在误差。本发明提出一种同时面向通行效率改善与交通安全提升的多目标可变限速控制方法，采用多目标遗传算法对多目标可变限速核心控制参数的取值进行优化，基于实测交通流数据判断瓶颈路段通行能力下降现象，采用比例-积分控制器计算限速值，通过平滑路段上可变限速值的时空波动性降低道路事故风险。克服之前可变限速控制目标单一且路段内可变限速值时空波动性大的缺点。本发明技术方案为：本发明提出一种同时面向通行效率改善与交通安全提升的多目标可变限速控制方法，同时考虑交通安全和通行效率两个控制目标，基于实测交通流数据判断通行能力下降现象，采用关键可变限速和从属可变限速相结合的方法实现多目标控制，通过可变限速值变化幅度和相邻路段最大限速值差控制可变限速值在时空上的波动性，基于多目标遗传算法获取多目标可变限速控制核心参数的最优取值，有助于决策者依据自身控制目标选择合适的可变限速控制策略。本方法对实际中通过多目标可变限速控制策略提高快速道路通行效率和交通安全具有重要意义。实例显示，本发明提出的多目标可变限速控制方法有很好的效果，优化后的策略能有效降低快速道路路段内总通行时间和提升交通安全。附图说明图1为多目标可变限速控制方法的流程图。图2为多目标可变限速控制原理示意图。图3为多目标遗传算法流程图。图4为案例路段与可变限速指示牌布设示意图。图5为多目标可变限速控制的帕累托解集分布图。具体实施方式本发明是基于多目标遗传算法和可变限速控制策略的基本流程提出一种同时改善通行效率和交通安全的可变限速控制方法，通过对瓶颈路段通行能力下降现象的识别即时触发多目标可变限速控制，计算关键可变限速标志位置的限速值，基于实时追尾事故风险预测计算从属可变限速标志的限速值，同时控制相邻路段限速值差保证可变限速控制时空的平滑波动，基于多目标遗传算法的帕累托解集确定可变限速核心控制参数取值。同时面向通行效率改善与交通安全提升的多目标可变限速控制方法的流程图如图1所示。第一步是确定可变限速控制路段及瓶颈位置，在瓶颈位置上游处设置关键可变限速指示牌，在瓶颈上游路段设置从属可变限速指示牌，在瓶颈位置上下游设置交通流检测器。可变限速指示牌用于发布限速值，需要注意的是可变限速值统一要求为5mph的倍数，因此限速值的更新值四舍五入至5mph的整数倍值进行发布。可变限速控制周期可在30秒至2分钟范围内依据控制效果选择最终可变限速控制周期T。以30秒为周期通过交通流检测器实时获取可变限速控制路段各位置处交通流数据，包括占有率、交通流量和平均交通流速度。多目标可变限速控制原理示意图如图2所示。第二步是基于路段历史交通流数据，对瓶颈通行能力下降幅度及通行能力下降现象发生时对应的关键占有率进行确定。从瓶颈路段的历史交通流数据中挑选出瓶颈位置下游的第一个交通流检测器以及瓶颈位置上游的第一个交通流检测器对应的数据，分别计算两个检测器的斜累计流量并分别绘制斜累计流量-时间关系图，同时绘制两个检测器的速度-时间关系图和占有率-时间关系图。以斜累计流量发生突变的时刻作为初始拐点，以初始拐点为交点绘制初始拐点时刻前、后3分钟内两条斜累计流量拟合直线，变换拐点时刻使两直线偏离斜累积流量曲线的总方差和最小，则当前拐点即为斜累计流量曲线的最终拐点位置。斜累计流量曲线最终拐点前后交通流量之差为通行能力下降幅度的标定值，拐点时刻对应的占有率值为通行能力下降现象发生时对应的占有率阈值的标定值。第三步是确定关键可变限速值，其作用是对进入瓶颈位置的交通流量进行调节，从而消除瓶颈交通拥堵及避免瓶颈交通流出现通行能力下降。当前时刻为可变限速控制周期整倍数时，采用如下式的比例-积分控制器计算关键可变限速值：VSLC(k)＝VSLC(k-1)+(KP+KI)eo(k)-KPeo(k-1)(1)其中，VSLC(k)为k时刻关键可变限速值，KP和KI为控制参数，为瓶颈位置占有率控制误差，为关键占有率，o(k)为k时刻瓶颈位置实测占有率。第四步是确定从属可变限速值，其作用为在瓶颈上游路段平滑交通流速度波动，避免拥堵传播过程中由于车辆突然减速导致的追尾事故风险。当前时刻为可变限速控制周期整倍数时，基于实测交通流数据计算各路段内交通事故风险。当某路段内事故风险值大于设定阈值时，启动该路段的可变限速控制，从属可变限速值计算公式如下：VSL(xi,k+1)=VSL(default)-ΔVSL(xi,k),ifRi(k)>RTHmin{VSL(default),VSL(xi,k)+ΔVSL(xi,k)