王　力,張立立,潘　科,李正熙

(北方工業(yè)大學(xué) 城市道路交通智能控制技術(shù)北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100144)

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基于狀態(tài)可控性分析的交叉口信號(hào)切換控制

王力,張立立,潘科,李正熙

(北方工業(yè)大學(xué) 城市道路交通智能控制技術(shù)北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100144)

摘要:針對(duì)目前交叉口的交通狀態(tài)不能完全反映信號(hào)控制情況的問(wèn)題,提出采用可控性的概念對(duì)交叉口的控制狀態(tài)進(jìn)行判定.通過(guò)定義通過(guò)率和阻塞率的綜合作用結(jié)果,能夠利用排隊(duì)長(zhǎng)度界定交叉口是否可控,采用交通波理論對(duì)剩余排隊(duì)進(jìn)行分析量化可控狀態(tài),以可控狀態(tài)為判斷條件建立交叉口信號(hào)切換控制模型.在“可控狀態(tài)”下利用清空策略對(duì)交叉口進(jìn)行控制,在“不可控狀態(tài)”下將交叉口總排隊(duì)最小設(shè)為目標(biāo)函數(shù),采用遺傳算法求解策略對(duì)交叉口進(jìn)行控制,給出不同控制狀態(tài)下的控制策略.對(duì)實(shí)際路口進(jìn)行仿真驗(yàn)證.結(jié)果顯示,利用所提方法可以快速對(duì)交叉口交通狀態(tài)進(jìn)行判定,針對(duì)各種狀態(tài)選擇適合的控制策略,保證了交叉口的控制效果,證明了該方法的可行性和有效性.

關(guān)鍵詞：通過(guò)率；阻塞率；交叉口可控性；切換控制

切換控制系統(tǒng)是混雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的重要類(lèi)型.系統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)態(tài)由若干個(gè)子系統(tǒng)來(lái)描述,系統(tǒng)的離散動(dòng)態(tài)用決定在某一時(shí)刻系統(tǒng)的連續(xù)動(dòng)態(tài)由哪個(gè)子系統(tǒng)來(lái)刻畫(huà)[1].目前,切換控制系統(tǒng)的主要研究方向包括切換控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、切換控制系統(tǒng)的時(shí)效性和切換控制策略的有效性三方面[2].

不同狀態(tài)下的交叉口信號(hào)控制通常采用不同的控制策略,控制策略之間的轉(zhuǎn)換具有明顯的切換控制特點(diǎn).趙曉華等[3-4]建立兩交叉口切換控制模型,通過(guò)相位組合方式將該模型轉(zhuǎn)化為單交叉口形式,采用智能體與Q學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)兩交叉口的協(xié)調(diào)控制.何忠賀等[5-12]將切換服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用到交叉口信號(hào)控制中,設(shè)計(jì)“帶有服務(wù)時(shí)間上限的固定相序切換”服務(wù)策略,開(kāi)展切換服務(wù)系統(tǒng)周期穩(wěn)定性的研究.范立權(quán)等[13]通過(guò)分析城市快速路出入口匝道及輔路交叉口的交通流特性,利用混雜自動(dòng)機(jī)原理建立交叉口混雜切換系統(tǒng)模型,并利用模糊邏輯的方法優(yōu)化交叉口的切換順序?qū)崿F(xiàn)對(duì)快速路區(qū)域的協(xié)調(diào)控制.向偉銘等[14-17]通過(guò)將過(guò)飽和狀態(tài)下的排隊(duì)車(chē)輛消散問(wèn)題抽象為一類(lèi)離散事件切換系統(tǒng)的指數(shù)穩(wěn)定性問(wèn)題,將排隊(duì)溢出問(wèn)題視為該類(lèi)系統(tǒng)的有界性問(wèn)題,建立信號(hào)交叉口的離散時(shí)間切換系統(tǒng)模型,并采用Lyapunov函數(shù)方法分析信號(hào)交叉口的穩(wěn)定性和有界性,給出排隊(duì)消散的控制策略.

目前將切換控制應(yīng)用于城市道路交通信號(hào)控制中的研究多集中在切換序列的研究上,而針對(duì)不同交通狀態(tài)變換下控制策略的研究,即不同交通狀態(tài)下的切換控制的研究相對(duì)較少,同時(shí)鑒于交叉口過(guò)飽和狀態(tài)多是由于交通信號(hào)控制與交通流相互作用所致的情況,交通狀態(tài)不能完全反映出交叉口的可控狀態(tài).本文提出交叉口可控性的概念,以控制狀態(tài)為條件進(jìn)行交叉口的切換控制,能夠使得控制策略更加適合交叉口的信號(hào)控制.

1交叉口狀態(tài)可控性分析

在經(jīng)典控制理論中,將系統(tǒng)的能控性描述為：“考慮一個(gè)系統(tǒng),輸入和輸出構(gòu)成系統(tǒng)的外部變量,狀態(tài)屬于反映運(yùn)動(dòng)行為的系統(tǒng)內(nèi)部變量.從物理直觀性來(lái)看,能控性研究系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)是否可由輸入影響.”交通系統(tǒng)屬于復(fù)雜的非線性系統(tǒng),同時(shí)具有非線性、時(shí)變性等特點(diǎn),應(yīng)用經(jīng)典控制理論難以準(zhǔn)確地描述交通系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理.針對(duì)該問(wèn)題,結(jié)合交通控制的特點(diǎn),本文提出交叉口可控性的概念.

交叉口的可控性用來(lái)描述交叉口信號(hào)控制與交通流之間的變化關(guān)系.若交叉口不可控,則信號(hào)控制和交通流相互作用會(huì)引起交叉口車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度增加,且增加幅度持續(xù)變大,最終導(dǎo)致排隊(duì)溢出；反之,若交叉口可控,則信號(hào)控制和交通流相互作用所引起的交叉口車(chē)輛排隊(duì)的變化是在一定范圍內(nèi)的,不會(huì)導(dǎo)致排隊(duì)溢出.

為了定量描述,引入通過(guò)率、阻塞率及其綜合作用結(jié)果等對(duì)交叉口可控性進(jìn)行詳細(xì)分析.

1.1通過(guò)率、阻塞率及綜合作用結(jié)果

當(dāng)交叉口處于過(guò)飽和交通信號(hào)控制的過(guò)程中時(shí),隨著時(shí)間的推移,各相位順序獲得通行權(quán),此時(shí)獲得通行權(quán)的車(chē)輛能夠通過(guò)交叉口繼續(xù)行駛.對(duì)于這種由交通控制產(chǎn)生的車(chē)輛通行,將其描述為交叉口的車(chē)輛通過(guò)率.當(dāng)該相位通行權(quán)結(jié)束時(shí),若存在剩余排隊(duì)的車(chē)輛,則這些車(chē)輛是交叉口阻塞的車(chē)輛.基于該描述,引入交叉口通過(guò)率的概念,如下：

(1)

同理,將阻塞率用下式表示：

(2)

式中：N為交叉口的阻塞率,即剩余排隊(duì)車(chē)輛數(shù)與總需求車(chē)輛數(shù)的比,N≤1.

如圖1所示,交叉口的通過(guò)率和阻塞率是同時(shí)作用于交通信號(hào)控制過(guò)程中的.在交叉口處于過(guò)飽和的狀態(tài)下,隨著車(chē)輛排隊(duì)的增加,交叉口的通過(guò)率逐漸降低,而交叉口的阻塞率逐漸增加,其中綜合作用的結(jié)果可以用于描述交叉口的可控性.

圖1　交叉口通過(guò)率和阻塞率變化示意圖Fig.1　Intersection through rate and blocking rate of change schematic diagram

由式(1)、(2),可得

R=M-N.

(3)

式中：R為交叉口車(chē)輛通過(guò)率和阻塞率的綜合作用的結(jié)果,本文采用R對(duì)交叉口的可控性進(jìn)行描述.在給定的周期條件下,在第K周期,若R<0,則交叉口的綜合作用結(jié)果表現(xiàn)為車(chē)輛的阻塞率大于車(chē)輛通行率,假設(shè)輸入流量保持不變或增大,交叉口的控制效果將持續(xù)變差,最終導(dǎo)致排隊(duì)溢出,此時(shí)認(rèn)為交叉口不可控；若R=0,則交叉口的綜合作用結(jié)果表現(xiàn)為車(chē)輛的阻塞率等于車(chē)輛通行率,假設(shè)輸入流量保持不變或減小,交叉口的控制效果不變或持續(xù)變好,此時(shí)認(rèn)為交叉口可控；若R>0,則交叉口的綜合作用結(jié)果表現(xiàn)為車(chē)輛的阻塞率小于車(chē)輛通行率,假設(shè)輸入流量保持不變或減小,交叉口的控制效果不變或持續(xù)變好,最終排隊(duì)消散,此時(shí)認(rèn)為交叉口可控.

1.2基于交通波理論的剩余排隊(duì)分析

對(duì)于上游穩(wěn)定到達(dá)的流量q,從紅燈啟亮?xí)r刻考察路段排隊(duì)的變化情況.根據(jù)交通波理論可知,兩種交通狀態(tài)相遇時(shí)產(chǎn)生的交通波的波速為u=(q1-q2)/(k1-k2).該波速為圖2中兩個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)相連形成的連線的斜率,如圖2、3所示.

圖2　流量-密度關(guān)系Fig.2　Flow-density relationship

圖3　速度-密度關(guān)系Fig.3　Speed-density relationship

當(dāng)紅燈啟亮?xí)r,產(chǎn)生一停車(chē)波向后傳播,設(shè)波速為u0；當(dāng)綠燈啟亮?xí)r,產(chǎn)生一啟動(dòng)波,設(shè)波速為u1,經(jīng)過(guò)時(shí)間t′,兩個(gè)波相遇時(shí),產(chǎn)生一新的交通波,將其表達(dá)為u2.該交通波向停車(chē)線方向傳播,經(jīng)過(guò)時(shí)間t″,波u2傳至停車(chē)線,如圖4所示.

由交通波理論可得各個(gè)交通波的波速如下：

(4)

根據(jù)圖4的幾何關(guān)系,可將兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)間t′和t″推導(dǎo)出

(5)

(6)

圖4　交通波傳播情況Fig.4　Traffic wave propagation

當(dāng)綠燈時(shí)間g>t′+t″時(shí),可以看出路段上的交通狀態(tài)重復(fù)出現(xiàn),因?yàn)闋顟B(tài)是穩(wěn)定的；當(dāng)g=t′+t″時(shí),路段處于臨界狀態(tài),此時(shí)路段的狀態(tài)是穩(wěn)定的；當(dāng)g

路段過(guò)飽和二次排隊(duì)產(chǎn)生的臨界條件如下：

(7)

由此可知,交叉口狀態(tài)為欠飽和(指關(guān)鍵相位狀態(tài))是路段不發(fā)生過(guò)飽和二次排隊(duì)的先決條件.當(dāng)交叉口不滿足臨界條件時(shí),排隊(duì)逐漸向上游增加,如圖5所示,在紅燈期間車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度持續(xù)增長(zhǎng),而在綠燈時(shí)間排隊(duì)長(zhǎng)度逐漸縮短,其綜合作用趨向于排隊(duì)持續(xù)增加,交叉口相位增加的長(zhǎng)度取決于流量和綠信比的關(guān)系.設(shè)ri結(jié)束時(shí)排隊(duì)長(zhǎng)度增加為Δxri,gi結(jié)束時(shí)排隊(duì)長(zhǎng)度縮短為Δxgi,從圖5可得

(8)

當(dāng)?shù)趇相位結(jié)束時(shí),剩余排隊(duì)：

(9)

圖5　過(guò)飽和情況下的路段排隊(duì)傳播[9]Fig.5　Over-saturation in case of road queue spread

1.3交叉口狀態(tài)可控性判據(jù)

由式(3)、(4)和(9)可得,交叉口的狀態(tài)可控性可用下式描述：

(10)

式中：

qi(k)為第k周期相位i車(chē)輛到達(dá)流率；qm為最大流量；vm為最佳速度,即達(dá)到最大流量時(shí)的速度；km為最佳密度,即達(dá)到最大流量時(shí)的密度；ui為交通波波速；kj為阻塞密度；xmax為車(chē)輛最大排隊(duì)長(zhǎng)度；xri為ri結(jié)束時(shí)排隊(duì)長(zhǎng)度增加的值；xgi為gi結(jié)束時(shí)排隊(duì)長(zhǎng)度縮短的值；ri為相位i的紅燈時(shí)間；gi為相位i的綠燈時(shí)間.

式(10)用于判斷交叉口可控性的綜合作用結(jié)果.在給定的周期條件下,在第K周期,若R<0,則交叉口的綜合作用結(jié)果表現(xiàn)為車(chē)輛的阻塞率大于車(chē)輛通行率,假設(shè)輸入流量保持不變或增大,交叉口的控制效果將持續(xù)變差,最終導(dǎo)致排隊(duì)溢出,此時(shí)認(rèn)為交叉口不可控；若R=0,則交叉口的綜合作用結(jié)果表現(xiàn)為車(chē)輛的阻塞率等于車(chē)輛通行率,假設(shè)輸入流量保持不變或減小,交叉口的控制效果不變或持續(xù)變好,此時(shí)認(rèn)為交叉口可控；若R>0,則交叉口的綜合作用結(jié)果表現(xiàn)為車(chē)輛的阻塞率小于車(chē)輛通行率,假設(shè)輸入流量保持不變或減小,交叉口的控制效果不變或持續(xù)變好,最終排隊(duì)消散,此時(shí)認(rèn)為交叉口可控.

2基于狀態(tài)可控性分析的交叉口切換控制

準(zhǔn)確判斷交叉口的可控性是實(shí)現(xiàn)交叉口切換控制的關(guān)鍵,而不同控制狀態(tài)下的控制策略是交叉口正常運(yùn)行、防治擁堵的保證.交叉口切換控制是指在不同控制狀態(tài)下控制策略的切換.根據(jù)切換系統(tǒng)理論可知,控制策略的切換可以用有向圖Y={Z,E}來(lái)表示,其中Z為控制策略的集合； E={R<0:zi,zj∈Y}為控制策略變遷(離散事件)的集合,R<0表示使控制策略mi變遷到mj的條件[20].

根據(jù)交叉口可控性可知,不同控制狀態(tài)下的控制策略分為

Z={z1,z2}．

式中：z1為可控狀態(tài)下的交叉口控制策略,z2為不可控狀態(tài)下的交叉口控制策略.

交叉口控制策略的切換過(guò)程描述如下.在初始時(shí)刻t0,具有固定控制相序的交叉口,初始排隊(duì)為xio,控制策略為z1,在切換條件R<0發(fā)生之前,遵循“可控狀態(tài)”下的交叉口控制策略z1；在t1時(shí)刻,切換條件R<0發(fā)生,控制策略變遷為z2,即切換條件R<0的發(fā)生導(dǎo)致控制策略從z1變遷為z2,此后交叉口將遵循“不可控狀態(tài)”下的交叉口控制策略z2,并且該切換過(guò)程隨著切換條件的變化而動(dòng)態(tài)變化.控制策略的切換過(guò)程可以用圖6表示.

圖6　交叉口切換控制過(guò)程Fig.6　Intersection switching control process

2.1切換控制規(guī)則描述

交叉口控制策略的切換規(guī)則采用自動(dòng)機(jī)的方法,通過(guò)判斷交叉口的可控性來(lái)決定交叉口應(yīng)該處于哪種控制策略.具體的切換規(guī)則如下.

1)對(duì)交叉口交通狀態(tài)進(jìn)行判斷,若交叉口處于欠飽和狀態(tài),則交叉口采用“可控狀態(tài)”下的控制策略；若交叉口處于過(guò)飽和狀態(tài),則繼續(xù)判斷交叉口的控制狀態(tài).

2)對(duì)交叉口的控制狀態(tài)進(jìn)行判斷,若交叉口處于“可控狀態(tài)”,即R>0,則交叉口采用“可控狀態(tài)”下的控制策略；若交叉口處于“不可控狀態(tài)”, 即R<0,則將當(dāng)前運(yùn)行周期設(shè)置為過(guò)渡周期,并判斷過(guò)渡周期是否結(jié)束.當(dāng)過(guò)渡周期結(jié)束時(shí),采用“不可控狀態(tài)”下的控制策略.

3)對(duì)于交叉口控制狀態(tài)的判別,一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)只進(jìn)行一次判斷.

如圖7所示為交叉口切換控制流程圖.

圖7　切換控制流程圖Fig.7　Switching control flowchart

2.2“可控狀態(tài)”下交叉口控制策略

針對(duì)上述所設(shè)計(jì)切換控制中的“可控狀態(tài)”,采用如下控制策略.

1)當(dāng)交叉口處于可控狀態(tài)時(shí),可以采用該控制策略,其中交叉口處于可控狀態(tài)是采用該控制策略的充分必要條件.

2)設(shè)交叉口的控制相位個(gè)數(shù)為n,相位1首先獲得通行權(quán),相序?yàn)?→2…→n→1|n≥2(任意固定相序均可).

3)當(dāng)相位i獲得通行權(quán), 且其內(nèi)車(chē)流被清空xi(k)=0時(shí), 相位切換到下一相位i+1, i=1,…,n-1|n≥2；當(dāng)相位n獲得通行權(quán), 且其內(nèi)車(chē)流被清空xn(k)=0, 相位重新切換到相位1.

4)當(dāng)相位i獲得通行權(quán)時(shí),有效綠燈滿足：

(11)

若

i=1,2,…,n|n≥2,

則有

式中：gci為采用Webster計(jì)算的初始相位綠燈時(shí)間,gi(k)為第k周期相位i獲得的綠燈時(shí)間,li(i+1)為相位i和相位i+1之間的過(guò)渡時(shí)間.

5)當(dāng)相位i切換到相位i+1時(shí), 相位損失時(shí)間為li(i+1)>0,i=1,…,n-1|n≥2; 當(dāng)相位n切換到相位1時(shí), 相位損失時(shí)間為ln1．

2.3“不可控狀態(tài)”下交叉口控制策略

針對(duì)上述切換控制模型中的“不可控狀態(tài)”,采用如下控制策略.

1)當(dāng)交叉口處于不可控狀態(tài)時(shí),可以采用該控制策略,其中交叉口處于不可控狀態(tài)是采用本控制策略的充分必要條件.

2)處于不可控狀態(tài)下的交叉口主要參數(shù)有如下關(guān)系：

(12)

(13)

由式(12)、(13)可得

Qi(k)=Pi(k).

(14)

式中：Qi(k)表示第k周期相位i的通行能力,Pi(k)表示第k周期相位i的單位時(shí)間內(nèi)放行的車(chē)輛.

(15)

因此有

令

則有

(16)

設(shè)在第k周期各相位均有初始排隊(duì)xio(k),則交叉口第k周期內(nèi)總排隊(duì)為

(17)

式中： xio(k)表示第k周期相位i的初始排隊(duì)的車(chē)輛.

3)采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化.

a)相位1首先獲得通行權(quán), 相序?yàn)?→2…→n→1|n≥2(任意固定相序均可).

b)將周期內(nèi)交叉口各相位總排隊(duì)車(chē)輛數(shù)最小設(shè)置為目標(biāo)函數(shù)：

(18)

式(18)滿足約束條件：

(19)

c)設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)為

(20)

d)設(shè)計(jì)包括種群規(guī)模、交叉概率、變異概率、優(yōu)化代數(shù)等.

3實(shí)例驗(yàn)證

3.1對(duì)比驗(yàn)證

設(shè)計(jì)如表1所示的數(shù)據(jù)對(duì)兩相位控制交叉口采取不同控制方式(定時(shí)控制和本文切換控制,其中仿真參數(shù)設(shè)置的交通環(huán)境相同)的控制效果進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析.表中，Na、Eb分別為北進(jìn)口和東進(jìn)口流量.

表1　兩相位控制交叉口各相位流量數(shù)據(jù)

1) 數(shù)據(jù)組1仿真結(jié)果.

圖8中，N為北進(jìn)口排隊(duì)車(chē)輛數(shù)，E為東進(jìn)口排隊(duì)車(chē)輛數(shù).如圖8所示,選取的數(shù)據(jù)為交叉口在“可控狀態(tài)”之間過(guò)渡(即“可控”和到“可控”).在欠飽和狀態(tài)下,帶有初始排隊(duì)的交叉口各相位在一定時(shí)間,排隊(duì)逐漸減小最終達(dá)到排隊(duì)穩(wěn)定狀態(tài),其中定時(shí)控制下交叉口總排隊(duì)長(zhǎng)度大于所提切換控制下交叉口的總排隊(duì)長(zhǎng)度.

圖8　欠飽和下不同控制策略相位排隊(duì)Fig.8　Under-saturated under different control strategies phase queue

2) 數(shù)據(jù)組2仿真結(jié)果.

圖9　過(guò)飽和下不同控制策略相位排隊(duì)Fig.9　Over-saturated under different control strategies phase queue

如圖9所示,選取的數(shù)據(jù)為交叉口在“不可控狀態(tài)”之間過(guò)渡(即“不可控”和到“不可控”).可以看出,在過(guò)飽和狀態(tài)下各種控制策略都不能對(duì)交叉口進(jìn)行有效控制,采用提出的切換控制減緩了交叉口控制過(guò)程中交叉口總排隊(duì)長(zhǎng)度的增加趨勢(shì).

3) 數(shù)據(jù)組3仿真結(jié)果.

圖10　不同控制狀態(tài)下各控制策略相位排隊(duì) Fig.10　Different control status of each control strategy of phase queue

如圖10所示,選取的數(shù)據(jù)為交叉口在“可控狀態(tài)”和“不可控狀態(tài)”之間過(guò)渡(即“可控”和到“不可控”,“不可控”和到“可控”).在不同的交叉口變換過(guò)程中,提出的切換控制在交叉口控制中能夠有效地減小各相位總排隊(duì)長(zhǎng)度,尤其是交叉口從“不可控狀態(tài)”轉(zhuǎn)向“可控狀態(tài)”時(shí)優(yōu)勢(shì)更加明顯.

3.2實(shí)例驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所提切換控制的優(yōu)劣,選取北京市交通學(xué)院南路和交大東路交叉口東西和南北兩相位的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證.該交叉口2個(gè)方向5:00～21:00的交通流數(shù)據(jù)如圖11所示(每15 min采集一次,折合成小汽車(chē)當(dāng)量).圖中，K為關(guān)鍵入口車(chē)流量.

如圖12所示,交叉口存在初始排隊(duì),在開(kāi)始階段由于交叉口處于“可控”狀態(tài),各相位排隊(duì)長(zhǎng)度逐漸減小直到穩(wěn)定；在一段時(shí)間后由于各相位的流量增加,交叉口從“可控”轉(zhuǎn)向“不可控”,此時(shí)相位排隊(duì)逐漸增加,交叉口重復(fù)出現(xiàn)前述過(guò)程.從圖12可以看出,當(dāng)交叉口處于“可控狀態(tài)”時(shí),各種控制策略均能夠進(jìn)行有效控制,當(dāng)交叉口切換至“不可控狀態(tài)”時(shí),本文所提切換控制能夠使得交叉口各相位的排隊(duì)總和達(dá)到最小,從而使得交叉口在“不可控狀態(tài)”下得到有效控制.交叉口在不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換過(guò)程中,采用所提切換控制使得各相位的排隊(duì)變化幅度最小,避免出現(xiàn)排隊(duì)大幅振蕩的現(xiàn)象.

圖11　交通學(xué)院南路和交大東路交叉口交通流量Fig.11　Traffic school south road and jiaoda road intersection traffic flow

圖12 不同控制策略下交叉口各相位排隊(duì)Fig.12　Different control strategies of each intersection of phase queue

4結(jié)語(yǔ)

在分析交叉口控制狀態(tài)的基礎(chǔ)上引入通過(guò)率和阻塞率,利用綜合作用結(jié)果定義交叉口的可控性.通過(guò)采用交通波理論分析交叉口相位剩余排隊(duì),使得到的綜合作用結(jié)果更符合交通的實(shí)際狀況,從而更好地反映出交叉口可控性的真實(shí)面目.將交叉口可控性作為切換條件,建立切換控制模型,通過(guò)在“可控狀態(tài)”下利用清空策略對(duì)交叉口進(jìn)行相應(yīng)控制,在“不可控狀態(tài)”下將交叉口最小總排隊(duì)設(shè)為目標(biāo)函數(shù),采用遺傳算法進(jìn)行求解的方式對(duì)交叉口進(jìn)行控制,從而得到適應(yīng)不同狀態(tài)的交叉口的控制策略.

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收稿日期：2015-06-17.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)網(wǎng)址： www.journals.zju.edu.cn/eng

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51308005)；科研基地建設(shè)-首都世界城市順暢交通協(xié)同創(chuàng)新中心-參與單位(2011協(xié)同)(市級(jí))資助項(xiàng)目(PXM2014_014212_000020)；學(xué)科建設(shè)-國(guó)家特殊需求-城市道路交通智能控制人才培養(yǎng)資助項(xiàng)目(PXM2014_014212_000053)；研究生培養(yǎng)-研究生教育-產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合培養(yǎng)研究生基地(市級(jí))資助項(xiàng)目(PXM2014_014212_000032).

作者簡(jiǎn)介：王力(1978-)，男，副教授，從事智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)、交通大數(shù)據(jù)分析的研究.ORCID:0000-0001-6718-0737. E-mail:wangli939@ncut.edu.cn

DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2016.07.007

中圖分類(lèi)號(hào)：U 491

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-973X(2016)07-1266-10

Traffic signal switching control approach based on state control ability analysis

WANG Li,ZHANG Li-li,PAN Ke,LI Zheng-xi

(IntelligentTransportationKeyLaboratory,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China)

Abstract:Judging the traffic condition of intersection using the concept of “controllability” was proposed aiming at the problem of existing methods that judge traffic states can’t fully reflect the traffic condition of the intersection. The length of the queue can be utilized by blocking rate defined by the rate and the result of the combined effect in order to define if intersection can be controlled. The traffic wave theory analysis was conducted to quantify the remaining queue for controllable state. The switching control model of intersection was established by using the controllable state as the judgment condition. In the “controllable state”, the policy was used to take advantage of empty intersection control. In the “uncontrollable state”, the intersection minimum objective function was set by using genetic algorithm strategy intersection control. Control strategy under different control state was given. A real network was selected to conduct a simulation. Results show that using the proposed method of intersection traffic state can quickly be determined. The appropriate control strategy was selected for a variety of state. Then the control effect of the intersection was ensured. The feasibility and effectiveness of the proposed method were proved．

Key words:through rate; block rate; intersection controllability; switching control