一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法。該方法包括了交通仿真軟件模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊，可以在仿真情況下，實(shí)時(shí)獲取交通狀態(tài)信息提供給擬真交通控制設(shè)備，由擬真交通控制設(shè)備根據(jù)被驗(yàn)證算法生成交通控制方案，重新應(yīng)用于仿真環(huán)境，進(jìn)而對(duì)復(fù)雜交通控制算法進(jìn)行實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證的方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的方法，可以對(duì)復(fù)雜的交通控制算法進(jìn)行實(shí)時(shí)的、在線的仿真驗(yàn)證，這對(duì)于復(fù)雜交通控制算法安全、有效地應(yīng)用于實(shí)際提供了保障，同時(shí)也為算法研究者提供了在線優(yōu)化算法的方法，為今后的研究工作提供了一種切實(shí)有效的途徑。
【專利說(shuō)明】一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交通控制領(lǐng)域，涉及一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界城市化進(jìn)程的加快，城市交通問(wèn)題是大部分國(guó)家面臨的難題之一。作為 人口最多的發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)的城市交通問(wèn)題也亟待解決。智能交通系統(tǒng)（Intelligent Traffic System, ITS)正是當(dāng)前解決問(wèn)題的必要技術(shù)手段，智能交通系統(tǒng)中重要組成成分是 交通仿真技術(shù)，它采用計(jì)算機(jī)數(shù)字模型來(lái)反映復(fù)雜交通現(xiàn)象，可以直觀地反映控制方案的 優(yōu)劣。交通控制問(wèn)題之所以如此復(fù)雜，是因?yàn)槠淇刂茖?duì)象具有不可實(shí)驗(yàn)性與不可反復(fù)性?，F(xiàn) 實(shí)生活中不可能直接在道路上直接測(cè)試新的控制方案，也不可能規(guī)劃出一個(gè)區(qū)域進(jìn)行控制 方案的測(cè)試。交通控制方案是投入即使用的，具有不可試驗(yàn)性，短期內(nèi)也無(wú)法更改。由于交 通與社會(huì)運(yùn)作息息相關(guān)，對(duì)交通控制方案的選擇必須小心謹(jǐn)慎。必須使用仿真技術(shù)先對(duì)控 制方案進(jìn)行有效的測(cè)試。所以，必須建立一套有效的交通控制算法驗(yàn)證的仿真平臺(tái)，不僅能 夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制算法的高擬真實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證，還能幫助研究人員評(píng)價(jià)控制方案的優(yōu)劣。
[0003] 交通仿真技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展70余年，進(jìn)入了成熟期。而我國(guó)研究起步較晚。目 前的研究成果尚不能滿足實(shí)際需求。特別是實(shí)現(xiàn)高擬真的實(shí)時(shí)在線交通仿真技術(shù)存在諸多 難點(diǎn)：第一，符合實(shí)際的交通流模型搭建起來(lái)較為復(fù)雜；第二，要長(zhǎng)時(shí)間、大范圍地獲取仿 真模型所需的數(shù)據(jù)較為困難；第三，復(fù)雜的實(shí)時(shí)在線仿真技術(shù)需要多學(xué)科技術(shù)的融合。
[0004] 我國(guó)目前設(shè)計(jì)使用的交通仿真平臺(tái)建立在國(guó)外的交通仿真軟件上，此類商用軟件 能夠較為真實(shí)地還原交通狀態(tài)，在業(yè)界被廣泛認(rèn)可，但由于外國(guó)對(duì)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，我們 很難直接對(duì)外國(guó)交通仿真軟件底層模型及算法進(jìn)行修改，這就導(dǎo)致了仿真并不完全符合我 國(guó)實(shí)際情況，并且由于仿真軟件功能的限制，目前已經(jīng)研究得出的一些復(fù)雜的、智能的交通 控制算法不能在仿真平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用。這就對(duì)復(fù)雜交通控制算法在使用前的評(píng)估驗(yàn)證提出 了難題。并且，目前的交通仿真平臺(tái)都是離線式分析，缺乏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的支持，無(wú)法在線 實(shí)時(shí)地對(duì)交通控制做出決策。
[0005] 中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)201010537651公開了一種采用分布式體系結(jié)構(gòu)的交互式交通 仿真系統(tǒng)。其核心在于將人在回路的車輛駕駛仿真器作為交通參與實(shí)體引入交通仿真系統(tǒng) 中。
[0006] 上述發(fā)明專利將車輛駕駛仿真器參與到交通仿真計(jì)算中，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)車輛駕駛仿 真器、多個(gè)交通環(huán)境仿真服務(wù)器在同一虛擬交通環(huán)境下的協(xié)同仿真。解決了，駕駛模擬裝置 與交通仿真軟件之間的交互，但沒(méi)有從根本上解決目前交通仿真均為離線且不能驗(yàn)證復(fù)雜 交通控制算法這一特點(diǎn)。
[0007] 中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200910067716. 2公開了一種面向交通控制與誘導(dǎo)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的 仿真軟件。
[0008] 上述發(fā)明將交通仿真數(shù)據(jù)通過(guò)信息平臺(tái)傳送至現(xiàn)實(shí)的交通控制與誘導(dǎo)、協(xié)調(diào)系 統(tǒng)，解決了對(duì)現(xiàn)實(shí)交通的控制與誘導(dǎo)、協(xié)調(diào)系統(tǒng)性能的測(cè)試問(wèn)題，其側(cè)重點(diǎn)在于對(duì)系統(tǒng)性能 的測(cè)試，本質(zhì)上是一種離線仿真，且發(fā)明并未考慮如何將復(fù)雜的不能被交通仿真軟件直接 使用的算法實(shí)現(xiàn)仿真，同時(shí)也沒(méi)有提及根據(jù)實(shí)時(shí)擬真交通數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)修正交通控制方案閉環(huán) 驗(yàn)證交通控制算法的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在高擬真情況下，實(shí)時(shí)獲取連 續(xù)的擬真交通狀態(tài)信息提供給擬真交通控制設(shè)備，由擬真交通控制設(shè)備根據(jù)被驗(yàn)證算法生 成交通控制方案，重新應(yīng)用于仿真環(huán)境，不斷循環(huán)，進(jìn)而對(duì)復(fù)雜交通控制算法進(jìn)行實(shí)時(shí)在線 驗(yàn)證的方法。
[0010] 本發(fā)明方法應(yīng)用于以下系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括交通仿真軟件模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、算法實(shí) 現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊；交通仿真軟件模塊將擬真交通檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫(kù) 模塊，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)模塊信息；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊存儲(chǔ)擬真交通檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信 息以及算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊運(yùn)用交通流預(yù)測(cè)算法計(jì)算得到的交通流預(yù)測(cè)信息；算法實(shí)現(xiàn)與 測(cè)評(píng)模塊調(diào)用被驗(yàn)證的復(fù)雜交通控制算法根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中存儲(chǔ)的交通流預(yù)測(cè)信息，生成 交通控制方案，將交通控制方案信息傳送至交通仿真軟件模塊，交通仿真軟件模塊依據(jù)交 通控制方案實(shí)時(shí)地對(duì)擬真交通控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，保證仿真的持續(xù)進(jìn)行。
[0011] 所述的交通仿真軟件模塊包括擬真路網(wǎng)搭建模塊、擬真交通檢測(cè)設(shè)備、擬真交通 控制設(shè)備；擬真交通檢測(cè)設(shè)備可以是檢測(cè)線圈、視頻檢測(cè)器、微波檢測(cè)器；擬真交通控制設(shè) 備可以是交通控制燈、交通控制機(jī)、限速標(biāo)志、誘導(dǎo)屏等；
[0012] 所述的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模塊；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊包括采 集得到的被驗(yàn)證的交通控制算法所要應(yīng)用的道路區(qū)域的交通狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、擬真交通檢測(cè) 設(shè)備檢測(cè)到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模塊存儲(chǔ)了根據(jù)交通流預(yù)測(cè)算法修正模塊預(yù)測(cè)的未來(lái)短 期交通流數(shù)據(jù)；
[0013] 所述的算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊包括實(shí)時(shí)交通控制方案生成模塊、交通流預(yù)測(cè)算法修 正模塊；實(shí)時(shí)交通控制方案生成模塊可調(diào)用被驗(yàn)證的交通控制算法生成交通控制方案，其 中被驗(yàn)證的交通控制算法可以是經(jīng)典交通控制算法、適應(yīng)特殊交通模型的復(fù)雜算法、智能 算法等；交通流預(yù)測(cè)算法修正模塊包括了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊數(shù)據(jù)的篩選、預(yù)處理和預(yù)測(cè)。
[0014] 本發(fā)明的方法包括以下步驟：
[0015] 步驟（1).采集被驗(yàn)證的交通控制算法所要應(yīng)用的道路區(qū)域的交通狀態(tài)信息數(shù) 據(jù)，對(duì)采集到的交通狀態(tài)信息數(shù)據(jù)依照各類檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到仿真數(shù)據(jù)； 然后對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、預(yù)處理后儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中；
[0016] 所述的交通狀態(tài)信息是指被驗(yàn)證控制算法所要應(yīng)用道路的硬件信息，包括道路車 道分布、道路渠化、檢測(cè)設(shè)備與控制設(shè)備布設(shè)情況等；
[0017] 所述的仿真數(shù)據(jù)包括車輛流量q、車輛速度V、車輛占有率〇,其中車輛流量為仿真 直接使用數(shù)據(jù)，車輛速度與車輛占有率用于對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行修正；
[0018] 所述的依照各類檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，是將部分非數(shù)字式顯示的檢測(cè)數(shù) 據(jù)按照檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為可讀的數(shù)字，并進(jìn)行單位的統(tǒng)一化處理，其中車輛流量 為veh/h、車輛速度km/h、車輛占有率veh/km。
[0019] 所述的篩選、預(yù)處理過(guò)程包括基本篩選、閾值篩選、數(shù)據(jù)恢復(fù)；
[0020] 所述的基本篩選主要是對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行排查，看是否包含負(fù)值或者數(shù)據(jù)缺失，根 據(jù)仿真數(shù)據(jù)三個(gè)參數(shù)車輛流量、車輛速度、車輛占有率之間的關(guān)系，如下：
[0021] V = (1) 0
[0022] 其中，v為車輛速度，單位為km/h ;
[0023] q為車輛流量，單位為veh/h ;
[0024] ck為車身長(zhǎng)度與檢測(cè)設(shè)備長(zhǎng)度之和，單位為km ;
[0025] 〇為車輛占有率，單位為veh/km ;
[0026] 剔除明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)組合形式，包括：
[00271

【權(quán)利要求】
1. 一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法，應(yīng)用于以下系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括交通仿 真軟件模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊；交通仿真軟件模塊將擬真交通檢測(cè)設(shè)備檢 測(cè)得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)模塊信息；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊存儲(chǔ)擬真交 通檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信息以及算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊運(yùn)用交通流預(yù)測(cè)算法計(jì)算得 到的交通流預(yù)測(cè)信息；算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊調(diào)用被驗(yàn)證的復(fù)雜交通控制算法根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)模 塊中存儲(chǔ)的交通流預(yù)測(cè)信息，生成交通控制方案，將交通控制方案信息傳送至交通仿真軟 件模塊，交通仿真軟件模塊依據(jù)交通控制方案實(shí)時(shí)地對(duì)擬真交通控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，保證 仿真的持續(xù)進(jìn)行； 所述的交通仿真軟件模塊包括擬真路網(wǎng)搭建模塊、擬真交通檢測(cè)設(shè)備、擬真交通控制 設(shè)備； 所述的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模塊；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊包括采集得 到的被驗(yàn)證的交通控制算法所要應(yīng)用的道路區(qū)域的交通狀態(tài)信息數(shù)據(jù)、擬真交通檢測(cè)設(shè)備 檢測(cè)到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模塊存儲(chǔ)了根據(jù)交通流預(yù)測(cè)算法修正模塊預(yù)測(cè)的未來(lái)短期交 通流數(shù)據(jù)； 所述的算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊包括實(shí)時(shí)交通控制方案生成模塊、交通流預(yù)測(cè)算法修正模 塊；實(shí)時(shí)交通控制方案生成模塊調(diào)用被驗(yàn)證的交通控制算法生成交通控制方案；交通流預(yù) 測(cè)算法修正模塊包括了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊數(shù)據(jù)的篩選、預(yù)處理和預(yù)測(cè)； 其特征在于該方法包括以下步驟： 步驟（1).采集被驗(yàn)證的交通控制算法所要應(yīng)用的道路區(qū)域的交通狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，對(duì) 采集到的交通狀態(tài)信息數(shù)據(jù)依照各類檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到仿真數(shù)據(jù)；然后 對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、預(yù)處理后儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中； 所述的交通狀態(tài)信息是指被驗(yàn)證控制算法所要應(yīng)用道路的硬件信息； 所述的仿真數(shù)據(jù)包括車輛流量q、車輛速度V、車輛占有率〇,其中車輛流量為仿真直接 使用數(shù)據(jù)，車輛速度與車輛占有率用于對(duì)仿真過(guò)程進(jìn)行修正； 所述的依照各類檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，是將部分非數(shù)字式顯示的檢測(cè)數(shù)據(jù) 按照檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為可讀的數(shù)字，并進(jìn)行單位的統(tǒng)一化處理，其中車輛流量為 veh/h、車輛速度km/h、車輛占有率veh/km ; 所述的篩選、預(yù)處理過(guò)程包括基本篩選、閾值篩選、數(shù)據(jù)恢復(fù)； 所述的基本篩選主要是對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行排查，看是否包含負(fù)值或者數(shù)據(jù)缺失，根據(jù)仿 真數(shù)據(jù)三個(gè)參數(shù)車輛流量、車輛速度、車輛占有率之間的關(guān)系，如下： (1) 〇 其中，V為車輛速度，單位為km/h ; q為車輛流量，單位為veh/h ; ck為車身長(zhǎng)度與檢測(cè)設(shè)備長(zhǎng)度之和，單位為km ; 〇為車輛占有率，單位為veh/km ; 所述的閾值篩選是指對(duì)仿真數(shù)據(jù)三個(gè)參數(shù)車輛流量、車輛速度、車輛占有率中超過(guò)閾 值的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除； 所述的數(shù)據(jù)恢復(fù)主要是通過(guò)歷史數(shù)據(jù)中相同時(shí)間段的數(shù)據(jù)對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充恢 復(fù)； 步驟（2).根據(jù)步驟（1)采集到的交通狀態(tài)信息數(shù)據(jù)，在交通仿真軟件模塊上利用交 通仿真軟件其路網(wǎng)搭建功能搭建仿真路網(wǎng)；利用交通仿真軟件中的道路編輯功能依照步驟 (1) 中采集得到的實(shí)際道路的硬件信息，在仿真路網(wǎng)上布設(shè)擬真交通檢測(cè)設(shè)備及擬真交通 控制設(shè)備，給定交通仿真軟件模塊初始交通狀態(tài)信息； 步驟（3).根據(jù)步驟（2)中布設(shè)的擬真交通檢測(cè)設(shè)備采集得到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)模塊；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊將數(shù)據(jù)傳送至交通流預(yù)測(cè)算法修正模塊，交通流預(yù)測(cè)算法修正模 塊調(diào)用交通流短期預(yù)測(cè)算法得到預(yù)測(cè)短期交通流數(shù)據(jù)，交通控制方案生成模塊調(diào)用需要被 驗(yàn)證的交通控制算法根據(jù)預(yù)測(cè)短期交通流數(shù)據(jù)計(jì)算出交通控制方案，將交通控制方案?jìng)魉?到擬真交通控制設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真平臺(tái)的交通控制； 所述的交通控制方案的生成：交通控制方案生成模塊利用交通流短期預(yù)測(cè)算法得到的 下一周期短期交通流數(shù)據(jù)，調(diào)用被驗(yàn)證的交通控制算法，算法根據(jù)輸入的車輛流量、車輛速 度、車輛占有率等信息計(jì)算出下一周期最優(yōu)的交通控制方案：信號(hào)燈周期與配時(shí)； 步驟（4).擬真交通檢測(cè)設(shè)備繼續(xù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)成的回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程的仿真驗(yàn) 證，擬真交通檢測(cè)設(shè)備在線采集交通控制方案實(shí)施后的交通狀態(tài)信息，與步驟（1)中初次 采集被驗(yàn)證的交通控制算法所要應(yīng)用的道路區(qū)域的交通狀態(tài)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)了復(fù) 雜交通控制算法的實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法，其特征在于步驟 (2) 中在搭建仿真路網(wǎng)時(shí)可以增加、減少、改變擬真道路硬件設(shè)施進(jìn)行仿真驗(yàn)證，用于道路 改造的模擬評(píng)價(jià)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法，其特征在于步驟 (3) 中算法實(shí)現(xiàn)與測(cè)評(píng)模塊還包括交通控制方案記錄模塊，記錄交通控制方案生成模塊生 成的交通控制方案。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)在線驗(yàn)證復(fù)雜交通控制算法的方法，其特征在于步驟 (3)中可將實(shí)時(shí)采集的交通流數(shù)據(jù)與之前預(yù)測(cè)的本時(shí)刻的交通流數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用于對(duì)交 通流預(yù)測(cè)算法部分參數(shù)進(jìn)行微調(diào)修正。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104050319SQ201410265212
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】周俊杰, 劉泓, 王慧, 蔣昊宸 申請(qǐng)人:浙江大學(xué), 浙江大學(xué)城市學(xué)院