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基于自适应遗传算法的双环信号配时优化方法

发布时间:2019-06-27 07:10 来源:未知 编辑:admin

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  本发明属于交通工程技术领域,尤其涉及一种基于自适应遗传算法的双环信号配时优化方法。

  交叉口作为城市交通网络的重要组成部分,往往是城市拥堵的多发地。提升交叉口的运行效率是缓解城市交通拥堵的重要手段之一。合理的信号配时方案能够使得交通流在交叉口的时间和空间中均衡分布,有效提高交叉口甚至整个路网的运行效率,因此国内外学者对交叉口信号配时优化模型进行了大量研究,提出了多种信号配时优化模型。

  虽然国内外的配时优化模型成果很多,但是现有的配时优化模型大多数都是针对单环结构(非搭接)相位方案进行配时优化,针对双环结构(含搭接)相位方案的配时优化模型较少。由于我国城市交叉口多使用传统单环相位方案,当交叉口车流量不均衡时时,即使对其应用配时优化模型进行优化,也难免会因为同一相位内各流向交通量不均衡而造成交叉口时空资源的浪费。针对这种情况,对交叉口信号配时采用双环相位方案能够有效减少交叉口时空资源的浪费,所以研究建立双环信号配时优化模型对提高交通运行效率,缓解交通拥堵有重要的作用。

  本发明的发明目的是:为了解决现有技术总存在的以上问题,本发明提出了一种基于自适应遗传算法的双环信号配时优化方法,以期减少交叉口车辆平均延误时间,提高交叉口运行效率。

  本发明的技术方案是:一种基于自适应遗传算法的双环信号配时优化方法,包括以下步骤:

  B、对步骤A中交叉通流数据使用真值编码方法进行处理,生成初始父代群体;

  D判断个体适应度是否满足预设终止条件;若满足,则操作结束,得到最优个体;若不满足,则进行下一步骤;

  进一步地,所述步骤B对步骤A中交叉通流数据使用真值编码方法进行处理具体为:

  将交叉通流数据中的各流向绿灯时长的组合作为个体,个体染色体形式表示为g=<g1,g2,g3,g4,g5,g6,g7,g8>,其中gi表示第i个流向的绿灯时间;设定各流向绿灯最大值为gimax、各流向绿灯最小值为gimin、各流相损失时间为li、最大进化代数为T、种群规模为M、最大交叉概率为Pcmax、最小交叉概率为Pcmin、最大变异概率为Pmmax、最小变异概率为Pmmin;根据双环相位结构设定各流向的绿灯时间约束为

  其中,gei为流向i有效绿灯时长;xij为流向i第j进口道的饱和度;qi为流向i实际到达的当量交通量;C为信号周期时长。

  进一步地,所述步骤F采用自适应交叉概率方法对群体进行单点交叉处理具体为:

  每次随机选择群体中的2个个体,选取适应度较高的对应个体到下一代群体中,迭代M次后得到下一代群体的M个个体。

  E3、以自适应交叉概率在交叉点互相交换两个父代个体的部分染色体,生成两个新的个体。

  其中,Pc为交叉概率,Pcmax和Pcmin分别为交叉概率的上限和下限,fmax和favg分别为当前群体中的最大适应度值和平均适应度值,f为两个交叉个体中适应度较大值,A为常数。

  进一步地,所述步骤G采用自适应变异概率方法对父代群体进行非均匀变异处理具体为:

  G3、以自适应变异概率对父代个体变异点基因进行非均匀变异,产生一个在[gimin,gimax]上服从非均匀变异的随机值,用以替换变异点上的原有基因值,生成新的个体。

  其中,Pm为变异概率,Pmmax和Pmmin分别为变异概率的上限和下限,fmax和favg分别为当前群体中的最大适应度值和平均适应度值,f为该变异个体中适应度值,A为常数。

  遍历当代群体中适应度最高的个体和适应度最低的个体,判断当前群体中适应度最高个体的适应度是否高于所有代群体中个体的最高适应度;若是,则以当前群体中的最佳个体作为所有代群体中适应度最高的个体;若否,则将所有代群体中适应度最高的个体替换当代群体中适应度最低的个体。

  本发明的有益效果是:本发明以交叉口车辆平均延误最少为优化目标,建立以各流向绿灯时间为优化参数的双环信号配时优化模型,并采用自适应遗传算法对模型进行求解,从而减少交叉口车辆平均延误时间,提高交叉口运行效率。

  为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

  如图1所示,为本发明的基于自适应遗传算法的双环信号配时优化方法的流程示意图。一种基于自适应遗传算法的双环信号配时优化方法,包括以下步骤:

  B、对步骤A中交叉通流数据使用真值编码方法进行处理,生成初始父代群体;

  D判断个体适应度是否满足预设终止条件;若满足,则操作结束,得到最优个体;若不满足,则进行下一步骤;

  在步骤A中,如图2所示,为现有技术中单环信号控制方案示意图;如图3所示,为本发明中双环信号控制方案示意图。本发明采用双环信号配时方案对交叉口进行控制,获取交叉通流数据。

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