一种单交叉口交通信号优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能交通领域，具体设及一种单交叉口交通信号优化控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着城市化进程的加快，现有城市道路的通行能力与不断增长的交通需求之间的 矛盾变得日益尖锐，从而交通拥堵问题变得日益严重。通过使用智能控制算法对区域交通 信号进行科学控制W及对交通流进行合理诱导疏散，来缓解交通拥堵，提高交通通行安全 和通行效率，是目前国家大力发展和应用的重要手段。近些年，大连理工大学李晓娜（李晓 娜.单交叉口自适应控制方法的研究巧].大连理工大学，2006.)提出了单交叉口自适应 控制方法；合肥工业大学孟祥龙（城市道路单交叉口鲁椿控制方法研究巧].合肥工业大 学，2013)提出了城市道路单交叉口鲁椿控制方法；北京交通大学高俊侠（城市单交叉口交 通信号模糊控制系统的设计与仿真巧].北京工业大学，2004)提出了城市单交叉口交通信 号模糊控制系统等。
[0003] W上研究在模型或策略上依然存在不足的地方，故本发明在建立单交叉口交通信 号优化控制模型的基础上，采用模糊自适应策略，提出了一种求解该模型的混浊遗传算法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足之处，本发明的所要解决的技术问题在于提供一种单交叉口 交通信号优化控制方法，能在保证交通安全的前提下，实现单交叉口交通信号的优化配时。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明可W通过W下技术措施实现；一种单交叉口交通 信号优化控制方法，包括W下步骤：
[0006] 1)建立单交叉口交通信号优化控制模型，具体步骤如下：
[0007] 11)第一相位内车辆总延误时长Di为：
[0029]W上公式中，T表示周期时长，Ry表示第i相位j方向的交通流；Du表示第i相位 j方向车辆延误时长；Sy表示周期开始时，第i相位j方向已存在的排队车辆数；X i表示第 i相位的绿灯时间；Cy表示第i相位j方向的车流量到达率；gU表示绿灯时间内第i相位 j方向上的车流量离开率，其中，j= 1，2, 3, 4分别表示东、南、西、北方向；
[0030] 12)单交叉口在一个周期内车辆总延误时长D为：
[0031] D=D1+D2+D3+D4 (19)
[0032] 13)根据单交叉口周期内车辆总延误时长，可得到信号配时模型：
[003引 护=minD (20)
[0034] (21)
[003引其中tmh〉0、分别是预先给定的相位最小、最大配时时长；
[0037]
[0036]14)为求解公式（20)、（21)的非线性优化问题，采用加惩罚函数的方法，所述问题 转化为：
(22)
[003引其中，最后一项是惩罚函数，用于保证出现交通安全、道路损坏等交通问题时，控 制器能及时调整配时方案，参数a为较大的事先给定的正数；
[0039] 2)设计一种基于模糊自适应的混浊遗传算法，W求解上述单交叉口交通信号优化 控制模型，具体步骤如下；
[0040] 21)初始化群体，通过染色体编码技术，将单交叉口相位差作为基因编码，从而构 造染色体形成种群样本；
[0041] 22)选取恰当的种群适应度函数，该函数可W根据待优化的目标函数决定；同时 设置相应的遗传参数，包括：种群规模N和最大混浊迭代次数S;
[0042] 23)计算种群样本的方差V和滴S，同时将遗传过程中的变异概率Pm与交叉概率 P。需经过模糊推理得到，并且每次进化过程中不断更新，其中推理步骤如下：
[0043] 231)由公式（23)与公式（24)自动改变遗传交叉率P。和变异率Pm;
[0046] 式中；fma，为当前种群最大适应值；fwg为当前种群平均适应值；f'为待交叉两个 体适应值中较大者；f为待变异个体的适应值；气，C;，&,，fw;为正的常数；
[0047] 232)种群样本的差异性可W由公式（25)表示为：
[0049] 而个体样本的差异性可W由公式（26)表示为：
[0048] 口日）
[00加] (26)
[0化1] 上式中；fwg为种群平均适应值，f。"为种群最大适应值，f为待操作个体适应值；
[0化2] 24)通过限定遗传群体的离散变量集，需采用Logistic映射公式得到相应的混浊 变量，并映射到待优化的变量中，其变换式为；Xi' =ai+biXi;
[0化3] 25)计算种群样本个体适应度值，同时进行自适应选择操作，保留最优个体，将得 到的最优个体不参与交叉和变异操作，其余非最优个体则采用赌轮选择方式进行交叉和变 异操作；
[0054] 26)将遗传过程中交叉率P。按照相应的交叉方式对选中的多对个体进行交叉操 作；同时变异率Pm也需按照相应的变异方式对选中的个体进行相应的变异操作；
[00巧]27)选取经历遗传过程后适应值较高的优良个体，对该些较好的优良个体进行微 小混浊扰动操作，使得在混浊捜索过程中能够自适应地调整扰动幅度；
[0化6] 28)如果满足最大迭代次数N，则终止迭代运算，否则转23)。
[0化7] 作为本发明的单交叉口交通信号优化控制方法的优选实施方式，在步骤232)之 后的步骤包括：
[0化引将模糊变量El划分成S个语言集合{大，中，小}，模糊变量E2也化分成S个语言 集合{正，零，负};同样将交叉率P。与变异率Pm也划分为S个语言集合{大，中，小}，当E1 为"大"，则表示群体样本的多样性好，交叉率P。和变异率Pm将取"小"，反之则取"大";当E2 为"正"，则说明该个体样本"优秀"，交叉率P。和变异率Pm将取"小"，反之将取"大"。
[0059] 实施本发明的单交叉口交通信号优化控制方法的技术方案具有如下有益效果：本 发明在建立单交叉口交通信号优化控制模型的基础上，通过设计模糊自适应策略，提出了 一种求解该模型的混浊遗传算法，应用本发明方法能在保证交通安全的前提下，实现单交 叉口交通信号的优化配时。本发明采用的仿真分析表明本发明的单交叉口交通信号优化控 制方法简明有效。
[0060] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予W实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，W下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0061] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限 制。
[0062] 图1是本发明的单交叉口交通信号优化控制方法的单交叉口相位示意图。
[0063] 图2是本发明的单交叉口交通信号优化控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0064] 下面结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】，其作为本说明书的一部分，通过 实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得 一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。 为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。
[00化]本发明考虑单交叉口交通信号控制问题，它有4个相位，如图1所示。本发明在建 立单交叉口交通信号优化控制模型的基础上，设计模糊自适应策略，提出了一种求解该模 型的混浊遗传算法。
[0066] 如图1-2所示，本发明的一种单交叉口交通信号优化控制方法包括W下步骤：
[0067] 1)建立单交叉口交通信号优化控制模型。具体步骤如下：
[0068] 11)第一相位内车辆总延误时长Di为：
[00 例Di=Dii+D。 (1)
[0090] W上公式中，T表示周期时长，Ry表示第i相位j方向的交通流；Du表示第i相位 j方向车辆延误时长；Sy表示周期开始时，第i相位j方向已存在的排队车辆数；Xi表示第 i相位的绿灯时间；Cy表示第i相位j方向的车流量到达率；gU表示绿灯时间内第i相位 j方向上的车流量离开率。（j= 1，2, 3, 4分别表示东、南、西、北方向）。
[0091] 12)单交叉口在一个周期内车辆总延误时长D为；
[0092] D=D1+D2+D3+D4 (19)
[0093] 13)根据单交叉口周期内车辆总延误时长，可得到信号配时模型：
[0094]护=minD (20)
[0095] (21)
[0096] 其中tmh〉0、tm"〉0 分别是预先给定的相位最小、最大配时时长。
[0097]14)为求解公式（20)、（21)的非线性优化问