[发明专利]一种防止单交叉口排队溢出的信号优化控制方法

权利要求书

1.一种防止单交叉口排队溢出的信号优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定Q个交叉口，每个交叉口包含N个进口道，每个进口道包含n条车道，将第g个交叉口、第f个进口道中的第i条车道记为N_g,fi，将第g个交叉口、第f个进口道中的第i条车道长度记为S_g,fi，g∈{1,2,...,Q}，f∈{1,2,...,N}，i∈{1,2,...,n}；

其中，第g个交叉口为Q个交叉口中任意一个，第f个进口道为N个进口道任意一个，第i条车道为n个车道中任意一个；Q表示设定的交叉口总个数，N表示每个交叉口包含的进口道总个数，n表示每个进口道包含的车道总个数，Q、N、n分别为大于0的正整数；

步骤2，若第g个交叉口、第f个进口道中的第i条车道排队长度L_g,fi大于或等于60％×S_g,fi，则转至步骤3进行优化控制过程；若第g个交叉口、第f个进口道中的第i条车道排队长度小于60％×S_g,fi，则确定第g个交叉口处于不饱和状态，且第g个交叉口的m个相位绿灯时间保持不变，停止优化控制过程；

其中，m为第g个交叉口的信号配时相位总个数，m为大于0的正整数；

步骤3，初始化：定义种群规模为Popsize，I表示Popsize个个体中第I个个体，I∈{1,2,…,Popsize}，G∈{0,1,…,G_m}，G_m表示最大进化代数，G表示第G次进化，I的初始值为1；k表示第k个周期，k＝0,1,2,...,K，K为周期总个数，K为大于或等于0的正整数，G和k的初始值都为0；

步骤4，计算第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的最小值D_a(C_best,G+1)；

步骤5，如果|D_a(C_best,G+1)-D_a(C_best,G)|≥ε，则令G的值加1，返回步骤4；

如果|D_a(C_best,G+1)-D_a(C_best,G)|ε，则终止搜索过程，并将搜索过程终止时对应的最优个体作为最终的最优个数C_best，进入步骤6；其中，ε为设定的非0常数；

步骤6，将最终的最优个数C_best作为第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的最终信号灯配时周期时长，并得到防止单交叉口排队溢出的信号优化控制结果；

其中，步骤4的子步骤为：

4.1计算第G+1次进化中第I个个体的试验向量u_I,G+1：

其中，v_I,G+1表示第G+1次进化后第I个个体的变异向量，C_I,G+1表示第G+1次进化后第I个个体，randb(1)表示[0,1]之间的1个随机数，CR表示交叉算子；

4.2如果u_I,G+1C_min或u_I,G+1C₀，则得到第G+1次进化后第I个个体的替换试验向量u'_I,G+1，u'_I,G+1＝rand[0,1]×(C₀-C_min)+C_min，I∈{1,2,…,Popsize}；

4.3令I的值加1，重复执行4.1和4.2，直到得到第G+1次进化后第1个个体的替换试验向量u'_1,G+1至第G+1次进化后第Popsize个个体的替换试验向量u'_Popsize,G+1，记为第G+1次进化后产生的Popsize个个体，并将I的值初始化为1；

4.4根据第G+1次进化后第I个个体的替换试验向量u'_I,G+1，计算得到第G+1次进化后第g个交叉口、第k+1个周期的车辆平均延误的第I个值D^G+1_a,I(C(k+1))，其表达式为：

其中，R(k+1)表示第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的的红灯总时长，g_h(k+1)表示第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期增加第h个相位的绿灯时间,u'_I,G+1表示第G+1次进化后第I个个体的替换试验向量，X(k+1)_I,G+1表示第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的第I个个体的饱和度，CAP(k+1)_I,G+1表示第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的第I个个体的通行能力，第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道对应的相位为h；q_j(k+1)表示第g个交叉口、第f个进口道中第j个相位、第k+1个周期车流量最大的车道组车辆到达率，s_j表示第g个交叉口中第j个相位车流量最大的车道组的饱和流率，L表示第g个交叉口的信号总损失时间，H_g,fi表示第g个交叉口、第f个进口道中的第i条车道的饱和流量；

4.5计算第G次进化至第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的第I个值D_G^G+1_a,I(C(k+1))，D_G^G+1_a,I(C(k+1))＝min{D^G+1_a,I(C(k+1)),D^G_a,I(C(k+1))}，D^G+1_a,I(C(k+1))表示第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的第I个值，D^G_a,I(C(k+1))表示第G次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的第I个值，min表示取最小值；

4.6令I的值加1，重复执行4.4和4.5，直到得到第G次进化至第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的第1个值D_G^G+1_a,1(C(k+1))，至第G次进化至第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的第Popsize个值D_G^G+1_a,Popsize(C(k+1))，并将I的值初始化为1；

4.7将D_G^G+1_a,I(C(k+1))对应的第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的信号灯配时周期时长，记为第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的第I个个体值C_I^G+1(k+1)，并计算得到第G+1次进化后的第I个个体C_I,G+1，C_I,G+1＝|C_I^G+1(k+1)|；

4.8令I的值加1，重复执行4.7，直到得到第G+1次进化后的第1个个体C_1,G+1至第G+1次进化后的第Popsize个个体C_Popsize,G+1，并记为第G+1次进化后产生的种群C_G+1；

将D_G^G+1_a(C(k+1))_min记为第G次进化至第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的最小值，D_G^G+1_a(C(k+1))_min＝min{D_G^G+1_a,1(C(k+1)),…,D_G^G+1_a,Popsize(C(k+1))}，将D_G^G+1_a(C(k+1))_min对应的第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的信号灯配时周期时长，记为第G+1次进化后产生的种群C_G+1中的最优个体C_best,G+1，best∈{1,...,Popsize}；

根据第G+1次进化产生的最优个体C_best,G+1，得到第G+1次进化后第g个交叉口、第f个进口道、第i条车道、第k+1个周期的车辆平均延误的最小值D_a(C_best,G+1)，D_a(C_best,G+1)＝min(D^G+1_a,1(C(k+1)),...,D^G+1_a,Popsize(C(k+1)))。