一種單交叉口交通信號優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通領(lǐng)域，具體設(shè)及一種單交叉口交通信號優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進(jìn)程的加快，現(xiàn)有城市道路的通行能力與不斷增長的交通需求之間的 矛盾變得日益尖銳，從而交通擁堵問題變得日益嚴(yán)重。通過使用智能控制算法對區(qū)域交通 信號進(jìn)行科學(xué)控制W及對交通流進(jìn)行合理誘導(dǎo)疏散，來緩解交通擁堵，提高交通通行安全 和通行效率，是目前國家大力發(fā)展和應(yīng)用的重要手段。近些年，大連理工大學(xué)李曉娜（李曉 娜.單交叉口自適應(yīng)控制方法的研究巧].大連理工大學(xué)，2006.)提出了單交叉口自適應(yīng) 控制方法；合肥工業(yè)大學(xué)孟祥龍（城市道路單交叉口魯椿控制方法研究巧].合肥工業(yè)大 學(xué)，2013)提出了城市道路單交叉口魯椿控制方法；北京交通大學(xué)高俊俠（城市單交叉口交 通信號模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真巧].北京工業(yè)大學(xué)，2004)提出了城市單交叉口交通信 號模糊控制系統(tǒng)等。
[0003] W上研究在模型或策略上依然存在不足的地方，故本發(fā)明在建立單交叉口交通信 號優(yōu)化控制模型的基礎(chǔ)上，采用模糊自適應(yīng)策略，提出了一種求解該模型的混濁遺傳算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題在于提供一種單交叉口 交通信號優(yōu)化控制方法，能在保證交通安全的前提下，實(shí)現(xiàn)單交叉口交通信號的優(yōu)化配時。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明可W通過W下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)；一種單交叉口交通 信號優(yōu)化控制方法，包括W下步驟：
[0006] 1)建立單交叉口交通信號優(yōu)化控制模型，具體步驟如下：
[0007] 11)第一相位內(nèi)車輛總延誤時長Di為：

[0029]W上公式中，T表示周期時長，Ry表示第i相位j方向的交通流；Du表示第i相位 j方向車輛延誤時長；Sy表示周期開始時，第i相位j方向已存在的排隊(duì)車輛數(shù)；X i表示第 i相位的綠燈時間；Cy表示第i相位j方向的車流量到達(dá)率；gU表示綠燈時間內(nèi)第i相位 j方向上的車流量離開率，其中，j= 1，2, 3, 4分別表示東、南、西、北方向；
[0030] 12)單交叉口在一個周期內(nèi)車輛總延誤時長D為：
[0031] D=D1+D2+D3+D4 (19)
[0032] 13)根據(jù)單交叉口周期內(nèi)車輛總延誤時長，可得到信號配時模型：
[003引 護(hù)=minD (20)
[0034] (21)
[003引其中tmh〉0、分別是預(yù)先給定的相位最小、最大配時時長；
[0037]
[0036]14)為求解公式（20)、（21)的非線性優(yōu)化問題，采用加懲罰函數(shù)的方法，所述問題 轉(zhuǎn)化為：
(22)
[003引其中，最后一項(xiàng)是懲罰函數(shù)，用于保證出現(xiàn)交通安全、道路損壞等交通問題時，控 制器能及時調(diào)整配時方案，參數(shù)a為較大的事先給定的正數(shù)；
[0039] 2)設(shè)計(jì)一種基于模糊自適應(yīng)的混濁遺傳算法，W求解上述單交叉口交通信號優(yōu)化 控制模型，具體步驟如下；
[0040] 21)初始化群體，通過染色體編碼技術(shù)，將單交叉口相位差作為基因編碼，從而構(gòu) 造染色體形成種群樣本；
[0041] 22)選取恰當(dāng)?shù)姆N群適應(yīng)度函數(shù)，該函數(shù)可W根據(jù)待優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)決定；同時 設(shè)置相應(yīng)的遺傳參數(shù)，包括：種群規(guī)模N和最大混濁迭代次數(shù)S;
[0042] 23)計(jì)算種群樣本的方差V和滴S，同時將遺傳過程中的變異概率Pm與交叉概率 P。需經(jīng)過模糊推理得到，并且每次進(jìn)化過程中不斷更新，其中推理步驟如下：
[0043] 231)由公式（23)與公式（24)自動改變遺傳交叉率P。和變異率Pm;
[0046] 式中；fma，為當(dāng)前種群最大適應(yīng)值；fwg為當(dāng)前種群平均適應(yīng)值；f'為待交叉兩個 體適應(yīng)值中較大者；f為待變異個體的適應(yīng)值；氣，C;，&,，fw;為正的常數(shù)；
[0047] 232)種群樣本的差異性可W由公式（25)表示為：
[0049] 而個體樣本的差異性可W由公式（26)表示為：
[0048] 口日）
[00加] (26)
[0化1] 上式中；fwg為種群平均適應(yīng)值，f。"為種群最大適應(yīng)值，f為待操作個體適應(yīng)值；
[0化2] 24)通過限定遺傳群體的離散變量集，需采用Logistic映射公式得到相應(yīng)的混濁 變量，并映射到待優(yōu)化的變量中，其變換式為；Xi' =ai+biXi;
[0化3] 25)計(jì)算種群樣本個體適應(yīng)度值，同時進(jìn)行自適應(yīng)選擇操作，保留最優(yōu)個體，將得 到的最優(yōu)個體不參與交叉和變異操作，其余非最優(yōu)個體則采用賭輪選擇方式進(jìn)行交叉和變 異操作；
[0054] 26)將遺傳過程中交叉率P。按照相應(yīng)的交叉方式對選中的多對個體進(jìn)行交叉操 作；同時變異率Pm也需按照相應(yīng)的變異方式對選中的個體進(jìn)行相應(yīng)的變異操作；
[00巧]27)選取經(jīng)歷遺傳過程后適應(yīng)值較高的優(yōu)良個體，對該些較好的優(yōu)良個體進(jìn)行微 小混濁擾動操作，使得在混濁捜索過程中能夠自適應(yīng)地調(diào)整擾動幅度；
[0化6] 28)如果滿足最大迭代次數(shù)N，則終止迭代運(yùn)算，否則轉(zhuǎn)23)。
[0化7] 作為本發(fā)明的單交叉口交通信號優(yōu)化控制方法的優(yōu)選實(shí)施方式，在步驟232)之 后的步驟包括：
[0化引將模糊變量El劃分成S個語言集合{大，中，小}，模糊變量E2也化分成S個語言 集合{正，零，負(fù)};同樣將交叉率P。與變異率Pm也劃分為S個語言集合{大，中，小}，當(dāng)E1 為"大"，則表示群體樣本的多樣性好，交叉率P。和變異率Pm將取"小"，反之則取"大";當(dāng)E2 為"正"，則說明該個體樣本"優(yōu)秀"，交叉率P。和變異率Pm將取"小"，反之將取"大"。
[0059] 實(shí)施本發(fā)明的單交叉口交通信號優(yōu)化控制方法的技術(shù)方案具有如下有益效果：本 發(fā)明在建立單交叉口交通信號優(yōu)化控制模型的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)模糊自適應(yīng)策略，提出了 一種求解該模型的混濁遺傳算法，應(yīng)用本發(fā)明方法能在保證交通安全的前提下，實(shí)現(xiàn)單交 叉口交通信號的優(yōu)化配時。本發(fā)明采用的仿真分析表明本發(fā)明的單交叉口交通信號優(yōu)化控 制方法簡明有效。
[0060] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予W實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠 更明顯易懂，W下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0061] 利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限 制。
[0062] 圖1是本發(fā)明的單交叉口交通信號優(yōu)化控制方法的單交叉口相位示意圖。
[0063] 圖2是本發(fā)明的單交叉口交通信號優(yōu)化控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，其作為本說明書的一部分，通過 實(shí)施例來說明本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其他方面、特征及其優(yōu)點(diǎn)通過該詳細(xì)說明將會變得 一目了然。在所參照的附圖中，不同的圖中相同或相似的部件使用相同的附圖標(biāo)號來表示。 為使本發(fā)明更加容易理解，下面將進(jìn)一步闡述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[00化]本發(fā)明考慮單交叉口交通信號控制問題，它有4個相位，如圖1所示。本發(fā)明在建 立單交叉口交通信號優(yōu)化控制模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)模糊自適應(yīng)策略，提出了一種求解該模 型的混濁遺傳算法。
[0066] 如圖1-2所示，本發(fā)明的一種單交叉口交通信號優(yōu)化控制方法包括W下步驟：
[0067] 1)建立單交叉口交通信號優(yōu)化控制模型。具體步驟如下：
[0068] 11)第一相位內(nèi)車輛總延誤時長Di為：
[00 例Di=Dii+D。 (1)
[0090] W上公式中，T表示周期時長，Ry表示第i相位j方向的交通流；Du表示第i相位 j方向車輛延誤時長；Sy表示周期開始時，第i相位j方向已存在的排隊(duì)車輛數(shù)；Xi表示第 i相位的綠燈時間；Cy表示第i相位j方向的車流量到達(dá)率；gU表示綠燈時間內(nèi)第i相位 j方向上的車流量離開率。（j= 1，2, 3, 4分別表示東、南、西、北方向）。
[0091] 12)單交叉口在一個周期內(nèi)車輛總延誤時長D為；
[0092] D=D1+D2+D3+D4 (19)
[0093] 13)根據(jù)單交叉口周期內(nèi)車輛總延誤時長，可得到信號配時模型：
[0094]護(hù)=minD (20)
[0095] (21)
[0096] 其中tmh〉0、tm"〉0 分別是預(yù)先給定的相位最小、最大配時時長。
[0097]14)為求解公式（20)、（21)的非線性優(yōu)化問