Matlab programfejlesztés autópálya hálózat irányítására. Algoritmus, szoftver és dokumentáció

Lantos, Béla (2006) Matlab programfejlesztés autópálya hálózat irányítására. Algoritmus, szoftver és dokumentáció. Project Report. -. (Unpublished)

Preview

PDF 1046232.pdf Download (999kB)

Abstract

Autópálya hálózatok makromodelljén alapuló dinamikus modelleket, valamint klasszikus elven és nemlineáris prediktív irányításon alapuló irányítási algoritmusokat dolgoztunk ki irodalmi források felhasználásával. A kifejlesztett módszerek egy részhalmazát megvalósító MATLAB alapú programrendszert fejlesztettünk ki, amely alkalmas általános autópálya hálózat forgalmi viszonyainak szimulációs vizsgálatára és klasszikus szabályozások tervezésére, és lehetőséget ad az irodalomból ismert, de költséges METANET autópálya szimulációs rendszer szolgáltatásainak kiváltására. Az autópálya hálózat több szakaszból állhat, megengedvén az elágazásokat (bifurcations) és összekapcsolódásokat (junctions) is. Kétféle dinamikus modellt fejlesztettünk ki, az első modell (nem célorientált üzemmód) csak a felhajtók forgalmának jelzőlámpákkal történő irányítását teszi lehetővé (ramp metering control), a második modell (célorientált üzemmód) ennek általánosítása arra az esetre, amikor az irányítás kezeli az OD (origin-destination) információt is, és javaslatot tesz az elágazási helyeken a kedvező útvonalra az alternatív lehetőségek közül a különféle végcélok esetén (VMS=variable message sign, DRIP=dynamic route guidance panel). Mivel a vezetők a VMS jelzéseket nem szükségképpen akceptálják, ezért virtuális járművek rendszerbe injektálásával és a Logit modell elvére épülő útvonalkövetéssel lehetséges a javasolt útvonaltól való eltérés hatásának becslése is. A kifejlesztett MATLAB alapú szoftver a végső programrendszer 1. verziójának tekinthető. Megvalósítja a kifejlesztett dinamikus modellt a nem-célorientált esetben, lehetővé teszi általános autópálya hálózatok forgalmi viszonyainak meghatározását irányítás nélkül szimuláció keretében, továbbá az autópálya hálózat irányítását egyszerű PID-jellegű irányítási stratégia esetén. A szimulációs üzemmód biztosítja a forgalomtorlódás okainak és helyeinek felderítését csúcsforgalmi időszakban az autópályán. A szimuláció speciális esetként, konstans bejövő forgalmakat feltételezve a felhajtókon, alkalmas az egyensúlyi állapot (steady state) meghatározására is. Ezáltal biztosítható, hogy az irányítások egyensúlyi állapotból is indíthatók legyenek, és a kezdeti feltétel miatti tranziensek és az irányítási tranziensek ne keveredjenek össze a nemlineáris rendszerben. A szimuláció eredményei alapján megválasztható, hogy mely felhajtó vagy felhajtók esetén célszerű irányítást alkalmazni a forgalmi viszonyok javítása érdekében. Feltételeztük, hogy (az Európában és USA-ban gyakori módon) a felhajtók jelzőlámpákkal vannak ellátva és a forgalmat a felhajtók jelzőlámpáinak átbocsátási ideje révén lehet szabályozni (ramp metering). Az irányítás hatása a forgalom alakulására a tárolt forgalmi tranziensek kiértékelésével elemezhető. A tranziensek dokumentálása grafikusan történik, az eredmények a MATLAB szolgáltatásaival dokumentumokba menthetők. A forgalmi viszonyok magas szintű és tömör numerikus jellemzésére költségfüggvény szolgál, amely tartalmazza a teljes hálózatban töltött időt (TTS=TTT+TWT, [veh.h]) , a teljes utazási időt (TTT, [veh.h]), a felhajtók várakozási soraiban töltött időt (TWT, [veh.h]) és a beavatkozó jel változásának négyzetösszegét (QDC). Különös figyelmet fordítottunk az autópálya struktúra definiálásának megkönnyítésére a felhasználó szemszögéből nézve, amely egy mintafájl átírásával végezhető el, amelyben a felhasználót kommentek vezetik. A hálózat struktúráját a program automatikusan olyan adatstruktúrákká konvertálja, amelyek lecsökkentik a valós időben szükséges számításokat, növelve ezáltal a valósidejűség elérésének lehetőségét. Az autópálya szekciók és szegmenseik forgalmi jellemzői (sűrűség, átlagsebesség, folyam), továbbá a felhajtók (várakozási sorok, folyamok, kiszolgálási ráták) és lehajtók (lehajtónkénti folyamok, teljes folyam) forgalmi jellemzői automatikusan kigyűjtésre kerülnek, és felhasználásra kerülnek mind a grafikus megjelenítés során, mind pedig a költségfüggvény számításkor. A programfejlesztés során kerültük a MATLAB toolboxainak intenzív használatát, amely hosszú távon jó esélyt adhat a MATLAB C-Compiler alkalmazására a későbbi időszakra tervezett végső C-nyelvű implementációhoz. A tapasztalatok alapján a jövőben folytatható a programrendszer bővítése nemlineáris prediktív irányítással és célorientált üzemmódú irányítással. A program első verziójának kifejlesztésekor a bővítések későbbi beillesztésének igényét figyelembe vettük. Jelen tanulmány struktúrája úgy van kialakítva, hogy lehetővé teszi felhasználását jegyzet részeként is.

Actions (login required)

Edit Item