(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211253782.0 (22)申请日 2022.10.13 (71)申请人 山东高速股份有限公司 地址 250014 山东省济南市奥体中路5 006 号 申请人 山东大学 (72)发明人 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　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 王雪 (51)Int.Cl. G08G 1/09(2006.01) G08G 1/0962(2006.01)G08G 1/065(2006.01) G08G 1/01(2006.01) G07B 15/06(2011.01) G06N 3/08(2006.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种高速公路收费站区域交通状态管控方 法及系统 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书12页 附图18页 CN 115547075 A 2022.12.30 CN 115547075 A 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， ρi(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； qi(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； qi+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； λi(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， Ror,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： 其中， 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, λI, λr,I)； λI表示MTC的车道数， ln； λr,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， 所述约权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115547075 A 2束条件包括， 服务不均衡系数ζ： 其中， ζmax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： | λI(t)‑λI(t+1)|≤ Δ λmax | λr,I(t+1)+λI(t+1)|＝ λtotal 其中， Δ λmax表示车道数量的最大变化幅度值； λtotal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： |Vi(t)‑Vi(t+1)|≤ ΔVmax |Vi(t+1)‑Vi‑1(t+1)|≤ ΔV'max 其中， Vi(t)表示第t个时间间隔元胞i的车流限速值； ΔVmax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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115547075 A 3