面向低油耗的交通信号在线优化控制方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法与系统，可以构建与真实场景之对应的虚拟场景；并且交通低油耗的信号控制方案优化是基于交通数字孪生平台实现的，降低了不合理的信号方案造成的风险和损失；由于信号控制方案的在线优化以车辆平均油耗为指标，通过多次学习后可较为显著的降低车辆平均油耗，同时也降低了碳排放量。另外，本发明专利技术的系统通过与环境交互学习低油耗的交通信号优化控制方案，符合真实情况，在有效解决能源的同时避免了碳排放量过大造成的温室效应问题。避免了碳排放量过大造成的温室效应问题。避免了碳排放量过大造成的温室效应问题。

【技术实现步骤摘要】
面向低油耗的交通信号在线优化控制方法与系统


[0001]本专利技术涉及生态交通技术、交通数字孪生
，尤其涉及一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法与系统。

技术介绍

[0002]低碳和节能是智能交通发展趋势。虽然近年来新能源车的数量得到了快速增长，但是，常规燃油车的比例依然占据了主要地位。机动车辆油耗产生的碳排放对环境造成了巨大影响。机动车辆在城市交叉口区域的油耗显著增加，道路交叉口的信号控制方案对机动车油耗有密切的相关关系，因此，研究面向低能耗的交通信号优化控制方法，以降低交叉口区域车均油耗，进而降低碳排放量，具有重要意义。
[0003]城市交叉口是交通流的瓶颈，其交通控制方案对运行车辆的工况和油耗有较显著影响。现有的交通控制以降低车均延误、增加通行量为目标的，控制方案依赖的模型主要为延误模型，如Webster延误模型和HCM2000延误模型。目前，已经有一些关于交通油耗的研究成果，这些成果主要分析在一定的交通组织、管控条件下，机动车的油耗估计，而关于交通低油耗的信号控制方面的研究尚未见报道。
[0004]交通低油耗的信号优化控制关键在于建立交通控制方案
‑
车辆油耗的关系模型。由于交叉口控制方案与机动车油耗之间存在着高度复杂的非线性耦合关系，难以精确地建立两者之间的关系模型，因此，实现交叉口区域交通低油耗的优化控制，进而降低碳排放量具有挑战性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法与系统，不仅有效地降低了城市交叉口区域的车辆平均油耗，从而节约能源，同时也降低了车辆的碳排放量。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法，包括：
[0008]采用交通数字孪生软件构建真实场景对应的虚拟场景；
[0009]在虚拟场景的每个虚拟交叉口中，分别设定由非冲突交通流组成的各个相位；
[0010]选定一个参考相位，进行单相位的低油耗优化控制方案在线学习；在学习过程中当前周期中，确定虚拟场景中参考相位所控制的道路的当前状态，通过搜索查找表，根据评价值从查找表中找出当前状态对应的最佳相位绿灯配时；将最佳相位绿灯配时配置于参考相位，并结合最佳相位绿灯配时期间虚拟车辆的平均油耗来更新对应的评价值；持续学习多个周期，直至各评价值收敛，获得优化后的查找表，完成单相位的低油耗优化控制方案在线学习；其中，所述状态是指与油耗相关的状态；
[0011]将所述优化后的查找表共享给其他相位，由交通数字孪生软件传输给主控模块，由主控模块利用优化后的查找表对所有相位进行联合优化，并控制真实场景中的真实信号
机，完成交通信号在线优化控制。
[0012]一种面向低油耗的交通信号在线优化控制系统，包括：
[0013]虚拟场景构建单元，用于采用交通数字孪生软件构建真实场景对应的虚拟场景；
[0014]相位设定单元，用于在虚拟场景的每个虚拟交叉口中，分别设定由非冲突交通流组成的各个相位；
[0015]单相位的低油耗优化控制方案在线学习单元，用于选定一个参考相位，进行单相位的低油耗优化控制方案在线学习；在学习过程中当前周期中，确定虚拟场景中参考相位所控制的道路的当前状态，通过搜索查找表，从查找表中找出当前状态对应的最佳相位绿灯配时；将最佳相位绿灯配时配置于参考相位，并结合最佳相位绿灯配时期间虚拟车辆的平均油耗来更新对应的评价值；持续学习多个周期，直至各评价值收敛，获得优化后的查找表，完成单相位的低油耗优化控制方案在线学习；其中，所述状态是指与油耗相关的状态；
[0016]多相位联合优化与控制单元，用于将所述优化后的查找表共享给其他相位，由交通数字孪生软件传输给主控模块，由主控模块利用优化后的查找表对所有相位进行联合优化，并控制真实场景中的真实信号机，完成交通信号在线优化控制。。
[0017]一种处理设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；
[0018]其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现前述的方法。
[0019]一种可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现前述的方法。
[0020]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，可以构建与真实场景之对应的虚拟场景；并且交通低油耗的信号控制方案优化是基于交通数字孪生平台实现的，降低了不合理的信号方案造成的风险和损失；由于信号控制方案的在线优化以车辆平均油耗为指标，通过多次学习后可较为显著的降低车辆平均油耗，同时也降低了碳排放量。另外，本专利技术的系统通过与环境交互学习低油耗的交通信号优化控制方案，符合真实情况，在有效解决能源的同时避免了碳排放量过大造成的温室效应问题。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的由非冲突交通流组成的多个相位示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例提供的一种面向低油耗的交通信号在线优化控制系统的示意图；
[0025]图4为本专利技术实施例提供的一种处理设备的示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0027]首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
[0028]术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
[0029]下面对本专利技术所提供的一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方案进行详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。
[0030]实施例一
[0031]本专利技术实施例提供一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法，通过交通数字孪生，以车均油耗最小为优化目标，综合考虑了影响交叉口区域车辆油耗的因素，包括交通信号控制方案、车辆行驶工况，以及交叉口的道路渠化、几何形状等，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法，其特征在于，包括：采用交通数字孪生软件构建真实场景对应的虚拟场景；在虚拟场景的每个虚拟交叉口中，分别设定由非冲突交通流组成的各个相位；选定一个参考相位，进行单相位的低油耗优化控制方案在线学习；在学习过程中当前周期中，确定虚拟场景中参考相位所控制的道路的当前状态，通过搜索查找表，根据评价值从查找表中找出当前状态对应的最佳相位绿灯配时；将最佳相位绿灯配时配置于参考相位，并结合最佳相位绿灯配时期间虚拟车辆的平均油耗来更新对应的评价值；持续学习多个周期，直至各评价值收敛，获得优化后的查找表，完成单相位的低油耗优化控制方案在线学习；其中，所述状态是指与油耗相关的状态；将所述优化后的查找表共享给其他相位，由交通数字孪生软件传输给主控模块，由主控模块利用优化后的查找表对所有相位进行联合优化，并控制真实场景中的真实信号机，完成交通信号在线优化控制。2.根据权利要求1所述的一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法，其特征在于，所述交通信号在线优化控制为一个马尔科夫决策过程，通过交通控制方案与油耗关系模型，使得交叉口车辆的平均油耗最小化；交通控制方案使用四元组表示：(S,A,P,R)，其中，S为各相位所控制道路的状态集合，A为各相位对应的相位绿灯配时集合，P为状态转移概率，即执行一种相位对应的绿灯配时后，道路的状态转换为另一状态的概率；R表示奖赏，利用虚拟车辆的平均油耗计算。3.根据权利要求2所述的一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法，其特征在于，所述查找表中第一项为状态、第二项为相位绿灯配时集合，第三项为第一项与第二项组合下的评价值；其中：状态包含两项信息：一项为排队长度，另一项为头车速度，二者均与油耗相关；同一状态下，对应多个相位绿灯配时构成的相位绿灯配时集合，将当前状态记为X，对应相位绿灯配时集合记为其中，表示当前状态X对应的第j种相位绿灯配时，j∈{1,2,
…
,N
max
}，N
max
为相位绿灯配时数目，当前状态X与不同相位绿灯配时的组合对应不同的评价值，即共有N
xax
个评价值，当前状态X与的评价值记为对于当前状态X，从对应的相位绿灯配时集合中选出最大评价值对应的相位绿灯配时作为最佳相位绿灯配时，记为o∈{1,2,
…
,N
max
}。4.根据权利要求2或3所述的一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法，其特征在于，所述结合最佳相位绿灯配时期间虚拟车辆的平均油耗来更新对应的评价值的方式包括：记当前状态X下的最佳相位绿灯配时为执行最佳相位绿灯配时后变为状态Y，利用最佳相位绿灯配时期间虚拟车辆的平均油耗计算对应的奖赏值r，结合奖赏值r计算更新后的评价值，利用计算出更新后的评价值更新查找表中相应的评价值。5.根据权利要求4所述的一种面向低油耗的交通信号在线优化控制方法，其特征在于，利用最佳相位绿灯配时期间虚拟车辆的平均油耗计算对应的奖赏包括：通过下式分别计算各个虚拟车辆的比功率：
VSP＝v(1.1a+0.132)+0.000302v2其中，v表示虚拟车辆的瞬时速度，a表示虚拟车辆的瞬时加速度，VSP表示虚拟车...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锋，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：