交通运输系统工程与信息 ›› 2023, Vol. 23 ›› Issue (4): 111-123.DOI: 10.16097/j.cnki.1009-6744.2023.04.012
黄玮,胡晶,黄国煜,周少锐*
收稿日期:
2023-03-28
修回日期:
2023-05-24
接受日期:
2023-06-07
出版日期:
2023-08-25
发布日期:
2023-08-21
作者简介:
黄玮(1986- ),女,广西贺州人,副教授
基金资助:
HUANG Wei, HU Jing, HUANG Guo-yu, ZHOU Shao-rui*
Received:
2023-03-28
Revised:
2023-05-24
Accepted:
2023-06-07
Online:
2023-08-25
Published:
2023-08-21
Supported by:
摘要: 合理的路网信号控制结构对提高城市交通系统运行效率具有重要意义。本文综合考虑控制性能和计算效率,提出路网交通信号分层分布式控制策略。在控制结构的上层,引入Webster方法实时更新周期时长;在下层,采用模型预测控制方法对交叉口信号控制问题进行建模,以最小化路网总行程时间为目标,优化信号绿信比,并利用Benders分解思路将原问题分解为独立求解单个交叉口信号配时方案的Primal问题和协调优化相邻交叉口间交通流交互作用的Master问题,提出一种基于Benders分解的双层分布式信号协调控制优化算法。通过两个实际路网算例,验证分层分布式控制方法的有效性,并针对上下层的控制方法设置对比实验。结果表明:基于Benders分解的分布式模型预测控制方法能求得接近集中式控制的整体优化解(路网总行程时间差在3.26%以下),在兼顾控制性能的同时大幅提升优化求解的计算效率,相较于集中式控制,计算时间减少的幅度可达42.24%;在不同实验场景下,分布式控制方法的控制效果均优于定时控制方法,路网总行程时间约减少9.40%~20.57%。此外,在上层加入周期优化层后,分层控制方法能根据实时交通状态调整周期时长,进一步提高交通系统的运行效率。
中图分类号:
黄玮, 胡晶, 黄国煜, 周少锐. 城市路网交通信号分层分布式控制优化方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(4): 111-123.
HUANG Wei, HU Jing, HUANG Guo-yu, ZHOU Shao-rui. Hierarchical and Distributed Control Optimization for Urban Network Traffic Signals[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2023, 23(4): 111-123.
[1] 路婷, 贝晓旭, 刘桂云. 基于交叉口重要度深度搜索的区域信号协调控制方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2018, 18(2): 80-86. [LU T, BEI X X, LIU G Y. An area-wide traffic signal coordination method based on the deep first search of intersection's importance[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2018, 18(2): 80-86.] [2] HUNT P B, ROBERTSON D I, BRETHERTON R D, et al. The SCOOT on-line traffic signal optimisation technique[J]. Traffic Engineering & Control, 1982, 23(4): 190-192. [3] LOWRIE P. The sydney coordinated adaptive traffic system: Principles, methodology, algorithms[C]. London, United Kingdom: IEEE, 1982. [4] ABOUDOLAS K, PAPAGEORGIOU M, KOUVELAS A, et al. A rolling-horizon quadratic-programming approach to the signal control problem in large-scale congested urban road networks[J]. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 2010, 18(5): 680-694. [5] LIN S, DE SCHUTTER B, XI Y, et al. Model predictive control for urban traffic networks via MILP[C]. United States: IEEE, 2010. [6] YE B L, WU W, GAO H, et al. Stochastic model predictive control for urban traffic networks[J]. Applied Sciences, 2017, 7(6): 588. [7] 江竹, 林豪, 李树彬, 等. 城市快速路分层分布式优化控制方法研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2020, 20(2): 101-106. [JIANG Z, LIN H, LI S B, et al. Hierarchical and distributed optimal control research on urban freeway network[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2020, 20(2): 101-106.] [8] DE OLIVEIRA L B, CAMPONOGARA E. Multi-agent model predictive control of signaling split in urban traffic networks[J]. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 2010, 18(1): 120-139. [9] TIMOTHEOU S, PANAYIOTOU C G, POLYCARPOU M M. Distributed traffic signal control using the cell transmission model via the alternating direction method of multipliers[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2014, 16(2): 919-933. [10] YE B L, WU W, LI L, et al. A hierarchical model predictive control approach for signal splits optimization in large-scale urban road networks[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2016, 17(8): 2182- 2192. [11] 裴华鑫, 杨敬轩, 胡坚明, 等. 大规模路网中分布式车辆群体协同决策方法[J]. 交通运输工程学报, 2022, 22(3): 174-183. [PEI H X, YANG J X, HU J M, et al. Distributed cooperative decision-making method for vehicle swarms in large-scale road networks[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2022, 22(3): 174-183.] [12] 江雨星, 牛惠民. 需求响应的集装箱班列时刻表优化及 Benders 分解算法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2020, 20(5): 191-198. [JIANG Y X, NIU H M. Optimization of demand-response container train timetables and benders decomposition[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2020, 20(5): 191-198.] [13] NGUYEN S, DUPUIS C. An efficient method for computing traffic equilibria in networks with asymmetric transportation costs[J]. Transportation Science, 1984, 18 (2): 185-202. [14] 李水友, 刘智勇. 城市交通感应控制综述[J]. 城市交通, 2006, 4(6): 64-69. [LI S Y, LIU Z Y. A general description of urban traffic inductive-loop signal control [J]. Urban Transport of China, 2006, 4(6): 64-69.] [15] WEBSTER F V. Traffic signal settings[R]. London: Road Research Laboratory, 1958. |
[1] | 周涛, 李毅军, 孙琴梅, 任瀚堃, 刘怡, 张振豪. 大数据驱动下的山地城市道路条件对车辆碳排放影响研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 172-183. |
[2] | 张铎, 饶红玉, 刘佳琦, 王俊骅, 孙剑. 基于自然驾驶数据的驾驶人跟驰行为内在异质性预测与建模[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 33-44. |
[3] | 蒋贤才, 程国柱. 网联交通环境下交叉口进口车道动态配置方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 55-66. |
[4] | 李鹏程, 董宝田, 李思贤. 基于时间图注意力的交叉口交通状态识别及关联度研[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 67-74. |
[5] | 蔡浩, 李林峰, 李涵, 李新, 周腾. 基于极限学习机的短期交通流预测混合优化模型[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 75-82. |
[6] | 姚志刚, 卢致远. 联合重复性与周期性的公交乘客个体出行规律分类[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 113-119. |
[7] | 龙科军, 张仲根, 刘洋, 高志波. 城市道路应急车辆借道通行与信号协同优化模型[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 194-201. |
[8] | 任婧璇, 常孝亭, 巫威眺, 靳文舟. 考虑候选站点和全服务过程的需求响应接驳公交调度[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 202-214. |
[9] | 于丁原, 姚恩建, 刘莎莎, 李思慧, 郭东博, 刘唯伊. 运营突发事件下城市轨道交通诱导信息发布策略研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(5): 227-237. |
[10] | 王直欢, 张文. 基于双层规划的氢能重卡车队替换研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(4): 55-60. |
[11] | 高云峰, 席建伟, 孙科. 面向客货分离交叉口的网联货车队列车速引导与信号优先组合优化[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(4): 88-101. |
[12] | 管德永, 徐越, 王可. 基于动态灵敏度的感应控制优化方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(4): 124-133. |
[13] | 段梦媛, 奇格奇, 关伟, 徐笑涵. 考虑车线匹配的电动公交多线路联合优化建模[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(4): 147-154. |
[14] | 巫威眺, 周霄, 朱彦辰, 李鹏, 邹弘辉, 李余. 考虑乘客时空灵活性的需求响应客货联运动态调度[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(4): 211-227. |
[15] | 柏强, 江瑛, 李毅帆, 徐誌蔓. 基于改进时空轨迹理论的机场出发层车道边通行能力评估方法研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2023, 23(4): 228-236. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||