說明案例教案5

1、袁波2012年10月實(shí)時城市交通控制系統(tǒng) CRONOS22文章框架摘要1 簡介2 自適應(yīng)UTC系統(tǒng)3 CRONOS算法4 真實(shí)場景實(shí)驗5 評價結(jié)果6 結(jié)論331 簡介城市交通控制系統(tǒng)（UTC） 是現(xiàn)代城市智能交通系統(tǒng)組成之一，主要用于城市交通智能化控制和管理。問題：相互沖突的目標(biāo)：安全與流動性，競爭關(guān)系，城市管理策略；多目標(biāo)優(yōu)化；本文架構(gòu)42 自適應(yīng)UTC系統(tǒng)基于時間計劃的系統(tǒng)適應(yīng)交通信號時長的車輛感應(yīng)函數(shù)；根據(jù)交通需求轉(zhuǎn)換方案的宏觀控制函數(shù)。自適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展英國的SCOOT，1981，遞增的時間方案；澳大利亞的SCATS，1982，建立了階段式時間方案；西班牙CARS，1991，德國MOTI

2、ON，1994；美國的OPAC，1982,；法國的PRODYN，1983，意大利的UTOPIA，1984。52 自適應(yīng)UTC系統(tǒng)基于時間計劃的系統(tǒng)適應(yīng)交通信號時長的車輛感應(yīng)函數(shù)；根據(jù)交通需求轉(zhuǎn)換方案的宏觀控制函數(shù)。自適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展英國的SCOOT，1981，遞增的時間方案；澳大利亞的SCATS，1982，建立了階段式時間方案；西班牙CARS，1991，德國MOTION，1994；美國的OPAC，1982,；法國的PRODYN，1983，意大利的UTOPIA，1984。62 自適應(yīng)UTC系統(tǒng)基于時間計劃的系統(tǒng)適應(yīng)交通信號時長的車輛感應(yīng)函數(shù)；根據(jù)交通需求轉(zhuǎn)換方案的宏觀控制函數(shù)。自適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展英國

3、的SCOOT，1981，遞增的時間方案；澳大利亞的SCATS，1982，建立了階段式時間方案；西班牙CARS，1991，德國MOTION，1994；美國的OPAC，1982,；法國的PRODYN，1983，意大利的UTOPIA，1984。72 自適應(yīng)UTC系統(tǒng)新一代自適應(yīng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)年后不需要重新激勵控制系統(tǒng)；根據(jù)交通情景，更為靈活的尋求綠燈和紅燈時長。缺點(diǎn)：需要許多的可靠性磁性環(huán)傳感器，傳感器置于精確的地點(diǎn)，交通場地需要被重建；不能夠使用相同的過程來優(yōu)化幾個交叉口，指數(shù)化方式進(jìn)行。CRONOS目標(biāo)第一是建立一個非指數(shù)化和快速優(yōu)化方式；第二是使用攝像方式進(jìn)行交通測量。83 CRONOS算法

4、3.1 一般結(jié)構(gòu)和組成部分預(yù)測模塊，仿真模塊優(yōu)化準(zhǔn)則：C移動時間范圍值：1min優(yōu)化模塊：啟發(fā)式交通測量：使用自動攝像機(jī)系統(tǒng)初始化93 CRONOS算法3.2 質(zhì)量和創(chuàng)意優(yōu)化方式：尋找局部解速度快，多項式復(fù)雜度隨著交叉口數(shù)量增加。建模模塊：充分利用攝像測量數(shù)據(jù)，建立交叉口內(nèi)存儲區(qū)域以及排隊的空間延伸模型。選擇交通信號狀態(tài)的靈活性。盡管實(shí)驗只考慮了單個交叉口，但該系統(tǒng)可以相同的優(yōu)化方式來用于幾個交叉口的區(qū)域控制。104 實(shí)際實(shí)驗4.1實(shí)驗地址巴黎郊區(qū)Val de Marne部INRETS學(xué)院附近的獨(dú)立交叉口四肢交叉口主要道路高峰1000veh/h平峰500veh/h，次要道路高峰400veh/h

5、平峰300veh/h基礎(chǔ)設(shè)施：右轉(zhuǎn)專用道，存儲車道，攝像機(jī)測量指標(biāo)：交叉口內(nèi)部空間占用率，停駛車輛數(shù)，排隊長度和交通量114 實(shí)際實(shí)驗4.2控制鏈交叉口與實(shí)驗室鏈接，控制鏈控制交叉口控制器，傳送指令交叉口控制器接收交通信號，轉(zhuǎn)換信號燈STM確保通信以及安全約束通信模塊傳送指令控制策略決定下一個信號狀態(tài)圖像處理模塊實(shí)時傳送圖像數(shù)據(jù)庫調(diào)用數(shù)據(jù)124 實(shí)際實(shí)驗4.3 安全和傳送模塊安全約束條件：各個交通信號顏色最小及最大時長，清空時長部分由交通控制器確定，一部分由交通工程師建立134 實(shí)際實(shí)驗4.4 實(shí)驗時間：1998.71999.2控制策略：CRONOS，L-STRAT，C-STRATL：局部控制

6、策略，周期時長是不斷變化C：集中化策略，根據(jù)區(qū)域內(nèi)幾個點(diǎn)測得的交通需求改變時間方案控制時間：8:00-12:00,14:30-18:30以半天選擇策略，一周兩到三次數(shù)據(jù)以每秒來收集，包括基于錄像的交通測量以及交通信號組顏色信息監(jiān)督實(shí)驗，避免記錄任何設(shè)備紊亂或者交通異常收集了早晚高峰期、平峰期以及低流量期550小時的數(shù)據(jù)144 實(shí)際實(shí)驗4.5 評價方法4.5.1 數(shù)據(jù)選擇周期性交通情景中以及沒有安裝技術(shù)或者評價設(shè)備上的失敗的時候來評價策略一些半天數(shù)據(jù)被除去，例如發(fā)生了倒流阻塞的飽和情景L-STRAT中選擇了156小時，C-STRAT中有75小時，CRONOS有133小時4.5.2 數(shù)據(jù)分類8.0

7、0-9.009.00-10.0010.00-11.0011.00-12.00，14.30-15.30。17.30-18.30高峰2600-3300，密集2100-2600，平峰1600-2100，低峰900-1600交通類別樣品總數(shù)分別為97,122,200以及42對應(yīng)于高峰、密集、平峰和低峰4.5.3 計算評價準(zhǔn)則155 評價結(jié)果5.1 數(shù)據(jù)分析5.1.1 每一類別平均總需求對加總的交叉口一小時流量進(jìn)行平均化，每一類別中各種策略流量相近165 評價結(jié)果5.1 數(shù)據(jù)分析5.1.2 數(shù)據(jù)分散每小時總延誤是一小時加總各個進(jìn)口道的延誤，除以總需求。相應(yīng)于一輛車在交叉口穿越過程中的平均延誤由于不允許相

8、位跳動，通過平均一小時內(nèi)特定交通信號的周期時長得到平均周期時長5.1.3 統(tǒng)計檢驗T分布用來對兩個平均值進(jìn)行檢驗，置信度分別有99,95和90.樣本獨(dú)立175 評價結(jié)果5.2 控制對交通的影響5.2.1 延誤平均車輛延誤延誤做用作效率指標(biāo)：CRONOS的評價準(zhǔn)則，行駛時間內(nèi)有一部分不能被交通信號所控制CRONOS控制下更具效益性內(nèi)部交叉口有著相比入口道有著更高的效益CRONOS對于內(nèi)部交叉口更能較好的管理，L和C沒有在內(nèi)部交叉口安裝磁性環(huán)，這兩種策略不能明確存儲區(qū)域是否達(dá)到通行能力甚至是否有車輛在等待185 評價結(jié)果5.2 控制對交通的影響5.2.2 綠燈時長延誤加總了所有小時內(nèi)相應(yīng)綠燈時長內(nèi)

9、的延誤，只對入口道有效對于CRONOS更高，除了在高峰和低峰時期無論哪種策略，綠燈延誤與總延誤比率在1/4到1/3之間，C最低，CRONOS最高在紅燈期越晚到達(dá)（車輛不能通過交叉口），這個比率越高CRONOS中，車輛需要更多時間離開交叉口195 評價結(jié)果5.2 控制對交通的影響5.2.3 停止次數(shù)停止次數(shù)定義為一輛車的平均停駛次數(shù)如果車輛停止兩次，停駛次數(shù)增加兩次CRONOS相比于L有著更高的效益。內(nèi)部交叉口比入口道上高相比于C的效益就低點(diǎn)，大概在1%，除了低峰5.2.4 停駛率停駛率是停止車輛的百分比如果車輛停止兩次，只增加一個單位相比于L，CRONOS減少了在穿越交叉口時停止的車輛數(shù)。相對

10、應(yīng)于主要道路高效益而次級道路低效益205 評價結(jié)果5.2 控制對交通的影響5.2.5 小時排隊時長加總交通信號上出現(xiàn)排隊的秒數(shù)，交叉口八個交通信號，一個小時樣本，對各個策略進(jìn)行平均相比于L，CRONOS更低，無論哪個類別，相比于C，結(jié)果趨勢一樣，高峰和密集期不明顯215 評價結(jié)果5.3 交通控制對交通信號的影響5.3.1 平均周期時長和周期分散對于所有策略，從高峰到低峰需求級別，平均周期時長降低，當(dāng)需求高時周期時長增加，相反，降低CRONOS有著比L和C更低的平均周期時長CRONOS，清空時間、損失時間的增加并沒與增加延誤和停駛次數(shù)CRONOS有著較低的最小和最大周期時長CRONOS周期時長變

11、化的最高振幅說明了其對于給定交通情景反應(yīng)的靈活性225 評價結(jié)果5.3 交通控制對交通信號的影響5.3.2 一小時全局紅燈時長加總交通信號為紅燈時候的秒數(shù)，交叉口的八個交通信號，一小時樣本，并對三個策略的所有樣本平均CRONOS的每小時清空時間增加，所以所有信號的加總紅燈時長增加CRONOS都給予了入口道更多的紅燈時長，交叉口中心更少的紅燈時長相比于L入口道上剩余的紅燈時長主要分配在次要道路，相比于C，分配到主要道路235 評價結(jié)果5.3 交通控制對交通信號的影響5.3.3 一小時紅燈無車時長從紅燈開始道路上幾乎沒有車道開始有車出現(xiàn)的這一段時間，代表了路段上沒有車的紅燈部分時長只在入口道上進(jìn)行

12、分析避免了在紅燈初期運(yùn)行的時候，潛在車輛不能在綠燈期通過相比于L，一小時紅燈無車時長更高，無論對于那種類別。而紅燈有車時長幾乎近于0相比于C，趨勢一樣無論哪一條入口道和類別，CRONOS都有著更高的一小時紅燈無車時長245 評價結(jié)果5.3 交通控制對交通信號的影響5.3.3 一小時紅燈無車時長無論哪個類別，CRONOS的平均紅燈無車時長不等于0的周期數(shù)更高CRONOS的紅燈無車時長不等于0周期數(shù)平均百分比更高CRONOS在紅燈開始時期沒有車輛的時候，更頻繁的從黃燈轉(zhuǎn)換到紅燈255 評價結(jié)果5.3 交通控制對交通信號的影響5.3.4 一小時綠燈無車時長定義道路上最后出現(xiàn)的一輛車以及綠燈末尾的這一

13、段綠燈時期為綠燈無車時長更少的綠燈無車時長對于行人有好處，避免了他們在交通信號車輛綠燈時期穿越道路CRONOS都提供了比L和C更少的綠燈無車時長，這代表了效益的產(chǎn)生根據(jù)不等于0綠燈無車時長周期數(shù)，CRONOS有著比L更少的周期，比C更多CRONOS更頻繁的轉(zhuǎn)換綠燈到黃燈CRONOS在每條入口道上提供了更短的綠燈無車時長266 結(jié)論無論何種交通情景，CRONOS在所研究的變量指標(biāo)上獲得了更高的效益高靈活性以及交叉口的全局優(yōu)化，也由于使用了實(shí)時錄像測量創(chuàng)新變量例如紅燈無車或綠燈無車，在錄像測量系統(tǒng)下進(jìn)行了制作和測量277 其他控制策略簡介7.1 單點(diǎn)自適應(yīng)控制策略7.1.1 分類基于優(yōu)化模型的控制

14、策略基于邏輯規(guī)則的控制策略基于邏輯規(guī)則和優(yōu)化模型的控制策略287 其他控制策略簡介7.1 單點(diǎn)自適應(yīng)控制策略7.1.2 基于優(yōu)化模型的控制策略此類控制策略以車輛延誤、停車次數(shù)等指標(biāo)(或其線性加權(quán))最小為控制目標(biāo)，以綠燈時間作為控制參數(shù)，根據(jù)實(shí)時采集的車輛到達(dá)信息進(jìn)行優(yōu)化計算，決定延長或切斷綠燈時間。Millers 算法：兩相位交叉口為對象，優(yōu)化車輛延誤最??；OPAC：車輛延誤最小為目標(biāo)，滾動優(yōu)化算法，劃分控制時段MOVA：適應(yīng)交通連續(xù)變化TOL：車輛延誤當(dāng)量費(fèi)用為目標(biāo)，檢測器采集車輛到達(dá)信息297 其他控制策略簡介7.1 單點(diǎn)自適應(yīng)控制策略7.1.3 基于邏輯規(guī)則的控制策略此類控制策略針對不同

15、的交通事件建立一系列邏輯規(guī)則，以綠燈時間作為控制參數(shù)，根據(jù)實(shí)時采集的車輛到達(dá)信息進(jìn)行邏輯判斷，決定延長或切斷綠燈時間。Queue-based Logic：以綠燈相位當(dāng)前最大排隊車輛數(shù)建立核心規(guī)則LRTSP：核心內(nèi)容包括機(jī)動車相位最小綠燈時間和行人相位綠燈時間的計算方法以及優(yōu)先請求產(chǎn)生規(guī)則、綠燈時間調(diào)整規(guī)則和半環(huán)間相位切換決策規(guī)則3類邏輯規(guī)則307 其他控制策略簡介7.1 單點(diǎn)自適應(yīng)控制策略7.1.4 基于邏輯規(guī)則和優(yōu)化模型的混合控制策略邏輯判斷階段一針對不同的交通事件建立一系列邏輯規(guī)則，根據(jù)實(shí)時采集的車輛到達(dá)信息進(jìn)行邏輯判斷，決定是否進(jìn)入優(yōu)化計算階段。優(yōu)化計算階段一以車輛延誤、停車次數(shù)等指標(biāo)(或其線性加權(quán))最小為控制目標(biāo)，以綠燈時間作為控制參數(shù)，根據(jù)實(shí)時采集的車輛到達(dá)信息進(jìn)行優(yōu)化計算，決定延長或切斷綠燈時間。 SAST：根據(jù)交叉口所有進(jìn)口車道的車輛到達(dá)信息和3項邏輯規(guī)則的判斷結(jié)果317 其他控制策略簡介7.1 單點(diǎn)自適應(yīng)控制策略7.1.4 基于邏輯規(guī)則和優(yōu)化模型的混合控制策略SPPORT：具備公交優(yōu)先功能，針對9種交通時間建立規(guī)則TACOS：以紅燈相位排隊頭車的等待時間建立核心規(guī)則、適用于過飽狀態(tài)327