基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法及系统

本公开涉及交通控制及自动控制，具体涉及基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法及系统。

背景技术：

1、随着汽车保有量不断激增，交通拥堵问题日趋严重，不断由单个路口、单条线路扩展到区域性拥堵，因此针对交通区域的控制，对缓解城市拥塞问题具有较高的现实意义。

2、现行的区域优化控制，往往是在一个或几个较小规模区域上，基于它们单独运行时的宏观基本图的特性曲线，并对它们区域边界信号进行调控实现的。然而在调控过程中，每个区域仅仅依赖其自身宏观基本图的最佳累计车辆数，而未考虑耦合区域的车流互相影响与车流的均衡分布，存在局限性。

3、事实上，在对多区域进行交通优化控制时，各区域间的影响使得它们无法同时达到其宏观基本图的最佳累计车辆数。在进行多区域的优化控制时，在保证各子区累计车辆数尽可能接近其自身理论最佳累计车辆数同时，还需要考虑各子区间的协调与差异、子区内车辆运行等因素影响以达到各子区间的非对称平衡。

4、因此，传统区域优化控制中，缺乏将子区间协同优化策略与子区内信号优化控制策略结合的思考及对子区间非对称平衡问题考虑的不足，导致控制效率不高。

技术实现思路

1、本公开为了解决上述问题，提出了基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法及系统，考虑各子区自身和路网整体通行效率、子区间流量分配均衡，基于双层级联架构，上层求得各子区的在协同控制下的最优累计车辆数，通过子区边界控制，与下层对子区内部各交叉口情况进行级联并不断更新参数，进行多子区协同优化。

2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

3、基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法，包括：

4、根据受控路网的拓扑结构和采集的车流数据，建立路网模型，并通过仿真完善路网模型中的车流数据；

5、利用路网模型构建有权有向图，通过对有权有向图的区域划分，得到若干个交通子区，并绘制各个交通子区的宏观基本图；

6、基于各个交通子区的宏观基本图，将路网优化问题分解为多个子区协同优化问题，构建上层的多子区协同优化模型，并采用分布式优化算法求解全局最优解，得到协同控制下各个交通子区的最优累计车辆数；

7、将各个交通子区的最优累计车辆数，作为下层单子区优化控制模型的约束，对交通子区内部每个交叉口配时进行优化，得到受控路网的最优配时方案。

8、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

9、基于双层架构的多交通子区分布式协同优化系统，包括：

10、模型建立模块，被配置为：根据受控路网的拓扑结构和采集的车流数据，建立路网模型，并通过仿真完善路网模型中的车流数据；

11、区域划分模块，被配置为：利用路网模型构建有权有向图，通过对有权有向图的区域划分，得到若干个交通子区，并绘制各个交通子区的宏观基本图；

12、协同优化模块，被配置为：基于各个交通子区的宏观基本图，将路网优化问题分解为多个子区协同优化问题，构建上层的多子区协同优化模型，并采用分布式优化算法求解全局最优解，得到协同控制下各个交通子区的最优累计车辆数；

13、配时优化模块，被配置为：将各个交通子区的最优累计车辆数，作为下层单子区优化控制模型的约束，对交通子区内部每个交叉口配时进行优化，得到受控路网的最优配时方案。

14、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

15、一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法。

16、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

17、一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法。

18、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

19、一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法。

20、与现有技术相比，本公开的有益效果为：

21、相较于传统小规模的区域控制，本公开在考虑区域各自宏观基本图的同时，兼顾了各区域间的协调以及各区域间大小等差异同时，采用了更大规模的多个区域组成的路网；在采用louvain算法对大规模路网进行子区划分的基础下，利用考虑共识变量的布雷格曼交替方向乘子算法(bregman alternating direction method of multipliers withconsensus variable，cbadmm)去求解在协同控制下的优化目标，解决了传统区域优化控制中缺乏将子区间协同优化策略与子区内信号优化控制策略结合的思考以及对子区间非对称平衡问题考虑的不足。

技术特征：

1.基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法，其特征在于，所述车流数据是通过预先设置好的数据采集点和采集周期采集的单位车流量；

3.如权利要求1所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法，其特征在于，所述构建有权有向图，具体为：

4.如权利要求1所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法，其特征在于，所述通过对有权有向图的区域划分，得到若干个交通子区，是采用louvain社区检测算法，以模块度增量最大为目标，合并节点为社区，直至各节点所处社区不在发生变化；

5.如权利要求1所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法，其特征在于，所述多子区协同优化模型，以路网整体通行效率最大为优化目标，利用考虑共识变量的布雷格曼交替方向乘子算法进行求解，得到各个交通子区的最优累计车辆数。

6.如权利要求1所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法，其特征在于，所述单子区优化控制模型，利用反馈控制器进行边界控制维持各个交通子区协同控制下的最优累计车辆数，并采用遗传-模拟退火算法对交通子区内部每个交叉口配时进行优化。

7.基于双层架构的多交通子区分布式协同优化系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-6任一项所述的基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法。

技术总结
本公开提供了基于双层架构的多交通子区分布式协同优化方法及系统，涉及交通控制及自动控制技术领域，包括：利用路网模型构建有权有向图，将有权有向图划分为若干个交通子区；基于各个交通子区的宏观基本图，构建上层的多子区协同优化模型，得到协同控制下各个交通子区的最优累计车辆数；将各个交通子区的最优累计车辆数，作为下层单子区优化控制模型的约束，对交通子区内部每个交叉口配时进行优化，得到受控路网的最优配时方案；本发明考虑各子区自身和路网整体通行效率、子区间流量分配均衡，基于双层级联架构，上层求得各子区在协同控制下的最优累计车辆数，通过子区边界控制，与下层对子区内部各交叉口情况进行级联并不断更新参数，进行多子区协同优化。

技术研发人员：朱文兴,张韬
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/24