随着机动车保有量的增加，城市交通拥堵现象日益严重，高峰期部分路段或区域常呈现过饱和状态。与此同时，由于不同区域交通分布不均匀，导致部分道路资源浪费。目前，大部分交通信号灯配时控制策略都针对非饱和交叉口，当道路处于过饱和状态时，路网交通效率显著降低。另外，区域路网的信号灯协调优化配时研究较少，尤其过饱和区域路网交通信号控制仍是公开的难题，急需寻求智能优化控制方法。
针对区域交通信号，考虑智能交通系统中交通流的动态特性，本文提出了区域交通系统改进的存储-转发模型。考虑大型区域的复杂性和协调性，将区域交通划分成N个子区域，分别建立了对应的子区域模型。针对子区域模型，提出了基于分层模型预测控制的过饱和区域交通信号控制优化目标。通过引入拉格朗日对偶原理解决约束条件问题的方法，对子区域的车辆排队数量进行了预测，并对有效绿灯时间进行优化控制。为了验证所提区域交通控制算法的有效性，给出了本文改进的模型与存储-转发模型的对比仿真。实验结果表明，在达到相同的控制效果时，本文改进模型的控制算法所需的计算时间较短，计算成本较低。
智能交通系统中，可以实时检测车流量，这为车流量的取值提供方便。如果将交通流考虑成时变量，处理排队长度优化问题会很复杂，所以本文将仿真一个仿真周期内的交通流量平均值作为整个仿真周期的交通流量，即在每一个仿真周期内交通流量为常数。但是每个仿真周期开始时，会更新交通流量的值，交通流量的大小随着仿真周期的变化而变化，这也能体现交通流的动态特性。
图1区域分解的例子
图2 相邻子区域之间的影响
图3 所提出方法的方案图
本文提出改进的存储-转发模型在计算损耗和总的损失时间（TTS）上，性能优于本文参考文献[14]的存储-转发模型，尤其是随着预测时间窗长度的增加，优势越来越明显。同时，相同条件下，两种控制模型对排队车辆的消耗情况是一样甚至更优的。也就是说，在能达到相同的控制性能情况下，本文提出的改进的存储-转发模型在整个运行的计算速度上更优，这也是大型控制系统追求的目标。
文章信息：魏永涛, 高原, 孙文义, 王秀蒙. 交通流动态扰动下的区域交通信号协调控制. 自动化学报, 2019, 45(10): 1983-1994.
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