[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

说明书

本发明公开了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，该方法包括步骤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，采用所建立的基于动态随机车流相位差协调机制的子区信号协调优化模块。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，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，则当前配时方案为此时段子区路网最佳配时方案；否则，转上述步骤1。该方法减少交通拥堵，快速协调各个路口信号控制，降低区域路网平均车辆延误。

技术领域

本发明涉及一种基于动态随机车流相位差协调机制的区域交通协调控制系统和方法，属于智能交通技术领域。

背景技术

城市交通系统是现代城市发展的基础，城市交通控制是现代城市智能交通系统的一个重要的组成部分。随着城市交通网络的发展及交通负载不断增大，如何提高城市交通路网的交通效率，已成为一个亟待解决的问题。区域交通协调控制技术是解决这一问题的有效途径。现有的区域交通协调控制技术中，有的结合并行学习技术，提出一种基于强化学习自适应交通信号控制方案，利用并行学习的优点来增强智能算法探索能力，减少车辆延迟时间和排队长度；有的在车辆延误模型HCM2000的基础上纳入相位差因素,建立以最小化车辆平均时延为目标的优化模型,通过进化算法进行全局优化。有的对HCM2000延误模型进行改进，使其能应用于混合整数非线性优化，同时建立以交叉口总平均控制延迟最小优化模型，并运用VISSIM 提供的仿真模型应用编程接口，在AMPL(数学编程语言)中对模型进行编码，通过仿真验证了提出的改进延误模型可靠性。以上技术方案大多通过构建交通模型，采用智能算法优化控制，在一定程度上提高了交通效率。但仍存在一些问题：如区域协调优化控制模型未充分利用子区内相位差的协调、未充分考虑车辆随机到达特性、采用的优化算法的优化效果有待进一步提高等。针对HCM2000延时模型，由于未融入交叉口间相位差协调控制机制，导致子区交叉口之间难以形成整体协调控制，造成车辆通过子区平均延时变高；以及入口车辆随机到达，导致入口交通流具有波动性，造成入口车辆平均延时计算不准确。本发明构建了一种动态随机车流延误计算模型，并在子区入口构建了一种混合整数非线性优化车辆延误计算模型；在子区内部引入了动态随机车流相位差协调控制机制，并运用改进遗传算法实现子区交通信号协调优化控制。

发明内容

本发明目的在于针对现有区域交通控制系统存在的问题，提出了一种基于动态随机车流相位差协调机制的区域交通协调控制系统和方法，该方法将路网子区交通流分为子区内部路口交通流和边缘路口交通流两部分，通过引入相位差协调机制，将整个路网子区内所有交叉口关联起来，再通过改进HCM2000车辆延误模型，使其适用于子区交通流存在波动性情形。结合改进型车辆延误模型，以子区内车辆平均时延最短作为优化目标，建立了基于动态随机车流相位差协调机制的子区交通信号协调控制模型。本发明能显著地降低区域路网车辆平均延误时间。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于动态随机车流相位差协调机制的区域交通协调控制系统，该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(Performance index)。比较现行控制方案的性能指标与调整配时后方案的性能指标，将其中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。