[發明專利]一種基于數字信息素的智能交通信號燈實時調控方法

有效

• 申請號: 201810984108.7
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109035811B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 鄒廣宇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G08G1/07
• 分類號: G08G1/07;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明屬于計算機應用技術領域，公開了一種基于數字信息素的智能交通信號燈實時調控方法。該方法利用數字信息素作為媒介實現既能預測車流也可以平滑綠信比的智能交通信號燈實時調控。首先采集數字信息素，依次進行累積、蒸發和擴散三個行為，更新數字信息素；而后，調控交通信號燈綠信比。數字信息素的擴散使得信息素可以早于車流到達交通信號燈，從而具有預測的作用。另一方面，數字信息素的蒸發具有之前車流的信息，從而具有記憶功能。數字信息素的預測與記憶特性，是數字信息素優于單純車流信息的關鍵所在。使得基于數字信息素的智能信號燈系統具有以往單純基于車流的智能信號燈無法比擬的優勢。

技術領域

本發明屬于計算機應用技術領域，涉及一種基于自組織理論的智能交通信號燈實時調控方法。

背景技術

近年來，隨著互聯網和嵌入式技術的飛速發展，越來越多的智能交通信號系統被應用到城市交通系統中，以期減輕不斷加劇的道路擁堵。已有的智能交通信號系統的一個基本原則是根據實時車流動態地改變不同方向上信號燈的綠信比，即，某方向上的綠燈時長與此方向上的車流成正比。然后由于實際車流變化的不可預見性和突然性，如何預測車流和避免信號燈綠信比的劇烈波動是制約智能交通系統信號燈廣泛應用的一大挑戰。

數字信息素可以被看作是在自然界中相互聯系的個體間傳遞信息的生物化學物質(Kasinger H,Bauer B and Denzinger J.Design pattern for self-organizingemergent systems based on digital infochemicals.In:Proceedings of the sixthIEEE conference and workshops on engineering of autonomic and autonomoussystems,2009.)。當接收到這種信息素，會觸發接收者相應的行為。信息素可以分為在同類個體間傳播以及在不同類個體間傳播兩種。蟻群算法(Colorni A.and DorigoM.Distributed optimization by ant colonies.In:Proceedings of actes de lapremiere conference europeenne sur la vie artificielle,Paris,France,1991.)是數字信息素一個很好的例子。自然界中的螞蟻在運動過程中會在經過的路徑上留下信息素。同時，信息素開始揮發。螞蟻在選擇路徑時會選擇信息素更濃的那個方向。隨著時間的推移，最短路徑上的信息素堆積的要比更長路徑上的多。其原因是最短路徑上螞蟻來往的時間要短，所以相同時間區間內，最短路徑上螞蟻走過的次數更多，也就導致了更多的信息素的堆積。另一方面，更多的信息素也會吸引更多的螞蟻，這樣進一步強化最短路徑上的信息素含量。最終，幾乎所有的螞蟻都走在蟻巢和食物間的最短路徑上。

與自然界中的信息素類似，數字信息素已經被作為一種個體間協調配合的機制而應用于具有涌現特性分布式的復雜自適應系統中，使得多智能體模型中同種或異種個體可以相互間通信。本發明利用數字信息素作為媒介來控制交通信號燈，以期實現預測車流和預防綠信比劇烈抖動的目的。

發明內容

為了解決現有智能交通信號燈存在的問題，本發明利用數字信息素作為媒介實現一個既能預測車流也可以平滑綠信比的智能交通信號燈實時調控方法。傳統交通信號燈實時調控方法是直接根據實時車流數據動態調整綠信比，其問題是車流的不可預測性和震蕩性會導致信號燈時長的劇烈變化。本發明在車流和信號燈控制系統之間加入了一層數字信息素，如圖1所示。數字信息素源于車流但不同于車流，由于數字信息素的蒸發和擴散機制，可以實現平滑綠信比和預測車流的功能。

本發明的技術方案如圖2所示。在t時刻，首先采集由實時車流生成的數字信息素。之后判斷t時刻是否是一個信號燈控制周期的開始，即mod(t,T_c)＝0。如果是一個控制周期的開始時刻，則根據上一周期的信息素調整下一周期的綠信比；如果不是，則進行t+1時刻的數字信息素采集工作。此過程循環往復，不斷迭代更新。