全网协同的自适应交通信号控制研究

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城市交通拥堵问题日益严峻,通过交通信号控制对城市道路网络中的车辆进行疏导管理是缓解拥堵的重要手段。实际应用的交通信号控制系统大多采用离线控制方法,存在控制方式不够灵活等缺点。自适应交通信号控制能够依据道路网络中实时车流量变化制定更高效的交通信号控制方案,能更精准地对城市道路网络中的车辆进行疏导,更有效地减轻城市交通拥堵现象,减少车辆行驶过程的延迟时间。现有的自适应交通信号控制方法由于道路网络中各交通信号控制器之间缺乏有效的全网协同,仍然存在全局优化控制效果不佳的问题。因此,为了能在城市道路网络中实现全局优化的自适应交通信号控制,提出了一种全网协同的自适应交通信号控制方法。  全网协同的自适应交通信号控制方法通过整个道路网络中各路口交通信号控制器相互协同完成对路段车辆全局延迟时间的预测,使各路口交通信号控制器感知到车辆在整个路网的全局状态,并获得全局的优化控制目标,从而实现整个道路网络交通信号控制的全局优化。首先,建立基于全网协同的各路段车辆全局延迟时间预测模型,利用实时车辆监测数据对各路段车辆的本地延迟时间进行预测,各路口交通信号控制器之间通过迭代更新完成路段车辆全局延迟时间的预测。然后,提出基于全网协同的启发式自适应交通信号控制方法和基于全网协同的增强学习自适应交通信号控制方法,利用预测得到的各路段车辆全局延迟时间计算启发式控制的优化目标和增强学习的立即回报值,从而对整个道路网络中的交通信号进行优化控制。  利用贵阳市云岩区道路交通车流量数据集,对全网协同的自适应交通信号控制方法进行性能评估。实验结果显示改进的全网协同的交通信号控制方法能够有效减少道路网络中车辆延迟总时间,减少道路网络中车辆平均队列长度。全网协同的交通信号控制方法可以有效缓解城市道路网络中的交通拥堵现象。特别是在交通压力较大的情形下该方法能够取得更优的全局控制效果。
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