基于MPC的可变相序交通信号优化控制方法

杨利红，王列伟

(中国电子科技集团公司第三十八研究所 合肥公共安全技术研究院，安徽 合肥 230000)

0 引 言

由路段、交叉口、部署在交叉口的交通信号灯，以及车辆和人的动态行为组成的城市道路交通网络系统可以被看成一类含有大量不确定性的复杂的离散事件系统。而城市道路交叉口信号系统的设计与优化是提高城市道路利用率、减少拥堵的关键。文中研究了基于Petri网的道路交叉口信号控制系统的建模及优化方法。

Petri网是一种常见的离散事件系统模型[1]。Petri网模型对动态系统中常见的并行(parallelism)、同步(synchronization)、资源共享(resource sharing)等特性具备强大表述能力，广泛应用于工业制造系统、软件系统设计、工作流、并行计算、交通系统等领域。近年来，使用Petri网对道路交叉口系统进行建模的方法受到学者的广泛关注，具有代表性的成果见文献[2-8]。其中文献[2-5]建立基于Petri网的微观交通模型，通过时延Petri网、随机Petri网、着色Petri网等结构，描述交叉口信号灯色的切换、车辆在道路上的移动速度以及车辆在交叉口内可能的转向和路径选择等信息。系统仿真证明，通过这类模型可以较准确地计算出车辆排队长度以及车辆在交叉口的平均等待时间。文献[6-8]不以单个车辆作为建模对象，而是类似于连续时间系统(continuous-time system)，主要以交通流量、车辆速度，以及车辆密度等作为描述对象，建立基于混合网结构的宏观交通模型。然而，上述这些交叉口建模及优化算法都是基于传统的交通信号固定相序逻辑，没有充分考虑车流到达的随机性、突发性等不规律的动态特征，优化空间有限。……