基于多agent的区域交通绿波协调控制方法，属于交通信号智能控制技术领域。
背景技术：
随着城市的发展，汽车保有量日益增加给市区道路交通带来巨大的压力。市区主干道的堵车现象经常出现，常需要经过三四个绿灯才能通过。为合理地控制繁忙时段的交通秩序，保证有效疏导交通堵塞，绿波带由此产生。
绿波带指在指定的交通线路上，当规定好路段的车速后，下位信号机根据路段距离，把该车流所经过的各路口绿灯起始时间做相应的调整，以确保该车流到达每个信号灯路口时，正好遇到“绿灯”，绿灯就像波浪一样向前行而形成绿波，我们称这种交通信号协调控制方法为“绿波带”控制。
现有技术中的交通信号“绿波”控制，相关检测和传输信号的方式不准确，例如利用地磁车辆检测器检测并输出脉冲信号，无法区分堵车和无车，检测车速、数目的相关信号不够准确；选用的算法在控制上不能针对车道中的实时变化进行调整，使协调控制有待加强。
目前存在多agent技术应用于交通信号灯领域的技术，agent是指驻留在某一环境下，能持续自主地发挥作用，具备驻留性、反应性、社会性、主动性等特征的计算实体。agent能根据外界环境的变化，自动地对自己的行为和状态进行调整，具有自我管理、自我调节的能力；对于外界环境的改变，能主动采取活动的能力，同时可与其它agent或人进行合作，不同的agent可根据各自的意图与其它agent进行交互，以达到解决问题的目的。
现有技术中主要针对路口检修、拍照等进行操作，对于多路口、多个转向的交通信号灯协调控制并不完善，不能及时应对相邻路口的突发状况。针对现有技术的不足，目前急需一种更加准确地实现对多路口多个转向的交通信号的协调控制的技术方案。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种更加准确地实现对多路口多个转向的交通信号的协调控制的基于多agent的区域交通绿波协调控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于多agent的区域交通绿波协调控制方法，包括地磁车辆检测器、接收器、下位信号机，地磁车辆检测器在同一车道下设置三个，其中一个安装在车道入口端，另外两个间隔设置在车道出口端，间隔距离为车道内行驶车辆的平均长度，地磁车辆检测器的输出端连接接收器的输入端，下位信号机输入端连接接收器的输出端，其特征在于：还设置一台上位信号机，所述的一个下位信号机作为一个agent监控一个路口，下位信号机设置多台分别对应多路口，多个agent之间相互通信，下位信号机包括主控板、灯组驱动板、通讯板、供电板，上位信号机与下位信号机之间通过通讯板通讯，通讯板分别连接接收器的输出端、信号灯的输出端和主控板的输入端，主控板的控制端连接灯组驱动板，灯组驱动板设置控制东西南北四条主干道的灯组输出模块，一条主干道中包括多个转向车道，一个转向车道对应一个信号灯，
所述的多路口和多个转向车道对应的信号灯之间协调控制的步骤如下：
步骤1001：判断本路口的下位信号机是否接收到上一路口对应车道的上限信号，或本路口是否存在车辆数目达到上限的车道，若存在，进入步骤1002，若不存在，进入步骤1003；
步骤1002：若接收到上一路口对应车道的上限信号，根据车辆流速延时后将本路口信号灯转为绿灯，若未接收到，按本路口车道到达车辆数目上限的先后顺序排列，若排序相同时，从上一绿灯开始沿俯视角度逆时针方向旋转，将最近的信号灯对应的车道设定在先，将顺序在先的车道对应的信号灯强制转换为绿灯，其他信号灯均强制转换为红灯，进入步骤1005；
步骤1003：判断当前绿灯车道是否达到疏通转换绿灯前等待车辆所需的通行时间，若达到，进入步骤1004，若未达到，返回步骤1001；
步骤1004：将车辆数目越大的车道设定对应信号灯优先级越高，若存在车辆数目相同的情况，从上一绿灯开始沿俯视角度逆时针方向旋转，最近的信号灯优先级设定在先，将当前优先级最高的信号灯转换为绿灯，其他信号灯均转换为红灯，进入步骤1005；
步骤1005：判断是否接收到某车流方向的上一路口车道的上限信号，或本路口是否存在车辆数目达到上限的车道，若存在，进入步骤1007，若不存在，进入步骤1006；
步骤1006：判断当前绿灯车道是否达到疏通转换绿灯前等待车辆所需的通行时间，若达到，进入步骤1008，若未达到，返回步骤1005；
步骤1007：当前车道对应的信号灯强制转为红灯，根据步骤1002所述的方法将相应车道强制转换为绿灯，并将该车道的上限信号传输给对应的下一路口的下位信号机，进入步骤1001；
步骤1008：当前车道对应的信号灯转为红灯，根据步骤1004所述的方法更新信号灯优先级，将优先级最高的信号灯转换为绿灯，进入步骤1001。
优选的，计算所述的车辆数目的方法如下：
车道入口端的地磁车辆检测器输出电平信号给接收器，接收器传送给下位信号机，通讯板将信号传给主控板，主控板根据电平信号变化频率计算车辆数目：当有车时输出为高电平，当无车时输出为低电平；若信号灯被强制转换为红灯时，未将转换绿灯前的等待车辆疏通完毕，则将未疏通完毕的车辆数目保存，并在此基础上增加后来的车辆数目，计算最终的车辆数目。
进一步的，计算所述的通行时间的方法如下：
车道出口端的两个地磁车辆检测器分别产生电平信号，并通过接收器传送给下位信号机，根据车辆从同一车道的两个地磁车辆检测器上方通过时所间隔的时间，计算车辆流速，车道长度与车辆流速的比值为通行时间；车辆流速实时变化，根据实时的车辆流速更新当前剩余的通行时间。
优选的，所述的下位信号机的通讯板中设置无线接收模块和无线发送模块，无线接收模块接收接收器、信号灯和上位信号机的信号，无线发送模块传递信号给上位信号机，无线接收模块和无线发送模块分别连接主控板的输入端和输出端。
优选的，所述的车道向下开设安装槽，地磁车辆检测器设置在安装槽内，安装槽内填充填料密封。
优选的，还设置中继器，中继器设置在主干道一侧，地磁车辆检测器和接收器通过中继器传递信号。
本发明的工作原理为：
本发明采用多agent技术，每一个agent为一个独立的实体，本发明中每一个下位信号机作为一个agent并对应一个路口，每个agent独立自主的进行相关的协调控制，同时不同的agent之间可以交互合作。利用多台下位信号机相互通信，同时与上位信号机进行实时通信。
通过一个设置在车道入口端的地磁车辆检测器检测车辆数目，两个间隔设置在车道出口端的地磁车辆检测器检测车辆流速，将信号传输给接收器，接收器将信息传递给通讯板，通讯板传输给主控板，agent通过外界监测到的数据进行自主地处理，相邻的路口的车辆状况会相互影响，因此多个agent之间可进行信息的交互，保证数据的实时共享，主控板上的相关软件计算车辆流速和车辆数目，判断是否存在车辆数目达到上限的车道，若存在，该车道对应的信号灯强制转换为绿灯，其余转换为红灯，若不存在，在当前绿灯车道疏通完毕后，将优先级最高的信号灯转换为绿灯，同时相邻路口的agent实时传输信息，便于应对突发状况。信号灯的转换通过控制灯组驱动板驱动相应的道路信号灯变换的方式进行，实现绿波的协调控制。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、基于多agent的区域交通绿波协调控制方法，具有更加准确地实现对多路口多个转向的交通信号的协调控制的有益效果。
2、本发明通过检测多个转向车道内的车辆数目，更新优先级，将车辆数目达到上限的车道强制转换为绿灯，并在当前绿灯车道达到通行时间后将优先级最高的信号灯转换为绿灯。
3、本发明中地磁车辆检测器的安装方法采用无线安装，在所需埋设的路面开挖安装槽，灌入填料将地磁车辆检测器放置在安装槽内，保证地磁车辆检测器的安装无需穿线、立杆，使用简单，对路面破坏小，并能够适应各种天气；不同的地磁车辆检测器相互独立，单个损坏后仅需去除维修，无需另外切开路面，同时不影响其他地磁车辆检测器的正常使用。
4、本发明中的地磁车辆检测器在同一车道的出口端上设置前后设置两个，并在车道的入口端设置一个，入口端的地磁车辆检测器用于检测车辆数目，出口端的两个地磁车辆检测器用于检测车辆流速，估算转换为绿灯后，需要多长时间能将转换绿灯前的等待车辆疏通完毕。
5、本发明中下位信号机的灯组驱动板的灯组输出设置对应多个转向车道的信号灯输出控制端，具有保证信号灯及时转换的有益效果。
6、本发明中每一个下位信号机作为一个agent监控一个路口，多个agent之间可以进行数据共享，了解相邻路口的路况及时作出调整，每一台下位信号机都能够自主对路口的信号灯进行协调控制，具有主动解决突发事件的能力，保证了问题解决的效率。
7、本发明中设置中继器，用于支持安装在接收器无线范围之外的地磁车辆检测器，防止检测信号的中断。
附图说明
图1为本发明的地磁车辆检测器的安装示意图。
图2为本发明中道路口地磁车辆检测器的安装分布图。
图3为本发明的下位信号机内部板块之间的连接示意图。
图4为本发明的系统结构示意图。
图5为本发明的控制流程图。
其中：1、地磁车辆检测器2、路基3、填料4、接收器5、中继器6、下位信号机。
具体实施方法
图1~5是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~5对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例中包括地磁车辆检测器1、接收器4、下位信号机6，车道路面向下开设安装槽，安装槽在路面的开口为圆形，安装槽直径10cm、深度为15cm，在安装槽内灌入一半的填料3，再将地磁车辆检测器1放置在安装槽内，将剩余空隙填满填料3，并将路面填补平整，路面下的路基2和填料3将地磁车辆检测器1固定，无需另外接线立杆。本实施例中填料3为环氧树脂或沥青，当路面需要维修时，可以取出后重复使用，路面重新渠化也可继续使用。当单个地磁车辆检测器1损坏时，只需取出该损坏的地磁车辆检测器1即可，无需重新切割路面，还可继续使用原安装槽。
如图2所示，地磁车辆检测器1设置在每个车道下方，本实施例中，地磁车辆检测器1安装两个，分别安装在车道的入口端和出口端。地磁车辆检测器1的输出端传输信号给接收器4的输入端，接收器4设置在路口的一侧，下位信号机6输入端连接接收器4的输出端，接收器4将受到的地磁车辆检测器1的电平信号传输给下位信号机6。
还可设置中继器5，中继器5设置在道路一侧，地磁车辆检测器1和接收器4通过中继器5传递信号，用于支持安装在接收器4无线范围之外的地磁车辆检测器1，防止检测信号的中断。
如图3所示，下位信号机6包括主控板、灯组驱动板、通讯板、供电板，灯组驱动板的输出端连接对应的信号灯，灯组驱动板设置控制东西南北四条主干道的灯组输出模块，一条主干道中包括多个转向车道，一个转向车道对应一个信号灯。
通讯板中设置无线接收模块和无线发送模块，无线接收模块接收接收器4、信号灯的信号，无线发送模块根据主控板的命令传递信号给其他下位信号机6，主控板的控制端连接灯组驱动板，灯组驱动板连接相应的信号灯，转换时以路口中心对称设置的车道共用同一组信号灯，同时转换。
本实施例中采用多agent技术，agent是指驻留在某一环境下，能持续自主地发挥作用，具备驻留性、反应性、社会性、主动性等特征的计算实体。agent能根据外界环境的变化，自动地对自己的行为和状态进行调整，具有自我管理、自我调节的能力；对于外界环境的改变，能主动采取活动的能力，同时可与其它agent或人进行合作，不同的agent可根据各自的意图与其它agent进行交互，以达到解决问题的目的。
如图4所示，下位信号机6设置多台，还设置一台上位信号机，本实施例中下位信号机6包括255台，每一台下位信号机6中作为一个agent，一个下位信号机6对应监控一个路口，每个agent独立自主的进行相关的协调控制，同时不同的agent之间可以交互合作，便于及时应对相邻路口的突发状况。利用多台下位信号机6相互通信，同时与上位信号机进行实时通信。
上位信号机与下位信号机6之间相互通讯，通讯方法有两种：一种为下位信号机6传输信号到光端机，光端机通过光纤传输信号给以太网，以太网再传递给上位信号机；另一种为下位信号机6通过gprs模块无线传输，层层传递给上位信号机。上位信号机实时获取下位信号机6检测到的相应路口车道状况，便于确定出现状况的相应路口，方便后期维修和控制。
下位信号机6之间通过gprs模块无线传输，信号机可根据硬件传输的数据判断外界环境变化，并根据变化自主地做出相应的调整。agent可根据各自的意图与其它agent进行交互，达到合作解决交通绿波协调控制的目的。
如图5所示，本实施例中多路口和多个转向车道对应的信号灯之间协调控制的步骤如下：
步骤1001：判断本路口的下位信号机6是否接收到上一路口对应车道的上限信号，或本路口是否存在车辆数目达到上限的车道，若存在，进入步骤1002，若不存在，进入步骤1003；
步骤1002：若接收到上一路口对应车道的上限信号，根据车辆流速延时后将本路口信号灯转为绿灯，若未接收到，按本路口车道到达车辆数目上限的先后顺序排列，若排序相同时，从上一绿灯开始沿俯视角度逆时针方向旋转，将最近的信号灯对应的车道设定在先，将顺序在先的车道对应的信号灯强制转换为绿灯，其他信号灯均强制转换为红灯，进入步骤1005；
步骤1003：判断当前绿灯车道是否达到疏通转换绿灯前等待车辆所需的通行时间，若达到，进入步骤1004，若未达到，返回步骤1001；
步骤1004：将车辆数目越大的车道设定对应信号灯优先级越高，若存在车辆数目相同的情况，从上一绿灯开始沿俯视角度逆时针方向旋转，最近的信号灯优先级设定在先，将当前优先级最高的信号灯转换为绿灯，其他信号灯均转换为红灯，进入步骤1005；
步骤1005：判断是否接收到某车流方向的上一路口车道的上限信号，或本路口是否存在车辆数目达到上限的车道，若存在，进入步骤1007，若不存在，进入步骤1006；
步骤1006：判断当前绿灯车道是否达到疏通转换绿灯前等待车辆所需的通行时间，若达到，进入步骤1008，若未达到，返回步骤1005；
步骤1007：当前车道对应的信号灯强制转为红灯，根据步骤1002所述的方法将相应车道强制转换为绿灯，并将该车道的上限信号传输给对应的下一路口的下位信号机6，进入步骤1001；
步骤1008：当前车道对应的信号灯转为红灯，根据步骤1004所述的方法更新信号灯优先级，将优先级最高的信号灯转换为绿灯，进入步骤1001。
计算车辆数目的方法如下：
车道入口端的地磁车辆检测器1输出电平信号给接收器4，接收器4传送给下位信号机6，通讯板将信号传给主控板，主控板根据电平信号变化频率计算车辆数目：当有车时输出为高电平，当无车时输出为低电平；若信号灯被强制转换为红灯时，未将转换绿灯前的等待车辆疏通完毕，则将未疏通完毕的车辆数目保存，并在此基础上增加后来的车辆数目，计算最终的车辆数目。
计算通行时间的方法如下：
车道出口端的两个地磁车辆检测器1分别产生电平信号，并通过接收器4传送给下位信号机6，根据车辆从同一车道的两个地磁车辆检测器1上方通过时所间隔的时间，计算车辆流速，根据最终的车辆数目和车辆平均长度计算距离，再与车辆流速相除得到通行时间；车辆流速实时变化，根据实时的车辆流速更新当前剩余的通行时间。
本实施例的工作过程为：
同一车道内安装三个地磁车辆检测器1，车辆从地磁车辆检测器1上方行驶通过，地磁车辆检测器1输出电平信号给中继器5，中继器5传递信号给接收器4，或直接输送至接收器4，接收器4将信号传递给相应的下位信号机6。
以某一车道为例，当车道对应的信号灯转为红灯时，下位信号机6分析计算该车道内的车辆数目，并更新信号灯的优先级，判断是否存在车辆数目达到上限的车道，若存在，立即将该车道对应的信号灯强制转换为绿灯，其他信号灯均为红灯；若不存在，当前绿灯对应车道达到通行时间后，将优先级最高的信号灯转换为绿灯，其他车道以同样的方式将信号传递给下位信号机6，一个下位信号机6监控一个路口，上位信号机实时监控所有的路口的协调情况，便于后期维修和控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。