[發(fā)明專利]基于改進(jìn)Webster函數(shù)和遺傳算法的交叉口信號燈配時優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910795812.2
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110517510B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張惠臻;袁泓濤;王成;王靖;高悅爾
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G08G1/01
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;李艾華

本發(fā)明涉及一種基于改進(jìn)Webster函數(shù)和遺傳算法的交叉口信號燈配時優(yōu)化方法，包括：根據(jù)傳統(tǒng)交叉口車輛延誤函數(shù)Webster函數(shù)獲取車輛延誤數(shù)據(jù)，根據(jù)點樣本產(chǎn)生實際的車輛延誤數(shù)據(jù)；對Webster函數(shù)獲得的車輛延誤數(shù)據(jù)和點樣本產(chǎn)生的車輛延誤數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，構(gòu)造改進(jìn)的交叉口車輛延誤函數(shù)；以改進(jìn)的交叉口車輛延誤函數(shù)作為第一目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，使用包括懲罰因子的改進(jìn)遺傳算法獲得最優(yōu)信號燈配時方案；將改進(jìn)遺傳算法獲得最優(yōu)信號燈配時方案作為訓(xùn)練集；采用XGBOOST回歸模型獲得實際車流對應(yīng)的信號燈配時方案。本發(fā)明方法實用性強(qiáng)、計算精度高、響應(yīng)速度快，可以大大提高車輛在交叉口的便捷性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智慧交通領(lǐng)域，尤其涉及一種基于改進(jìn)Webster函數(shù)和遺傳算法的交叉口信號燈配時優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

城市道路上汽車數(shù)量的日起增長，使得交通擁堵問題愈發(fā)嚴(yán)重，由此造成的全國經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上億元。道路交叉口作為城市道路的重要組成部分，其擁堵問題的緩解對于城市交通的良好發(fā)展事半功倍?，F(xiàn)有研究表明，優(yōu)化交叉口的信號燈配時可以有效緩解此問題。當(dāng)交通流量達(dá)到一定程度時，通過調(diào)節(jié)優(yōu)化信號燈配時，可以從時間上分離相互交織、沖突的交通流，使車輛在交叉口運行暢通、減少或避免交叉口擁堵，將交通事故發(fā)生的概率降到最低。

目前，各大城市各交叉口信號燈普遍采用固定配時，固定配時相對于實時配時具有便于管理的特性，但是采用固定配時不能對車流進(jìn)行實時匹配，可能會造成車流量延誤較大的問題。關(guān)于信號燈配時優(yōu)化的研究，車流量信息通常成為用于判別的有效信息。信號燈配時優(yōu)化按照方案的不同，普遍分為兩類：第一類，在計算車輛延誤模型，確認(rèn)目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)并求解一類的研究中：一些學(xué)者針對信號燈交叉口延誤模型做出綜述介紹，討論延誤計算模型在交叉口設(shè)計中的應(yīng)用。也有部分學(xué)者采用雙層模型，以上層模型目標(biāo)為乘客經(jīng)濟(jì)損失最小，下層則為尾氣排放最少，建立雙層規(guī)劃模型，并以傳統(tǒng)遺傳算法為優(yōu)化方法計算模型最小值。優(yōu)點是模型構(gòu)建完善，缺點是遺傳算法收斂速度過慢，并且缺少驗證方案正確性的評價指標(biāo)。第二類，一些學(xué)者以交通仿真確認(rèn)最優(yōu)化信號燈配時，以Vissim仿真軟件構(gòu)建基于規(guī)則的信號燈配時優(yōu)化方法，將靜態(tài)交通配時改變?yōu)榛谝?guī)則的方法，在實際數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實驗結(jié)果表明行程時間，延誤，排隊長度等評價方式都會有良好的優(yōu)化結(jié)果。Vissim仿真模型的優(yōu)點是較容易理解，缺點是缺少嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)公式推導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明一種基于改進(jìn)Webster函數(shù)和遺傳算法的交叉口信號燈配時優(yōu)化方法，可解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的Webster信號燈配時求解模型效率較低、求解精度較低、遺傳算法求解速度慢等缺點，同時本發(fā)明具有可擴(kuò)展性強(qiáng)，魯棒性好的特征。

本發(fā)明解其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于改進(jìn)Webster函數(shù)和遺傳算法的交叉口信號燈配時優(yōu)化方法，包括：

S1，根據(jù)傳統(tǒng)交叉口車輛延誤函數(shù)Webster函數(shù)獲取車輛延誤數(shù)據(jù)，根據(jù)點樣本產(chǎn)生實際的車輛延誤數(shù)據(jù)；對Webster函數(shù)獲得的車輛延誤數(shù)據(jù)和點樣本產(chǎn)生的車輛延誤數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，構(gòu)造改進(jìn)的交叉口車輛延誤函數(shù)；

S2，以改進(jìn)的交叉口車輛延誤函數(shù)作為第一目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，使用包括懲罰因子的改進(jìn)遺傳算法獲得最優(yōu)信號燈配時方案；

S3，將改進(jìn)遺傳算法獲得最優(yōu)信號燈配時方案作為訓(xùn)練集；采用XGBOOST回歸模型獲得實際車流對應(yīng)的信號燈配時方案。

優(yōu)選的，所述構(gòu)造改進(jìn)的交叉口車輛延誤函數(shù)，具體包括：

S11，通過傳統(tǒng)交叉口車輛延誤函數(shù)Webster函數(shù)計算某個指定交叉口的車輛延誤；Webster函數(shù)如下：