基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)及其實 現(xiàn)方法，屬于智能交通的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著交通流的日益增大及復(fù)雜化，城市路網(wǎng)擁堵的問題越來越嚴(yán)重，現(xiàn)有的智能 交通控制難以提高城域交通系統(tǒng)的整體效率。將主動引導(dǎo)交通流、均衡交通負(fù)載的誘導(dǎo)系 統(tǒng)和被動疏導(dǎo)交通流的控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合是解決城市交通問題的有效途徑。如何構(gòu)建這樣 的智能交通系統(tǒng)優(yōu)化模型及其優(yōu)化方法已成為當(dāng)前的研宄熱點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有交通控制 系統(tǒng)難以有效兼顧各種指標(biāo)根據(jù)實時交通狀態(tài)高效調(diào)節(jié)控制信號配時；區(qū)域多路口協(xié)調(diào)方 式中各路口控制耦合度高，協(xié)調(diào)控制復(fù)雜，實時性差，并且對路口擁堵預(yù)判能力差；誘導(dǎo)系 統(tǒng)較少考慮道路上的動態(tài)代價和出行者的起始地與目的地，并且難以與控制系統(tǒng)有效地協(xié) 調(diào)工作。本發(fā)明是有效解決這些問題的新技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)存在的問題，提出了一種基于進(jìn)化多目標(biāo) 優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)和方法，該方法將基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化的交通控制 與基于蟻群算法優(yōu)化的誘導(dǎo)技術(shù)相結(jié)合，控制系統(tǒng)構(gòu)建了單路口多目標(biāo)優(yōu)化控制模型及路 口間的協(xié)調(diào)機(jī)制，采用改進(jìn)的進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化算法實現(xiàn)交通信號優(yōu)化。誘導(dǎo)系統(tǒng)采用構(gòu)建 等效路徑的方法，結(jié)合改進(jìn)的蟻群算法獲得最優(yōu)等效路徑，實現(xiàn)對交通流的主動引導(dǎo)。本發(fā) 明的應(yīng)用能有效引導(dǎo)交通流，均衡交通負(fù)載，提高城域路網(wǎng)的交通效率。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算 法的交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括交通狀態(tài)感知模塊、單路口優(yōu)化控制模塊、路口間協(xié) 調(diào)控制模塊、配時方案輸出模塊、車輛誘導(dǎo)模塊、誘導(dǎo)路徑輸出模塊、受控車流。
[0005] 交通狀態(tài)感知模塊的功能是：采集各路口各車道上的車流量信息、上個周期遺留 車輛數(shù)、路網(wǎng)的路權(quán)矩陣數(shù)據(jù)。
[0006] 單路口優(yōu)化控制模塊的功能是：根據(jù)交通狀態(tài)感知模塊采集到的交通信息，優(yōu)化 出各個路口最優(yōu)的配時方案。
[0007] 路口間協(xié)調(diào)控制模塊的功能是：根據(jù)路口間的擁擠程度，動態(tài)地修改調(diào)整單路口 優(yōu)化配時方案。
[0008] 配時方案輸出模塊的功能是：把最終配時方案，通過信號輸出裝置作用于受控車 流。
[0009] 車輛誘導(dǎo)模塊的功能是：根據(jù)交通狀態(tài)感知模塊采集到的交通信息和各個路口的 平均時延，規(guī)劃出一條當(dāng)前代價最小的行駛路徑。
[0010] 誘導(dǎo)路徑輸出模塊的功能是：把誘導(dǎo)模塊生成的最優(yōu)行駛路徑通過輸出裝置通知 車輛駕駛者。
[0011] 受控車流是：裝載了可接受誘導(dǎo)信息的終端設(shè)備的車輛流，是控制系統(tǒng)和誘導(dǎo)系 統(tǒng)的最終調(diào)控對象。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)的 實現(xiàn)方法，該方法包括如下步驟：
[0013] 步驟1 :采集路網(wǎng)的路權(quán)矩陣數(shù)據(jù)、各路口各車道上的車流量信息、各路口各車道 上個周期遺留的車輛數(shù)。
[0014] 步驟2 :單路口優(yōu)化控制模塊根據(jù)感知模塊采集到的交通信息，優(yōu)化出單路口各 自最優(yōu)的配時方案。
[0015] 步驟3 :路口間協(xié)調(diào)控制模塊根據(jù)路口間的車流量擁擠程度，動態(tài)的修改各路口 對應(yīng)車道的綠燈通行時間。統(tǒng)計各個路口的平均時延，并把各個路口的平均時延發(fā)送給車 輛誘導(dǎo)模塊。
[0016] 步驟4 :車輛誘導(dǎo)模塊根據(jù)接收到的路口時延、路網(wǎng)路權(quán)矩陣數(shù)據(jù)、道路車流量信 息、駕駛者的出行信息，規(guī)劃出當(dāng)前代價最小的一條行駛路線。
[0017] 步驟5 :控制系統(tǒng)的最終配時方案和誘導(dǎo)系統(tǒng)的最優(yōu)行駛路徑分別通過配時方案 輸出模塊和誘導(dǎo)路徑輸出模塊施加給受控車輛。
[0018] 步驟6 :受控車流中的車輛依照控制系統(tǒng)輸出的控制信號配時方案和誘導(dǎo)系統(tǒng)輸 出的誘導(dǎo)路徑進(jìn)行行駛。
[0019] 步驟7 :轉(zhuǎn)步驟1，循環(huán)運(yùn)行。
[0020] 本發(fā)明上述步驟2包括：
[0021] (1)單路口優(yōu)化控制模型：
[0022] 本發(fā)明構(gòu)建的單路口優(yōu)化控制模型，以路口單位時間內(nèi)通過的車輛數(shù)f和單位時 間內(nèi)時耗h為最終的優(yōu)化目標(biāo)。假設(shè)某個路口信號周期為T，在一個信號周期內(nèi)共有Sc輛 車通過該路口，并且該路口該周期內(nèi)所有車輛延時總和為H。那么路口單位時間內(nèi)通過的車 輛數(shù)
【主權(quán)項】
1. 一種基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于，所述系 統(tǒng)包括：交通狀態(tài)感知模塊、單路口優(yōu)化控制模塊、路口間協(xié)調(diào)控制模塊、配時方案輸出模 塊、車輛誘導(dǎo)模塊、誘導(dǎo)路徑輸出模塊、受控車流； 交通狀態(tài)感知模塊的功能是：采集各路口各車道上的車流量信息、上個周期遺留車輛 數(shù)、路網(wǎng)的路權(quán)矩陣數(shù)據(jù)； 單路口優(yōu)化控制模塊的功能是：根據(jù)交通狀態(tài)感知模塊采集到的交通信息，優(yōu)化出各 個路口最優(yōu)的配時方案； 路口間協(xié)調(diào)控制模塊的功能是：根據(jù)路口間的擁擠程度，動態(tài)地修改調(diào)整單路口優(yōu)化 配時方案； 配時方案輸出模塊的功能是：把最終配時方案，通過信號輸出裝置作用于受控車流； 車輛誘導(dǎo)模塊的功能是：根據(jù)交通狀態(tài)感知模塊采集到的交通信息和各個路口的平均 時延，規(guī)劃出一條當(dāng)前代價最小的行駛路徑； 誘導(dǎo)路徑輸出模塊的功能是：把誘導(dǎo)模塊生成的最優(yōu)行駛路徑通過輸出裝置通知車輛 駕駛者； 受控車流是：裝載了可接受誘導(dǎo)信息的終端設(shè)備的車輛流，是控制系統(tǒng)和誘導(dǎo)系統(tǒng)的 最終調(diào)控對象。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系 統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的交通狀態(tài)感知模塊負(fù)責(zé)采集通向各路口各車道上的車流量信 息及各路口上個周期各車道上的遺留車輛數(shù)，將這些車輛信息給單路口優(yōu)化控制模塊進(jìn)行 優(yōu)化，計算出一組符合各種指標(biāo)的配時方案給交通決策者選擇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系 統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的路口間協(xié)調(diào)控制模塊根據(jù)路口間的車流量擁擠程度，動態(tài)地修 改各路口對應(yīng)車道的綠燈通行時間；統(tǒng)計各個路口的平均時延，并把各個路口的平均時延 發(fā)送給車輛誘導(dǎo)模塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化和蟻群算法的交通控制與誘導(dǎo)系 統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的交通狀態(tài)感知模塊負(fù)責(zé)采集路網(wǎng)的路權(quán)矩陣數(shù)據(jù)、道路的車流 量信息；車輛誘導(dǎo)模塊根據(jù)交通狀態(tài)感知模塊采集到的信息和路口控制系統(tǒng)傳來的各個路 口的車輛延時，找出一條出行代價最優(yōu)的建議路徑，誘導(dǎo)路徑輸出模塊為車載設(shè)備，它將誘 導(dǎo)模塊找到的最優(yōu)路徑告訴出行者，誘導(dǎo)路徑輸出模塊輸出的最優(yōu)路徑，引導(dǎo)出行者對于 出行線路的選擇，實現(xiàn)對車流的主動引導(dǎo)。