[發(fā)明專利]一種基于MFD的路網(wǎng)交通信號迭代學(xué)習(xí)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810374659.1
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108648446B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊曦;黃青青;沈國江;劉志;朱李楠;劉端陽;阮中遠
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G08G1/08;G08G1/081;G06F17/16
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.一種基于MFD的路網(wǎng)交通迭代學(xué)習(xí)控制方法，其特征在于利用MFD結(jié)合迭代學(xué)習(xí)控制的思想對大型的城市路網(wǎng)進行信號控制，步驟如下：

1)基于MFD獲取道路理想占有率：

1.1獲取子區(qū)MFD的交通數(shù)據(jù)：將一個規(guī)模較大的城市路網(wǎng)進行劃分，得到若干個子區(qū)R_i，其中i∈{1,2,3...}，子區(qū)劃分的算法采用Ncuts算法進行劃分，將大規(guī)模的城市路網(wǎng)分解為多個“同質(zhì)”的子區(qū)，得到各個子區(qū)的交通數(shù)據(jù)；

1.2子區(qū)MFD擬合：通過各子區(qū)的交通數(shù)據(jù)，不同時刻的累積車輛數(shù)和子區(qū)的輸出流量的MFD特性，采用3階多項式進行擬合，對于任意子區(qū)R_i擬合形式如下：

其中，n_i為子區(qū)R_i的累積車輛數(shù)，a₁～a₄為擬合系數(shù)；

采用最小二乘法確定經(jīng)驗公式中的擬合系數(shù)：

其中，y_i為子區(qū)R_i的實際輸出流量，G(n_i)為子區(qū)R_i流量的近似擬合曲線，根據(jù)上式最小化數(shù)據(jù)偏差δ_i²，從而得到MFD的擬合結(jié)果，根據(jù)擬合結(jié)果求得擬合曲線的極值點

1.3確定道路理想占有率：根據(jù)步驟1.2的MFD擬合結(jié)果，得到各子區(qū)的最佳累積車輛數(shù)根據(jù)子區(qū)R_i的網(wǎng)路結(jié)構(gòu)對子區(qū)內(nèi)部的車輛加權(quán)處理，得到子區(qū)R_i中各道路的理想占有率：

其中為步驟1.2子區(qū)R_i的MFD擬合得到的最佳累計車輛數(shù)，D_i表示子區(qū)R_i內(nèi)的各路段長度之和，為道路j的理想占有率(其中j∈R_i)，作為步驟2)中系統(tǒng)控制設(shè)計的參考目標(biāo)；

2)基于迭代學(xué)習(xí)控制優(yōu)化交叉口信號配時：

2.1開閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制策略：開閉環(huán)的迭代學(xué)習(xí)控制結(jié)構(gòu)可以表示為以下形式：

其中，u_n(k)為第n次迭代過程第k個采樣時刻的控制向量，e_n(k)為第n次迭代過程第k個采樣時刻的誤差，k^c為閉環(huán)學(xué)習(xí)控制率，k^o為開環(huán)學(xué)習(xí)控制率；

2.2建立狀態(tài)空間方程：

其中為狀態(tài)向量，表示路網(wǎng)中各路段包含的車輛數(shù)；u(k)＝[g₁(k),...,g_N(k)]^T為控制向量，表示路網(wǎng)中所有相位的綠燈時間；d(k)為狀態(tài)擾動向量，表示各路段的擾動；y(k)＝[o₁(k),...,o_N(k)]^T為系統(tǒng)輸出，反映路網(wǎng)中各路段的占有率；輸入矩陣B反映了路網(wǎng)的相位、周期、飽和流量；輸出矩陣C表示表示道路容量和車輛長度的特征；

2.3優(yōu)化各交叉口的信號配時：將交通模型中的綠燈時間u(k)作為開閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)的控制輸入，路段的車輛數(shù)x(k)作為控制狀態(tài)變量，系統(tǒng)的狀態(tài)輸出與路段車輛數(shù)相同；選擇合適的學(xué)習(xí)率k^c和k^o，調(diào)整交叉口的綠燈時間，控制子區(qū)內(nèi)部的道路占有率，使其追蹤理想的道路占有率；

2.4重復(fù)步驟2.3，迭代調(diào)整各路口的信號配時，直到路網(wǎng)的車輛數(shù)達到步驟1)中設(shè)定的理想值均衡整個路網(wǎng)內(nèi)部的車輛數(shù)。