[发明专利]基于动态随机车流相位差协调机制的区域交通控制系统和方法

权利要求书

1.一种基于动态随机车流相位差协调机制的区域交通控制系统，其特征在于：所述系统包括子区协调控制器模块、子区信号协调优化模块、交通状态感知模块、配时方案输出模块、受控车流；

子区协调控制器模块的功能是通过子区信号协调优化模块得到最优配时方案和对应系统性能指标，即PI，将最优性能指标所对应的各个路口配时方案输出给配时方案输出模块；

子区信号协调优化模块的功能是根据交通状态感知模块采集到的交通信息，优化出各个路口最优的配时方案及其对应性能指标，送给子区协调控制器模块；

交通状态感知模块的功能是：采集各路口各车道上的车流量信息；

配时方案输出模块的功能是：把最终配时方案，通过信号输出装置作用于受控车流；

受控车流：控制系统最终调控对象；

一种基于动态随机车流相位差协调机制的区域交通控制系统的实现方法包括如下步骤：

步骤1：采集路网中各路口各车道上的车流量信息、各路口各车道上个周期遗留的车辆数；

步骤2：子区协调控制器模块根据感知模块采集到的交通信息，结合子区信号协调优化模块寻到子区中各路口各自最优的配时方案，包括：

将若干个交叉口组成的小区域交通网络作为研究对象，采用在道路上常用的四相位六车道模式，将整个子区延时分析分为两种情况：区域外部交叉口延时和区域内部交叉口入口延时，对于区域内部交叉口延时，构建一种基于动态随机车流相位差协调机制的区域交通控制延时模型，即式(2-11)，所述模型能适用于车流量具有波动性情况，即延迟模型具有较强的动态随机性：

其中：

q为实际交通流量veh/s，s为饱和流量veh/s，θ_a，b为交通流从交叉口a到交叉口b时下行相位差，L为两交叉口之间的距离，v为路网车辆平均车速，C为信号周期，x：为饱和度，x＝q/s；

除以设定时段通过该相位的车辆数，得到内部进口道该相位平均延时：

d_in＝D_in/Tq (2-12)

其中：T为分析时所设定的时段；

对于区域外部交叉口延时，通过构造一个辅助变量m_p，对HCM2000进行改进，构建新延迟模型如下：

即：

其中M为大于的一个整数，m_p为辅助变量，进而促使Mm_p值尽可能变大，为区域内各路段车辆平均控制延时，N_i，phase表示交叉口i的相位集合；

以子区内所有车辆平均延误最小为目标，建立子区交通信号协调控制优化模型，建立子区交通信号协调控制优化模型如下：

其中，PI表示优化目标函数，d_i，j，k表示子区内第i个交叉口第j相位第k个交通流的车辆平均延时时间，F_i，j，k表示第i个交叉口第j相位第k个交通流的流量，C_max表示最大周期时长，G_min表示最小周期时长，C_i表示第i个交叉口周期，C_j表示第j个交叉口周期，N_cross表示子区交叉口的数量，Green_i，j表示交叉口i第j相位绿灯时间，G_min，i，j表示交叉口i第j相位最小绿灯时间，X_i，j表示上行相位差，X_j，i表示下行相位差，n表示整数；

步骤3：控制系统的最终配时方案通过配时方案输出模块施加给受控车流，受控车流依照控制系统输出的控制信号配时方案行驶；

步骤4：通过信号采集模块获得当前系统车流运行状况，判断是否满足系统预期子区车辆平均延误，若满足，则当前配时方案即为此时段子区路网最佳配时方案；否则，转上述步骤1；

所述方法的流程具体包括如下步骤：

步骤1)初始化含N个子区交叉口配时方案，即N为整个种群规模的种群P，种群中每种配时方案经过编码后为X＝[x1,x2,x3,…,xn],n为决策变量维数，xi，i＝1，2，…,n为各个决策变量取值范围内的随机数，确定迭代终止条件，终止条件为迭代M代；

步骤2)计算种群中各配时方案性能指标值，并按性能指标值排序，选择预先设定数目的性能指标较优的配时方案直接进入新生代；

步骤3)对父代种群个体进行遗传操作，产生后代；

步骤4)将精英后代、交叉后代、变异后代组合成子代，即得到新的配时方案解集；

步骤5)判断是否达到迭代终止条件，如没有则转到步骤2)继续迭代；否则进入下一步；

步骤6)迭代结束，根据遗传算法解空间与编码对应关系，求得最优性能指标对应的配时方案解。