一種基于多智能體的交叉口信號控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通交叉口控制技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種基于多智能體的交叉口信號 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，機(jī)動車保有量迅猛增長，道路交通需求急劇增 加。盡管近年來政府對城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資不斷加大，交通擁堵問題依然尖銳。交 通擁堵不僅造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境質(zhì)量惡化，甚至導(dǎo)致城市功能的擁痕。然而經(jīng)濟(jì)的 不斷發(fā)展勢必促使機(jī)動車擁有量在一個長時間內(nèi)仍會持續(xù)高速增加，僅僅依靠加強(qiáng)交通基 礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，無法從根源上解決問題。
[0003] 信號配時方法是解決交通擁堵問題的有效手段。交叉口作為城市交通網(wǎng)絡(luò)中的重 要組成部分，是實現(xiàn)各路段交通流轉(zhuǎn)換的節(jié)點，是城市交通擁擠的主要發(fā)生地。通過選取合 適的交叉口交通信號控制方法能在車道相交叉處更好更合理的分配車輛通行權(quán)，使各類、 各向交通流有秩序、高效率地通行。
[0004] 信號控制根據(jù)控制方法可分為離線控制和在線控制，離線控制通常為定時控制， 固定綠燈時間、相位和相序；在線控制包括感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制。感應(yīng)控制通過車輛檢 測器測定到達(dá)進(jìn)口道的交通需求，在一個預(yù)置的時間間隔內(nèi)，若無后續(xù)車輛到達(dá)，則即可更 換相位；如檢測到有后續(xù)車輛到達(dá)，每測得一輛車，綠燈延長一個預(yù)置的"單位綠燈延長時 間"，只要在運個預(yù)置的時間間隔內(nèi)，車輛中斷就換相，連續(xù)有車，則綠燈連續(xù)延長，一直延 長至一個預(yù)置的"極限延長時間"，此后，即使檢測到后面仍有來車，也中斷運個相位的通車 權(quán)，轉(zhuǎn)換至另一個相位；自適應(yīng)控制把交通系統(tǒng)看作一個不確定的系統(tǒng)，通過測量狀態(tài)量， 如車流量、停車次數(shù)、延誤時間和排隊長度等，進(jìn)行反饋，實現(xiàn)信號配時的動態(tài)優(yōu)化調(diào)整，W 解決交通網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)特性問題。 陽〇化]其中：離線控制即定時控制方法，雖然定時控制簡單易于操作，但它不是需求響應(yīng) 式的，只要信號定時參數(shù)一旦確定，就不會隨著交通流的變化而調(diào)整，因此它不能滿足實際 交通需求；感應(yīng)控制克服了定時控制的不足，在一定程度上能夠適應(yīng)交通需求的隨機(jī)變化， 但是在傳統(tǒng)的感應(yīng)控制方法中，綠燈時間特別是綠燈延遲時間仍可能不被充分利用；自適 應(yīng)控制雖然可W通過調(diào)整信號控制參數(shù)改變周期時長、相序等W適應(yīng)交通系統(tǒng)的需求，但 算法復(fù)雜度高，實現(xiàn)難度大，不適于普遍推廣應(yīng)用。因此，需要一種能靈活適應(yīng)交通流波動 實時控制路段通行權(quán)且易于實現(xiàn)的交叉口交通信號控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于多智能體的交叉口信號控制方法，該 方法可W有效解決交叉口車輛碰撞、緩解交通擁堵問題，在增強(qiáng)交叉口區(qū)域交通安全運行 的同時，保證車輛最佳行駛速度，最大限度地增強(qiáng)交叉口區(qū)域通行能力、緩解交通壓力。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 陽00引一種基于多智能體的交叉口信號控制方法，該方法通過對車輛、路段、交叉口、信 號燈等交通實體分別建立智能體模型，利用多智能體間的交互性、協(xié)調(diào)合作性實現(xiàn)交通信 息實時動態(tài)共享；具體包括信號周期優(yōu)化調(diào)控、沖突相位綠燈信號控制W及車速引導(dǎo)輔助 控制=個環(huán)節(jié)。
[0009] 進(jìn)一步，所述信號周期優(yōu)化調(diào)控環(huán)節(jié)，通過引入時間窗預(yù)測技術(shù)，利用車輛智能體 和路段智能體動態(tài)交互信息，W整個交叉口延誤和停車次數(shù)最小為優(yōu)化目標(biāo)，對信號燈智 能體的綠燈時間進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。
[0010] 進(jìn)一步，所述沖突相位綠燈信號控制環(huán)節(jié)，利用交叉口智能體與車輛智能體交互 獲得的車輛預(yù)計到達(dá)時間W及車輛轉(zhuǎn)向意圖等信息，對車輛轉(zhuǎn)向信號時間進(jìn)行優(yōu)化控制， 避免發(fā)生交通流沖突現(xiàn)象。
[0011] 進(jìn)一步，在所述車速引導(dǎo)輔助控制環(huán)節(jié)中，車輛智能體通過與交叉口智能體交互， 獲取能夠有效通過該交叉口的有效速度區(qū)間范圍，誘導(dǎo)車輛在不和其他方向的交通流發(fā)生 沖突碰撞的前提下保持最大行駛速度。
[0012] 進(jìn)一步，所述車輛智能體是交通系統(tǒng)控制策略的基本承擔(dān)者和執(zhí)行者，主要包括 車輛特性、車輛行為特性、通信接口與方式；車輛特性主要包括車輛行駛方向、車輛加速能 力、車輛駕駛員所能接受的速度上限值、車輛在路網(wǎng)中的位置等基本屬性參數(shù)；車輛智能體 的行為特性主要由車輛加速、減速、方向選擇、詢問當(dāng)前交通狀態(tài)的方式、速度調(diào)節(jié)方式、跟 車策略等體現(xiàn)車輛動態(tài)行為特點的實現(xiàn)方法所組成；當(dāng)車輛智能體到達(dá)某個交叉口智能體 所管理的路段智能體上時，車輛智能體通過通信單元向所在交叉口智能體及路段智能體發(fā) 送包含當(dāng)前車輛狀態(tài)信息的報告并詢問當(dāng)前交叉口區(qū)域的交通狀態(tài)信息。
[0013] 進(jìn)一步，所述路段智能體是路段和路面情況的抽象，主要包括路段的靜態(tài)屬性 (路段在整個交通路網(wǎng)中的地理信息屬性W及路段的長度、車道的數(shù)目、路段負(fù)載承受能力 W及與其他路段的鏈接標(biāo)識）、路段交通信息采集、路段交通數(shù)據(jù)預(yù)處理W及路段智能體的 通信等功能，與車輛智能體進(jìn)行信息交互獲得當(dāng)前車流狀態(tài)信息后將信息提供給交叉口智 能體。
[0014] 進(jìn)一步，所述交叉口智能體包含了本交叉口在整個路網(wǎng)中的位置、交叉口的通行 能力、交叉口各通行方向、交通信號燈的配置情況等，交叉口智能體信號控制功能主要在于 與路段智能體及車輛智能體進(jìn)行信息交互后，設(shè)置交叉口上信號燈智能體的信號周期、紅 綠燈信號比，即傳遞相應(yīng)的控制信息到信號燈智能體。
[0015] 進(jìn)一步，所述信號燈智能體用于接收所述交叉口智能體傳遞的信號燈控制信息， 并執(zhí)行相應(yīng)的動作，與車輛智能體進(jìn)行信息的交互，對其行車速度及方向進(jìn)行誘導(dǎo)控制。
[0016] 進(jìn)一步，所述車速引導(dǎo)過程適用于W下兩種情況：（1)車輛進(jìn)入引導(dǎo)區(qū)域時，信號 狀態(tài)為紅燈，或者信號狀態(tài)為綠燈但路口排隊尚未消散，通過計算車輛等待時間和車輛與 交叉口的距離得出排隊行駛時的安全行駛速度區(qū)間，給予車輛合適的車速引導(dǎo)；該情形下， 車速引導(dǎo)的目的是盡量使車輛的停車等待時間最短；停車等待時間即車輛到達(dá)交叉口時刻 與路口排隊消散時刻的差值，當(dāng)其不大于0時，車輛不需停車即可通過交叉口；（2)車輛進(jìn) 入引導(dǎo)區(qū)域時，信號狀態(tài)為綠燈，且路口排隊已經(jīng)消散，通過計算剩余綠燈時間與車輛距交 叉口的距離得出合適的行駛速度區(qū)間；該情形下，車速引導(dǎo)的目的盡量使車輛在綠燈結(jié)束 前通過交叉口；即針對不同的交通狀態(tài)對各車輛智能體給出最佳的行駛速度建議，引導(dǎo)其 安全高效通過交叉口。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述方法能實時獲取各車輛智能體的個體運行狀 態(tài)，并能通過速度引導(dǎo)實現(xiàn)車輛智能體與交通控制系統(tǒng)之間的動態(tài)交互，為交通信號控制 提供了新的數(shù)據(jù)源和技術(shù)手段；同時，針對多智能體交通環(huán)境，提出道路交叉口信號控制優(yōu) 化流程，在對整個相位周期進(jìn)行優(yōu)化的同時考慮了當(dāng)前相位若無車輛通過對綠燈時間造成 的浪費，切換到?jīng)_突相位既避免了碰撞發(fā)生又使整個交叉口通過的車輛總數(shù)增加，降低沖 突相位車輛的排隊等待時間，可W有效降低交叉口的平均延誤和停車次數(shù)。
【附圖說明】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0019] 圖1為信息交互架構(gòu)圖；
[0020] 圖2為信號控制優(yōu)化流程圖；
[0021] 圖3為多智能體環(huán)境下車輛運行狀態(tài)圖（預(yù)測時間窗）；
[0022] 圖4為轉(zhuǎn)向信號控制示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024] 如圖1為多智能體交叉口信號控制系統(tǒng)的信息交互架構(gòu)圖，系統(tǒng)的基本承擔(dān)者和 執(zhí)行者是車輛智能體，車輛智能體與路段智能體之間進(jìn)行車輛速度、位置、方向等信息的交 互。交叉口智能體通過通信交互接收車輛智能體傳遞的當(dāng)前運行狀態(tài)信息，同時也需接收 路段智能體傳遞的路段當(dāng)前車流量信息，根據(jù)運些交互得到的交通信息，交叉口智能體自 身會計算產(chǎn)生一個優(yōu)化的交通燈控制信號；通過與交叉口智能體的通信交互，路口中的信 號燈智能體獲取優(yōu)化后的交通燈控制信息；信號燈智能體與車輛智能體之間的信息交互則 起到對車輛進(jìn)行車速引導(dǎo)和轉(zhuǎn)向控制的作用，從而實現(xiàn)對交叉口交通狀態(tài)的控制。