双环相位结构约束下的强化学习交通信号控制方法

随着信息技术的快速发展,近年来深度强化学习方法在交通运输领域得到广泛应用,特别是在交通信号控制领域,已成为当前交通信号控制发展的重要方向。本文针对强化学习在交通信号控制领域应用中存在的随机相位选择导致无法实际应用的问题,提出了一种考虑NEMA双环相位结构的单点交通信号控制强化学习方法。以典型十字交叉口的NEMA双环相位结构为约束,设计优化了在相位切换决策过程中智能体的控制结构,通过增加1个智能体决定前置和后置相位顺序以提升相位切换的灵活性、部署2个智能体决定前置相位是否切换、设置1个智能体同时切断后置相位绿灯,通过经验共享机制,有效降低了状态-动作空间维度,提高了智能体训练效率。在此基础上,采用定制化PPO算法,基于SUMO仿真平台分析了不同交通需求、不同信号参数等场景下的单点深度强化学习信号控制方法的效果。结果表明,在高中低不同交通需求下,本文的方法都优于传统的固定相位相序方法。

基于双环相位结构的行人相位设置方法

如何灵活有效地设置行人相位是交叉口信号相位设计中不容忽视的问题,为了提高行人相位设计的灵活性,通过分析双环相位结构的基本原理,提出双环相位结构中与机动车流向不冲突的行人相位组合设计方法,形成了增加行人相位的双环相位切换结构。最后选取合肥市锦绣大道与蓬莱路交叉口的调查数据开展交通仿真验证。结果表明,在双环相位结构中提出的行人相位设置方法是可行的,在交叉口流量分布不均的前提下,搭接相位方案相比对称相位方案更能降低交叉口车辆平均延误和行人过街平均行程时间。

单点自适应控制策略的时间参数和相位结构研究

时间参数和相位结构是单点自适应控制策略的重要参数。介绍了最佳绿灯时间、最小绿灯时间、最大绿灯时间、单位绿灯延长时间、绿灯间隔时间、黄灯时间等的计算和取值方法。参考NEM A标准的双环相位结构,分析了单点自适应控制策略的备选相位切换方案,提出“三阶段”相位切换过程,能灵活地实现相位组合和相位切换,降低相位切换决策方法的复杂程度。

机动车相位固定最小绿灯时间计算方法

面向典型的十字形信号控制交叉口,建立了具有8个机动车相位和4个行人相位的双环相位结构,采用一种半环分析方法,讨论了可能存在的相位组合方案和相位切换方案,定义了起始相位和末尾相位两种机动车相位属性,分析了相位切换过程的基本规律。建立了具有不同属性的机动车相位的固定最小绿灯时间与相位结构、行人相位绿灯时间、绿灯间隔时间的数值关系。以相位结构、最小行人过街时间和绿灯间隔时间为主要依据,离线计算得到机动车相位固定最小绿灯时间。控制时段内,自适应控制策略可以根据当前信号周期内的机动车相位属性,为其动态分配固定最小绿灯时间。算例分析表明,该方法具有较好的可操作性。

基于相位优先度规则的单点公交优先控制策略

为了丰富决定信号切换的关键交通事件,并进行合理平衡和协调,达到多目标优化,提出了相位优先度的概念,根据关键交通事件的触发计算相位优先度,在此基础上设计了一种在双环相位结构下基于相位优先度规则的单点公交优先信号控制策略,该规则包括起始相位选择规则、屏障内相位切换规则和屏障间相位切换规则.仿真测试和分析结果表明,相对定时控制、基本感应控制,该控制策略可以有效地减少公交车辆延误,社会车辆也同时受益,达到多目标主体的利益平衡;与基于相位优先度规则的自适应控制相比,该控制策略保证了公交优先的有效性.

基于逻辑规则的单点公交优先控制策略

为了增加公交优先控制策略的多样性,面向无公交专用进口道的单个信号控制交叉口,在改进的双环相位结构下,设计了一种基于逻辑规则的单点公交优先控制策略,该逻辑规则包括优先请求产生规则、绿灯时间调整规则和半环间相位切换决策规则,优先请求产生规则可以生成延长归属相位绿灯时间或缩短归属相位红灯时间的优先请求,绿灯时间调整规则和半环间相位切换决策规则用以响应优先请求、延长或切断机动车相位的绿灯时间。利用Vissim建立仿真模型,对基于逻辑规则的单点公交优先控制策略和一种单点感应控制策略进行了测试。方差分析结果显示:与后者相比,前者能够显著降低优先公交车辆的平均等待时间;同时,二者产生的交叉口车均延误未见显著差异。

面向协调路径集与双环结构的区域绿波控制模型

考虑到区域内交叉口之间的方向性协调控制需求,以协调路径集作为区域绿波控制对象,针对双环相位结构建立一种区域绿波协调控制模型。通过对协调路径链、协调路径进行特征表述,结合协调路径的相交情况,分析在进行区域绿波协调控制设计时,不同类型的交叉口协调相位时间基点约束条件;在初选协调路径集的基础上,通过分析公共信号周期、相位时间、相位结构、相位差等优化变量之间的约束条件,以所有满足协调控制设计的协调路径总流量最大为优化目标,建立面向协调路径集与双环结构的区域绿波控制模型,实现对区域绿波协调控制参数的综合优化。模型通过引入协调路径决策变量以及设置交叉口协调相位基点最大允许偏移时间,保证通过区域协调路径集再优选后,纳入最终协调路径集的各协调路径上下游交叉口的协调相位基点受到最大允许偏移时间约束,以获得理想的绿波协调控制效果。算例仿真试验结果表明:与Synchro软件的单点优化和区域协调信号配时设计方案相比,所提模型方案的协调路径集平均延误时间分别减少了35.5%和18.1%,平均停车次数分别减少了74.1%和63.8%,所提模型方案的整个路网平均停车次数分别减少了38.9%和25.1%,可见所提模型能够最大限度地保证区域内协调路径集的绿波协调控制效果,在减少区域停车次数方面效果显著。

基于间距临界值的短连线交叉口信号优化方法

应用美国NEMA标准和Paramics仿真,首次引入间距临界值的概念,研究短连线交叉口的信号控制优化方法.首先,基于交通特性分析,按照信号控制方式将短连线交叉口分为信号合并和信号协调两类.进而构建短连线交叉口的信号控制方式选择模型,通过两个交叉口间的间隔距离与临界值的比对来判断信号控制方式的类型.基于美国NEMATS-2标准中提出的双环相位结构,分别建立两种控制方式对应的信号相位相序设置策略和信号配时方法.最后,利用Paramics交通仿真软件对实际调研的两处典型短连线交叉口的现状交通方案和优化改进后的方案进行仿真分析.得到的仿真评价指标结果表明,改进方案达到了优化效果,同时也说明提出的短连线交叉口信号控制方法有效且可行.

公交优先控制策略的多约束弹性框架探讨

为了协调不同交通主体的通行权益和实现约束条件层面的公交优先,首先,介绍双环相位结构的相位组合方案和相位切换方案;其次,深入研究了三个边界时间参数计算和取值方法,基于各参数在信号控制中的作用制定了约束等级;再次,解析了边界时间参数在双环相位结构下由于不同交通主体通行需求以及相位组合切换产生的两种矛盾,随之依据约束等级构建约束框架协调了上述矛盾;最后,设置弹性的边界时间参数构建弹性约束框架。结果表明基于多约束弹性框架的公交优先控制策略可以稳定地控制和降低公交车辆车均延误。