一种基于时空资源动态分配的交通控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于时空资源动态分配的交通控制方法，其具体包括以下步骤：S1对交叉口时空资源进行定义、S2交叉口时空资源动态分配模型建立、S3交叉口时空资源动态分配模型解空间、S4交叉口时空资源动态分配模型的双层优化控制算法：其中，双层优化控制算法包括上层的车道控制算法和下层的相位控制算法。本方法通过重新定义交通控制时空资源的概念，构建交叉口时空资源动态分配模型，使其控制变量维度高、灵活性强、方便实用，并能够快速实现城市道路交叉口的信号控制建模，同时利用双层控制算法先进，充分考虑到控制变量的调控频度不同，进而更加有效适应调控需要和保障交叉口运行的稳定性。的稳定性。的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时空资源动态分配的交通控制方法


[0001]本专利技术涉及城市道路交叉口控制领域，具体涉及一种基于时空资源动态分配的交通控制方法。

技术介绍

[0002]随着汽车保有量的持续增加，城市道路拥堵状况日趋严重。而道路交叉口作为城市交通转运和安全通行的重要组成部分，正逐步成为交通拥堵发生的源发地和重灾区。
[0003]由于城市规划、信号控制设计、以及驾驶员驾驶行为等问题的存在，基于传统交通控制理论设计的被动交通控制，在控制变量维度和控制策略灵活性上存在不足。
[0004]因此，扩展交通控制变量的维度，重新定义交通控制模型组成形式，进行灵活性交通控制策略的设计，对于缓解城市道路交通拥堵、保持路网交通流稳定、保障行车安全有着非常重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：针对当前城市道路交叉口控制在控制变量维度和控制策略灵活性上存在的不足，提供一种基于时空资源动态分配的交通控制方法，其通过重新定义交通控制时空资源的概念，构建交叉口时空资源动态分配模型，同时设计双层控制算法，进而实现更灵活有效的交叉口控制。
[0006]本基于时空资源动态分配的交通控制方法包括以下步骤，
[0007]S1对交叉口时空资源进行定义：从城市交叉口交通控制角度出发，将时空资源描述为，以交叉口和路段作为整体，将交通控制中涉及的时空变量，以资源的形式进行表示，从而实现资源的形式组合和使用；
[0008]S2交叉口时空资源动态分配模型建立：在步骤S1对交叉口时空资源定义基础上，建立五维的交叉口时空资源动态分配模型，
[0009][0010]其中，路段j,a为上游路段，路段o为下游路段；n
j,a
(k)表示路段j,a在采样周期k的车辆数，q
j,a,in
(k)表示采样周期k内上游路段发送给路段j,a的车辆数；表示在采样周期k内有约束的的解空间中找到一个可行解后，可以得到在相位组合中属于路段j,a的相位的数量；表示车道基因表达后相同基因的数量，S
j,a
表示路段通行能力，g
j,a,o
(k)表示采样周期k内路段j,a所在相位的绿灯时间，且有g
j,a,o
(k)≥g
j,a,o,min
；
[0011]具体的，式1建立过程及理论为：在交叉口时空资源定义基础上，设计{车道、相位、相序、相位绿灯时间、间隔和损失时间}五维的交叉口时空资源动态分配模型，将交叉口由内部冲突区域和上下游连接路段组成；设交叉口的连接路段集合中的路段j,a的状态方程为：
[0012]n
j,a
(k+1)＝n
j,a
(k)+q
j,a,in
(k)
‑
q
j,a,out
(k)
[0013]上式表示采样周期k+1内路段j,a上的车辆数，等于采样周期k内路段j,a上的车辆数与上游路段流向j,a的车辆数和流出j,a的车辆数的差的和。其中，n
j,a
(k)表示路段j,a在采样周期k的车辆数；q
j,a,in
(k)表示采样周期k内上游路段发送给路段j,a的车辆数；q
j,a,out
(k)表示采样周期k内路段j,a发送给下游路段的车辆数；
[0014]为了能够准确表征车道属性的动态特性，提出车道基因概念，即通过将车道的转向属性描述为控制变量予以输出。车道的转向属性包括左转、直行和右转，分别用L、T和R表示，即车道的基因的基本组成单元为L、T和R；
[0015]交叉口进口车道转向属性与下游连接路段组成交叉口调度车流的最小单元。路段j,a为上游路段，路段o为下游路段；路段j,a的车道用R
j,a
＝{r，r＝1,2,...,m}，其中m表示路段j,a包含的车道数；F
j,a
(k)＝{f
r(j,a)
(k)}
r＝1,2,...,m
表示采样周期k内车道基因表达组合，其中f
r(j,a)
(k)表示车道r的基因表达；其中表示车道r的基因，一个车道由3个基因组成，分别为G1，G2，G3，其中有G1→
L，表示为第一个基因映射为左转，G2→
T，表示为第二个基因映射直行，G3→
R，表示为第三个基因映射为右转，并且有
[0016]通过上述描述，可以建立车道基因的调控变量：
[0017][0018]其中，Γ
j,a
(t)表示调控变量集合；表示为调控变量，其是关于车道数量的函数，由上式可得；n
j,a
(k)表示路段j,a到路段o的连接数量，其中(k)表示路段j,a到路段o的连接数量，其中表示车道组基因表达并集的第一个基因，表示车道基因表达并集的第二个基因，表示车道基因表达并集的第三个基因；
[0019][0020]s.t.
[0021][0022]式中：表示车道基因表达后，相同基因的数量；
[0023]将调控变量式带入交叉口存储转发模型式可得到交叉口时空资源动态模型：
[0024][0025]其中，S
j,a
表示路段通行能力，g
j,a,o
(k)表示采样周期k内路段j,a所在相位的绿灯时间，且有g
j,a,o
(k)≥g
j,a,o,min
；
[0026]S3交叉口时空资源动态分配模型解空间：根据路口所有方向进口路段的车道基因组表达集合、路口所有方向进口路段的车道在某固定基因组表达时的相位组合的集合、路口所有方向进口路段的车道在某固定基因表达时得到的固定相位组合时相序的集合，得到模型的车道基因、相位、相序关系的解空间，
[0027][0028]描述为采样周期k内g
j,a,o
(k)在上式解空间中找到一个可行解，并且该可行解应用到模型中可以完成绿灯时间和调控变量的调节；
[0029]其中，表示在采样周期k内有约束的解空间中找到一个可行解后，可以得到在相位组合中属于路段j,a的相位的数量，
[0030][0031]具体的，式1及式3建立过程及理论为：
[0032]路口所有方向进口路段的车道基因组表达集合：
[0033]Φ
x
(k)＝{F
Ι(x)
(k)}
Ι＝1,2,...,ε
[0034]路口所有方向进口路段的车道在某固定基因组表达时的相位组合的集合：
[0035][0036]路口所有方向进口路段的车道在某固定基因表达时得到的固定相位组合时相序的集合：
[0037][0038]由以上3个集合式得到模型的车道基因、相位、相序关系的解空间：
[0039][0040]描述为采样周期k内g
j,a,o
(k)在上式解空间中找到一个可行解，并且该可行解应用到模型中可以完成绿灯时间和调控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空资源动态分配的交通控制方法，其特征是：所述控制方法包括以下步骤，S1对交叉口时空资源进行定义：从城市交叉口交通控制角度出发，将时空资源描述为，以交叉口和路段作为整体，将交通控制中涉及的时空变量，以资源的形式进行表示，从而实现资源的形式组合和使用；S2交叉口时空资源动态分配模型建立：在步骤S1对交叉口时空资源定义基础上，建立五维的交叉口时空资源动态分配模型，其中，路段j,a为上游路段，路段o为下游路段；n
j,a
(k)表示路段j,a在采样周期k的车辆数，q
j,a,in
(k)表示采样周期k内上游路段发送给路段j,a的车辆数；表示在采样周期k内有约束的的解空间中找到一个可行解后，可以得到在相位组合中属于路段j,a的相位的数量；表示车道基因表达后相同基因的数量，S
j,a
表示路段通行能力，g
j,a,o
(k)表示采样周期k内路段j,a所在相位的绿灯时间，且有g
j,a,o
(k)≥g
j,a,o,min
；S3交叉口时空资源动态分配模型解空间：根据路口所有方向进口路段的车道基因组表达集合、路口所有方向进口路段的车道在某固定基因组表达时的相位组合的集合、路口所有方向进口路段的车道在某固定基因表达时得到的固定相位组合时相序的集合，得到模型的车道基因、相位、相序关系的解空间，描述为采样周期k内g
j,a,o
(k)在上式解空间中找到一个可行解，并且该可行解应用到模型中可以完成绿灯时间和调控变量的调节；其中，表示在采样周期k内有约束的解空间中找到一个可行解后，可以得到在相位组合中属于路段j,a的相位的数量，S4交叉口时空资源动态分配模型的双层优化控制算法：包括上层的车道控制算法和下层的相位控制算法，具体包括以下步骤，S41初始化：初始化方案由实际交叉口的形态、交通组成等设定；S42车道控制运行：在初始化运行方案结束位置插入车道控制插入全红相位，同时启动交叉口通行能力系数Js判断：如果J
s
≥0，则车道保持不变，进入相位控制；如果J
s
<0，且连续n个控制周期均有J
s
<0，则车...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立立，赵琦，李珅煜，唐建平，
申请(专利权)人：星禾环保科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：