一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法技术

本发明专利技术涉及一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设置交叉口中各相位的初始配时方案；2)建立车辆优先级得到车队的折合排队长度统计依据；3)计算各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度；4)根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，得到各相位在一个信号周期内的平均排队长度；5)采用完全信息静态博弈方法得到该信号周期内各相位分配的有效绿时；6)对该信号周期内各相位分配的有效绿时进行修正调整，得到该信号周期内各相位的配时方案；7)重复步骤3)～6)对配时方案进行更新调整，得到每一信号周期内各相位的配时方案，本发明专利技术可广泛用于道路交通信号控制领域中。

A signal timing method for single intersection based on static game with complete information

The present invention relates to a single intersection signal timing method based on complete information static game, which includes the following steps: 1) setting the initial timing scheme for each phase in the intersection; 2) establishing vehicle priority to obtain the statistical basis for the queuing length of the convoy; and 3) to calculate the maximum queue length of each phase in the green time and the maximum queuing length of each phase. Minimum queuing length; 4) according to the initial timing scheme and the maximum queue length and minimum queue length of each phase green time, the average queuing length of each phase in a signal cycle is obtained; 5) the effective green time of the phase distribution within the signal cycle is obtained by the complete information static game method; 6) for each period of the signal period The effective green time of phase allocation is modified and adjusted, and the timing scheme of each phase in the signal cycle is obtained; 7) repeat steps 3) to 6) to update and adjust the timing scheme to get the timing scheme of each phase in each signal period, and the invention can be widely used in the field of road traffic signal control.

【技术实现步骤摘要】
一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法
本专利技术涉及一种单交叉口信号配时方法，特别是关于一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，属于道路交通信号控制领域。
技术介绍
道路交叉口是指两条或两条以上的道路相交处，作为车辆与行人汇集、转向和疏散的必经之地，道路交叉口是交通网络中造成车流中断和延误产生的天然瓶颈，其通行能力是决定交通网络通行效率的关键所在，因此，为了提高道路通行能力，改善交叉口通行状况，需要对道路交叉口信号配时进行优化。当前，道路交叉口信号配时最常见的信号控制方法为单点定周期信号控制，定时信号的配时方法在中国主要有停车线法和冲突点法，此外，国际上还有英国的WEBSTER(韦伯斯特)法，澳大利亚的ARRB(澳大利亚道路研究局)法及美国的HCM(美国道路通行能力手册)法等，这些方法均侧重于以停车延误最小为目标函数，以各相位流量比为主要参数来确定最佳周期时长，具有以下不足：1)确定信号周期后，各相位的有效绿时分配缺乏理论依据，近似于以各相位流量比的等比分配；2)只考虑各相位中车道的车流量，不考虑车道中的车辆类型与车队分布；3)在高流量比条件下配时效果不理想；4)虽然以最小化交叉口总延误为目标，配时结果往往令实际车辆延误超过可接受范围。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够兼顾车道中车辆类型与车队分布且适用范围广的基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：采用平均配时方法，设置交叉口中各相位的初始配时方案，其中，初始配时方案包括设置初始的信号周期以及各相位在一信号周期内的有效绿时；步骤2)：根据车辆类型和车队分布，建立车辆优先级，得到车队的折合排队长度统计依据；步骤3)：对于每一相位，在其信号周期内的绿时开始时间点和结束时间点，根据车队的折合排队长度统计依据，对每一相位中各车道内的车辆均进行车队的折合排队长度统计，进而计算得到各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度；步骤4)：根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，得到各相位在一个信号周期内的平均排队长度；步骤5)：采用完全信息静态博弈方法，根据各相位在一个信号周期内的平均排队长度，计算该信号周期内各相位的绿时分配权重，进而得到该信号周期内各相位分配的有效绿时；步骤6)：对该信号周期内各相位分配的有效绿时进行修正调整，得到该信号周期内各相位的配时方案；步骤7)：重复所述步骤3)～6)，以所述步骤3)～6)的信号配时过程中得到的各项参数作为输入量，对所述步骤6)中的配时方案进行更新调整，得到每一信号周期内各相位的配时方案。进一步，所述步骤1)中的初始配时方案包括设置初始的信号周期、各相位在一信号周期内的有效绿时以及各相位在一信号周期内绿时的最小排队长度。进一步，所述步骤2)中根据车辆类型和车队分布，建立车辆优先级，得到车队的折合排队长度统计依据，具体过程为：2.1)设定各车辆类型的优先级及对应权重；2.2)设定前后相邻两辆车的车头时距Δt小于某一阈值的两辆车属于同一车队，设定前后相邻两辆车的坐标、速度和加速度分别为(xfront，vfront，afront)和(xback，vback，aback)，则：两辆车的车头时距Δt：因此，计算每一相位中各车道内前后相邻两辆车的车头时距，根据前后相邻两辆车的车头时距Δt是否小于某一阈值，得到每一相位中各车道内的车队分布；2.3)设定每一相位中各车道内车队的折合排队长度长于每一相位中各车道内所有车辆的折合排队长度，车队的折合排队长度lteam：其中，aq表示第q种车辆类型的优先系数，Pq表示第q种车辆类型的优先级，n表示该车队中的车辆总数，lp表示第p辆车在不考虑优先级条件下的自然排队长度，包括其车长及与前车车尾的距离，b表示该车队的优先级。进一步，所述步骤3)中对于每一相位，在其信号周期内的绿时开始时间点和结束时间点，根据车队的折合排队长度统计依据，对每一相位中各车道内的车辆均进行车队的折合排队长度统计，进而计算得到各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，具体过程为：3.1)对于每一相位，在其绿时开始时间点，将该相位中某一车道内所有车队的折合排队长度相加得到该车道的折合排队长度，并将该相位内所有车道的折合排队长度相加得到绿时开始时间点该相位带权重的折合排队长度，即相位绿时的最大排队长度3.2)对于每一相位，在其绿时结束时间点，将该相位中某一车道内所有车队的折合排队长度相加得到该车道的折合排队长度，并将该相位内所有车道的折合排队长相加得到绿时结束时间点该相位带权重的折合排队长度，即相位绿时的最小排队长度进一步，所述步骤4)中根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，得到各相位在一个信号周期内的平均排队长度，具体过程为：4.1)根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，计算各相位的到达车流量和离开车流量：其中，μi表示各相位的到达车流量；αi表示各相位的离开车流量；T表示信号周期；ti表示信号周期内相位i的有效绿时；表示上一信号周期各相位绿时的最小排队长度；4.2)根据各相位的到达车流量和离开车流量，计算各相位在一个信号周期内的平均排队长度其中，τ1，i表示第i相位红灯的时间，且tj表示第j相位的有效绿时；τ2表示信号周期的时长，且进一步，所述步骤5)中采用完全信息静态博弈方法，根据各相位在一个信号周期内的平均排队长度，计算该信号周期内各相位的绿时分配权重，进而得到该信号周期内各相位分配的有效绿时，具体过程为：5.1)采用完全信息静态博弈方法，根据各相位在一个信号周期内的平均排队长度得到该信号周期内各相位的收益函数πi：5.2)根据完全信息静态博弈的纳什均衡解的一致性条件，对该信号周期内各相位的收益函数进行求解，得到该信号周期内各相位的绿时分配权重：若完全信息静态博弈若存在纳什均衡解，该纳什均衡解应具有纳什均衡解的一致性，即博弈参与人会主动遵守当前选择，某一博弈参与人单方面改变策略不会得到更多的收益，在连续策略情况下，一致性条件表现为博弈参与人的收益函数πi对策略偏导数为0，即：整理上式得到纳什均衡解一般情况下，当离开车流量αi接近饱和车流量时，满足αi-μi＞0，令：Wi即为相位i的绿时分配权重；5.3)根据该信号周期内各相位的绿时分配权重，得到相位i分配到的有效绿时ti：进一步，所述步骤6)中对该信号周期内各相位分配的有效绿时进行修正调整，得到该信号周期内各相位的配时方案，具体为：对该信号周期内各相位分配的有效绿时进行修正调整，使各相位的有效绿时同时满足整数限制条件以及绿时限制条件，进而得到该信号周期内各相位的配时方案，其中，绿时限制条件为最大绿时限制条件或最小绿时限制条件；整数限制条件，即对各相位的有效绿时进行排序，令有效绿时最长的前三个相位取不超过计算结果的最大整数后，最后一个相位的有效绿时tj：最大/或最小绿时限制条件，即设定相位j应分配的有效绿时tj≤tmax/或tj≤tmin，tmax表示最大有效绿时，tmin表示最小有效绿时，则先保证tj＝tmax/或tj＝tmin，其它相位再按照绿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：采用平均配时方法，设置交叉口中各相位的初始配时方案，其中，初始配时方案包括设置初始的信号周期以及各相位在一信号周期内的有效绿时；步骤2)：根据车辆类型和车队分布，建立车辆优先级，得到车队的折合排队长度统计依据；步骤3)：对于每一相位，在其信号周期内的绿时开始时间点和结束时间点，根据车队的折合排队长度统计依据，对每一相位中各车道内的车辆均进行车队的折合排队长度统计，进而计算得到各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度；步骤4)：根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，得到各相位在一个信号周期内的平均排队长度；步骤5)：采用完全信息静态博弈方法，根据各相位在一个信号周期内的平均排队长度，计算该信号周期内各相位的绿时分配权重，进而得到该信号周期内各相位分配的有效绿时；步骤6)：对该信号周期内各相位分配的有效绿时进行修正调整，得到该信号周期内各相位的配时方案；步骤7)：重复所述步骤3)～6)，以所述步骤3)～6)的信号配时过程中得到的各项参数作为输入量，对所述步骤6)中的配时方案进行更新调整，得到每一信号周期内各相位的配时方案。...

【技术特征摘要】
1.一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：采用平均配时方法，设置交叉口中各相位的初始配时方案，其中，初始配时方案包括设置初始的信号周期以及各相位在一信号周期内的有效绿时；步骤2)：根据车辆类型和车队分布，建立车辆优先级，得到车队的折合排队长度统计依据；步骤3)：对于每一相位，在其信号周期内的绿时开始时间点和结束时间点，根据车队的折合排队长度统计依据，对每一相位中各车道内的车辆均进行车队的折合排队长度统计，进而计算得到各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度；步骤4)：根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，得到各相位在一个信号周期内的平均排队长度；步骤5)：采用完全信息静态博弈方法，根据各相位在一个信号周期内的平均排队长度，计算该信号周期内各相位的绿时分配权重，进而得到该信号周期内各相位分配的有效绿时；步骤6)：对该信号周期内各相位分配的有效绿时进行修正调整，得到该信号周期内各相位的配时方案；步骤7)：重复所述步骤3)～6)，以所述步骤3)～6)的信号配时过程中得到的各项参数作为输入量，对所述步骤6)中的配时方案进行更新调整，得到每一信号周期内各相位的配时方案。2.如权利要求1所述的一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，所述步骤1)中的初始配时方案包括设置初始的信号周期、各相位在一信号周期内的有效绿时以及各相位在一信号周期内绿时的最小排队长度。3.如权利要求2所述的一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，所述步骤2)中根据车辆类型和车队分布，建立车辆优先级，得到车队的折合排队长度统计依据，具体过程为：2.1)设定各车辆类型的优先级及对应权重；2.2)设定前后相邻两辆车的车头时距Δt小于某一阈值的两辆车属于同一车队，设定前后相邻两辆车的坐标、速度和加速度分别为(xfront，vfront，afront)和(xback，vback，aback)，则：两辆车的车头时距Δt：因此，计算每一相位中各车道内前后相邻两辆车的车头时距，根据前后相邻两辆车的车头时距Δt是否小于某一阈值，得到每一相位中各车道内的车队分布；2.3)设定每一相位中各车道内车队的折合排队长度长于每一相位中各车道内所有车辆的折合排队长度，车队的折合排队长度lteam：其中，aq表示第q种车辆类型的优先系数，Pq表示第q种车辆类型的优先级，n表示该车队中的车辆总数，lp表示第p辆车在不考虑优先级条件下的自然排队长度，包括其车长及与前车车尾的距离，b表示该车队的优先级。4.如权利要求3所述的一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，所述步骤3)中对于每一相位，在其信号周期内的绿时开始时间点和结束时间点，根据车队的折合排队长度统计依据，对每一相位中各车道内的车辆均进行车队的折合排队长度统计，进而计算得到各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，具体过程为：3.1)对于每一相位，在其绿时开始时间点，将该相位中某一车道内所有车队的折合排队长度相加得到该车道的折合排队长度，并将该相位内所有车道的折合排队长度相加得到绿时开始时间点该相位带权重的折合排队长度，即相位绿时的最大排队长度3.2)对于每一相位，在其绿时结束时间点，将该相位中某一车道内所有车队的折合排队长度相加得到该车道的折合排队长度，并将该相位内所有车道的折合排队长相加得到绿时结束时间点该相位带权重的折合排队长度，即相位绿时的最小排队长度5.如权利要求4所述的一种基于完全信息静态博弈的单交叉口信号配时方法，其特征在于，所述步骤4)中根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，得到各相位在一个信号周期内的平均排队长度，具体过程为：4.1)根据初始配时方案以及各相位绿时的最大排队长度和最小排队长度，计算各相位的到达车流量和离开车流量：其中，μi表示各相位的到达车流量；αi表示各相位的离开车流量；T表示信号周期；ti表示信号周期内相位i的有效绿时；表示上一信号周期各相位绿时的最小排队长度；4.2)根据各相位的到达车流量和离开车流量，计算各相位在一个信号周期内的平均排队长度

【专利技术属性】
技术研发人员：胡坚明，裴欣，李宇静，张毅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11