一种网络化公交优先信号协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种网络化公交优先信号协调控制方法，该方法采用定周期感应控制的信号控制方案，设计了面向大规模信号控制系统优化的遗传算法方法和具有普适性的网络化遗传算法编码方案，建立了融合多个评价指标的综合控制适配值函数。本方法简单且易于实现，能够解决大规模网络化信号控制系统协调优化问题，适用于各种交通网络，能在提高区域内公交运营效率的同时达到公交车辆和社会车辆的综合最优效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交通信号控制技术，尤其涉及一种网络化公交优先信号协调控 制方法。
技术介绍
为解决城巿日益增加的车辆、乘客、行人与有限的交通资源之间的矛盾， 优先发展公交已成为解决城巿交通问题的重要手段。发展公共交通，首先必须 提高交通设施的利用效率，提高交通的服务能力，因此，作为交通控制方式的 公交信号优先就成为主要方式之一。例如，现有的快速公交(BRT)具有良好的道路优先条件，在北京投入使 用以来发挥了巨大的社会效益，例如前门至德茂庄一线的客运量稳定在14 万人次/天以上，在重要节假日可达22万人次/天的水平，高峰时段发车间隔可 压缩至45秒。同时，也正是由于良好的道路条件保障，BRT车辆在路口延误 所占总延误的比例也在大幅度上升态势，因此进行BRT线路的公交信号优先优 化有着十分重要的意义。现有的公交优先信号控制方法，大多只是针对单个交叉路口或数个交叉路 口构成的干线进行优化，而对于区域信号的优化较少；并且，公交优先信号的 控制方法多是感应控制，而非协调控制；另外，对公交优先优化的评价指标也 较单一。由于网络化交通系统的整体性，对单个路口或线路信号的优化难以解 决区域内多路口的相互影响问题。在控制方法上，感应控制能较灵活地根据路 口实际通行情况调整信号配时，但往往只考虑单一路口的效果，易破坏线路或 区域整体的协调性。在评价指标选取上，单一的指标难以体现优化的综合效果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种网络化公交优先信号协调控制 方法，以解决交通网络控制的大规模网络化信号控制系统的协调优化问题，在 提高区域内公交运营效率，即提高公交车辆平均无等待通过率、减少旅行时间、 提高冲突方向有效绿灯时间等指标的同时，达到公交车辆与社会车辆的综合最 优效果。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的 ，该方法包括A、 以单个路口编码为单位，设置待优化参数，对网络化公交优先信号控制系统进行遗传算法编码；B、 建立评价指标体系，设计适配值函数；C、 釆用轮盘赌法选择配对个体，釆用单点交叉进行交叉运算，执行遗传 搡作，以得到最优遗传个体；D、 对遗传算法进行计算，根据不同的参数进行译码操作。 其中，所述步骤D之后进一步包括根据前次的优化结果带入适配值函数计算新种群的适配值，并判断所述适 配值是否达到最大遗传代数，如果尚未达到，则重复步骤C 步骤D;否则， 则输出最佳优化结果，结束优化过程。所述待优化参数包括信号周期、绿信比、最大绿灯扩展比、最大绿灯调 用比、初始偏移、权重调节因子；所述遗传算法编码，是以单个路口编码为单 位，所述路口编码由所述待优化参数构成，以每个路口的编码作为一基因片段， 全线所有路口的基因片段构成一条完整的染色体。所述评价指标包括旅行时间&_,、绿波效果G/^"『flve、无等待通过率 油,/W她、路口延误『a/m附"w、有效绿灯时间相对比7^^,,,、社会车辆绝 对有效绿灯时间7;_^、冲突相位绿性比指标Co"y /"&"以及乘客需求/^""， 构成评价指标体系；并且依据所述评价指标设计得到如下适配函数+ "7 ■ . C ow/7/"G rw + or8 . 〃8 其中，F""m表示适配值，7^e,和『&mm"ve为减性指标，其他指标为加性指标；A为归一化系数，用于将各指标控制在o到i之间，A=/>(1().G;.); G,为 各指标数量级；《,为各评价指标的权重系数，为合理设置各指标权重以获得较好的综合优化效果，经反复试验，将权重值设为a尸L2; a2=1.2; 3=1.8; =1; a产l; afl; a尸l; as=0.6。所述步骤C执行遗传操作的过程中，需要设定如下参数种群大小10、遗 传代数200、交叉概率0.6、遗传操作前60代的变异概率为0.08、中期80代的 变异概率为0.07以及后期60代的变异概率为0.001。所述步骤D中进行译码操作的过程为Dl、在进行译码操作时根据不同的参数进行翻译，以计算参数值，具体为 为每个参数设置合理的上限和下限，将该段值域按比例与二进制编码域对应，其计算公式为"=l"P—2'——1 +<^;其中，y为参数值，up为参数上限， low是参数下限，binaryvalue是二进制编码值，length是该参数编码长度；D2、针对信号周期，采用典型值方式进行译码，在提取权重因子后，根据各公交相位对应的权重A:,.计算相位调节系数A,所述p, -;一，Z尺,将所述绿信比、扩展比、调用比的基准值分别与A相乘得到各相位的参数。 本专利技术所提供的网络化公交优先信号协调控制方法，具有以下优点 本专利技术采用定周期感应控制的信号控制方案，设计了面向大规模信号控制 系统优化的遗传算法方法和具有普适性的网络化遗传算法编码方案对现有的网 络化公交优先信号控制进行进一步优化，具有方法简单且易于实现的特点，能 够解决大规模网络化信号控制系统协调优化问题，普适性好；并且能在提高区 域内公交运营效率的同时保证社会车辆通行利益。附图说明图1为本专利技术实施例网络化公交优先信号协调控制方法流程图2为本专利技术实施例采用遗传算法编码方案示意图； 图3a为本专利技术网络化公交优先信号协调控制优化效果示意图一； 图3b为本专利技术网络化公交优先信号协调控制优化效果示意图二； 图3c为本专利技术网络化公交优先信号协调控制优化效果示意图三。具体实施例方式下面结合附图及本专利技术的实施例对本专利技术的方法作进一步详细的说明。 本专利技术的基本思路为在对网络化公交优先信号协调控制优化的过程中， 釆用定周期感应控制的信号控制方案，设计面向大规模信号控制系统优化的遗 传算法方法和网络化遗传算法编码方案，对区域内各个路口的信号周期、绿信 比、优先比例和初始偏移进行优化；以公交车辆平均无等待通过率、旅行时间、 冲突方向有效绿灯时间、公交方向绿波效应为指标，建立了综合控制适配值函 数。图1为本专利技术实施例网络化公交优先信号协调控制方法流程图，如图1所 示，该通过如下步骤实现。步骤101:以单个路口编码为单位，设置待优化参数，对网络化公交优先 信号控制系统的优化进行遗传算法编码。这里，需要对如下参数进行优化信号周期、绿信比、最大绿灯扩展比、 最大绿灯调用比、初始偏移、权重调节因子。所述遗传算法编码，是以单个路口编码为单位，所述路口编码由待优化参 数构成，其中信号周期、绿信比、最大绿灯扩展比、最大绿灯调用比、初始 偏移为路口信号控制参数。由于各路口存在多个公交相位，每个公交相位绿信 比、最大绿灯扩展比、最大绿灯调用比均不同，因此对这三个参数各设一基准 值体现在编码中，然后再根据权重调节因子对基准值进行调节，得到各相位绿 信比和优先比例。这样，将每个路口的上述编码作为一基因片段，全线所有路口的基因片段就构成一条完整的染色体。以上所述遗传算法的具体编码如图2所示，图2中，所述权重调节因子与 公交相位相对应，公交相位的个数由网络内各路口公交相位的最大个数决定。假设路网中共有三个路口，路口 l公交相位个数为4，路口 2公交相位个 数为3，路口 3公交相位个数为2，则在编码中调节因子设为Kl, K2, K3， K4。进行权重调节时，路口 l应用所有的调节因子，路口2应用K1， K2， K3,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网络化公交优先信号协调控制方法，其特征在于，该方法包括：　Ａ、以单个路口编码为单位，设置待优化参数，对网络化公交优先信号控制系统进行遗传算法编码；　Ｂ、建立评价指标体系，设计适配值函数；　Ｃ、采用轮盘赌法选择配对个体， 采用单点交叉进行交叉运算，执行遗传操作，以得到最优遗传个体；　Ｄ、对遗传算法进行计算，根据不同的参数进行译码操作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海，郭欣蕾，董雪雅，佟强，周显明，姜秉楠，张阳，张晓鸥，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，北京北航天华时代科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]