一种城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法

本发明属于交通态势感知和预测，具体涉及一种城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法。

背景技术：

1、随着机械化和工业化技术的不断发展，各行各业都在迎来自动化革命。在交通运输领域随着机械化的程度不断加深，导致车辆数量快速增加。汽车等交通工具的普及率不断提升，然而交通灯控制方案还是基于固定的配时优化，不能很好的结合车辆和路况。为了应对这些挑战，目前的研究主要集中在交通信号灯配时和交叉路口仿真技术上。

2、中国专利文件cn 113160585 b使用历史车辆数据进行标记，计算初步调控动作并结合交通灯各个相位车道压力，确定辅助调控动作，最终确定最优调控动作。并使用训练交通灯配时优化模型，输入道路数据得到交通灯实时最优控制动作。

3、该方案虽然采用了实时的交通信号控制动作，但局限于针对路口附近的车流情况进行短期优化。这种方法在缓解路口附近交通压力方面可能会有所帮助，但未考虑整条道路车流的情况，长期而言可能无法满足整条道路畅通的需求，因而在长期交通规划和整体交通流优化方面存在局限性。

4、中国专利文件cn 117523834 a基于车路协同融合感知和交通仿真的拥堵识别和预测方法，该方法通过智能网联车辆和路侧传感器的数据融合，识别道路上的施工、交通事故等事件，并分析其对交通通行能力的影响，判断当前是否处于交通拥堵状态。通过结合车端和路侧感知的数据，识别区域内所有交通参与者的位置、速度等信息，利用交通仿真模型预测未来一段时间每个路口/路段/车道通行的车辆数量变化趋势，从而提前预知发生交通拥堵的地点和起始时间。

5、该方案虽然提出了一个基于交通仿真的信号拥堵识别和预测方法，并未提出有效的调度和处理错误的措施。这意味着即使能够准确预测拥堵，但缺乏进一步的行动方案，仍然会导致交通拥堵的发生和加剧。因此，该方法在提出解决交通拥堵方案方面存在一定的不足。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明通过上层道路模型和下层交叉路口模型的算法结构设计，考虑整条道路的车流以及交叉口附近的车流，寻求最优化的配时方案，从而达到缓解交通拥堵的目的。

2、本发明第一方面提供了：一种城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，包括如下步骤：将道路数据输入中央处理模型，获得分类整理数据；将所述分类整理数据输入上层道路模型，获得配时方案；将所述分类整理数据和所述配时方案输入下层交叉路口模型，获得当前实时的相位切换方案。

3、本发明第二方面提供了：一种城市道路平面交叉口信号配时方法的训练方法：

4、步骤1：分别为上层模型、下层模型分初始化烟花数量，爆炸强度和烟花位置；

5、步骤2：计算烟花数量，爆炸强度，并随机根据在每个烟花的周围生成火花；

6、步骤3：对一部分火花应用变异操作产生位置偏差，拓展探索空间；

7、步骤4：判断所有生成的火花是否在交通灯配时优化的可行解范围内；

8、步骤5：评估交通灯配时方案和信号灯切换策略的目标函数值；

9、步骤6：保留目标函数值最好的烟花，并根据火花的位置计算个体概率并选择其他优秀解进行下一次迭代；

10、步骤8：当达到最大迭代次数后，算法停止，并输出当前最优的交通灯配时方案。

11、本发明第三方面提供了：一种城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真系统，所述系统包括至少一个处理器；以及存储器，其存储有指令，当通过至少一个处理器来执行该指令时，实施按照本发明第一方面提供的一种城市道路平面交叉口信号配时优化方法的步骤。

12、本发明第三方面提供了：一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本发明第一方面提供的一种城市道路平面交叉口信号配时优化方法的步骤。

13、本发明第四方面提供了：一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本发明第一方面提供的一种城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法的步骤。

14、本发明的有益效果在于：通过上层模型获取较大范围的配时方案，通过下层模型优化交叉路口的交通灯相位切换，从总体车流到交通灯切换策略进行统一优化，从而达到避免交通拥堵的目的。

技术特征：

1.一种城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，还包括执行判断步骤，其包括：

3.根据权利要求1所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，所述道路数据包括：车辆自身位置信息，速度信息，信号灯自身相位信息。

4.根据权利要求1所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，将所述分类整理数据输入上层道路模型步骤中所述分类整理数据包括：交叉路口每个道路上的车辆密度，平均车速，车辆位置，道路编号。

5.根据权利要求1所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，将所述分类整理数据输入下层交叉路口模型步骤中所述分类整理数据包括：信号灯相位，所述配时方案，交叉路口每个道路上第一辆车的速度、加速度、到十字路口的距离以及道路编号。

6.根据权利要求1所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，将所述分类整理数据输入上层道路模型，获得配时方案步骤，还包括：

7.根据权利要求1所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于将所述分类整理数据和所述配时方案输入下层交叉路口模型，获得当前实时的信号灯相位切换决策步骤，还包括：

8.根据权利要求6所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，将所述分类整理数据输入上层道路模型，到达执行周期时获得配时方案，还包括，计算上层目标函数：

9.(计算)根据权利要求7所述的城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真方法，其特征在于，所述下层交叉路口模型，还包括，计算下层目标函数：

10.一种城市道路平面交叉口信号配时优化及仿真系统，其特征在于，所述系统包括至少一个处理器；以及存储器，其存储有指令，当通过至少一个处理器来执行该指令时，实施按照权利要求1-9任一项所述的方法的步骤。

技术总结本发明提供了一种城市道路平面交叉口信号配时优化方法，包括如下步骤：将道路数据输入中央处理模型，获得分类整理数据；将所述分类整理数据输入上层道路模型，获得配时方案；将所述分类整理数据和所述配时方案输入下层交叉路口模型，获得当前实时的相位切换决策。本发明通过上层道路模型和下层交叉路口模型的算法结构设计，考虑整条道路的车流以及交叉口附近的车流，寻求最优化的配时方案，从而达到提升道路运行效率，缓解交通拥堵的目的。技术研发人员：彭飞,师宁,张红受保护的技术使用者：北京电子科技职业学院技术研发日：技术公布日：2024/6/23