本發(fā)明涉及智能交通，更具體的說是涉及一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)、方法及設備。

背景技術：

1、隨著城市車輛數(shù)量的急劇增加，城市交通信號控制正變得日益復雜。通過合理控制交叉口信號燈，調(diào)節(jié)交通流量，提高交叉口的通行效率，成為減緩交通擁堵的至關重要的方法。

2、傳統(tǒng)的交通信號控制方法多側(cè)重于單一目標的優(yōu)化，如最大化通過量、最小化延誤等，較少關注隊列的穩(wěn)定性控制，并沒有綜合考慮交通流的動態(tài)變化以及車輛排隊長度對交通擁堵和環(huán)境污染的綜合影響。在實際交通管理中，車輛排隊長度的穩(wěn)定性直接關系到交通擁堵的緩解程度和二氧化碳排放的控制效果。若排隊長度過長且不穩(wěn)定，不僅會導致交叉口通行效率下降，還會引發(fā)交通擁堵的擴散和加劇，進而增加車輛的怠速時間和二氧化碳排放。

3、因此，如何提供一種能夠解決上述問題的考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)、方法及設備，是本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)、方法及設備，用于解決上述現(xiàn)有技術中存在的技術問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)，包括：車載單元、路邊單元、路邊信號機；

4、所述車載單元與所述路邊單元連接，用于采集車輛信息并發(fā)送至所述路邊單元；

5、所述路邊單元與所述路邊信號機連接，基于車輛信息通過基于二次函數(shù)的穩(wěn)定性指標計算方法對隊列穩(wěn)定性進行分析，構建交通信號控制的多目標優(yōu)化策略；

6、所述路邊信號機，用于接收多目標優(yōu)化策略對信號燈進行控制。

7、另一方面，本發(fā)明提供了一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法，應用于上述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)，包括：

8、基于車輛信息構造目標策略；

9、創(chuàng)建隊列模型，計算隊列增長量；

10、將隊列增長量加入目標函數(shù)中，建立多目標控制模型，構建交通信號控制的多目標優(yōu)化策略；

11、對多目標控制模型進行求解，基于多目標優(yōu)化策略對信號燈進行控制。

12、優(yōu)選的，所述基于車輛信息構造目標策略包括：

13、以最小化二氧化碳排放和延誤為目標，建立目標策略z1為：

14、z1=k1d-k2c；

15、其中，k1和k2分別表示目標函數(shù)中延誤時間和二氧化碳排放的加權系數(shù)，d為交叉口的平均延誤，c為交叉口的平均二氧化碳排放量。

16、優(yōu)選的，所述創(chuàng)建隊列模型包括：

17、建立一個隊列模型為 q t；

18、在每個時間片t處，根據(jù)以下公式來更新隊列積壓：

19、；

20、其中， q n( t)表示交叉口n在時刻t的車流量， a n( t)表示交叉口n在時刻t的到達車輛數(shù)量， d n( t)表示交叉口n在時刻 t離開的車輛數(shù)量，表示根據(jù)優(yōu)先級調(diào)整的修正項，根據(jù)車輛的優(yōu)先級來調(diào)整排隊長度的變化，對于優(yōu)先車輛，是正值，而對于普通車輛，是零或負值。

21、優(yōu)選的，所述計算隊列增長量，包括：

22、引入二次項函數(shù)，表達式為：

23、；

24、其中 l(t)表示隊列長度， q n (t)表示交叉口n在時刻t的車流量；

25、計算隊列的增長量?(t)?l(t+1)?l(t)，表達式為：

26、；

27、其中，是一個常量，是一個變量，表示到達車輛的最大值，表示離開車輛的最大值，表示優(yōu)先車輛的最大值。

28、優(yōu)選的，將隊列增長量加入目標函數(shù)中，建立多目標控制模型，包括：

29、求解隊列增長量和第一目標z1的最小值；

30、增加權重w，調(diào)節(jié)隊列增長量和第一目標z1的最小值的重視程度得到第二多目標優(yōu)化策略z2。

31、優(yōu)選的，所述多目標優(yōu)化策略z2的表達式為：

32、z2=c+w(k1d-k2c)；

33、式中，變量，w為權重，k1和k2分別表示目標函數(shù)中延誤時間和二氧化碳排放的加權系數(shù)，d為交叉口的平均延誤，c為交叉口的平均二氧化碳排放量。

34、再一方面，本發(fā)明提供了一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法。

35、經(jīng)由上述的技術方案可知，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明公開提供了一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)、方法及設備，在通過實時監(jiān)測和分析車輛排隊長度信息，結合交通流量的動態(tài)變化，動態(tài)調(diào)整交通信號控制參數(shù)，以實現(xiàn)交通信號控制的多目標優(yōu)化。該方法將平均排隊長度作為重要的控制指標之一，通過構建隊列模型，分析不同交通信號控制參數(shù)的調(diào)節(jié)不同信號控制策略對原目標策略的影響，進而確定最優(yōu)的信號控制方案，能夠有效提高交叉口通行能力。具體效果如下：

36、（1）將車輛的優(yōu)先級加入到排隊模型當中，在狀態(tài)方程中加入優(yōu)先級調(diào)整的修正項，根據(jù)車輛的優(yōu)先級來調(diào)整排隊長度的變化，改變排隊方程的形式，更準確地描述不同車輛優(yōu)先級在排隊系統(tǒng)中的行為。

37、（2）通過引入一個二次項函數(shù)，計算出隊列增長量，將值控制在一個預設值范圍內(nèi)，并將其加入目標策略中，通過最小化增長量，并借助權重w來調(diào)節(jié)二者的重要程度，有利于保持隊列穩(wěn)定。

技術特征：

1.一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：車載單元、路邊單元、路邊信號機；

2.一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法，應用于權利要求1所述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法，其特征在于，所述基于車輛信息構造目標策略包括：

4.根據(jù)權利要求2所述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法，其特征在于，所述創(chuàng)建隊列模型包括：

5.根據(jù)權利要求2所述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法，其特征在于，所述計算隊列增長量，包括：

6.根據(jù)權利要求2所述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法，其特征在于，將隊列增長量加入目標函數(shù)中，建立多目標控制模型，包括：

7.根據(jù)權利要求6所述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法，其特征在于，所述多目標優(yōu)化策略z2的表達式為：

8.一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如權利要求2至7任一所述的一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制方法。

技術總結
本發(fā)明公開了一種考慮平均排隊長度穩(wěn)定的交通信號控制系統(tǒng)、方法及設備，屬于智能交通技術領域。該系統(tǒng)包括：車載單元、路邊單元、路邊信號機，車載單元與路邊單元連接，用于采集車輛信息并發(fā)送至路邊單元；路邊單元與路邊信號機連接，基于車輛信息通過基于二次函數(shù)的穩(wěn)定性指標計算方法對隊列穩(wěn)定性進行分析，構建交通信號控制的多目標優(yōu)化策略；路邊信號機，用于接收多目標優(yōu)化策略對信號燈進行控制?；诒景l(fā)明提供的多目標優(yōu)化策略將對信號燈進行控制，能夠有效提高交叉口通行能力。

技術研發(fā)人員：李江晨,朱佳麗,張婷婷,許述財,彭理群,馬育林,徐陽,李淑磊
受保護的技術使用者：南京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26