[发明专利]一种基于自适应信号灯的单点交叉口车辆调度系统与方法

说明书

本发明请求保护一种基于自适应信号灯的单点交叉口车辆调度系统与方法，首先基于短时交通流预测算法预测出各车道的交通流信息，建立车道级优先队列，然后基于组合互斥模型验证并确定通行的相位相序，然后以单交叉口的平均延误，平均停车次数作为多目标函数采用粒子群算法结合禁忌搜索算法进行周期信号配时优化并根据各个相位的车流量分配相应的绿灯时间片，建立单点交叉口的相位优先通行权模糊控制器，最后根据实时交通状况进行进一步的信号配时优化。本发明各个模块相辅相成，形成一个完善的自适应信号灯的车辆调度系统与方法。可以有效提高单点交叉口的通行效率和驾驶员的舒适度。

技术领域

本发明属于优化交通通行效率领域，尤其涉及一种基于自适应信号灯的单点交叉口车辆调度系统与方法。

背景技术

随着车辆数的增加，对于道路上车辆的通行效率的提升需求也日渐增加，特别针对于交叉口。传统道路交叉口的交通信号灯配时例如SCOOT、SCATS仅仅只能保证的道路的安全性，却牺牲了道路的通行效率问题。所以为了更好的优化信号灯配时来调度道路上的交通流量是目前研究的重点。

近年来，智能交通引起了广泛的关注，对于交通信号灯的配时优化许多学者对此都做出了巨大的成就。这些研究大致可以分为三类。一是研究使用进化算法优化，如MinKeng Tan等提出了一种基于分散遗传算法的信号配时优化方法，以减少交通平均延迟。Alok Yadav等提出了一种基于遗传算法和梯度下降的信号灯配时方法，解决了遗传算法收敛不到实际最优解的问题，进一步改善了交通信号配时。Xiaobao Ren等根据对车流量数据的采集，用Webster方法设计合理的相位时序配时进行优化。MaryamAlami Chentoufi等提出了一种基于混合粒子群优化和禁忌搜索算法的自适应交通信号配时优化方法，解决了陷入局部最优和过早收敛的问题；梁国华等公开了一种城市饱和交叉口信号配时的优化方法，通过综合评价函数来衡量信号配时方案。

在上述方法中，虽然优化了周期配时，但是实际车流量和预测的误差会导致配时分配不合理，车道组合的固定，相位的固定使得交通的调度会存在一边车流量稀疏，一边车流量密集的情况。目前，尚未有一种基于自适应信号灯的单点交叉口车辆调度方法，该方法首先通过短时交通流预测算法测出各车道的交通流信息，建立车道级优先队列，然后基于组合互斥模型验证并确定通行相位，然后以单交叉口的平均延误，平均停车次数作为多目标函数采用粒子群算法结合禁忌搜索算法进行信号配时优化并根据各个相位的车流量分配相应的绿灯时间片，结合建立单点交叉口的相位优先通行权模糊控制器，同时根据实时交通状况进一步实现信号配时优化。

发明内容

本发明针对交叉口存在的通行效率问题，提供了一种自适应信号灯的单交叉口车辆调度方法，通过历史数据预测下一某时段的交通流，结合车道组合互斥模型算法确定通行相位，以单交叉口多目标联合函数，以粒子群算法和禁忌搜索算法进行周期信号配时优化，以地磁感应技术和目标识别技术获取实时的相位交通状况，进一步的优化相序配时，建立单点交叉口的模糊控制器来优化各个相位的通行权。各个模块相辅相成，形成一个完善的自适应信号灯的车辆调度系统与方法。可以有效提高单点交叉口的通行效率和驾驶员的舒适度。具体构建了基于短时交通流预测的车道组合互斥模型，基于粒子群算法结合禁忌搜索算法的多目标配时优化模型，基于单点交叉口的相位优先通行权模糊控制器模型，基于实时车况的自适应信号配时优化模型四个功能模块。

鉴于此，本发明采用的技术方案是：一种基于自适应信号灯的单点交叉口车辆调度方法，包括以下步骤：

根据车道级的历史交通流数据预测下一时段的车流量，根据预测的车流量大小设定车道级数据，以车道队列表示；

构建基于车道优先级队列的车道组合互斥模型，从而根据各个车道的优先级，分配相应的车道级绿灯时间片，确定通行的相位相序；

构建基于粒子群算法结合禁忌搜索算法的多目标配时优化模型，优化周期配时方案，再根据各个车道的车流量分配相应的绿灯时间片；