专利名称：一种基于分级多智能体架构的交通信号控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及交通信号的控制系统。
背景技术：
交通信号控制系统是现代城市交通指挥和决策系统的重要设备，世界各国均积极 致力于交通信号控制系统的研究。传统的定时信号控制方法包括英国TRRL、澳大利亚ARRB 法、我国“停车线法”和“冲突点法”等，其基本原理在于通过衡量交叉口的延误完成信号配 时，因此不能够有效表达交通流的随机性和实时性。比较典型的脱机定时操作系统，如美 国TRANSYT，需要对路网和交通流信息预先采集，且计算量很大，因此很难进行大范围路网 的调整，达到全局最优。随着计算机自动控制技术发展应运而生的自适应控制体统，如英国 SCOOT、澳大利亚SCATS，美国RH0DES、0PAC系统，意大利SPOT/UTOPIA系统，法国PRODYN系 统，大多采用数学优化的方法模拟交通流，虽然可以实时调整绿信比、周期和时差等参数， 较好表达了交通流的实时性，但是仍主要以行车延误、停车次数和通畅度指数为目标评价 配时方案优劣。用于评价的目标比较单一，不能对整体交通情况进行全面的反映，对于如何 及时充分准确地掌握交通信息，全面系统评估交通系统的不确定性，进而做到宏观全局优 化，经典的控制系统还存在一些局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于分级多智能体架构的交通信号控制系统，以解决现 有技术仅以行车延误、停车次数和通畅度指数为目标调控交通通行情况，不能对整体交通 情况进行全面反映的问题。它包括多个交通运行状态信息检测装置1、多个道路交叉口信号 灯控制器2、多个交叉口级信号控制单元ICA、多个小区级信号控制单元ZCA、区域级信号控 制单元RCA、策略方案库3和策略解释器4，每个交通运行状态信息检测装置1与一个道路 交叉口信号灯控制器2相邻设置，每个交通运行状态信息检测装置1的数据输出端连接一 个交叉口级信号控制单元ICA的数据输入端，所有的交叉口级信号控制单元ICA分成多个 组，每组内的交叉口级信号控制单元ICA的一个数据输出端都连接在一个小区级信号控制 单元ZCA的数据输入端上，所有的小区级信号控制单元ZCA的一个数据输出端都连接在区 域级信号控制单元RCA的数据输入端上，每个交叉口级信号控制单元ICA的另一个数据输 出端连接在策略方案库3的一个数据输入端口上，每个小区级信号控制单元ZCA的另一个 数据输出端连接在策略方案库3的另一个数据输入端口上，区域级信号控制单元RCA的数 据输出端口连接在策略方案库3的又一个数据输入端口上，策略方案库3的数据输出端口 连接在策略解释器4的数据输入端上，策略解释器4的数据输出端分别连接在每一个道路 交叉口信号灯控制器2的数据输入端。每个道路交叉口设置一个交通运行状态信息检测装置1和一个道路交叉口信号 灯控制器2。道路交叉口信号灯控制器2按照周期执行道路交叉口信号控制任务，每个交 叉口级信号控制单元ICA接收来自对应道路交叉口本周期现场交通运行状态的检测信息，根据检测到的道路交叉口现场交通运行状态，进行模糊神经推理，生成下一周期道路交叉 口信号控制任务的控制建议方案并将其传送给策略方案库3，同时把交叉口的交通状态和 该组内各个交叉口间的协调因子传给与其相连的小区级信号控制单元ZCA ；每个小区级信 号控制单元ZCA接收与其相连的交叉口级信号控制单元ICA传送来的交通状态和各个交叉 口间的协调因子，进行模糊神经推理，对这些交叉口进行仲裁和冲突协商，生成小区级控制 建议方案并将其传送给策略方案库3，同时把小区的交通状态和小区间的协调因子传送给 区域级信号控制单元RCA ；区域级信号控制单元RCA接收与其相连的小区级信号控制单元 ZCA传送来的小区的交通状态和小区间的协调因子，进行模糊神经推理，对小区间交通进行 仲裁和冲突协商，最终生成区域级的信号控制建议方案，以上三种信号控制建议方案在策 略方案库3进行综合处理和协调，最终形成整体的信号控制方案。策略解释器4将该方案 分解形成每个道路交叉口信号控制任务，传送到各个路交叉口信号灯控制器，作为下一个 周期道路交叉口信号控制任务予以执行。本发明的基于分级多智能体(Multi-Agent)架构的交通信号控制系统，把城市范 围内某一“面控”区域划分为多个交通控制小区，每个交通控制小区又划分为多个信号控制 的交叉口。因而，一个“面控”区域包含三个层级的信号控制与协调，即区域级、小区级和交 叉口级。每个交叉口的信号方案决策者被表示为一个交叉口级的控制Agent (称为ICA)； 每个交通控制小区对应一个小区级信号控制Agent (称为ZCA)，负责管理该交通控制小区 内的多个ICA ；每个交通控制区域对应一个区域级信号控制Agent (称为RCA)，负责管理该 控制区域内多个ZCA以及ZCA所对应的多个ICA。在每个交通信号控制周期(指一个道路交叉口的信号灯完成一个信号变换循环) 结束时，各个交叉口级的信号控制Agent (ICA)接收来自对应交叉口现实交通环境的检测 信息，包括交叉口各个进口车道的占有率、车流量和车流量的变化率。每个ICA会根据检 测到的对应交叉口的交通运行状态，进行模糊神经推理，从而生成下一个信号评估周期的 信号控制方案。更高一级的小区信号控制Agent (ZCA)将会对其所管辖范围内的ICA的信号 控制建议方案进行仲裁和冲突协商，从而生成小区级的信号控制方案。小区级的信号控制 方案会在更高一级的区域级信号控制Agent (RCA)处得到仲裁和冲突协商，从而最终生成 区域级的信号控制方案，该方案也就是下一周期各个交叉口所最终采取的信号控制方案。本发明具有分级协调控制、模糊神经推理与协商、强化学习演化、实时数据采集支 持的优点。能有效地对特定区域范围内的信号交叉口实行协调控制，从而最大限度的保障 区域范围内的交通快速、通畅运行。本发明全面考虑了整体区域的交通情况，解决了现有技 术仅以行车延误、停车次数和通畅度指数为目标调控交通通行情况，不能对整体交通情况 进行全面反映的问题。
图1是本发明的结构示意图，
图2是实施方式二和三中小区级信号控制单元ZCA的结构示意图， 图3是实施方式二中ZCA的FNDM模块结构示意图，图中啩=交叉口 i的占有率巧=交叉 口 i的交通流氓=交叉口 i的交通流改变率；ICFi =交叉口 i的交叉口协调因子；CFi = 协调水平j ；Spi =信号策略I ；Wnu =连接第η层结点到下一层结点i的权重，图3中附图标记为20的是信号策略推理引擎，附图标记是21的是协调因子推理引擎，SP的值是与重 心法所选信号策略相一致的值，CF的值是与重心法所选协调因子相一致的值。 图4是车道占有率的模糊隶属度函数， 图5是交通流量的模糊隶属度函数关系图， 图6是交通流量变化率的模糊隶属度函数关系图， 图7是ORL模块的构成示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式包括多个交 通运行状态信息检测装置1、多个道路交叉口信号灯控制器2、多个交叉口级信号控制单元 ICA、多个小区级信号控制单元ZCA、区域级信号控制单元RCA、策略方案库3和策略解释器 4，每个交通运行状态信息检测装置1与一个道路交叉口信号灯控制器2相邻设置，每个交 通运行状态信息检测装置1的数据输出端连接一个交叉口级信号控制单元ICA的数据输入 端，所有的交叉口级信号控制单元ICA分成多个组，每组内的交叉口级信号控制单元ICA的 一个数据输出端都连接在一个小区级信号控制单元ZCA的数据输入端上，所有的小区级信 号控制单元ZCA的一个数据输出端都连接在区域级信号控制单元RCA的数据输入端上，每 个交叉口级信号控制单元ICA的另一个数据输出端连接在策略方案库3的一个数据输入端 口上，每个小区级信号控制单元ZCA的另一个数据输出端连接在策略方案库3的另一个数 据输入端口上，区域级信号控制单元RCA的数据输出端口连接在策略方案库3的又一个数 据输入端口上，策略方案库3的数据输出端口连接在策略解释器4的数据输入端上，策略解 释器4的数据输出端分别连接在每一个道路交叉口信号灯控制器2的数据输入端。策略方案库3是一个动态的数据库，能够存储每个周期各个交叉口所最终采取的 信号推荐策略。每个周期后，先前的推荐策略将更新为一组新的策略。通过使用策略方案 库，在所推荐的策略集被传给策略解释器之前，高层的控制单元可以执行仲裁和冲突化解。策略解释器4将给定的策略集合解释为动作，这些动作可能导致各种信号配时参 数的调整，诸如相位时长、绿时差协调等。下面解释信号控制策略在本发明所提出的分级多智能体交通控制架构中，各级 控制单元通过选择和执行信号控制策略来控制其所管辖范围内的交叉口交通流的分布。每 个控制单元必须根据它对所管辖区域内当前交通需求的感知来推荐不同的信号控制策略。 信号控制策略一共分为3个等级ICA级、ZCA级和RCA级。RCA级的信号控制策略属于最高级别，可以影响该区域内所有交叉口的信号控制。 而ICA级的信号控制策略属于最低级别，仅可以影响自身所管辖的交叉口的信号控制。总 的来说，每个信号控制策略集合包含8个信号控制策略，从而对应交叉口交通状态的8个数 值。每个信号控制策略主要关心两个问题(1)当前相位绿灯时间的调整；(2)相对于参照 交叉口的绿时差调整。ICA的信号控制策略对于其所管辖的交叉口的交通状态比较敏感，因 此可以对其信号控制策略的绿灯时间作出较大调整，相反，RCA所管辖的范围较大，为了不 造成整体信号配时的突变，只能对绿灯时间作出适度的调整。下面的表1、表2和表3给出 了 3类信号控制策略集合的细节。表 权利要求
1.一种基于分级多智能体架构的交通信号控制系统，其特征在于它包括多个交通运 行状态信息检测装置(1)、多个道路交叉口信号灯控制器O)、多个交叉口级信号控制单元 (ICA)、多个小区级信号控制单元(ZCA)、区域级信号控制单元(RCA)、策略方案库C3)和策 略解释器，每个交通运行状态信息检测装置(1)与一个道路交叉口信号灯控制器(2)相 邻设置，每个交通运行状态信息检测装置(1)的数据输出端连接一个交叉口级信号控制单 元(ICA)的数据输入端，所有的交叉口级信号控制单元(ICA)分成多个组，每组内的交叉口 级信号控制单元(ICA)的一个数据输出端都连接在一个小区级信号控制单元(ZCA)的数据 输入端上，所有的小区级信号控制单元(ZCA)的一个数据输出端都连接在区域级信号控制 单元(RCA)的数据输入端上，每个交叉口级信号控制单元(ICA)的另一个数据输出端连接 在策略方案库(3)的一个数据输入端口上，每个小区级信号控制单元(ZCA)的另一个数据 输出端连接在策略方案库(3)的另一个数据输入端口上，区域级信号控制单元(RCA)的数 据输出端口连接在策略方案库(3)的又一个数据输入端口上，策略方案库(3)的数据输出 端口连接在策略解释器(4)的数据输入端上，策略解释器的数据输出端分别连接在每 一个道路交叉口信号灯控制器O)的数据输入端。
2.根据权利要求1所述的一种基于分级多智能体架构的交通信号控制系统，其特征在 于所述小区级信号控制单元(ZCA)包括模糊神经决策模块(7)，模糊神经决策模块(7)以与 其相连的交叉口级信号控制单元(ICA)采集的当前交通运行状态的检测信息为一路输入， 以组内每个交叉口级信号控制单元(ICA)所管辖交叉口之间的协调因子为另一路输入，制 定小区级的控制建议方案和生成该小区的交通运行状态；生成的小区级控制建议方案发送 给策略方案库(3)，而小区间的协调因子和小区的交通运行状态作为输入参数传送给区域 级信号控制单元(RCA)。
3.根据权利要求2所述的一种基于分级多智能体架构的交通信号控制系统，其特征在 于它还包括改进算法模糊关系生成器(6)，算法模糊关系生成器(6)的数据输入端连接模 糊神经决策模块(7)的数据输出端，算法模糊关系生成器(6)的数据输出端连接模糊神经 决策模块(7)的数据输入端。
4.根据权利要求1所述的一种基于分级多智能体架构的交通信号控制系统，其特征在 于它还包括在线强化学习和预测状态模块(5)，在线强化学习和预测状态模块(5)的数据 输入端连接区域级信号控制单元(RCA)的数据输出端以获得区域交通状态参数，在线强化 学习和预测状态模块( 的数据输出端连接区域级信号控制单元(RCA)的数据输入端以把 强化结果传送给区域级信号控制单元(RCA)。
全文摘要
一种基于分级多智能体架构的交通信号控制系统，本发明涉及交通信号的控制系统。它解决了现有技术不能对整体交通情况进行全面反映的问题。它包括多个交通运行状态信息检测装置、多个交叉口级信号控制单元、多个小区级信号控制单元、区域级信号控制单元、策略方案库和策略解释器，每个交通运行状态信息检测装置连接一个交叉口级信号控制单元的数据输入端，每组内的交叉口级信号控制单元都连接在一个小区级信号控制单元的数据输入端上，小区级信号控制单元都连接在区域级信号控制单元的数据输入端上，交叉口、小区级、区域级信号控制单元的数据输出端口连接在策略方案库的数据输入端口上，策略方案库的数据输出端口连接在策略解释器上。用于交通控制。
文档编号G08G1/081GK102110371SQ20111005240
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者安实, 崔建勋, 李俐莹, 王健, 王泽 申请人:哈尔滨工业大学