[发明专利]一种带有约束的城市交通交叉口信号控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种带有约束的城市交通交叉口信号控制方法，尤其是一种利用迭代学习控制进行城市交通信号控制方法，属于交通信号灯控制管理技术领域。

背景技术

迭代学习控制(ILC)的基本思想是对于一个在有限时间区间上重复运行的系统，通过重复同样轨迹的控制尝试，利用系统前一次或前几次运行测得的误差信息不断修正控制输入，使得系统在整个时间区间上的输出轨迹能够跟踪上期望轨迹。这一思想是由日本学者Uchiyama在1978年最早提出的。Arimoto于1984年将上述思想加以完善后正式提出了迭代学习控制方法，并从理论上证明了方法的可行性，开辟了控制理论的一个新的研究方向。

迭代学习控制的目标是通过对系统进行不断的控制尝试，使系统的跟踪误差逐渐减小并最终达到完全跟踪的目的。近几年来，针对快速路交通流量具有相似的时空分布特点，ILC开始在快速路交通控制中得到应用并取得了较系统性的研究成果，目前已成为智能交通控制领域的一个重要的研究方向。2003年，Hou等首次将ILC用于城市快速路匝道控制中，并证明了ILC算法的收敛性。其基本思想是通过调节入口匝道的输入流量，使设有入口匝道路段的交通流密度完全跟踪期望密度，从而使路段的交通流量处于合理水平，防止交通拥堵的发生。此后，除了将ILC用于快速路匝道控制外，在主线速度控制、不同控制目标下的快速路交通流控制等多个方面展开研究。2008年，Hou等在考虑实际入口匝道流量受通行能力和交通需求的限制的基础上，研究了输入和状态受限时ILC在快速路交通控制中的应用。随后将ILC与现有的多种反馈控制方法相结合，提出了基于学习增强型反馈控制的城市快速路交通控制方法；考虑现实的交通流运行并非是严格重复的，还进一步研究了期望轨迹和模型参数迭代变化时ILC在快速路交通控制中的应用。

上述均是ILC在快速路交通控制中应用的研究成果，而关于ILC在城市交通信号控制方面的应用却少有研究。2010年，郑一辰等结合模糊理论与迭代学习控制设计了交通信号自适应控制器对单个交叉口进行控制。2013年，Huang等将交通分配与交通控制相结合，采用迭代学习控制方法设计了交通信号控制器对路网进行控制，通过迭代控制使路网的交通状态逐渐达到均衡状态。2015年，Yan等将ILC应用于多交叉口的交通网络信号控制，通过对交叉口信号的迭代学习控制使路网的平均占有率逐步逼近期望占有率，从而使道路的车辆数处于合理水平，防止交通拥堵的发生；同时结合路网的宏观基本图，分析了交通信号的ILC控制策略对交通流在路网中整体运行水平的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种使各个进口道的车辆排队长度处于均衡状态，防止因车辆排队长度不均使得某一相位的绿灯时间得不到充分利用，而其他相位出现长时间的车辆排队，进而引发交通拥堵的带有约束的城市交通交叉口信号控制方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种带有约束的城市交通交叉口信号控制方法，所述的信号控制方法是：

a)选择各个进口道的车辆排队长度差作为系统的输出，即以交叉口的某一进口道为参考，将其他进口道的车辆排队长度与参考进口道的车辆排队长度之差作为系统的输出y(t)；交叉口j的四个进口道中，选择进口道1为参考，则系统的输出为：

式中：

y_2,1(k)——进口道2的输出；

y_3,1(k)——进口道3的输出；

y_4,1(k)——进口道4的输出；

b)对路网所有交叉口列写输出方程(2-12)，可以得到整个路网的输出方程为：

y(k)＝Cx(k)(2-13)

式中：

N——交叉口个数；

C——输出矩阵；

由式(2-12)和(2-13)得，系统的状态空间方程如下：

c)为了便于控制算法的收敛性分析，先给出所需要的一些基本假设：

假设1：在迭代过程中系统满足重复的初始重置条件，即：

x_n(0)＝x_d(0),y_n(0)＝y_d(0)

式中：

x_d(0)——期望的状态初值；

y_d(0)——期望输出的初值；

n——迭代次数。