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申请/专利权人：东南大学

摘要：本发明公开了一种基于交通流不确定性预测的城市干线信号相位差动态优化方法，步骤依次为：Step1：采集干线和交通流数据；Step2：初始化干线信号配时参数；Step3：动态优化相位差。本发明通过获取干线布局、交通流量等数据，通过对交通流均值和方差进行预测，获得某一置信水平下的交通流区间预测值，以实现交通流的不确定性预测。基于预测数据和干线初始配时方案，综合考虑干线延误和绿波带宽优化相位差，最终实现动态可靠的干线相位差优化。

主权项：1.一种基于交通流不确定性预测的城市干线信号相位差动态优化方法，其特征在于：该方法包括以下具体步骤：步骤1、采集干线内交叉口进出口道方向、各方向进出口道所含车道数、车道流向以及各交叉口间距，采集t时段内各交叉口各流向的交通流量，并确定干线车辆的设计平均车速；步骤2、计算各交叉口的最佳信号周期时长、各交叉口间初始时段的相位差以及干线的公共周期、调整配时、初始时段的绿波宽带；步骤3、获取各交叉口交通流的预测区间；步骤4、优化t时段各交叉口的相位差，获取t时段干线最优相位差集合；所述步骤2中各交叉口的最佳信号周期时长，计算公式如下： 其中：Yi表示交叉口i全部相位的最大流量比之和；yi,j表示交叉口i第j相位关键车道的交通流量比；m表示该交叉口的信号相位数； 表示初始时段内交叉口i第j相位关键车道的交通流量；qs_i,j表示交叉口i第j个相位的饱和流量；Li表示交叉口i的总损失时间；li,j表示交叉口i第j相位损失时间；ri表示交叉口i全红时间；Ci表示交叉口i的信号周期长度；所述步骤2中干线的公共周期及调整配时，计算公式如下：C＝maxC1,C2,C3，…,Ci…,Cn gi，j＝gE_i,j-Ai，j+li，j其中：C表示公共周期长度；Ci表示交叉口i的信号周期长度；Li表示交叉口i的总损失时间；li,j表示交叉口i第j相位损失时间；Yi表示交叉口i全部相位的最大流量比之和；yi,j表示交叉口i第j相位关键车道的交通流量比；n表示交叉口的总个数；gE_i,j表示交叉口i第j相位有效绿灯时间；gi,j表示交叉口i第j相位实际绿灯时间；Ai,j表示交叉口i第j个相位黄灯时间；所述步骤2中各交叉口间初始时段的相位差，计算公式如下： 其中： 表示交叉口i与交叉口i-1的初始时段的相位差，leni表示交叉口i与交叉口i-1之间的间距，len1＝0；v表示干线车辆的设计平均车速；所述步骤2中初始时段的绿波带宽，计算公式如下： 其中： 表示初始时段通过交叉口i的绿波带下线的对应时间； 表示初始时段通过交叉口i的绿波带上线的对应时间； 表示初始时段交叉口p与交叉口p-1的相位差，且lenp表示交叉口p与交叉口p-1之间的间距；gE_i,主直表示交叉口i的主路直行相位实际绿灯时间；v表示干线车辆的设计平均车速；B0表示初始时段的绿波带宽；所述步骤3具体步骤如下：步骤31、设定交叉口i到交叉口i+1为上行方向，利用卡尔曼滤波分别求解以下两组状态方程，获得t时段交叉口i主路直行上行方向的交通流短期预测均值和交通流方差预测值 其中： 分别表示t时段、t-1时段交叉口i的k流向交通流的状态变量，T表示转置，初始值φ表示自回归参数；θ表示移动平均参数； 表示t时段的状态转移矩阵，λ表示遗忘因子； 表示t时段交叉口i的k流向交通流状态噪声， 表示t时段交叉口i的k流向交通流观测噪声， 表示t时段交叉口i的k流向交通流观测值； 表示t时段交叉口i的k流向交通流观测矩阵， 表示的转置； 表示t时段交叉口i的k流向交通流的方差观测值，α0、α、β均表示参数，初始值 表示t时段交叉口i的k流向交通流波动性特征噪声， 表示t时段交叉口i的k流向交通流系统状态噪声，步骤32、计算设定置信水平1001-α％下各交叉口交通流的预测区间，预测区间上、下限的计算公式如下： 其中： 为t时段交叉口i主路直行的上行方向交通流预测区间上限； 为t时段交叉口i主路直行的上行方向交通流预测区间下限； 为t时段交叉口i主路直行的上行方向交通流短期预测均值； 为t时段交叉口i主路直行的上行方向交通流方差预测值；zα2为正态分布的上α2位点；所述步骤4具体步骤如下：步骤41、选择交叉口i作为优化对象，设置最大迭代次数L、初始控制参数T0、终止控制参数Tend，并令控制参数T＝T0；步骤42、确定t时段交叉口i与交叉口i-1的相位差的取值范围计算公式如下： 其中： 表示t时段交叉口i与交叉口i-1的相位差的取值上限； 表示t时段交叉口i与交叉口i-1的相位差的取值下限； 表示t-1时段交叉口i与交叉口i-1的相位差； 表示t时段交叉口i主路直行的上行方向交通流预测区间上限； 表示t时段交叉口i主路直行的上行方向交通流预测区间下限；μ表示转换系数；步骤43、令t时段交叉口i与交叉口i-1的相位差的初始迭代值步骤44、对t时段交叉口i与交叉口i-1的相位差的l次迭代值施加小于5s的随机扰动，产生一个新相位差表达式如下： 其中：r表示区间[0,1]上均匀分布的随机数；步骤45、分别计算和对应的延误值 其中：ui表示交叉口i的通行能力；leni表示交叉口i和交叉口i-1之间的道路长度；v表示干线车辆的设计平均车速；mod·表示取余；C表示干线公共周期；步骤46、新相位差的接受规则如下： 其中：p表示接受作为新相位差的概率；ξ表示区间[0,1]上均匀分布的随机数；k表示系数；步骤47、判断是否满足lL，若是则令l＝l+1，返回步骤44；否则执行步骤48；步骤48、判断是否满足T≤Tend，若是则输出作为t时段交叉口i与交叉口i-1的相位差执行步骤49；否则令T＝0.9T，返回步骤43；步骤49、遍历所有交叉口，输出t时段干线最优相位差集合该方法还包括：步骤5、计算t时段绿波带宽，计算公式如下： 其中： 表示t时段通过交叉口i的绿波带下线的对应时间； 表示t时段通过交叉口i的绿波带上线的对应时间； 表示t时段交叉口p与交叉口p-1的相位差，且lenp表示交叉口p与交叉口p-1之间的间距；gE_i,主直表示交叉口i的主路直行相位实际绿灯时间；Bt表示t时段干线的绿波带宽；步骤6、更新t时段干线最优相位差集合，更新公式如下： 其中：Θt表示t时段干线最优相位差集合；Θt-1表示t-1时段干线最优相位差集合；步骤7、更新t时段的绿波带宽，更新公式如下：Bt＝max{Bt-1，Bt}其中：Bt表示t时段的绿波带宽；Bt-1表示t-1时段的绿波带宽。

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