1.一种交通信号控制方法,其特征在于,所述控制方法包括如下步骤:将研究区域划分为多个控制子区,并确定每个控制子区的交叉路口;
将当前时刻后的K个时刻的研究区域的总输出车辆数作为上层优化模型的目标函数,以上层优化模型的目标函数值最大化为上层优化模型的优化目标,将当前时刻后的K个时刻的每个控制子区的车辆数与最优车辆数差的平方和作为下层优化模型的目标函数,以下层优化模型的目标函数值最小化为下层目标优化模型的优化目标,建立双层优化模型;
根据研究区域的车辆分布计算每个控制子区的每个交叉口的相位压力;相位压力为上游路段压力与下游路段压力的差;上游路段压力是指车辆由上游路段驶入交叉口时,驶入车辆数对交叉口产生的压力,驶入车辆数越多,上游路段压力越大;下游路段压力是指车辆驶离交叉口时,驶离车辆数对交叉口产生的压力,驶离车辆数越多,下游路段压力越小;
判断所有的交叉口的相位压力中的最大的相位压力是否大于激活相位,得到第一判断结果;
若所述第一判断结果表示是,则设置每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比的初始值;
根据当前时刻每个控制子区内的车辆数及每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,预测当前时刻后的K个时刻的每个控制子区内的车辆数;
根据预测得到的K个时刻的每个控制子区内的车辆数计算上层优化模型的目标函数值和下层优化模型的目标函数值;
判断上层优化模型的目标函数值和下层优化模型的目标函数值是否收敛,得到第二判断结果;
若所述第二判断结果表示否,则调整每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,返回步骤“根据当前时刻每个控制子区内的车辆数及每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,预测当前时刻后的K个时刻的每个控制子区内的车辆数”;
若所述第二判断结果表示是,则输出调整后的每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比。
2.根据权利要求1所述的交通信号控制方法,其特征在于,所述根据研究区域的车辆分布计算每个控制子区的每个交叉口的相位压力,具体包括:根据每个控制子区的车辆分布确定每个控制子区中的每个交叉口排队长度;
根据每个交叉口排队长度采用背压算法计算每个交叉口的相位压力。
3.根据权利要求1所述的交通信号控制方法,其特征在于,所述根据当前时刻每个控制子区内的车辆数及每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,预测当前时刻后的K个时刻的每个控制子区内的车辆数,具体包括:根据当前时刻的第u个控制子区内的车辆数及第u个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,利用公式 计
算第k个时刻的第u个控制子区内的车辆数;
其中,Nu(k)表示第k个时刻的第u个控制子区的车辆数,Nu(0)表示当前时刻的第u个控制子区的车辆数,Cj(p)为第j个边界的交叉口的第p个时刻的信号周期,s为饱和流率,gjh(p)为第p个时刻的第j个边界交叉口的第h个控制车辆流入的信号灯的绿信比,g′jh(p)为第p个时刻的第j个边界交叉口的第h个控制车辆流出的信号灯的绿信比,Ju代表第u个控制子区的边界的交叉口集合,Hu代表第u个控制子区的边界的交叉口的进口道集合。
4.根据权利要求3所述的交通信号控制方法,其特征在于,所述根据预测得到的K个时刻的每个控制子区内的车辆数计算上层优化模型的目标函数值和下层优化模型的目标函数值,具体包括:
根据预测得到的K个时刻的每个控制子区内的车辆数,利用公式计算上层优化模型的目标函数值 其中,A表示研究区域;Gu(·)为第u个控制子区的输出流量与第u个控制子区内存在车辆数的关系模型;Gu(Nu(k))=min(f1(Nu(k)),f2(Nu(k)),f3(Nu(k))),f1(·),f2(·)和f3(·)为当前车辆呈现的控制子区内存在车辆数与输出流量的关系图的第一拟合函数、第二拟合函数和第三拟合函数;
根据 预测得 到的 K个 时刻的 每个 控 制子区内 的车 辆数 ,利 用公式计算下层优化模型的目标函数值 其中,Nuc为第u个控制子区的最优车辆数。
5.一种交通信号控制系统,其特征在于,所述控制系统包括:区域划分模块,用于将研究区域划分为多个控制子区,并确定每个控制子区的交叉路口;
双层优化模型建立模块,用于将当前时刻后的K个时刻的研究区域的总输出车辆数作为上层优化模型的目标函数,以上层优化模型的目标函数值最大化为上层优化模型的优化目标,将当前时刻后的K个时刻的每个控制子区的车辆数与最优车辆数差的平方和作为下层优化模型的目标函数,以下层优化模型的目标函数值最小化为下层目标优化模型的优化目标,建立双层优化模型;
相位压力计算模块,用于根据研究区域的车辆分布计算每个控制子区的每个交叉口的相位压力;相位压力为上游路段压力与下游路段压力的差;上游路段压力是指车辆由上游路段驶入交叉口时,驶入车辆数对交叉口产生的压力,驶入车辆数越多,上游路段压力越大;下游路段压力是指车辆驶离交叉口时,驶离车辆数对交叉口产生的压力,驶离车辆数越多,下游路段压力越小;
第一判断模块,用于判断所有的交叉口的相位压力中的最大的相位压力是否大于激活相位,得到第一判断结果;
初始化模块,用于若所述第一判断结果表示是,则将研究区域划分为多个控制子区,并确定每个控制子区的交叉路口;
车辆数预测模块,用于根据当前时刻每个控制子区内的车辆数及每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,预测当前时刻后的K个时刻的每个控制子区内的车辆数;
目标函数计算模块,用于根据预测得到的K个时刻的每个控制子区内的车辆数计算上层优化模型的目标函数值和下层优化模型的目标函数值;
第二判断模块,用于判断上层优化模型的目标函数值和下层优化模型的目标函数值是否收敛,得到第二判断结果;
参数更新模块,用于若所述第二判断结果表示否,则调整每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,返回步骤“根据当前时刻每个控制子区内的车辆数及每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,预测当前时刻后的K个时刻的每个控制子区内的车辆数”;
优化方案输出模块,用于若所述第二判断结果表示是,则输出调整后的每个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比。
6.根据权利要求5所述的交通信号控制系统,其特征在于,所述相位压力计算模块,具体包括:
排队长度计算子模块,用于根据每个控制子区的车辆分布确定每个控制子区中的每个交叉口排队长度;
相位压力计算子模块,用于根据每个交叉口排队长度采用背压算法计算每个交叉口相位压力。
7.根据权利要求6所述的交通信号控制系统,其特征在于,所述车辆数预测模块,具体包括:
车辆数预测子模块,用于根据当前时刻的第u个控制子区内的车辆数及第u个控制子区的每个边界的交叉口信号周期和绿信比,利用公式计算第k个时刻的第u个控制子
区内的车辆数;
其中,Nu(k)表示第k个时刻的第u个控制子区的车辆数,Nu(0)表示当前时刻的第u个控制子区的车辆数,Cj(p)为第j个边界的交叉口的第p个时刻的信号周期,s为饱和流率,gjh(p)为第p个时刻的第j个边界交叉口的第h个控制车辆流入的信号灯的绿信比,g′jh(p)为第p个时刻的第j个边界交叉口的第h个控制车辆流出的信号灯的绿信比,Ju代表第u个控制子区的边界的交叉口集合,Hu代表第u个控制子区的边界的交叉口的进口道集合。
8.根据权利要求7所述的交通信号控制系统,其特征在于,所述目标函数计算模块,具体包括:
上层优化模型的目标函数计算子模块,用于根据预测得到的K个时刻的每个控制子区内的车辆数,利用公式 计算上层优化模型的目标函数值 其中,A表示研究区域;Gu(·)为第u个控制子区的输出流量与第u个控制子区内存在车辆数的关系模型;Gu(Nu(k))=min(f1(Nu(k)),f2(Nu(k)),f3(Nu(k))),f1(·),f2(·)和f3(·)为当前车辆呈现的控制子区内存在车辆数与输出流量的关系图的第一拟合函数、第二拟合函数和第三拟合函数;
下层优化模型的目标函数计算子模块,用于根据预测得到的K个时刻的每个控制子区内的车辆数,利用公式 计算下层优化模型的目标函数值 其中,Nuc为第u个控制子区的最优车辆数。