一种车联网环境下公交主通道多交叉口信号协调控制方法

1.本发明涉及智能交通的技术领域，尤其涉及到一种车联网环境下公交主通道多交叉口信号协调控制方法。


背景技术：

2.现有学者通过研究绿波带等，对主干道公交优先协调控制进行理论研究。王殿海等提出了干线公交信号优先的2层优化方法，上层为干线协调控制，下层为公交优先控制。在干线协调层面，以检测器检测到的社会车辆流量数据优化公共周期、绿信比和相位差；在公交优先层面，以协调相位绿波带上下限作为配时参数调整的约束条件，在不破坏协调相位绿波带的情况下采用绿灯延长或提前启亮方式为公交车提供信号优先。该方法能降低协调相位公交车辆延误和人均延误以及降低干线各交叉口人均延误。但同时，该方法未从整体上考虑路网固定属性，采用绿波带协调的方式进行公交优先且关键点在于车的转移而不是人的转移，因此未对于客流转移有很好的提升。而且，该方法未考虑公交车和社会车在道路上运行时存在相互影响关系，该相互影响关系又会影响路网的整体通行。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种车联网环境下公交主通道多交叉口信号协调控制方法。
4.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
5.一种车联网环境下公交主通道多交叉口信号协调控制方法，包括以下步骤：
6.s1、获取公交进出站数据、公交gps数据、刷卡数据、出租车gps数据、社会车卡口数据、公交线路客流量数据、客流od数据、高峰期公交延误规律数据、路段分时流量规律数据；
7.s2、对步骤s1获取到的数据进行预处理；
8.s3、基于步骤s2得到的数据获取公交车数量、社会车数量、乘客流量三参数相关关系图；
9.s4、对步骤s3得到的相关关系图进行处理，得到主通道乘客fd模型；
10.s5、利用刷卡数据，筛选出高峰期刷卡站点和客流，估计出高峰期主通道的公共交通乘客od规律；
11.s6、根据高峰期主通道的公共交通乘客od规律，并结合主通道乘客fd模型，建立适合mpc控制模型下车辆延误后的基于公共交通乘客od规律的公交发车时刻表优化模型；
12.s7、根据主通道乘客fd模型，建立基于mpc的单交叉口的信号配时优化模型；
13.s8、结合多个单交叉口的信号配时优化模型，建立多交叉口的信号配时优化模型；
14.s9、通过检测该控制区域内的社会车数量，然后根据主通道乘客fd模型，判断此时控制区域内需要多少公交车才会使乘客转移流量最大，接着根据乘客需求和公交车到站延误情况，通过公交发车时刻表优化模型调节公交车到达控制区域的数量，并依据控制区域内社会车数量和根据乘客需求和公交车到站延误情况得到的公交车数量、车辆延误时间，
求解得到多交叉口的信号配时优化模型的最优控制参数用于多交叉口的控制；
15.s10、将步骤s9中公交发车时刻表优化模型的调度方案和多交叉口的信号配时优化模型的控制方案输入到sumo仿真系统中，评估控制效果，将理论计算结果和仿真结果比较，反馈调节多交叉口的信号配时优化模型，从而实现主通道多交叉口信号的协调控制。
16.进一步地，所述步骤s2对获取到的数据进行预处理，具体包括：数据清理、剔除噪声、数据归一化。
17.进一步对，所述步骤s4对步骤s3得到的相关关系图进行拟合处理，得到主通道乘客fd模型；
18.拟合公式如下：
[0019][0020]
其中，p为主通道乘客流转移流量，n
b
为主通道内公交车数量，n
c
为主通道内社会车数量，a，b，c，d，e，f均为拟合参数。
[0021]
进一步地，所述步骤s9的具体过程如下：
[0022]
s9
‑
1、通过检测该控制区域内的社会车数量h(x)，然后根据主通道乘客fd模型，判断此时控制区域内需要多少公交车才会使乘客转移流量最大，根据乘客需求和公交车到站延误情况，通过公交发车时刻表优化模型调节公交车到达控制区域的数量，即此时各交叉口各相位的公交车车辆数量b(x)；
[0023]
s9
‑
2、在得到各交叉口各相位的公交车数量b(x)和社会车辆数量h(x)的基础上，通过韦伯斯特配时法计算得出优化前各交叉口各相位信号的周期c和绿信比λ；
[0024]
s9
‑
3、构建目标函数：控制区域内的某个相位上的乘客转移量总数/车辆延误总时间，即：其中，q为该相位上的乘客转移量总数，t为该相位上的车辆延误总时间，t＝t1+t2，t1为各交叉口各相位的车辆排队延误时间，t2为各交叉口各相位的车辆信号延误时间；
[0025]
s9
‑
4、使用bp神经网络求解目标函数；其中，步骤s9
‑
2获得的各交叉口各相位信号的初始周期c和绿信比λ作为输入，当车辆延误时间最小和乘客转移量最大时为目标函数的最优，输出优化后各交叉口各相位信号的周期c和绿信比λ。
[0026]
与现有技术相比，本方案原理及优点如下：
[0027]
本方案以交叉口各相位上的公交车数量和社会车数量、车辆的车辆延误时间等因素为决策变量，将交叉口各个相位上的周期时长和绿信比作为控制参数，建立以车辆延误时间最小和乘客转移量最大为多目标规划模型，从而达到控制通过各交叉口各相位上的公交车数量和社会车数量。最后将得到的帕累托解运用到sumo搭建的路网信号控制方案上，评估控制效果，将理论计算结果和仿真结果比较，反馈调节多交叉口的信号配时优化模型，从而实现主通道多交叉口信号的协调控制。
[0028]
本方案结合公交调度和信号控制两种控制方案，既满足了控制区域内的公交车需求，又能满足控制区域内部的社会车需求，比单一的调度或信号控制更容易取得效果；基于三维fd与多目标优化的乘客优先信号控制的基础上，考虑多条公交线路在主通道上多个交叉口的信号协调控制，使其有利于最大程度上转移公共交通客流。同时本方案中的模拟车
联网环境，为在未来车联网环境下的实施提供前瞻性指导。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的服务作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本发明一种车联网环境下公交主通道多交叉口信号协调控制方法的原理流程图；
[0031]
图2为本发明一种车联网环境下公交主通道多交叉口信号协调控制方法中求解最优信号控制的原理流程图。
具体实施方式
[0032]
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
[0033]
如图1所示，一种车联网环境下公交主通道多交叉口信号协调控制方法，具体包括以下步骤：
[0034]
s1、获取公交进出站数据、公交gps数据、刷卡数据、出租车gps数据、社会车卡口数据、公交线路客流量数据、客流od(origin
‑
destination)数据、高峰期公交延误规律数据、路段分时流量规律数据；
[0035]
s2、对步骤s1获取到的数据进行预处理，具体包括：数据清理、剔除噪声、数据归一化。
[0036]
s3、基于步骤s2得到的数据获取公交车数量、社会车数量、乘客流量三参数相关关系图；
[0037]
s4、对步骤s3得到的相关关系图进行拟合处理，得到主通道乘客fd模型；
[0038]
拟合公式如下：
[0039][0040]
其中，p为主通道乘客流转移流量，n
b
为主通道内公交车数量，n
c
为主通道内社会车数量，a，b，c，d，e，f均为拟合参数。
[0041]
s5、利用刷卡数据，筛选出高峰期刷卡站点和客流，估计出高峰期主通道的公共交通乘客od规律；
[0042]
s6、根据高峰期主通道的公共交通乘客od规律，并结合主通道乘客fd(fundamental diagram)模型，建立适合mpc控制模型下车辆延误后的基于公共交通乘客od规律的公交发车时刻表优化模型；
[0043]
s7、根据主通道乘客fd模型，建立基于mpc的单交叉口的信号配时优化模型；
[0044]
s8、结合多个单交叉口的信号配时优化模型，建立多交叉口的信号配时优化模型；
[0045]
s9、通过检测该控制区域内的社会车数量，然后根据主通道乘客fd模型，判断此时控制区域内需要多少公交车才会使乘客转移流量最大，接着根据乘客需求和公交车到站延误情况，通过公交发车时刻表优化模型调节公交车到达控制区域的数量，并依据控制区域
内社会车数量和根据乘客需求和公交车到站延误情况得到的公交车数量、车辆延误时间，求解得到多交叉口的信号配时优化模型的最优控制参数用于多交叉口的控制；
[0046]
如图2所示，本步骤的具体过程如下：
[0047]
s9
‑
1、通过检测该控制区域内的社会车数量h(x)，然后根据主通道乘客fd模型，判断此时控制区域内需要多少公交车才会使乘客转移流量最大，根据乘客需求和公交车到站延误情况，通过公交发车时刻表优化模型调节公交车到达控制区域的数量，即此时各交叉口各相位的公交车车辆数量b(x)；
[0048]
s9
‑
2、在得到各交叉口各相位的公交车数量b(x)和社会车辆数量h(x)的基础上，通过韦伯斯特配时法计算得出优化前各交叉口各相位信号的周期c和绿信比λ；
[0049]
s9
‑
3、构建目标函数：控制区域内的某个相位上的乘客转移量总数/车辆延误总时间，即：其中，q为该相位上的乘客转移量总数，t为该相位上的车辆延误总时间，t＝t1+t2，t1为各交叉口各相位的车辆排队延误时间，t2为各交叉口各相位的车辆信号延误时间；
[0050]
s9
‑
4、使用bp神经网络求解目标函数；其中，步骤s9
‑
2获得的各交叉口各相位信号的初始周期c和绿信比λ作为输入，当车辆延误时间最小和乘客转移量最大时为目标函数的最优，输出优化后各交叉口各相位信号的周期c和绿信比λ。
[0051]
s10、将步骤s9中公交发车时刻表优化模型的调度方案和多交叉口的信号配时优化模型的控制方案输入到sumo仿真系统中，评估控制效果，将理论计算结果和仿真结果比较，反馈调节多交叉口的信号配时优化模型，从而实现主通道多交叉口信号的协调控制。
[0052]
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。