本公開涉及交通控制及自動控制，具體涉及基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車保有量不斷激增，交通擁堵問題日趨嚴(yán)重，不斷由單個(gè)路口、單條線路擴(kuò)展到區(qū)域性擁堵，因此針對交通區(qū)域的控制，對緩解城市擁塞問題具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

2、現(xiàn)行的區(qū)域優(yōu)化控制，往往是在一個(gè)或幾個(gè)較小規(guī)模區(qū)域上，基于它們單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的宏觀基本圖的特性曲線，并對它們區(qū)域邊界信號進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)的。然而在調(diào)控過程中，每個(gè)區(qū)域僅僅依賴其自身宏觀基本圖的最佳累計(jì)車輛數(shù)，而未考慮耦合區(qū)域的車流互相影響與車流的均衡分布，存在局限性。

3、事實(shí)上，在對多區(qū)域進(jìn)行交通優(yōu)化控制時(shí)，各區(qū)域間的影響使得它們無法同時(shí)達(dá)到其宏觀基本圖的最佳累計(jì)車輛數(shù)。在進(jìn)行多區(qū)域的優(yōu)化控制時(shí)，在保證各子區(qū)累計(jì)車輛數(shù)盡可能接近其自身理論最佳累計(jì)車輛數(shù)同時(shí)，還需要考慮各子區(qū)間的協(xié)調(diào)與差異、子區(qū)內(nèi)車輛運(yùn)行等因素影響以達(dá)到各子區(qū)間的非對稱平衡。

4、因此，傳統(tǒng)區(qū)域優(yōu)化控制中，缺乏將子區(qū)間協(xié)同優(yōu)化策略與子區(qū)內(nèi)信號優(yōu)化控制策略結(jié)合的思考及對子區(qū)間非對稱平衡問題考慮的不足，導(dǎo)致控制效率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開為了解決上述問題，提出了基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)，考慮各子區(qū)自身和路網(wǎng)整體通行效率、子區(qū)間流量分配均衡，基于雙層級聯(lián)架構(gòu)，上層求得各子區(qū)的在協(xié)同控制下的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)，通過子區(qū)邊界控制，與下層對子區(qū)內(nèi)部各交叉口情況進(jìn)行級聯(lián)并不斷更新參數(shù)，進(jìn)行多子區(qū)協(xié)同優(yōu)化。

2、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

3、基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法，包括：

4、根據(jù)受控路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和采集的車流數(shù)據(jù)，建立路網(wǎng)模型，并通過仿真完善路網(wǎng)模型中的車流數(shù)據(jù)；

5、利用路網(wǎng)模型構(gòu)建有權(quán)有向圖，通過對有權(quán)有向圖的區(qū)域劃分，得到若干個(gè)交通子區(qū)，并繪制各個(gè)交通子區(qū)的宏觀基本圖；

6、基于各個(gè)交通子區(qū)的宏觀基本圖，將路網(wǎng)優(yōu)化問題分解為多個(gè)子區(qū)協(xié)同優(yōu)化問題，構(gòu)建上層的多子區(qū)協(xié)同優(yōu)化模型，并采用分布式優(yōu)化算法求解全局最優(yōu)解，得到協(xié)同控制下各個(gè)交通子區(qū)的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)；

7、將各個(gè)交通子區(qū)的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)，作為下層單子區(qū)優(yōu)化控制模型的約束，對交通子區(qū)內(nèi)部每個(gè)交叉口配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，得到受控路網(wǎng)的最優(yōu)配時(shí)方案。

8、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

9、基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

10、模型建立模塊，被配置為：根據(jù)受控路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和采集的車流數(shù)據(jù)，建立路網(wǎng)模型，并通過仿真完善路網(wǎng)模型中的車流數(shù)據(jù)；

11、區(qū)域劃分模塊，被配置為：利用路網(wǎng)模型構(gòu)建有權(quán)有向圖，通過對有權(quán)有向圖的區(qū)域劃分，得到若干個(gè)交通子區(qū)，并繪制各個(gè)交通子區(qū)的宏觀基本圖；

12、協(xié)同優(yōu)化模塊，被配置為：基于各個(gè)交通子區(qū)的宏觀基本圖，將路網(wǎng)優(yōu)化問題分解為多個(gè)子區(qū)協(xié)同優(yōu)化問題，構(gòu)建上層的多子區(qū)協(xié)同優(yōu)化模型，并采用分布式優(yōu)化算法求解全局最優(yōu)解，得到協(xié)同控制下各個(gè)交通子區(qū)的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)；

13、配時(shí)優(yōu)化模塊，被配置為：將各個(gè)交通子區(qū)的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)，作為下層單子區(qū)優(yōu)化控制模型的約束，對交通子區(qū)內(nèi)部每個(gè)交叉口配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，得到受控路網(wǎng)的最優(yōu)配時(shí)方案。

14、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

15、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法。

16、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

17、一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法。

18、根據(jù)一些實(shí)施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

19、一種電子設(shè)備，包括：處理器、存儲器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲在存儲器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開的有益效果為：

21、相較于傳統(tǒng)小規(guī)模的區(qū)域控制，本公開在考慮區(qū)域各自宏觀基本圖的同時(shí)，兼顧了各區(qū)域間的協(xié)調(diào)以及各區(qū)域間大小等差異同時(shí)，采用了更大規(guī)模的多個(gè)區(qū)域組成的路網(wǎng)；在采用louvain算法對大規(guī)模路網(wǎng)進(jìn)行子區(qū)劃分的基礎(chǔ)下，利用考慮共識變量的布雷格曼交替方向乘子算法(bregman?alternating?direction?method?of?multipliers?withconsensus?variable，cbadmm)去求解在協(xié)同控制下的優(yōu)化目標(biāo)，解決了傳統(tǒng)區(qū)域優(yōu)化控制中缺乏將子區(qū)間協(xié)同優(yōu)化策略與子區(qū)內(nèi)信號優(yōu)化控制策略結(jié)合的思考以及對子區(qū)間非對稱平衡問題考慮的不足。

技術(shù)特征：

1.基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述車流數(shù)據(jù)是通過預(yù)先設(shè)置好的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)和采集周期采集的單位車流量；

3.如權(quán)利要求1所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述構(gòu)建有權(quán)有向圖，具體為：

4.如權(quán)利要求1所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述通過對有權(quán)有向圖的區(qū)域劃分，得到若干個(gè)交通子區(qū)，是采用louvain社區(qū)檢測算法，以模塊度增量最大為目標(biāo)，合并節(jié)點(diǎn)為社區(qū)，直至各節(jié)點(diǎn)所處社區(qū)不在發(fā)生變化；

5.如權(quán)利要求1所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述多子區(qū)協(xié)同優(yōu)化模型，以路網(wǎng)整體通行效率最大為優(yōu)化目標(biāo)，利用考慮共識變量的布雷格曼交替方向乘子算法進(jìn)行求解，得到各個(gè)交通子區(qū)的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)。

6.如權(quán)利要求1所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法，其特征在于，所述單子區(qū)優(yōu)化控制模型，利用反饋控制器進(jìn)行邊界控制維持各個(gè)交通子區(qū)協(xié)同控制下的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)，并采用遺傳-模擬退火算法對交通子區(qū)內(nèi)部每個(gè)交叉口配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

7.基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法。

9.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法。

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：處理器、存儲器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，處理器與存儲器連接，計(jì)算機(jī)程序被存儲在存儲器中，當(dāng)電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)，所述處理器執(zhí)行所述存儲器存儲的計(jì)算機(jī)程序，以使電子設(shè)備執(zhí)行實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法。

技術(shù)總結(jié)
本公開提供了基于雙層架構(gòu)的多交通子區(qū)分布式協(xié)同優(yōu)化方法及系統(tǒng)，涉及交通控制及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，包括：利用路網(wǎng)模型構(gòu)建有權(quán)有向圖，將有權(quán)有向圖劃分為若干個(gè)交通子區(qū)；基于各個(gè)交通子區(qū)的宏觀基本圖，構(gòu)建上層的多子區(qū)協(xié)同優(yōu)化模型，得到協(xié)同控制下各個(gè)交通子區(qū)的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)；將各個(gè)交通子區(qū)的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)，作為下層單子區(qū)優(yōu)化控制模型的約束，對交通子區(qū)內(nèi)部每個(gè)交叉口配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，得到受控路網(wǎng)的最優(yōu)配時(shí)方案；本發(fā)明考慮各子區(qū)自身和路網(wǎng)整體通行效率、子區(qū)間流量分配均衡，基于雙層級聯(lián)架構(gòu)，上層求得各子區(qū)在協(xié)同控制下的最優(yōu)累計(jì)車輛數(shù)，通過子區(qū)邊界控制，與下層對子區(qū)內(nèi)部各交叉口情況進(jìn)行級聯(lián)并不斷更新參數(shù)，進(jìn)行多子區(qū)協(xié)同優(yōu)化。

技術(shù)研發(fā)人員：朱文興,張韜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24