[发明专利]基于多时段控制方案的城市干道协调控制优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交通管理技术，特别涉及一种基于多时段控制方案的城市干道协调控制优化方法。

背景技术

随着我国机动车总量的持续增长，我国城市道路拥堵情况愈演愈烈。在城市道路中，主干道上相邻的若干交叉口往往互相关联，互相影响，要想解决城市交通拥堵问题，仅仅局限于单一交叉口的信号控制是难以做到的，有效的城市干道协调控制才是城市交通拥堵“顽疾”的“治病良方”。

近几年，在协调控制方面，我国一些大中型城市也有所尝试，并先后引进了先进的智能交通控制管理系统，如北京、成都、大连引进英国的SCOOT系统；沈阳、上海、广州引进澳大利亚的SCATS系统；深圳引进日本的KYOSAN系统等。然而，以上协调控制系统均以自适应控制方式为主，对检测线圈及其硬件设施依赖程度较高。考虑到我国各大城市用于检测车辆的线圈故障率高达30％，易造成实时流量数据不准确的情况，不利于协调控制系统制定出适当的交通控制策略方案。此外，自适应控制方式可能因为其频繁切换策略而对交通流造成较大扰动，对交通状况改善的效果可能“适得其反”，因此，以上系统对我国城市干道的协调控制不具有普遍适用性。

目前，我国使用范围最广的交叉口控制方式为多时段定时控制(Time-of-Day)策略。多时段定时控制策略是指依据历史交通量数据，针对各周、各天中不同时段的交通流量状况及交通运行环境，分别制定出相应信号控制方案的策略。由于其高效稳定、不过度依赖检测器等硬件设备，具有效益费用比较高的特点，社会经济效益显著，多时段控制策略已在全世界400多个城市得到广泛应用，已成为现阶段最符合我国交通信号控制要求的策略。

多时段定时控制的对象灵活，可以是点控，也可以是线控或面控。如果能将多时段定时控制策略与干道信号协调控制策略适当结合，制定出适用于我国城市干道的多时段协调控制策略，不仅能满足城市干道协调控制从全局的角度上解决城市交通拥堵问题的期望，避免单点控制“拆东墙补西墙”的现象；又能采用在我国久经考验的多时段控制策略，不受硬件设备设施影响，达到交通控制高效稳定的要求。因此，城市干道多时段协调控制策略在我国城市交通控制领域将有广阔的发展前景。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种符合我国国情的基于多时段控制方案的城市干道协调优化控制方式。

发明内容

本发明是针对现有城市干道交叉口控制方式对检测器等交通设备依赖性过高、缺乏可靠性，或不能有效适应我国道路交通情况并提高控制方式的效益费用比的问题，提出了一种基于多时段控制方案的城市干道协调控制优化方法，利用对城市干道协调范围内交叉口的仿真建模，提出了基于多时段控制方式下干道带宽最大和沿线交叉口车均延误最小的优化目标，采用多目标智能优化算法找寻控制方案最优切换时刻的优化控制方式；利用Matlab软件对混合聚类进行编程，用于历史交通流量处理计算，得到协调范围内各交叉口的单点控制方案，并对多目标智能优化算法进行编程，对协调范围内的干道交叉口的各时段方案切换时刻进行寻优求解，得到干道协调控制方案。最后采用微观交通仿真软件Synchro对协调对象进行仿真验证，结果表明该方法比未优化前交叉口车均延误降低12.63％，带宽增大0.98％。

本发明的技术方案为：一种基于多时段控制方案的城市干道协调控制优化方法，首先对历史交通数据进行处理，通过协调范围判定确定干道协调控制范围，接着通过单点交叉口流量数据混合聚类算法进行分析，并通过时序性处理确定信号控制方案，然后建立以带宽和延误为目标的协调优化模型，通过多目标优化进行模型求解,得到的优化结果与交叉口协调范围是否相符，如不符，重新进行分析，如相符将优化结果与仿真相对比，优化结果是否较好，如好，输出干道多时段协调控制优化方案，如不好返回重新进行分析。

所述对历史交通数据进行处理，即将历史交通流量数据进行缺失数据修补预处理，并将目标数据按时间顺序进行编码；

其中修补预处理为缺失的数据利用其之前若干天数据的加权平均，加上一个随机波动因子加以确定，具体如下公式所示预处理数据修补方法：