基于模糊控制的城市區(qū)域道路交通協(xié)調(diào)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種城市區(qū)域道路交通協(xié)調(diào)控制方法及系統(tǒng)，具體設(shè)及一種基于模糊 控制的城市區(qū)域道路交通協(xié)調(diào)控制方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前平交路口所采用的信號(hào)控制方式主要有Ξ種，分別為定時(shí)控制方式、感應(yīng)控 制方式及自適應(yīng)控制方式。
[0003] (1)定時(shí)控制方式是采用預(yù)先設(shè)定的信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行信號(hào)控制，不考慮實(shí)時(shí)的 車輛信息，無法根據(jù)車輛到達(dá)的數(shù)量多少而改變信號(hào)配時(shí)，其參數(shù)是由已知的數(shù)據(jù)經(jīng)過一 系列的數(shù)學(xué)運(yùn)算推倒出來的，信號(hào)是依據(jù)周期反復(fù)執(zhí)行的，所W很難反映出交通系統(tǒng)的內(nèi) 在規(guī)律。
[0004] (2)感應(yīng)控制方式采取的方法是利用線圈檢測(cè)器采集路網(wǎng)中的交通流量，W此來 計(jì)算相位時(shí)間，能夠客觀地反映出交叉路口的動(dòng)態(tài)交通流信息，但是運(yùn)種方式只對(duì)當(dāng)前相 位的信息進(jìn)行了考慮，也僅僅使用了簡(jiǎn)單信號(hào)相位延時(shí)原理，對(duì)遇到紅燈時(shí)所造成的車輛 滯留并沒有給予考慮。
[0005] (3)自適應(yīng)控制方式是一種先進(jìn)的智能控制方式，基于智能控制方法進(jìn)行城市道 路交通信號(hào)燈控制是目前城市道路控制最前沿的技術(shù)。模糊控制是一種先進(jìn)的自適應(yīng)智能 控制方法，其最主要的思想就是使用自然語言來描述模糊控制需要用到的規(guī)則庫(kù)。
[0006] 與本發(fā)明技術(shù)最接近的方案是中國(guó)專利授權(quán)公告為CN102521990B，授權(quán)公告日為 2013年12月4日的發(fā)明專利。公布了一種基于圖像處理的智能交通燈的控制方法，該控制方 法依次包括利用FPGA系統(tǒng)模塊及其上連接的CMOS圖像傳感器、外圍控制設(shè)施、LCD顯示模塊 和SDRAM存儲(chǔ)器的圖像采集模塊、圖象處理模塊W及通過模糊控制模塊實(shí)現(xiàn)的綠燈控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法、區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及城市區(qū)域道路 交通協(xié)調(diào)控制方法，W實(shí)現(xiàn)對(duì)城市路網(wǎng)交通優(yōu)化，降低路口等候時(shí)間，提高通行效率。
[000引為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法，包括:檢測(cè)各平交 路口所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)路段上的交通流量信息，W獲得各平交路口各相位的實(shí)際綠燈延長(zhǎng)時(shí)間 T2;判斷平交路口各相位的最小綠燈時(shí)間Gmin、實(shí)際綠燈延長(zhǎng)時(shí)間T2之和與最大綠燈時(shí)間Gmax 的關(guān)系，W控制各平交路口的綠燈相位。
[0009]進(jìn)一步，所述區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法還包括:初始化，即設(shè)置信號(hào)燈的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)的 重復(fù)次數(shù)η，且η = 0;通過車輛流量檢測(cè)裝置檢測(cè)各平交路口的交通流量信息狀況，確定下 一時(shí)段的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng);設(shè)置各平交路口的相位標(biāo)志位flag,即各平交路口的初始相位標(biāo) 志位flag = 0，且當(dāng)初始相位標(biāo)志位f lag = 1時(shí)表示為當(dāng)前綠燈相位;設(shè)定平交路口各相位 的最小綠燈時(shí)間Gmin和最大綠燈時(shí)間Gmax;設(shè)定東西直行方向?yàn)楦髌浇宦房诟鱾€(gè)信號(hào)周期時(shí) 長(zhǎng)內(nèi)的初始相位，且設(shè)定東西直行相位、東西左轉(zhuǎn)相位、南北直行相位和南北左轉(zhuǎn)相位的相 位優(yōu)先級(jí)依次從高到低；w及在初始時(shí)刻，各平交路口的東西直行相位均設(shè)置為最小綠燈 時(shí)間Gmin。
[0010]進(jìn)一步，所述區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法還包括:根據(jù)各平交路口的相位標(biāo)志位flag的值 對(duì)各平交路口的相位切換，且依據(jù)信號(hào)燈一周期內(nèi)的交通流數(shù)據(jù)信息，計(jì)算出下一時(shí)段的 信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)。
[0011 ]進(jìn)一步，所述實(shí)際綠燈延長(zhǎng)時(shí)間T2的方法包括：
[0012]建立兩級(jí)模糊控制器，即一級(jí)模糊控制器FCI、二級(jí)模糊控制器FCII;
[0013]所述一級(jí)模糊控制器FCI的輸入變量分別為Fi (t)和F2 (t)，其輸出變量為時(shí)間Τι; [0014]所述二級(jí)模糊控制器FCII的兩輸入分別為時(shí)間Τι和預(yù)設(shè)信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)的剩余時(shí) 間Trest，其輸出為實(shí)際綠燈延長(zhǎng)時(shí)間Τ2 ;其中
[001引Fi(t)表示一控制區(qū)域內(nèi)，平交路口（i，j)當(dāng)前時(shí)刻綠燈相位上、下游近端車輛檢 測(cè)器之間的車輛數(shù)之和的最大值減去該平交路口當(dāng)前時(shí)刻紅燈相位上、下游遠(yuǎn)端車輛檢測(cè) 器之間的車輛數(shù)之和的最大值；
[0016] F2(t)表示t時(shí)刻時(shí)，上一平交路口（iJ+1)與平交路口（i，j)之間路段的車輛數(shù)和 下一平交路口（iJ-1)與平交路口（i，j)之間路段的車輛數(shù)的最大值。
[0017] 進(jìn)一步，判斷最小綠燈時(shí)間Gmin、實(shí)際綠燈延長(zhǎng)時(shí)間T2之和與最大綠燈時(shí)間Gmax的 關(guān)系，即
[0018] 若Gmh+T2<Gmax，則將實(shí)際綠燈延長(zhǎng)時(shí)間T2作為當(dāng)前綠燈相位延時(shí)時(shí)間；
[0019] 若Gmin+T2含Gmax，則當(dāng)前綠燈相位延時(shí)時(shí)間為Gmax-Gmin。
[0020] 進(jìn)一步，在綠燈相應(yīng)延時(shí)時(shí)間的末尾，適于通過相位標(biāo)志位flag進(jìn)行相位切換； [0021 ]通過相位標(biāo)志位flag進(jìn)行相位切換的方法包括：
[0022] 根據(jù)采集得到的交通流量數(shù)據(jù)信息，放行紅燈滯留最大的相位為下一時(shí)段的綠燈 相位；當(dāng)有不止1個(gè)平交路口的相位標(biāo)志位f 1 a g = 1時(shí)，則按照初始相位的優(yōu)先級(jí)高低順序 置區(qū)域內(nèi)各平交路口的下一個(gè)綠燈相位;并且置下一綠燈相位的初始綠燈時(shí)間為Gmin。
[0023] 又一方面，本發(fā)明提供了一種區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括：
[0024] -車輛流量檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)各平交路口的相應(yīng)路段上的交通流量信息；
[0025] 與該車輛流量檢測(cè)裝置相連的控制模塊，該控制模塊分別與各平交路口的信號(hào)燈 控制器相連;其中
[0026] 所述控制模塊適于根據(jù)獲得的交通流量信息，計(jì)算出各平交路口各相位的的實(shí)際 綠燈延長(zhǎng)時(shí)間T2,并判斷平交路口各相位的最小綠燈時(shí)間Gmin、實(shí)際綠燈延長(zhǎng)時(shí)間T2之和與 最大綠燈時(shí)間Gmax的關(guān)系，W控制各平交路口的綠燈相位。
[0027] 進(jìn)一步，所述車輛流量檢測(cè)裝置包括:在平交路口各個(gè)路段上分別設(shè)有車輛流量 檢測(cè)裝置，所述車輛流量檢測(cè)裝置包括:近端車輛檢測(cè)器和遠(yuǎn)端車輛檢測(cè)器;其中
[0028] 近端車輛檢測(cè)器采用攝像探頭，遠(yuǎn)端車輛檢測(cè)器采用環(huán)形線圈車輛傳感器。
[0029] 第Ξ方面，本發(fā)明提供了一種城市區(qū)域道路交通協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：
[0030] 步驟S1，根據(jù)城市中的路網(wǎng)狀況進(jìn)行控制區(qū)域劃分；
[0031] 步驟S2,將劃分好的各控制區(qū)域分別建立相應(yīng)兩級(jí)模糊控制器，W對(duì)信號(hào)燈進(jìn)行 控制。
[0032] 進(jìn)一步，所述的城市區(qū)域道路交通協(xié)調(diào)控制方法，所述步驟S1中根據(jù)城市中的路 網(wǎng)狀況進(jìn)行控制區(qū)域劃分的方法包括：
[0033] 步驟S11，初步劃分，即根據(jù)路網(wǎng)中兩平交路口間的連線長(zhǎng)度L，對(duì)城市路網(wǎng)的平交 路口群進(jìn)行初步劃分；
[0034] 步驟S12,細(xì)分，即根據(jù)路網(wǎng)中各平交路口之間相關(guān)度，定義其禪合度，且依據(jù)該禪 合度對(duì)初步劃分后的較大控制區(qū)域進(jìn)行細(xì)分，直到控制區(qū)域內(nèi)的各平交路口之間有較大的 相關(guān)性時(shí)，停止劃分;其中
[0035] 所述步驟S12中禪合度的獲得方法包括：
[0036] 將影響交通控制區(qū)域劃分的各因素各自集合，W得到各平交路口之間相關(guān)度的評(píng) 價(jià)準(zhǔn)則，即相鄰平交路口間距L、交通流量q、排隊(duì)長(zhǎng)度Q和信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)C;
[0037] 將平交路口（i，j)的各指標(biāo)值組成的矢量稱為該平交路口的禪合矢量將其 表示如公式(1)所示：
[00：3 引
（1);
[0039] 且禪合矢量取模值
其中，K為正比例關(guān)系符號(hào)；
[0040] 其中，若相鄰平交路口間距L越大，則yU'Jl越小，表示平交路口之間相關(guān)度越小;而 交通流量q越大、排隊(duì)長(zhǎng)度Q越長(zhǎng)、信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)C越接近，則越大，平交路口之間的相關(guān) 度越大；
[0041 ]根據(jù)兩個(gè)相關(guān)平交路口，即平交路口（ i，j)、上一平交路口（ i，j+1)相關(guān)度的禪合 矢量和yUj+u，兩平交路口之間的禪合度明戸化"由公式(2)得出：
(2)[0043] 所述禪合度明:說。滬"''"，^心'+。）巨的，1],禪合度越大，則相互禪合的平交路口之 間的相關(guān)程度越大，并劃分到同一個(gè)控制區(qū)域進(jìn)行控制；
[0042]
[0044] 上式中
是兩個(gè)常量，1非< + w，i含Q含+W，衛(wèi)
I · I |p和II · I Iq分別是各個(gè)矢量的P范數(shù)和Q范數(shù)，i = i、 2、......、M，j = l、2、......、N;W 及
[0045] 所述步驟S2將劃分好的各控制區(qū)域分別建立相應(yīng)兩級(jí)模糊控制器，W對(duì)信號(hào)燈進(jìn) 行控制的方法采用所述的區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法。
[0046] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法、區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及城市區(qū) 域道路交通協(xié)調(diào)控制方法，其采用兩種車輛檢測(cè)器，實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)平交路口的車流量信息； 定義禪合度概念，對(duì)城市路網(wǎng)進(jìn)行控制子區(qū)的劃分，對(duì)劃分后的控制子區(qū)建立兩級(jí)模糊控 制器，減少了算法的時(shí)間復(fù)雜度，大大節(jié)省了時(shí)間，提高了執(zhí)行的效率；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了全時(shí)段 的智能化，無需人工干預(yù)。
[0047] 有效緩解客流高峰期的擁擠情況，減少車輛在控制子區(qū)域內(nèi)的平均排隊(duì)長(zhǎng)度，從 而大大降低了車輛的平均延誤時(shí)間。
[0048] 減少車輛在平交路口處停車時(shí)間，甚至不停車通過，減少車輛停車重啟的次數(shù)，有 效的節(jié)約能源，同時(shí)也減少環(huán)境污染。
[0049] 該方案除利用到車輛傳感器外，無其他較大經(jīng)濟(jì)投入，成本合理可控，易于實(shí)現(xiàn)。
[0050] 該方案具有可擴(kuò)展性，可利用其它更加的先進(jìn)的算法進(jìn)行優(yōu)化，如免疫算法，可更 好的控制交通客流。
【附圖說明】
[0051] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0052] 圖1是城市路網(wǎng)各平交路口位置標(biāo)識(shí)示意圖；
[0053] 圖2是多路口控制子區(qū)劃分示意圖；
[0054] 圖3是平交路口車輛檢測(cè)器設(shè)置示意圖；
[0055] 圖4是車道編號(hào)及其車流方向示意圖；
[0056] 圖5是兩級(jí)模糊控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057] 圖6(a)為輸入變量Fi(t)的隸屬函數(shù)圖，圖6(b)為輸入變量F2(t)的隸屬函數(shù)圖，圖 6(c)為輸出變