[发明专利]一种基于博弈论的信号配时方法

摘要

一种基于博弈论的信号配时方法属于智能交通范畴，具体说是能够动态改变信号配时的一种基于博弈论的信号配时方法。本发明力求解决交叉口信号的协调控制问题。从模型的角度，采用二层博弈方法，通过第一层博弈我们来确定南北方向或东西方向在下一周期哪个方向为绿灯放行，哪个方向为红灯等待，确定交叉口放行方向，再进行第二层博弈，采用二人非合作博弈，确定该方向上各相位放行时间，即绿灯时长。通过博弈算法得到的信号配时方案有效缓解了该交叉口饱和度较大的进口车道的车辆通行压力，以控制进口道的车辆总延误为前提，降低饱和度大的进口车道的车辆总延误为目标。

主权项

1.一种基于博弈论的信号配时方法，其特征在于，将交叉口东西与南北方向、某方向信号相位与车道排队长度作为对阵双方；博弈过程中，对阵双方都是积极且对阵双方不知道其他参与者策略；信号配时中，表现为预先不知道新周期车流量为多少，以及新的信号配时方案是否符合新周期的排队长度通行，不存在利用对方的博弈失误而增加自身利益的可能性，在这个基础上寻找双方可接受的合理博弈方案；采用二层博弈方法，通过第一层博弈来确定南北方向或东西方向在下一周期哪个方向为绿灯放行，哪个方向为红灯等待，确定交叉口放行方向，再进行第二层博弈，采用二人非合作博弈，确定该方向上各相位放行时间，即绿灯时长；通过博弈算法得到的信号配时方案有效缓解了该交叉口饱和度较大的进口车道的车辆通行压力，以控制进口道的车辆总延误为前提，降低饱和度大的进口车道的车辆总延误为目标；第一层博弈方法如下：设参与者1为绿灯，参与者2为红灯时双方赢得值为f和h；参与者1为红灯，参与者2为绿灯时双方赢得值为p和q；参与者1和参与者2都前进或后退策略时赢得值为0；各方向车流量用w_i表示，i＝1，2，3，4；i为交叉口进口方向，交叉口各方向车流量是动态连续的，应符合方程：w_i(k+1)＝w_i(j)+c.d_i(j+1)‑v_i(j+1)               (1)j‑‑‑交叉口博弈次号；c‑‑‑博弈周期(s)；k‑‑‑进口道编号；d_i(j+1)‑‑‑[jc，(j+1)c]时段内交叉口各方向车辆到达率(veh/s).v_i(j+1)‑‑‑[jc，(j+1)c]时段内交叉口车辆的消散率(veh/s)；g_i(j+1)‑‑‑第i方向上j+1周期时分配的绿灯时长(s)；L_i.‑‑‑饱和流率，其中v_i(j+1)＝g_i(j+1)·L_i./c；设车辆到达率d_i(j+1)服从泊松分布：P_(k)‑‑‑在博弈周期内到达k辆车的概率；λ‑‑‑在博弈周期c内车辆的平均到达率；由于车流量具有非负性，得方程为：w_i(j+1)＝max{0，w_i(j)+c·d_i(j+1)‑L_i.g_i(j+1)}          (3)假设博弈周期为60s；根据上述公式，在第j个博弈点各自赢得值为：f：w₁(j+1)＝max{0，w₁(j)+60·d₁(j+1)‑L₁.60}h：w₂(j+1)＝max{0，w₂(j)+60·d₂(j+1)}p：w₁(j+1)＝max{0，w₁(j)+60·d₁(j+1)}q：w₂(j+1)＝max{0，w₂(j)+60·d₂(j+1)‑L₂.60}博弈赢得矩阵：此为混合策略Nash均衡局势；设参与者1获得绿灯相位的概率为P₁，则获得红灯相位的概率为1‑P₁，参与者2获得绿灯相位和红灯相位的概率为P₂和1‑P₂；由混合策略Nash均衡，参与者2采取不同策略时，参与者1赢得值为：绿灯：(1‑P₁)*q红灯：P₁*n有Nash均衡原则，得同理第二层博弈方法如下：(1)确定交叉口某方向上各相位的最小绿灯时间以及每个相位各车道的最小交通流量其中r为第r个相位，s为该相位下不同的车道，即s表示直行和左转相位的车道数；(2)计算此方向不同相位下最大可延长时间其中T_EW代表东西或南北方向的相位时长，由交叉口现行信号配时决定；同样同相位各车道时长一样，对应产生较大实际流量其中o为迭代次数；通过(1)和(2)得到赢得矩阵：β₁.........β_m[0038](4)在一个平面交叉口，假设东西方向有N个信号相位，对应相位中有M个车道，设东西方向上不同相位分别为{α₁，α₂，...α_n}，构成了东西方向上相位的策略集U₁；而东西方向上每个车道分别为{β₁，β₂，...β_n}，构成了东西方向上车道的策略集U₂；(5)λ_ij为该方向各相位α和车道β在交通流量上博弈的结果值，为第i个相位流量下车道s的交通流量；(6)设局中人1采用混合策略(x₁，x₂，...x_n)，其中x∈[0，1]，于是有v＝max_x∈[0，1]F(x)即之后根据这几个方程建立平面直角坐标系，找出这三个方程与坐标轴所围成图型的最高点，确定局中人α的最优混合策略X^*；(7)局中人1的最优混合策略Y^*根据上述确定的v值，确定局中人1的最优混合策略Y^*，得到该计算方向相位配时的分配概率P_i；(8)比较P_rT_EW与如果则取P_rT_EW为新的信号配时方案；否则保持原来的信号配时；(9)新的信号配时会产生新的实际流量从第一层博弈重新开始，确定下一周期放行方向及各相位绿灯时间。