專利名稱：一種基于分級多智能體架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通信號的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
交通信號控制系統(tǒng)是現(xiàn)代城市交通指揮和決策系統(tǒng)的重要設(shè)備，世界各國均積極 致力于交通信號控制系統(tǒng)的研究。傳統(tǒng)的定時信號控制方法包括英國TRRL、澳大利亞ARRB 法、我國“停車線法”和“沖突點法”等，其基本原理在于通過衡量交叉口的延誤完成信號配 時，因此不能夠有效表達交通流的隨機性和實時性。比較典型的脫機定時操作系統(tǒng)，如美 國TRANSYT，需要對路網(wǎng)和交通流信息預(yù)先采集，且計算量很大，因此很難進行大范圍路網(wǎng) 的調(diào)整，達到全局最優(yōu)。隨著計算機自動控制技術(shù)發(fā)展應(yīng)運而生的自適應(yīng)控制體統(tǒng)，如英國 SCOOT、澳大利亞SCATS，美國RH0DES、0PAC系統(tǒng)，意大利SPOT/UTOPIA系統(tǒng)，法國PRODYN系 統(tǒng)，大多采用數(shù)學(xué)優(yōu)化的方法模擬交通流，雖然可以實時調(diào)整綠信比、周期和時差等參數(shù)， 較好表達了交通流的實時性，但是仍主要以行車延誤、停車次數(shù)和通暢度指數(shù)為目標(biāo)評價 配時方案優(yōu)劣。用于評價的目標(biāo)比較單一，不能對整體交通情況進行全面的反映，對于如何 及時充分準(zhǔn)確地掌握交通信息，全面系統(tǒng)評估交通系統(tǒng)的不確定性，進而做到宏觀全局優(yōu) 化，經(jīng)典的控制系統(tǒng)還存在一些局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于分級多智能體架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn) 有技術(shù)僅以行車延誤、停車次數(shù)和通暢度指數(shù)為目標(biāo)調(diào)控交通通行情況，不能對整體交通 情況進行全面反映的問題。它包括多個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置1、多個道路交叉口信號 燈控制器2、多個交叉口級信號控制單元ICA、多個小區(qū)級信號控制單元ZCA、區(qū)域級信號控 制單元RCA、策略方案庫3和策略解釋器4，每個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置1與一個道路 交叉口信號燈控制器2相鄰設(shè)置，每個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置1的數(shù)據(jù)輸出端連接一 個交叉口級信號控制單元ICA的數(shù)據(jù)輸入端，所有的交叉口級信號控制單元ICA分成多個 組，每組內(nèi)的交叉口級信號控制單元ICA的一個數(shù)據(jù)輸出端都連接在一個小區(qū)級信號控制 單元ZCA的數(shù)據(jù)輸入端上，所有的小區(qū)級信號控制單元ZCA的一個數(shù)據(jù)輸出端都連接在區(qū) 域級信號控制單元RCA的數(shù)據(jù)輸入端上，每個交叉口級信號控制單元ICA的另一個數(shù)據(jù)輸 出端連接在策略方案庫3的一個數(shù)據(jù)輸入端口上，每個小區(qū)級信號控制單元ZCA的另一個 數(shù)據(jù)輸出端連接在策略方案庫3的另一個數(shù)據(jù)輸入端口上，區(qū)域級信號控制單元RCA的數(shù) 據(jù)輸出端口連接在策略方案庫3的又一個數(shù)據(jù)輸入端口上，策略方案庫3的數(shù)據(jù)輸出端口 連接在策略解釋器4的數(shù)據(jù)輸入端上，策略解釋器4的數(shù)據(jù)輸出端分別連接在每一個道路 交叉口信號燈控制器2的數(shù)據(jù)輸入端。每個道路交叉口設(shè)置一個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置1和一個道路交叉口信號 燈控制器2。道路交叉口信號燈控制器2按照周期執(zhí)行道路交叉口信號控制任務(wù)，每個交 叉口級信號控制單元ICA接收來自對應(yīng)道路交叉口本周期現(xiàn)場交通運行狀態(tài)的檢測信息，根據(jù)檢測到的道路交叉口現(xiàn)場交通運行狀態(tài)，進行模糊神經(jīng)推理，生成下一周期道路交叉 口信號控制任務(wù)的控制建議方案并將其傳送給策略方案庫3，同時把交叉口的交通狀態(tài)和 該組內(nèi)各個交叉口間的協(xié)調(diào)因子傳給與其相連的小區(qū)級信號控制單元ZCA ；每個小區(qū)級信 號控制單元ZCA接收與其相連的交叉口級信號控制單元ICA傳送來的交通狀態(tài)和各個交叉 口間的協(xié)調(diào)因子，進行模糊神經(jīng)推理，對這些交叉口進行仲裁和沖突協(xié)商，生成小區(qū)級控制 建議方案并將其傳送給策略方案庫3，同時把小區(qū)的交通狀態(tài)和小區(qū)間的協(xié)調(diào)因子傳送給 區(qū)域級信號控制單元RCA ；區(qū)域級信號控制單元RCA接收與其相連的小區(qū)級信號控制單元 ZCA傳送來的小區(qū)的交通狀態(tài)和小區(qū)間的協(xié)調(diào)因子，進行模糊神經(jīng)推理，對小區(qū)間交通進行 仲裁和沖突協(xié)商，最終生成區(qū)域級的信號控制建議方案，以上三種信號控制建議方案在策 略方案庫3進行綜合處理和協(xié)調(diào)，最終形成整體的信號控制方案。策略解釋器4將該方案 分解形成每個道路交叉口信號控制任務(wù)，傳送到各個路交叉口信號燈控制器，作為下一個 周期道路交叉口信號控制任務(wù)予以執(zhí)行。本發(fā)明的基于分級多智能體(Multi-Agent)架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)，把城市范 圍內(nèi)某一“面控”區(qū)域劃分為多個交通控制小區(qū)，每個交通控制小區(qū)又劃分為多個信號控制 的交叉口。因而，一個“面控”區(qū)域包含三個層級的信號控制與協(xié)調(diào)，即區(qū)域級、小區(qū)級和交 叉口級。每個交叉口的信號方案決策者被表示為一個交叉口級的控制Agent (稱為ICA)； 每個交通控制小區(qū)對應(yīng)一個小區(qū)級信號控制Agent (稱為ZCA)，負(fù)責(zé)管理該交通控制小區(qū) 內(nèi)的多個ICA ；每個交通控制區(qū)域?qū)?yīng)一個區(qū)域級信號控制Agent (稱為RCA)，負(fù)責(zé)管理該 控制區(qū)域內(nèi)多個ZCA以及ZCA所對應(yīng)的多個ICA。在每個交通信號控制周期(指一個道路交叉口的信號燈完成一個信號變換循環(huán)) 結(jié)束時，各個交叉口級的信號控制Agent (ICA)接收來自對應(yīng)交叉口現(xiàn)實交通環(huán)境的檢測 信息，包括交叉口各個進口車道的占有率、車流量和車流量的變化率。每個ICA會根據(jù)檢 測到的對應(yīng)交叉口的交通運行狀態(tài)，進行模糊神經(jīng)推理，從而生成下一個信號評估周期的 信號控制方案。更高一級的小區(qū)信號控制Agent (ZCA)將會對其所管轄范圍內(nèi)的ICA的信號 控制建議方案進行仲裁和沖突協(xié)商，從而生成小區(qū)級的信號控制方案。小區(qū)級的信號控制 方案會在更高一級的區(qū)域級信號控制Agent (RCA)處得到仲裁和沖突協(xié)商，從而最終生成 區(qū)域級的信號控制方案，該方案也就是下一周期各個交叉口所最終采取的信號控制方案。本發(fā)明具有分級協(xié)調(diào)控制、模糊神經(jīng)推理與協(xié)商、強化學(xué)習(xí)演化、實時數(shù)據(jù)采集支 持的優(yōu)點。能有效地對特定區(qū)域范圍內(nèi)的信號交叉口實行協(xié)調(diào)控制，從而最大限度的保障 區(qū)域范圍內(nèi)的交通快速、通暢運行。本發(fā)明全面考慮了整體區(qū)域的交通情況，解決了現(xiàn)有技 術(shù)僅以行車延誤、停車次數(shù)和通暢度指數(shù)為目標(biāo)調(diào)控交通通行情況，不能對整體交通情況 進行全面反映的問題。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是實施方式二和三中小區(qū)級信號控制單元ZCA的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖3是實施方式二中ZCA的FNDM模塊結(jié)構(gòu)示意圖，圖中啩=交叉口 i的占有率巧=交叉 口 i的交通流氓=交叉口 i的交通流改變率；ICFi =交叉口 i的交叉口協(xié)調(diào)因子；CFi = 協(xié)調(diào)水平j(luò) ；Spi =信號策略I ；Wnu =連接第η層結(jié)點到下一層結(jié)點i的權(quán)重，圖3中附圖標(biāo)記為20的是信號策略推理引擎，附圖標(biāo)記是21的是協(xié)調(diào)因子推理引擎，SP的值是與重 心法所選信號策略相一致的值，CF的值是與重心法所選協(xié)調(diào)因子相一致的值。 圖4是車道占有率的模糊隸屬度函數(shù)， 圖5是交通流量的模糊隸屬度函數(shù)關(guān)系圖， 圖6是交通流量變化率的模糊隸屬度函數(shù)關(guān)系圖， 圖7是ORL模塊的構(gòu)成示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實施方式。本實施方式包括多個交 通運行狀態(tài)信息檢測裝置1、多個道路交叉口信號燈控制器2、多個交叉口級信號控制單元 ICA、多個小區(qū)級信號控制單元ZCA、區(qū)域級信號控制單元RCA、策略方案庫3和策略解釋器 4，每個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置1與一個道路交叉口信號燈控制器2相鄰設(shè)置，每個交 通運行狀態(tài)信息檢測裝置1的數(shù)據(jù)輸出端連接一個交叉口級信號控制單元ICA的數(shù)據(jù)輸入 端，所有的交叉口級信號控制單元ICA分成多個組，每組內(nèi)的交叉口級信號控制單元ICA的 一個數(shù)據(jù)輸出端都連接在一個小區(qū)級信號控制單元ZCA的數(shù)據(jù)輸入端上，所有的小區(qū)級信 號控制單元ZCA的一個數(shù)據(jù)輸出端都連接在區(qū)域級信號控制單元RCA的數(shù)據(jù)輸入端上，每 個交叉口級信號控制單元ICA的另一個數(shù)據(jù)輸出端連接在策略方案庫3的一個數(shù)據(jù)輸入端 口上，每個小區(qū)級信號控制單元ZCA的另一個數(shù)據(jù)輸出端連接在策略方案庫3的另一個數(shù) 據(jù)輸入端口上，區(qū)域級信號控制單元RCA的數(shù)據(jù)輸出端口連接在策略方案庫3的又一個數(shù) 據(jù)輸入端口上，策略方案庫3的數(shù)據(jù)輸出端口連接在策略解釋器4的數(shù)據(jù)輸入端上，策略解 釋器4的數(shù)據(jù)輸出端分別連接在每一個道路交叉口信號燈控制器2的數(shù)據(jù)輸入端。策略方案庫3是一個動態(tài)的數(shù)據(jù)庫，能夠存儲每個周期各個交叉口所最終采取的 信號推薦策略。每個周期后，先前的推薦策略將更新為一組新的策略。通過使用策略方案 庫，在所推薦的策略集被傳給策略解釋器之前，高層的控制單元可以執(zhí)行仲裁和沖突化解。策略解釋器4將給定的策略集合解釋為動作，這些動作可能導(dǎo)致各種信號配時參 數(shù)的調(diào)整，諸如相位時長、綠時差協(xié)調(diào)等。下面解釋信號控制策略在本發(fā)明所提出的分級多智能體交通控制架構(gòu)中，各級 控制單元通過選擇和執(zhí)行信號控制策略來控制其所管轄范圍內(nèi)的交叉口交通流的分布。每 個控制單元必須根據(jù)它對所管轄區(qū)域內(nèi)當(dāng)前交通需求的感知來推薦不同的信號控制策略。 信號控制策略一共分為3個等級ICA級、ZCA級和RCA級。RCA級的信號控制策略屬于最高級別，可以影響該區(qū)域內(nèi)所有交叉口的信號控制。 而ICA級的信號控制策略屬于最低級別，僅可以影響自身所管轄的交叉口的信號控制?？?的來說，每個信號控制策略集合包含8個信號控制策略，從而對應(yīng)交叉口交通狀態(tài)的8個數(shù) 值。每個信號控制策略主要關(guān)心兩個問題(1)當(dāng)前相位綠燈時間的調(diào)整；(2)相對于參照 交叉口的綠時差調(diào)整。ICA的信號控制策略對于其所管轄的交叉口的交通狀態(tài)比較敏感，因 此可以對其信號控制策略的綠燈時間作出較大調(diào)整，相反，RCA所管轄的范圍較大，為了不 造成整體信號配時的突變，只能對綠燈時間作出適度的調(diào)整。下面的表1、表2和表3給出 了 3類信號控制策略集合的細(xì)節(jié)。表 權(quán)利要求
1.一種基于分級多智能體架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)，其特征在于它包括多個交通運 行狀態(tài)信息檢測裝置(1)、多個道路交叉口信號燈控制器O)、多個交叉口級信號控制單元 (ICA)、多個小區(qū)級信號控制單元(ZCA)、區(qū)域級信號控制單元(RCA)、策略方案庫C3)和策 略解釋器，每個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置(1)與一個道路交叉口信號燈控制器(2)相 鄰設(shè)置，每個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置(1)的數(shù)據(jù)輸出端連接一個交叉口級信號控制單 元(ICA)的數(shù)據(jù)輸入端，所有的交叉口級信號控制單元(ICA)分成多個組，每組內(nèi)的交叉口 級信號控制單元(ICA)的一個數(shù)據(jù)輸出端都連接在一個小區(qū)級信號控制單元(ZCA)的數(shù)據(jù) 輸入端上，所有的小區(qū)級信號控制單元(ZCA)的一個數(shù)據(jù)輸出端都連接在區(qū)域級信號控制 單元(RCA)的數(shù)據(jù)輸入端上，每個交叉口級信號控制單元(ICA)的另一個數(shù)據(jù)輸出端連接 在策略方案庫(3)的一個數(shù)據(jù)輸入端口上，每個小區(qū)級信號控制單元(ZCA)的另一個數(shù)據(jù) 輸出端連接在策略方案庫(3)的另一個數(shù)據(jù)輸入端口上，區(qū)域級信號控制單元(RCA)的數(shù) 據(jù)輸出端口連接在策略方案庫(3)的又一個數(shù)據(jù)輸入端口上，策略方案庫(3)的數(shù)據(jù)輸出 端口連接在策略解釋器(4)的數(shù)據(jù)輸入端上，策略解釋器的數(shù)據(jù)輸出端分別連接在每 一個道路交叉口信號燈控制器O)的數(shù)據(jù)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分級多智能體架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)，其特征在 于所述小區(qū)級信號控制單元(ZCA)包括模糊神經(jīng)決策模塊(7)，模糊神經(jīng)決策模塊(7)以與 其相連的交叉口級信號控制單元(ICA)采集的當(dāng)前交通運行狀態(tài)的檢測信息為一路輸入， 以組內(nèi)每個交叉口級信號控制單元(ICA)所管轄交叉口之間的協(xié)調(diào)因子為另一路輸入，制 定小區(qū)級的控制建議方案和生成該小區(qū)的交通運行狀態(tài)；生成的小區(qū)級控制建議方案發(fā)送 給策略方案庫(3)，而小區(qū)間的協(xié)調(diào)因子和小區(qū)的交通運行狀態(tài)作為輸入?yún)?shù)傳送給區(qū)域 級信號控制單元(RCA)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于分級多智能體架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)，其特征在 于它還包括改進算法模糊關(guān)系生成器(6)，算法模糊關(guān)系生成器(6)的數(shù)據(jù)輸入端連接模 糊神經(jīng)決策模塊(7)的數(shù)據(jù)輸出端，算法模糊關(guān)系生成器(6)的數(shù)據(jù)輸出端連接模糊神經(jīng) 決策模塊(7)的數(shù)據(jù)輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于分級多智能體架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)，其特征在 于它還包括在線強化學(xué)習(xí)和預(yù)測狀態(tài)模塊(5)，在線強化學(xué)習(xí)和預(yù)測狀態(tài)模塊(5)的數(shù)據(jù) 輸入端連接區(qū)域級信號控制單元(RCA)的數(shù)據(jù)輸出端以獲得區(qū)域交通狀態(tài)參數(shù)，在線強化 學(xué)習(xí)和預(yù)測狀態(tài)模塊( 的數(shù)據(jù)輸出端連接區(qū)域級信號控制單元(RCA)的數(shù)據(jù)輸入端以把 強化結(jié)果傳送給區(qū)域級信號控制單元(RCA)。
全文摘要
一種基于分級多智能體架構(gòu)的交通信號控制系統(tǒng)，本發(fā)明涉及交通信號的控制系統(tǒng)。它解決了現(xiàn)有技術(shù)不能對整體交通情況進行全面反映的問題。它包括多個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置、多個交叉口級信號控制單元、多個小區(qū)級信號控制單元、區(qū)域級信號控制單元、策略方案庫和策略解釋器，每個交通運行狀態(tài)信息檢測裝置連接一個交叉口級信號控制單元的數(shù)據(jù)輸入端，每組內(nèi)的交叉口級信號控制單元都連接在一個小區(qū)級信號控制單元的數(shù)據(jù)輸入端上，小區(qū)級信號控制單元都連接在區(qū)域級信號控制單元的數(shù)據(jù)輸入端上，交叉口、小區(qū)級、區(qū)域級信號控制單元的數(shù)據(jù)輸出端口連接在策略方案庫的數(shù)據(jù)輸入端口上，策略方案庫的數(shù)據(jù)輸出端口連接在策略解釋器上。用于交通控制。
文檔編號G08G1/081GK102110371SQ20111005240
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者安實, 崔建勛, 李俐瑩, 王健, 王澤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)