基于进化多目标优化和蚁群算法的交通控制与诱导系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于进化多目标优化和蚁群算法的交通控制与诱导系统及其实 现方法，属于智能交通的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着交通流的日益增大及复杂化，城市路网拥堵的问题越来越严重，现有的智能 交通控制难以提高城域交通系统的整体效率。将主动引导交通流、均衡交通负载的诱导系 统和被动疏导交通流的控制系统有机结合是解决城市交通问题的有效途径。如何构建这样 的智能交通系统优化模型及其优化方法已成为当前的研宄热点和关键技术。现有交通控制 系统难以有效兼顾各种指标根据实时交通状态高效调节控制信号配时；区域多路口协调方 式中各路口控制耦合度高，协调控制复杂，实时性差，并且对路口拥堵预判能力差；诱导系 统较少考虑道路上的动态代价和出行者的起始地与目的地，并且难以与控制系统有效地协 调工作。本发明是有效解决这些问题的新技术手段。
【发明内容】
[0003] 本发明目的在于针对现有交通控制系统存在的问题，提出了一种基于进化多目标 优化和蚁群算法的交通控制与诱导系统和方法，该方法将基于进化多目标优化的交通控制 与基于蚁群算法优化的诱导技术相结合，控制系统构建了单路口多目标优化控制模型及路 口间的协调机制，采用改进的进化多目标优化算法实现交通信号优化。诱导系统采用构建 等效路径的方法，结合改进的蚁群算法获得最优等效路径，实现对交通流的主动引导。本发 明的应用能有效引导交通流，均衡交通负载，提高城域路网的交通效率。
[0004] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于进化多目标优化和蚁群算 法的交通控制与诱导系统，该系统包括交通状态感知模块、单路口优化控制模块、路口间协 调控制模块、配时方案输出模块、车辆诱导模块、诱导路径输出模块、受控车流。
[0005] 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、上个周期遗留 车辆数、路网的路权矩阵数据。
[0006] 单路口优化控制模块的功能是：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。
[0007] 路口间协调控制模块的功能是：根据路口间的拥挤程度，动态地修改调整单路口 优化配时方案。
[0008] 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。
[0009] 车辆诱导模块的功能是：根据交通状态感知模块采集到的交通信息和各个路口的 平均时延，规划出一条当前代价最小的行驶路径。
[0010] 诱导路径输出模块的功能是：把诱导模块生成的最优行驶路径通过输出装置通知 车辆驾驶者。
[0011] 受控车流是：装载了可接受诱导信息的终端设备的车辆流，是控制系统和诱导系 统的最终调控对象。
[0012] 本发明还提供了一种基于进化多目标优化和蚁群算法的交通控制与诱导系统的 实现方法，该方法包括如下步骤：
[0013] 步骤1 :采集路网的路权矩阵数据、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。
[0014] 步骤2 :单路口优化控制模块根据感知模块采集到的交通信息，优化出单路口各 自最优的配时方案。
[0015] 步骤3 :路口间协调控制模块根据路口间的车流量拥挤程度，动态的修改各路口 对应车道的绿灯通行时间。统计各个路口的平均时延，并把各个路口的平均时延发送给车 辆诱导模块。
[0016] 步骤4 :车辆诱导模块根据接收到的路口时延、路网路权矩阵数据、道路车流量信 息、驾驶者的出行信息，规划出当前代价最小的一条行驶路线。
[0017] 步骤5 :控制系统的最终配时方案和诱导系统的最优行驶路径分别通过配时方案 输出模块和诱导路径输出模块施加给受控车辆。
[0018] 步骤6 :受控车流中的车辆依照控制系统输出的控制信号配时方案和诱导系统输 出的诱导路径进行行驶。
[0019] 步骤7 :转步骤1，循环运行。
[0020] 本发明上述步骤2包括：
[0021] (1)单路口优化控制模型：
[0022] 本发明构建的单路口优化控制模型，以路口单位时间内通过的车辆数f和单位时 间内时耗h为最终的优化目标。假设某个路口信号周期为T，在一个信号周期内共有Sc辆 车通过该路口，并且该路口该周期内所有车辆延时总和为H。那么路口单位时间内通过的车 辆数
【主权项】
1. 一种基于进化多目标优化和蚁群算法的交通控制与诱导系统，其特征在于，所述系 统包括：交通状态感知模块、单路口优化控制模块、路口间协调控制模块、配时方案输出模 块、车辆诱导模块、诱导路径输出模块、受控车流； 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、上个周期遗留车辆 数、路网的路权矩阵数据； 单路口优化控制模块的功能是：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； 路口间协调控制模块的功能是：根据路口间的拥挤程度，动态地修改调整单路口优化 配时方案； 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； 车辆诱导模块的功能是：根据交通状态感知模块采集到的交通信息和各个路口的平均 时延，规划出一条当前代价最小的行驶路径； 诱导路径输出模块的功能是：把诱导模块生成的最优行驶路径通过输出装置通知车辆 驾驶者； 受控车流是：装载了可接受诱导信息的终端设备的车辆流，是控制系统和诱导系统的 最终调控对象。
2. 根据权利要求1所述的一种基于进化多目标优化和蚁群算法的交通控制与诱导系 统，其特征在于，所述系统的交通状态感知模块负责采集通向各路口各车道上的车流量信 息及各路口上个周期各车道上的遗留车辆数，将这些车辆信息给单路口优化控制模块进行 优化，计算出一组符合各种指标的配时方案给交通决策者选择。
3. 根据权利要求1所述的一种基于进化多目标优化和蚁群算法的交通控制与诱导系 统，其特征在于，所述系统的路口间协调控制模块根据路口间的车流量拥挤程度，动态地修 改各路口对应车道的绿灯通行时间；统计各个路口的平均时延，并把各个路口的平均时延 发送给车辆诱导模块。
4. 根据权利要求1所述的一种基于进化多目标优化和蚁群算法的交通控制与诱导系 统，其特征在于，所述系统的交通状态感知模块负责采集路网的路权矩阵数据、道路的车流 量信息；车辆诱导模块根据交通状态感知模块采集到的信息和路口控制系统传来的各个路 口的车辆延时，找出一条出行代价最优的建议路径，诱导路径输出模块为车载设备，它将诱 导模块找到的最优路径告诉出行者，诱导路径输出模块输出的最优路径，引导出行者对于 出行线路的选择，实现对车流的主动引导。