[发明专利]基于合作博弈的城市十字路口通行效率优化方法和设备

说明书

本发明公开了一种基于合作博弈的城市十字路口通行效率优化方法和设备，通过合作博弈中的改进的Shapley估值算法计算出四个相位的Shapley值；根据四个相位的Shapley值计算各个相位各个周期所需分配的绿灯时间。本发明根据各相位的车辆排队长度，采用合作博弈中改进的Shapley估值方法，以四个相位为参与者，合理分配各个相位的绿灯时间，达到有效利用信号灯周期内绿灯时间，优化路口车流辆的通行效率的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于合作博弈的城市十字路口通行效率优化方法和设备，属于智慧交通系统设计技术领域。

背景技术

现有的城市十字交叉路口的信号灯采用的是传统的固定配时方法。如图2 所示,一个周期四个相位(东西方向车辆直行、东西方向车辆左转、南北方向车辆直行、南北方向车辆左转),各个相位信号灯的配时是根据此路口各相位通过车辆数的历史数据平均值进行设置的，这使得各相位分配的绿灯时间只对于各相位历史通过车辆数的均值来说达到了均衡。但是，实时道路交叉口每个周期通过的车辆数并不与历史通过车辆数的均值相同，不同时段、不同周期各个路口车辆到达状况相对于均值存在很大波动。此时，固定配时设置的绿灯时间相对于道路交叉口的实时车辆数会形成不均衡状态，造成了绿灯时间分配不合理的缺点，导致道路交叉口车辆通行效率低下。

虽然有研究表明采用非合作博弈中的斗鸡博弈有利于各路口争取到绿灯的优先权，具有车辆排队长度长的一方先行通过优点，但严重降低了道路通行效率，甚至由于未考虑到每个周期内各相位车辆通行的公平性，而造成某个相位的车辆在多个周期内不能获得通行权，进一步造成了道路的拥堵和通行效率的降低。也有研究(王明月.基于博弈论的道路交叉口信号配时方案研究[D].北京交通大学, 2015.)表明采用合作博弈中Shapley估值解法兼顾了各相位车辆通行的公平性优点，但是该方法是基于当前排队车辆数进行博弈的配时，没有考虑到排队的车辆通行过程中仍有源源不断的车辆到达，在分配完时间后到达的车辆没有统计在内，导致车辆排队长度与车辆消散数量数据的处理结果与实际存在偏差，导致红绿灯分配时间不准确，十字路口通行效率低的问题。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种基于合作博弈的城市十字路口通行效率优化方法和设备，解决了十字路口绿灯分配时间不准确、通行效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于合作博弈的城市十字路口通行效率优化方法，包括以下步骤：

通过合作博弈中的改进的Shapley估值算法计算出四个相位的Shapley值；

根据四个相位的Shapley值计算各个相位各个周期所需分配的绿灯时间。

进一步的，四个相位分别为：东西方向车辆直行、东西方向车辆左转、南北方向车辆直行、南北方向车辆左转。

进一步的，第a相位的Shapley值为：

其中，

W_a(i)表示联盟集S_a中第i个联盟的加权因子，i＝1,2,…,8，n表示参与者的总个数，|S_a,i|表示S_a中第i个联盟的参与者的个数；V_i(S_a)表示联盟集S_a中第i 个联盟的贡献值，V_i(S_a\{a})表示联盟集S_a中除去a相位参与者以外的第i个联盟的贡献值。

进一步的，有第a相位参与的联盟集S_a为：