隨著機動車保有量的增加，城市交通擁堵現象日益嚴重，高峰期部分路段或區域常呈現過飽和狀態。與此同時，由於不同區域交通分佈不均勻，導致部分道路資源浪費。目前，大部分交通信號燈配時控制策略都針對非飽和交叉口，當道路處於過飽和狀態時，路網交通效率顯著降低。另外，區域路網的信號燈協調優化配時研究較少，尤其過飽和區域路網交通信號控制仍是公開的難題，急需尋求智能優化控制方法。
針對區域交通信號，考慮智能交通系統中交通流的動態特性，本文提出了區域交通系統改進的存儲-轉發模型。考慮大型區域的複雜性和協調性，將區域交通劃分成N個子區域，分別建立了對應的子區域模型。針對子區域模型，提出了基於分層模型預測控制的過飽和區域交通信號控制優化目標。通過引入拉格朗日對偶原理解決約束條件問題的方法，對子區域的車輛排隊數量進行了預測，並對有效綠燈時間進行優化控制。為了驗證所提區域交通控制算法的有效性，給出了本文改進的模型與存儲-轉發模型的對比仿真。實驗結果表明，在達到相同的控制效果時，本文改進模型的控制算法所需的計算時間較短，計算成本較低。
智能交通系統中，可以實時檢測車流量，這為車流量的取值提供方便。如果將交通流考慮成時變量，處理排隊長度優化問題會很複雜，所以本文將仿真一個仿真週期內的交通流量平均值作為整個仿真週期的交通流量，即在每一個仿真週期內交通流量為常數。但是每個仿真週期開始時，會更新交通流量的值，交通流量的大小隨著仿真週期的變化而變化，這也能體現交通流的動態特性。
圖1區域分解的例子
圖2 相鄰子區域之間的影響
圖3 所提出方法的方案圖
本文提出改進的存儲-轉發模型在計算損耗和總的損失時間（TTS）上，性能優於本文參考文獻[14]的存儲-轉發模型，尤其是隨著預測時間窗長度的增加，優勢越來越明顯。同時，相同條件下，兩種控制模型對排隊車輛的消耗情況是一樣甚至更優的。也就是說，在能達到相同的控制性能情況下，本文提出的改進的存儲-轉發模型在整個運行的計算速度上更優，這也是大型控制系統追求的目標。
文章信息：魏永濤, 高原, 孫文義, 王秀蒙. 交通流動態擾動下的區域交通信號協調控制. 自動化學報, 2019, 45(10): 1983-1994.
閱讀更多 自動化JAS 的文章
