[发明专利]一种基于多智能体的交叉口信号控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能交通交叉口控制技术领域，涉及一种基于多智能体的交叉口信号控制方法。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快，机动车保有量迅猛增长，道路交通需求急剧增加。尽管近年来政府对城市交通基础设施建设投资不断加大，交通拥堵问题依然尖锐。交通拥堵不仅造成巨额的经济损失和环境质量恶化，甚至导致城市功能的瘫痪。然而经济的不断发展势必促使机动车拥有量在一个长时间内仍会持续高速增加，仅仅依靠加强交通基础设施的建设，无法从根源上解决问题。

信号配时方法是解决交通拥堵问题的有效手段。交叉口作为城市交通网络中的重要组成部分，是实现各路段交通流转换的节点，是城市交通拥挤的主要发生地。通过选取合适的交叉口交通信号控制方法能在车道相交叉处更好更合理的分配车辆通行权，使各类、各向交通流有秩序、高效率地通行。

信号控制根据控制方法可分为离线控制和在线控制，离线控制通常为定时控制，固定绿灯时间、相位和相序；在线控制包括感应控制和自适应控制。感应控制通过车辆检测器测定到达进口道的交通需求，在一个预置的时间间隔内，若无后续车辆到达，则即可更换相位；如检测到有后续车辆到达，每测得一辆车，绿灯延长一个预置的“单位绿灯延长时间”，只要在这个预置的时间间隔内，车辆中断就换相，连续有车，则绿灯连续延长，一直延长至一个预置的“极限延长时间”，此后，即使检测到后面仍有来车，也中断这个相位的通车权，转换至另一个相位；自适应控制把交通系统看作一个不确定的系统，通过测量状态量，如车流量、停车次数、延误时间和排队长度等，进行反馈，实现信号配时的动态优化调整，以解决交通网络的随机特性问题。

其中：离线控制即定时控制方法，虽然定时控制简单易于操作，但它不是需求响应式的，只要信号定时参数一旦确定，就不会随着交通流的变化而调整，因此它不能满足实际交通需求；感应控制克服了定时控制的不足，在一定程度上能够适应交通需求的随机变化，但是在传统的感应控制方法中，绿灯时间特别是绿灯延迟时间仍可能不被充分利用；自适应控制虽然可以通过调整信号控制参数改变周期时长、相序等以适应交通系统的需求，但算法复杂度高，实现难度大，不适于普遍推广应用。因此，需要一种能灵活适应交通流波动实时控制路段通行权且易于实现的交叉口交通信号控制方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多智能体的交叉口信号控制方法，该方法可以有效解决交叉口车辆碰撞、缓解交通拥堵问题，在增强交叉口区域交通安全运行的同时，保证车辆最佳行驶速度，最大限度地增强交叉口区域通行能力、缓解交通压力。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于多智能体的交叉口信号控制方法，该方法通过对车辆、路段、交叉口、信号灯等交通实体分别建立智能体模型，利用多智能体间的交互性、协调合作性实现交通信息实时动态共享；具体包括信号周期优化调控、冲突相位绿灯信号控制以及车速引导辅助控制三个环节。

进一步，所述信号周期优化调控环节，通过引入时间窗预测技术，利用车辆智能体和路段智能体动态交互信息，以整个交叉口延误和停车次数最小为优化目标，对信号灯智能体的绿灯时间进行优化调控。

进一步，所述冲突相位绿灯信号控制环节，利用交叉口智能体与车辆智能体交互获得的车辆预计到达时间以及车辆转向意图等信息，对车辆转向信号时间进行优化控制，避免发生交通流冲突现象。

进一步，在所述车速引导辅助控制环节中，车辆智能体通过与交叉口智能体交互，获取能够有效通过该交叉口的有效速度区间范围，诱导车辆在不和其他方向的交通流发生冲突碰撞的前提下保持最大行驶速度。

进一步，所述车辆智能体是交通系统控制策略的基本承担者和执行者，主要包括车辆特性、车辆行为特性、通信接口与方式；车辆特性主要包括车辆行驶方向、车辆加速能力、车辆驾驶员所能接受的速度上限值、车辆在路网中的位置等基本属性参数；车辆智能体的行为特性主要由车辆加速、减速、方向选择、询问当前交通状态的方式、速度调节方式、跟车策略等体现车辆动态行为特点的实现方法所组成；当车辆智能体到达某个交叉口智能体所管理的路段智能体上时，车辆智能体通过通信单元向所在交叉口智能体及路段智能体发送包含当前车辆状态信息的报告并询问当前交叉口区域的交通状态信息。