[發明專利]基于動態隨機車流相位差協調機制的區域交通控制系統和方法

有效

• 申請號: 201710730297.0
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107610487B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 羅杰;胡海濤
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G08G1/081
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李吉寬

1.一種基于動態隨機車流相位差協調機制的區域交通控制系統，其特征在于：所述系統包括子區協調控制器模塊、子區信號協調優化模塊、交通狀態感知模塊、配時方案輸出模塊、受控車流；

子區協調控制器模塊的功能是通過子區信號協調優化模塊得到最優配時方案和對應系統性能指標，即PI，將最優性能指標所對應的各個路口配時方案輸出給配時方案輸出模塊；

子區信號協調優化模塊的功能是根據交通狀態感知模塊采集到的交通信息，優化出各個路口最優的配時方案及其對應性能指標，送給子區協調控制器模塊；

交通狀態感知模塊的功能是：采集各路口各車道上的車流量信息；

配時方案輸出模塊的功能是：把最終配時方案，通過信號輸出裝置作用于受控車流；

受控車流：控制系統最終調控對象；

一種基于動態隨機車流相位差協調機制的區域交通控制系統的實現方法包括如下步驟：

步驟1：采集路網中各路口各車道上的車流量信息、各路口各車道上個周期遺留的車輛數；

步驟2：子區協調控制器模塊根據感知模塊采集到的交通信息，結合子區信號協調優化模塊尋到子區中各路口各自最優的配時方案，包括：

將若干個交叉口組成的小區域交通網絡作為研究對象，采用在道路上常用的四相位六車道模式，將整個子區延時分析分為兩種情況：區域外部交叉口延時和區域內部交叉口入口延時，對于區域內部交叉口延時，構建一種基于動態隨機車流相位差協調機制的區域交通控制延時模型，即式(2-11)，所述模型能適用于車流量具有波動性情況，即延遲模型具有較強的動態隨機性：

其中：

q為實際交通流量veh/s，s為飽和流量veh/s，θ_a，b為交通流從交叉口a到交叉口b時下行相位差，L為兩交叉口之間的距離，v為路網車輛平均車速，C為信號周期，x：為飽和度，x＝q/s；

除以設定時段通過該相位的車輛數，得到內部進口道該相位平均延時：

d_in＝D_in/Tq (2-12)

其中：T為分析時所設定的時段；

對于區域外部交叉口延時，通過構造一個輔助變量m_p，對HCM2000進行改進，構建新延遲模型如下：

即：

其中M為大于的一個整數，m_p為輔助變量，進而促使Mm_p值盡可能變大，為區域內各路段車輛平均控制延時，N_i，phase表示交叉口i的相位集合；

以子區內所有車輛平均延誤最小為目標，建立子區交通信號協調控制優化模型，建立子區交通信號協調控制優化模型如下：

其中，PI表示優化目標函數，d_i，j，k表示子區內第i個交叉口第j相位第k個交通流的車輛平均延時時間，F_i，j，k表示第i個交叉口第j相位第k個交通流的流量，C_max表示最大周期時長，G_min表示最小周期時長，C_i表示第i個交叉口周期，C_j表示第j個交叉口周期，N_cross表示子區交叉口的數量，Green_i，j表示交叉口i第j相位綠燈時間，G_min，i，j表示交叉口i第j相位最小綠燈時間，X_i，j表示上行相位差，X_j，i表示下行相位差，n表示整數；

步驟3：控制系統的最終配時方案通過配時方案輸出模塊施加給受控車流，受控車流依照控制系統輸出的控制信號配時方案行駛；

步驟4：通過信號采集模塊獲得當前系統車流運行狀況，判斷是否滿足系統預期子區車輛平均延誤，若滿足，則當前配時方案即為此時段子區路網最佳配時方案；否則，轉上述步驟1；

所述方法的流程具體包括如下步驟：

步驟1)初始化含N個子區交叉口配時方案，即N為整個種群規模的種群P，種群中每種配時方案經過編碼后為X＝[x1,x2,x3,…,xn],n為決策變量維數，xi，i＝1，2，…,n為各個決策變量取值范圍內的隨機數，確定迭代終止條件，終止條件為迭代M代；

步驟2)計算種群中各配時方案性能指標值，并按性能指標值排序，選擇預先設定數目的性能指標較優的配時方案直接進入新生代；

步驟3)對父代種群個體進行遺傳操作，產生后代；

步驟4)將精英后代、交叉后代、變異后代組合成子代，即得到新的配時方案解集；

步驟5)判斷是否達到迭代終止條件，如沒有則轉到步驟2)繼續迭代；否則進入下一步；

步驟6)迭代結束，根據遺傳算法解空間與編碼對應關系，求得最優性能指標對應的配時方案解。