[發明專利]一種帶有約束的城市交通交叉口信號控制方法

在審

• 申請號: 201710920217.8
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107730923A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 曹金亮;吳曉華
• 申請（專利權）人: 浙江海洋大學
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G08G1/01
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司33101
• 代理人: 翁霽明

技術領域

本發明涉及的是一種帶有約束的城市交通交叉口信號控制方法，尤其是一種利用迭代學習控制進行城市交通信號控制方法，屬于交通信號燈控制管理技術領域。

背景技術

迭代學習控制(ILC)的基本思想是對于一個在有限時間區間上重復運行的系統，通過重復同樣軌跡的控制嘗試，利用系統前一次或前幾次運行測得的誤差信息不斷修正控制輸入，使得系統在整個時間區間上的輸出軌跡能夠跟蹤上期望軌跡。這一思想是由日本學者Uchiyama在1978年最早提出的。Arimoto于1984年將上述思想加以完善后正式提出了迭代學習控制方法，并從理論上證明了方法的可行性，開辟了控制理論的一個新的研究方向。

迭代學習控制的目標是通過對系統進行不斷的控制嘗試，使系統的跟蹤誤差逐漸減小并最終達到完全跟蹤的目的。近幾年來，針對快速路交通流量具有相似的時空分布特點，ILC開始在快速路交通控制中得到應用并取得了較系統性的研究成果，目前已成為智能交通控制領域的一個重要的研究方向。2003年，Hou等首次將ILC用于城市快速路匝道控制中，并證明了ILC算法的收斂性。其基本思想是通過調節入口匝道的輸入流量，使設有入口匝道路段的交通流密度完全跟蹤期望密度，從而使路段的交通流量處于合理水平，防止交通擁堵的發生。此后，除了將ILC用于快速路匝道控制外，在主線速度控制、不同控制目標下的快速路交通流控制等多個方面展開研究。2008年，Hou等在考慮實際入口匝道流量受通行能力和交通需求的限制的基礎上，研究了輸入和狀態受限時ILC在快速路交通控制中的應用。隨后將ILC與現有的多種反饋控制方法相結合，提出了基于學習增強型反饋控制的城市快速路交通控制方法；考慮現實的交通流運行并非是嚴格重復的，還進一步研究了期望軌跡和模型參數迭代變化時ILC在快速路交通控制中的應用。

上述均是ILC在快速路交通控制中應用的研究成果，而關于ILC在城市交通信號控制方面的應用卻少有研究。2010年，鄭一辰等結合模糊理論與迭代學習控制設計了交通信號自適應控制器對單個交叉口進行控制。2013年，Huang等將交通分配與交通控制相結合，采用迭代學習控制方法設計了交通信號控制器對路網進行控制，通過迭代控制使路網的交通狀態逐漸達到均衡狀態。2015年，Yan等將ILC應用于多交叉口的交通網絡信號控制，通過對交叉口信號的迭代學習控制使路網的平均占有率逐步逼近期望占有率，從而使道路的車輛數處于合理水平，防止交通擁堵的發生；同時結合路網的宏觀基本圖，分析了交通信號的ILC控制策略對交通流在路網中整體運行水平的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種使各個進口道的車輛排隊長度處于均衡狀態，防止因車輛排隊長度不均使得某一相位的綠燈時間得不到充分利用，而其他相位出現長時間的車輛排隊，進而引發交通擁堵的帶有約束的城市交通交叉口信號控制方法。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的，一種帶有約束的城市交通交叉口信號控制方法，所述的信號控制方法是：

a)選擇各個進口道的車輛排隊長度差作為系統的輸出，即以交叉口的某一進口道為參考，將其他進口道的車輛排隊長度與參考進口道的車輛排隊長度之差作為系統的輸出y(t)；交叉口j的四個進口道中，選擇進口道1為參考，則系統的輸出為：

式中：

y_2,1(k)——進口道2的輸出；

y_3,1(k)——進口道3的輸出；

y_4,1(k)——進口道4的輸出；

b)對路網所有交叉口列寫輸出方程(2-12)，可以得到整個路網的輸出方程為：

y(k)＝Cx(k)(2-13)

式中：

N——交叉口個數；

C——輸出矩陣；

由式(2-12)和(2-13)得，系統的狀態空間方程如下：

c)為了便于控制算法的收斂性分析，先給出所需要的一些基本假設：

假設1：在迭代過程中系統滿足重復的初始重置條件，即：

x_n(0)＝x_d(0),y_n(0)＝y_d(0)

式中：

x_d(0)——期望的狀態初值；

y_d(0)——期望輸出的初值；

n——迭代次數。