[发明专利]基于背压路由算法的分布式智能交通信号控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通领域，尤其涉及一种基于背压路由算法的分布式智能交通信号控制方法及装置。

背景技术

随着城市道路交通网的不断完善和发展，交通拥堵成为了一个日益严峻的，影响着人们日常生活的重要问题。同时，随着智能交通、智慧出行等技术与理念的出现，交通控制技术也成为了解决交通拥堵，节约人们出行时间，提升人们出行体验的实用技术与研究热点。

城市交通路口的信号灯控制是疏导交通流，缓解城市道路交通网拥堵的主要手段。目前已经在实际中部署与应用的自适应交通信号控制系统包括SCOOT(Split Cycle Offset Optimisation Technique)，SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic)等。SCOOT系统产生于70年代的英国，通过连续检测道路网络中交叉口所有进入车道的交通需求来优化配时方案，使交叉口的延误与停车次数最小。SCAT悉尼自适应交通系统由澳大利亚新南威尔士州道路交通局(RTA)研究开发，也是目前世界上少有的几个先进的城市信号交通控制系统之一。与传统的基于历史交通流信息的固定时长交通灯控制系统相比，自适应交通路口控制系统基于实时的交通流信息，可以更加有效的对通过交叉路口的车流进行调度。目前已有的城市交通路口信号灯控制分为单一交叉口控制与协同交叉口控制。单一交叉口控制虽然实现简单，但由于没有考虑各路段间交通流变化的相互关系，也难以应对路段容量有限导致的局部拥堵，从而使控制算法失效的问题，因此有着一定的局限性。背压路由是一种协同交叉口控制算法，这种控制算法的最大特点是基于Lyapunov漂移理论，因此能够保证整个道路网通过车流量最大化。在Lyapunov最优中通过Lyapunov函数来对动态系统进行最优化控制，并保证系统在各种形式下的最优。Lyapunov漂移理论在排队网络的最优控制中起到核心作用。然而，目前的背压路由算法主要基于传统的交通灯控制，也就是说，给出几种常见的路口通行策略，计算哪一种通行策略能够使得交叉路口的交通压力得到最大化释放。显然，自适应的，基于智能交通灯控制策略的交通灯控制能够真正意义上的实现Lyapunov漂移理论的网内交通流量最大化，同时也适合背压路由的分布式执行的特点。

发明内容

本发明的目的在于通过一种基于背压路由算法的分布式智能交通信号控制方法及装置，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于背压路由算法的分布式智能交通信号控制方法，该方法包括：通过智能交通灯对城市道路网内交通流进行分布式协同控制；采用背压路由算法控制与疏导城市道路网内交通流，使城市道路网内交通流通过率最大。

特别地，对于每个交通路口，计算其各通行路线对应的压力差即各通行路线对应的进入路口与驶出路口之间的压力差；并将各通行路线对应的压力差与当前时间片将通过该通行路线的车辆总数作相乘运算，获得当前该通行路线的通行优先权重；

预先定义与计算各城市交叉路口对应的车道冲突图，然后，根据各通行路线对应的通行优先权重，计算得出车道冲突图中总权重最大的独立集；

计算得出的车道冲突图中总权重最大的独立集作为当前优先通行的车道集合，并根据预先定义的调度周期时长，循环执行交通信号灯调度。

特别地，在计算各通行路线对应的进入路口与驶出路口之间的压力差时，采用正则化的压力差函数来计算压力差：

正则化压力函数为：压力＝车辆队列长度/路段容量，相应的，正则化压力差函数为：压力差＝(驶入路段车辆队列长度/驶入路段容量-驶出路段车辆队列长度/驶出路段容量)。

基于上述分布式智能交通信号控制方法，本发明还公开了一种基于背压路由算法的分布式智能交通信号控制装置，该装置包括：

预处理单元，用于预定义与计算交通路口的车道冲突图，并将计算结果发送给存储单元；

存储单元，用于存储车道冲突图，以及通信单元收集到的周围路段车流量信息；

响应单元，用于周期性响应交叉路口调度请求，负责各城市交通路口对应的车道冲突图中总权重最大的独立集的计算，以及各通行路线对应的进入路口与驶出路口的压力差的计算；

通信单元，用于各交叉路口的智能交通信号控制装置与车辆间的消息传递，从而保证响应单元接收与汇总路段车辆的到达与通过信息，也用于向交通路口正在等待或通过车辆发送响应单元计算得出的控制信息。