,d(i，j)，Dyd(i，j)分別表示水平和垂直方向上節(jié) 點各方向的道路長度，5 (i，j)表示節(jié)點的延時值。
[0066] 各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間消息傳遞函數(shù)，表示為：
[0067] h。，"（a") =minf(XL,D)+g。，…）（X(i,j)+DE(i,j+ 1))+h(…，J) (x(i,j)+Ds(i+l,j))
[0068] g。，"（a") =minf(X;aN,L,D)+g。，…）（X(i,j)+DE(i,j+ 1) )+h(…，j) (x(i,j)+Ds(i+l,j))
[0069] 式中，a"表示車輛從西面節(jié)點到達(dá)時間，aw表示車輛從北面節(jié)點到達(dá)時間， g(i,州表示從節(jié)點x(i，_]?)傳遞至x(i，J+ 1)的小消息值，h(i,州表示從節(jié)點x(i，_]?)傳遞至 x(i+l，j)的消息值。
[0070] 所述步驟4,利用微波車輛檢測器或地感線圈獲取道路車流量、平均車速，占有率 等信息，建立車輛到達(dá)路口平均時間，車輛排隊長度信息，確定消息傳遞函數(shù)中％，以D，并 將得到的a"，LD帶入消息傳遞函數(shù)中進(jìn)行迭代處理，建立消息傳遞函數(shù)的初始值。
[0071] 所述步驟5,利用微波車輛檢測器等傳感器獲取的車輛和道路實時信息，計求解網(wǎng) 絡(luò)延時函數(shù)5 (i，j)的最小值，得到各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間消息傳遞函數(shù)的值，傳遞至上游和下游 節(jié)點。關(guān)于上游節(jié)點，由行駛方向由西到東，則西為上游，東為下游，則西面節(jié)點為上游節(jié) 點，東面節(jié)點為下游節(jié)點。其中，網(wǎng)絡(luò)延時函數(shù)5 (i，j)為最小值時，xt(i，j)即為即為網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點中的信號燈切換時間(t)的局部最優(yōu)值，表示如下所示：
[0072]
[0073] 式中，xt(i，j)為網(wǎng)絡(luò)延時5 (i，j)為最小值時信號燈切換時間局部最優(yōu)值， a<i(i，j)表示車輛從某一方向至IJ達(dá)節(jié)點的時間，Lxd(i,J)，Lyd(i,j)分別表示水平和垂直方向 上到達(dá)節(jié)點的車輛排隊長度，D,d(i，j)，Dyd(i，j)分別表示水平和垂直方向上節(jié)點各方向的 道路長度，5 (i，j)表示節(jié)點的延時值。
[0074] 所述步驟6,利用步驟5計算結(jié)果，進(jìn)行迭代循環(huán)處理，直至系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)值。最 優(yōu)狀態(tài)為當(dāng)前循環(huán)的最小網(wǎng)絡(luò)延遲與上一循環(huán)的最小網(wǎng)絡(luò)延遲之差不大于規(guī)定闊值化，其 中闊值為兩次迭代網(wǎng)絡(luò)總體延時差的比較值，公式5 (ti)-5 (t2) <化，闊值可W影響網(wǎng)絡(luò) 收斂的時間。最后確定網(wǎng)絡(luò)延時5 (i，j)滿足W上條件后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中各信號燈切換時間 X(xj)(t)即為全局最優(yōu)值。
[00巧]本發(fā)明的效果可W通過W下仿真進(jìn)一步說明 [007引仿真內(nèi)容：
[0077] 將交通路口抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，針對面控交通模型進(jìn)行研究，為了簡化研究，如圖2 所示，建立一個10x10的二維網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行仿真驗證，對上述二維交通網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行W下 假設(shè)，1)將信號燈周期歸一化為化1]范圍內(nèi)，相位周期0. 5 ;2)不考慮黃燈周期；3)新一 輪周期節(jié)點到達(dá)交通流未進(jìn)行積累。
[0078] 對算法進(jìn)行仿真驗證，初始化各路口節(jié)點車輛到達(dá)時間和信號燈切換時間，每個 節(jié)點的平均延時為T/2,考慮10x10個路口節(jié)點情況，系統(tǒng)總體平均延時時間為50,其中T =Is。仿真中先針對路徑為平行等距分布情況下，對算法進(jìn)行分析驗證，平行等間距仿真結(jié) 果，如圖2所示。10x10節(jié)點網(wǎng)絡(luò)初始化延時為50s左右，系統(tǒng)經(jīng)過10次迭代后，總延時時 間快速收斂至10s，迭代50次W后，總體延時維持在10sW內(nèi)。通過仿真，驗證了算法在平 行網(wǎng)絡(luò)條件下，具有強(qiáng)的收斂性和較高的優(yōu)化效率。
[0079] 下面針對均勻分布（UniformDistribution)、高斯分布（Gaussian Distribution)進(jìn)行算法收斂性和有效性的比較，分析不同路口節(jié)點間道路距離分布不 同情況下，算法的優(yōu)化和收斂情況。假設(shè)均勻分布條件下，路徑符合U[d-S，d+5]分 布，其中(1 = 0.5,5￡(0,0.5)，高斯分布條件下，路徑符合口(11，52)分布，其中(1 = 0.5, 5G(0,0.5)。圖3表示總時間延遲隨著迭代次數(shù)的增加而減小。圖4中圓形點表示 道路為均勻分布條件下，算法優(yōu)化延時分布；H角形點表示道路為高斯分布條件下，算法優(yōu) 化延時分布。驗證了交通網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點在均勻分布和高斯分布時，針對不同5延時點跡進(jìn) 行最小方差二次擬合后的曲線，可W看出算法兩種道路分布情況下，均具備收斂性，且總體 的延時優(yōu)化率趨近未優(yōu)化前的25%。
【主權(quán)項】
1. 一種基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1 :建立交通網(wǎng)絡(luò)模型，初始化交通網(wǎng)絡(luò)參數(shù)； 步驟2 :基于交通網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，初始化各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信號燈切換時間和車輛到達(dá)節(jié)點時 間； 步驟3 :建立交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)延時函數(shù)，根據(jù)初始化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的車輛到達(dá)時間、信號燈切 換時間以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間道路長度分布，建立各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間消息傳遞函數(shù)； 步驟4 :利用車輛檢測器獲取車輛排隊長度、道路車流量、平均車速和占有率信息，計 算車輛到達(dá)節(jié)點時間； 步驟5 :利用車輛檢測器獲取的信息，求交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)延時函數(shù)的最小值，得到新的建 立各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間消息傳遞函數(shù)的值，傳遞至上游和下游節(jié)點； 步驟6 :返回步驟3進(jìn)行循環(huán)迭代處理，當(dāng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)時，停止循環(huán)迭代。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述交通網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括交通網(wǎng)絡(luò)路口節(jié)點矩陣、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間道路長度分布矩陣以及網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點間不同道路車流和占有率觀測矩陣。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述交通網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括交通網(wǎng)絡(luò)路口節(jié)點矩陣為：其中，N為MXN維矩陣，其中，i e [〇，N-l]，j e [〇，M-l]，x(i，j)為交通網(wǎng)絡(luò)中交通 路口位置坐標(biāo)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間道路長度分布矩陣為兩組道路的空間分布：其中：Dx(ij為NXM-I維矩陣，代表水平道路分布；Dy(ij為N-I XM維矩陣，代表垂直道 路分布。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間不同道路車流和占有率觀測矩陣為：其中：Lx(ij為NXM-I維矩陣，代表水平道路車流和占有率觀測矩陣；Ly(ij為N-IXM 維矩陣，代表垂直道路車流和占有率觀測矩陣。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述車輛到達(dá)節(jié)點時間為：式中，(t)代表路口節(jié)點x(i，j)處信號燈切換時間，Dx(ij代表路口節(jié)點相鄰方向 到達(dá)路口節(jié)點道路長度。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)延時函數(shù)為： j) = /(λ；,, ； ad (ζ, ]\ Lxd (/, ]\ Lyd (/, Dxd (/, Dnl (/,./)) 其中，ad(i，j)表示車輛從某一方向到達(dá)節(jié)點的時間，Lxd(i，j)，Lyd(i，j)分別表示水平 和垂直方向上到達(dá)節(jié)點的車輛排隊長度，Dxd(i，j)，Dyd(i，j)分別表示水平和垂直方向上節(jié) 點各方向的道路長度，S (i，j)表示節(jié)點的延時值。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間消息傳遞函數(shù)為： h(i,j) (aN) = min f (x ；aff, L, D)+g(i；J+1) (x(i, j)+DE(i, j+1))+h(i+1；^ (x(i, j)+Ds(i+l, j)) g(i，j) (aw) = min f(x ;aN, L, D)+g(i，j+1) (x(i, j)+DE(i, j+l))+h(i+1，j) (x(i, j)+Ds(i+l, j)) 其中，aw表示車輛從西面節(jié)點到達(dá)時間，aN表示車輛從北面節(jié)點到達(dá)時間，g(u +1)表示 從節(jié)點x(i, j)傳遞至x(i, j+Ι)的消息值，h(i，j+1)表示從節(jié)點x(i, j)傳遞至x(i+l, j)的 消息值，x為當(dāng)前路口綠燈開始時間，D為節(jié)點x(i，j)到節(jié)點x (i，j+1)的道路長度，L為到 達(dá)節(jié)點x(i，j)的車輛長度，De為當(dāng)前節(jié)點與東面相鄰節(jié)點之間的道路長度，D s為當(dāng)前節(jié)點 與南面相鄰節(jié)點之間的道路長度。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述車輛檢測器為微波車輛檢測器或地感線圈。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，其特征在于： 所述最優(yōu)狀態(tài)為當(dāng)前循環(huán)的最小網(wǎng)絡(luò)延遲與上一循環(huán)的最小網(wǎng)絡(luò)延遲的差值不大于規(guī)定 閾值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于消息的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交通信號優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：建立交通網(wǎng)絡(luò)模型，初始化交通網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；初始化各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信號燈切換時間和車輛到達(dá)節(jié)點時間；建立交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)延時函數(shù)，建立各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間消息傳遞函數(shù)；計算車輛到達(dá)節(jié)點時間；求交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)延時函數(shù)的最小值，得到新的建立各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間消息傳遞函數(shù)的值，傳遞至上游和下游節(jié)點；返回步驟3進(jìn)行循環(huán)迭代處理，當(dāng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)時，停止循環(huán)迭代。本發(fā)明提供一種在復(fù)雜區(qū)域交通系統(tǒng)中，需要對交通信號控制和車輛行駛路徑進(jìn)行優(yōu)化，從而實現(xiàn)對城市道路交通的管控時，提出穩(wěn)定、可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、算法實時性高，系統(tǒng)優(yōu)化效率更高的復(fù)雜交通網(wǎng)絡(luò)信號控制優(yōu)化方法。
【IPC分類】G08G1/07
【公開號】CN104882006
【申請?zhí)枴緾N201410318468
【發(fā)明人】畢欣, 杜勁松, 趙越南, 高潔, 李想, 田星, 張清石
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2014年7月3日