[发明专利]自学习智能式城市交通流协调控制方法

说明书

本发明涉及一种城市交通控制方法，它适用于城市道路网纵横交汇的平面交叉路口，设置红、绿、黄色信号灯来管理控制车辆行驶。

目前，城市里各种车辆在道路上行驶宛如流体在管道中流动，所以人们称之为交通流。在城市纵横交错的道路网中，除少数有条件的交叉路口建造立交桥外，大多数道路纵横交汇处都只能是平面交叉路口，以设置红、绿、黄色信号灯管理和控制车辆的行驶。城市交通道路是一个城市的命脉，交通不畅不论在经济上还是社会影响上都会带来一系列严重的后果。譬如：一辆车在通过交叉路口多停留一次，会增加因停留而带来车辆刹车的磨损、油耗、排气和噪声污染，以及车内人员等待的时间，对于一个中等流量的交叉路口，每小时通过的车辆数在1500辆/小时左右，假如减少停车率1%，仅就油耗一项每年一个交叉路口可节约一万元，一个大城市约500-1000个交叉路口，其经济价值是相当可观的，因此，如何采用更先进、更可靠、更有效的方法协调控制城市交通流，是城市现代化中至关重要的问题。

众所周知，世界上实现区域协调实时控制的方法有两种，一种是以澳大利亚的SCATS（Sydney  Co-Ordinated  Adaptive  Traffic  System）为代表的配时参数实时选择方法，另一种是以英国的SCOOT（Split  Cycle  Offset  Optimiza-tion  Technique）为代表的实时交通状况模拟方法。

为了叙述方便起见，先把交通控制方法领域的重要参数说明如下：

1.交通信号灯一般是“红-绿-黄”地循环变化，红绿黄信号显示一周所需时间我们称为周期T，tg-绿灯时间，ty-黄灯时间（一般1-2秒）tr-红灯时间。

显然T＝tg+ty+tr

一般信号灯周期最短时间为30秒，最长周期为120秒（太短车辆尚刚起动，自行车、行人穿过路口需要最少的时间;太长，人们容易误解为控制设备坏了而反感乃至不服从信号灯指挥）。

2.绿信比g，绿灯时间与周期之比，即g＝tg/T，它描述了周期在各个方向上的分配比例。

对单个路口来说，只需要T和g就完全描述了信号灯的动作。

对于二个路口以上道路网来说，还有一个控制参数相位差ψ。

3.相位差ψ：两个相邻路口，如果周期相同，同一方向上红灯时间（或绿灯时间）起始时刻之差叫做相位差ψ，显然，如果相位差设置得好，在路口I1遇到绿灯的车队到路口I2仍然遇到绿灯，这样就可以避免停车等待。对一个路口来说，它与四面八方的相邻路口都有相位差问题。

周期T，绿信比g和相位差ψ是城市交通控制中三个控制参数（也叫配时参数），一个城市有很多个交叉路口（设有n个）道路网十分复杂，路口与路口之间有许多路段相连（假设有m条路段）。显然相距越近的路口，交通流之间的关系越密切，越远则越无关系（相关性小）。为了便于控制和管理，往往把一个城市道路交通网络分成若干个子区（假设分为e个子区）来控制。一个子区内的周期是一致的，这样就有1个周期值，n个绿信比值，m个相位差值。所以T、g、ψ都是向量，T为1维，g为n维，ψ为m维。在一个周期（30秒～120秒）范围内，对一个城市的交通控制来说要确定的控制参数有n×m×1个。从控制参数的个数讲这是一个十分复杂的问题。而这些参数的相互组合，则是数目更大的排列组合问题。

交通控制问题的复杂性还在于其随机性。车辆什么时候发出，走什么路线，通过哪些交叉路口，在道路上以什么速度行驶，道路上会出现什么意外情况，司机的心理状态如何，各种种类的车辆（机动车、非机动车;货车、公共电汽车、小客车、摩托车……）构成如何等等一系列因素都不是确定的，而是随机性的，而且这种随机规律很难描述，即使找到一时适用的统计规律不久也会不适用（即老化）。

交通控制问题的复杂性还在于其动态性。车辆在道路上是运动着的，不同时刻处在不同的位置。从城市道路网看，不同时刻道路网上交通流分配是不相同的;道路网及其设施也不是一成不变的，修路、改道、增加站台等都会改变道路网的性能;人们的活动规律也不是静态的，一天之中，一星期之中，一月，一季度，一年之中都会有变化;交通工具的构成也在缓慢发生变化。所有这些都与交通控制有关。交通控制必须适应交通活动的动态性。