一种混合交通流的控制方法、装置、设备及存储介质

1.本发明涉及交通控制技术领域，尤其涉及一种混合交通流的控制方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着城市居民出行需求的快速增加，交通拥堵频繁出现在各级城市中，造成了巨大的经济损失。信号控制作为城市路口交通管理的一种简便手段，已经在世界范围内得到广泛应用。为了实现交叉口的有序组织，信号控制平台将不同车流划分为一系列无冲突的相位，为各相位依次分配交叉口的通行权。当交通需求超过了路网的通行能力并产生交通流溢出时，交通将进入过饱和状态。在过饱和状态下，车流无法在绿灯时间内消散，信号控制策略将会失效。
3.目前，消除过饱和的方式主要通过协同信号控制策略。但是，由于交通状态的描述和控制策略的优化十分复杂，现有的协同信号控制策略通常是以路网中的主干路为对象进行设计的，难以有效消除过饱和现象，不能实现系统全面的协同信号控制。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种混合交通流的控制方法、装置、设备及存储介质，以解决混合交通流的过饱和现象难以有效消除问题，可以在提高路网信号控制协同性的同时，大大降低通行成本。
5.根据本发明的一方面，提供了一种混合交通流的控制方法，所述方法包括：
6.根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；其中，所述起止点组合是基于目标路网的入口和出口确定的；所述路段包括交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段；
7.在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；
8.根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。
9.根据本发明的另一方面，提供了一种混合交通流的控制装置，该装置包括：
10.第一关系式确定模块，用于根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；其中，所述起止点组合是基于目标路网的入口和出口确定的；所述路段包括交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段；
11.目标取值确定模块，用于在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；
12.交通流控制模块，用于根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
14.至少一个处理器；以及
15.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
16.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的混合交通流的控制方法。
17.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的混合交通流的控制方法。
18.本发明实施例的技术方案，根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；然后在第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。本方案通过将整个目标路网作为对象设计协同信号控制策略，解决了混合交通流的过饱和现象难以有效消除问题，可以在提高路网信号控制协同性的同时，大大降低通行成本。
19.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
21.图1a是根据本发明实施例一提供的一种混合交通流的控制方法的流程图；
22.图1b是根据本发明实施例提供的目标路网示意图；
23.图1c是根据本发明实施例提供的目标路网的起止点组合分布示意图；
24.图1d是根据本发明实施例提供的交叉口节点划分示意图；
25.图1e是根据本发明实施例提供的连接路段示意图；
26.图1f是根据本发明实施例提供的相位设计示意图；
27.图2是根据本发明实施例二提供的一种混合交通流的控制方法的流程图；
28.图3是根据本发明实施例三提供的一种混合交通流的控制装置的结构示意图；
29.图4是实现本发明实施例的混合交通流的控制方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的
附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
31.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术技术方案中对数据的获取、存储、使用、处理等均符合国家法律法规的相关规定。
32.实施例一
33.图1a为本发明实施例一提供了一种混合交通流的控制方法的流程图，本实施例可适用于路网中混合交通流的控制场景，该方法可以由混合交通流的控制装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该装置可配置于电子设备中。如图1a所示，该方法包括：
34.s110、根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；其中，所述起止点组合是基于目标路网的入口和出口确定的；所述路段包括交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段。
35.本方案可以由交通控制平台执行，交通控制平台可以对目标路网内部以及目标路网边界进行信号控制，进而实现有效的混合交通流管理。所述混合交通流可以包括自动驾驶车辆和手动驾驶车辆。图1b是根据本发明实施例提供的目标路网示意图。如图1b所示，阴影区域可以表示目标路网内部区域，目标路网的出入口所在区域可以作为路网边界区域。圆点表示目标路网的路口，箭头表示路段的可通行方向。
36.为了对目标路网进行精细化分析，交通控制平台可以将目标路网的各路口进行标记，并设置多组起止点组合。其中，所述起止点组合可以是根据目标路网的入口和出口确定的。图1c是根据本发明实施例提供的目标路网的起止点组合分布示意图，如图1c中利用数字对各路口进行标记，并利用o-d对表示目标路网的起止点组合，其中，o表示混合交通流进入目标路网的起点，d表示混合交通流驶出目标路网的终点，相同的数字下标的o和d表示一个起止点组合。需要说明的是，交通控制平台可以根据目标路网实际需求设置起止点组合，也可以将目标路网中全部入口和出口进行排列组合确定起止点组合。
37.交通控制平台可以将目标路网中的入口作为入口节点，将出口作为出口节点。目标路网的入口节点集合表示为出口节点集合表示为为了表示交叉口处混合交通流的冲突关系，交通控制平台还可以设置分离节点和汇合节点。其中，所述分离节点表示混合交通流分离到不同通行方向上的位置，所述通行方向包括直行、左转以及右转。汇合节点表示从不同通行方向的混合交通流汇合的位置。图1d是根据本发明实施例提供的交叉口节点划分示意图，以图1d所示的双向六车道的交叉口为例，交叉口存在12个分离节点和12
个汇合节点。交通控制平台可以将分离节点和汇合节点统一为交叉口节点，用表示交叉口节点集合。
38.交通控制平台可以将目标路网抽象为一个有向图结构，用表示，其中，表示路段集合，表示节点集合，根据路段起点和终点的节点类型，交通控制平台可以将路段类型划分为交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段。容易理解的，所述入口路段的路段终点为入口节点，路段起点为分离节点；所述出口路段的路段终点为汇合节点，路段起点为出口节点。如图1d所示，所述交叉口路段路段终点为分离节点，路段起点为同一交叉口的汇合节点。图1e是根据本发明实施例提供的连接路段示意图，如图1e所示，所述连接路段的路段终点为汇合节点，路段起点为相邻交叉口的分离节点。目标路网的交叉口路段集合表示为连接路段集合表示为入口路段集合表示为出口路段集合表示为交通控制平台可以将交叉口路段以外的路段集合表示为交通控制平台可以将交叉口表示为n，交叉口集合表示为
39.对于目标路网内部，交叉口的混合交通流通过信号灯进行控制。为了实现各交叉口之间控制的协同，交通控制平台设定离线控制周期实现对目标路中各交叉口的信号控制。同时，交通控制平台根据离线控制周期为每个交叉口设置固定配时的信号控制策略。为了保证各通行方向混合交通流无冲突，交通控制平台需要设置至少4个相位为冲突流分别分配交叉口的通行权。图1f是根据本发明实施例提供的相位设计示意图，四相位可以包括如图1f所示的相位1、相位2、相位3和相位4。值得注意的是，交通控制平台在相位设计中没有考虑右转交通流，因为右转交通流不与其它通行方向的交通流产生冲突关系。因此，在每个相位中，两个通行方向的混合交通流可以同时拥有通行权。
40.根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，交通控制平台可以确定离线控制周期内的第一关系式。其中，所述离线控制周期可以是一个较长的时间周期，例如一天、6个小时等。所述第一关系式可以表示目标路网内全部车辆的总通行成本。
41.s120、在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束。
42.交通控制平台可以在第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值。其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束。所述流量分配约束可以是对进入目标路网的混合交通流进行分配而确定的约束，所述第一道路容限约束可以是基于目标路网内车道容量确定的约束，所述信号灯时间约束可以是目标路网内信号灯亮起时长的约束，所述信号灯相位差约束可以是对目标路网内信号灯相位关系的约束，所述路段通行时间约束可以是对目标路网内各路段的通行时间的约束。
43.s130、根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。
44.交通控制平台可以根据流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束以及路段通行时间约束，确定第一关系式的一个或多个计算结果。所述计算结果可以表示目标路网内全部车辆的总通行成本。交通控制平台可以将各计算结果进行排序，根据第一关系式取值约束，确定各路段交通流量的目标取值。所述第一关系式取值约束可以是取各计算结果中的最小值。根据各路段交通流量的目标取值，交通控制平台可以根据第一道路容限约束中路段交通流量与信号灯亮起时长关系，确定各路段绿灯的亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。
45.本技术方案根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；然后在第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。本方案通过将整个目标路网作为对象设计协同信号控制策略，解决了混合交通流的过饱和现象难以有效消除问题，可以在提高路网信号控制协同性的同时，大大降低通行成本。
46.实施例二
47.图2为本发明实施例二提供的一种混合交通流的控制方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行细化。如图2所示，该方法包括：
48.s210、根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；其中，所述起止点组合是基于目标路网的入口和出口确定的；所述路段包括交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段。
49.在一个具体的方案中，所述第一关系式可以表示为在一个具体的方案中，所述第一关系式可以表示为其中，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，表示路段集合，π
ij
表示路段ij的交通流量，t
ij
表示路段ij上的通行时间，w表示起止点组合索引，表示起止点组合集合，表示起止点组合w匹配的非准入交通流量，th表示离线控制周期；可以理解的，表示进入目标路网的车辆的通行时间总和，表示未进入目标路网的车辆在入口等待的时间总和。
50.本方案将进入目标路网的车辆的时间成本和未进入目标路网的车辆的时间成本相加作为第一关系式，有利于根据目标路网整体的通行成本设计最佳的信号控制策略。
51.s220、在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束。
52.交通控制平台可以在第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量π
ij
的目标取值在本方案中，可选的，所述流量分配约束包括：
53.[0054][0055][0056][0057]
其中，w表示起止点组合索引，表示起止点组合集合，dw表示起止点组合w匹配的准入交通流量，表示起止点组合w匹配的非准入交通流量，r表示起止点组合w中的路径索引，表示起止点组合w中的路径集合，表示所有起止点组合的可行路径集合，fr表示起止点组合中路径r上的交通流量，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，表示路段集合，表示路段ij与路径r的关联关系，π
ij
表示路段ij的交通流量。
[0058]
该方案将目标路网按照起止点组合和路段逐层细化进行流量约束，有利于实现精细化的路网研究，进而确定更加贴合路网实际情况的信号控制策略。
[0059]
容易理解的，分配到每个路段上的交通流不能超过该路段的最大容量，位于交叉口内各路段上的混合交通流由信号灯控制，即每个信号控制周期内能消散的交通流量由绿灯时长决定。相比于离线控制周期，所述信号控制周期可以一个较小的时间周期，例如60秒、120秒等。为了实现良好的混合交通流控制，所述离线控制周期th可以是信号控制周期tc的整数倍。
[0060]
需要说明的是，在各路段上，车道容量与跟驰模式下车辆之间的最小车头时距高度相关。在由自动驾驶车辆和手动驾驶车辆组成的混合交通流中存在四种车辆跟驰模式：(1)自动驾驶车辆跟驰自动驾驶车辆、(2)自动驾驶车辆跟驰手动驾驶车辆、(3)手动驾驶车辆跟驰自动驾驶车辆、以及(4)手动驾驶车辆跟驰手动驾驶车辆。
[0061]
对于模式(1)，跟驰的自动驾驶车辆可以与前车进行车-车通信，因此两车之间的车头时距可以较小。对于模式(2)，跟驰的自动驾驶车辆无法与前车进行车-车通信，可以通过感知设备获取距离、速度等信息，进而得到本车与前车的距离间隔和速度差，因此车辆间的车头时距可以比模式(1)大。在模式(3)与模式(4)中，对于手动驾驶车辆来说，前方的车辆类型对其跟驰方式没有明显影响，因此车头时距可以是相等的。
[0062]
模式(1)的车头时距可以表示为h
aa
，模式(2)的车头时距可以表示为h
ah
，模式(3)和(4)的车头时距可以表示为h
hx
。自动驾驶车辆的交通占有率表示为p
cav
，上述三类跟驰模式的出现概率可以分别表示为：
[0063][0064][0065][0066]
其中，表示模式(1)的出现概率，表示模式(2)的出现概率，表示模式(3)和(4)的出现概率。混合交通流的平均车头时距可以表示为：
[0067]
由此，所述第一道路容限约束可以包括：
[0068][0069][0070]
其中，β∈(0,1)表示缓冲参数，表示入口节点集合，表示出口节点集合，表示交叉口集合，表示连接节点n1和节点n2之间位于交叉口外的路段集合，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，π
ij
表示路段ij的交通流量，表示节点n1至节点n2路段的车道数量，hf表示混合交通流的平均车头时距，tc表示信号灯的信号控制周期，g
ij
表示在路段ij的绿灯时间，表示交叉口路段集合，l
ij
表示位于交叉口路段ij的车道数量。
[0071]
上述方案依据路段特点，对交叉口路段和非交叉口路段分别进行道路容限约束，有利于实现目标路网的精细化描述，保证信号控制策略的稳定性
[0072]
可以理解的，以每个交叉口设置四个通行相位为例，交通控制中心可以依次为四个相位分配通行权，以保证车辆通行的无冲突性。因此，所述信号灯时间约束可以包括：
[0073][0074][0075]
所述信号灯相位差约束包括：
[0076][0077][0078][0079][0080][0081][0082][0083]
其中，表示交叉口集合，n表示交叉口索引，m表示相位索引，相位1表示第一对向左转相位，相位2表示第一对向直行相位，相位3表示第二对向左转相位，相位4表示第二对向直行相位，表示交叉口n相位m的绿灯时间，g
min
表示最小绿灯时间，g
max
表示最大绿灯时间，g
ij
表示在路段ij的绿灯时间，表示交叉口n相位m的混合交通流行驶方向集合，tc表示信号灯的信号控制周期，表示交叉口n相位m的相位差，θi表示节点i的相位差，表示信号控制的周期性描述参数，
[0084][0085]
针对不同类型的路段，交通控制平台可以分别设置路段通行时间约束。具体的，所
述路段通行时间约束可以包括交叉口路段约束、连接路段约束、出口路段约束以及入口路段约束；所述交叉口路段、连接路段、出口路段以及入口路段是基于路段起点和路段终点的节点类型确定的；所述节点类型包括分离节点、汇合节点、入口节点和出口节点。所述交叉口路段约束包括：
[0086][0087][0088][0089]
其中，表示交叉口路段集合，t
ij
表示以节点i为路段起点，以节点j为路段终点的路段ij上的通行时间，表示路段ij上以最大速度通行的通行时间，θi表示节点i的相位差，根据节点i当前相位确定，θj表示节点j的相位差，根据节点j当前相位确定，tc表示信号灯的信号控制周期，α
ij
表示相位差的周期性描述参数。
[0090]
由于车辆在交叉口处的通行受到信号灯控制，存在车辆在进入交叉口之前停车等待绿灯时间的情况。因此，交通控制平台可以将由信号灯导致的车辆延误表示在相应的连接路段的通行时间中。具体的，对连接路段ij，车辆的通行时间包括从车辆离开汇合节点i直到车辆通过分离节点j进入交叉口的总时间。所述连接路段约束可以包括：
[0091][0092][0093]
其中，表示连接路段集合。
[0094]
对于出口路段，由于车辆的离开并不受到信号控制的限制，因此，所述出口路段约束可以包括：其中，表示出口路段集合。
[0095]
对于入口路段，到达车辆是持续而稳定的，因此，车辆在入口路段的平均等待时间为信号控制周期的一半，即所述入口路段约束可以包括：其中，表示入口路段集合。
[0096]
本方案针对交叉口路段、连接路段、出口路段以及入口路段分别设置通行时间约束，提高了信号控制策略的可靠性。
[0097]
s230、根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。
[0098]
由于第一关系式中的π
ij
×
t
ij
为非线性项，交通控制平台可以将第一关系式以及第一约束条件作为一个混合整数非线性规划(mixed-integer nonlinear programming,minlp)问题进行求解。根据各路段交通流量的目标取值第一道路容限约束中路段交通流量与绿灯亮起时长关系交通控制平台可以确定各路段绿灯的亮起时长
[0099]
交通控制平台可以根据各路段绿灯亮起时长，实现对目标路网内混合交通流的控制。
[0100]
s240、在预先确定的第二关系式满足第二约束条件时，确定预设在线控制周期内目标路网的各入口信号灯的绿灯亮起时长，以实现混合交通流的准入控制。
[0101]
在确定了目标路网内各路段的信号灯亮起时长之后，交通控制平台可以获取当前离线控制周期各路段绿灯的亮起时长，在各路段绿灯的亮起时长中确定上下游连接路段的关联路段绿灯的亮起时长。
[0102]
根据上一在线控制周期内目标路网的上下游连接路段的交通流量，上下游连接路段的关联路段信号灯的绿灯亮起时长，上下游连接路段的车道数量，混合交通流的平均车头时距，以及上下游连接路段的交通容量确定当前在线控制周期的交通流量预测结果。根据交通流量预测结果，交通控制平台可以确定第二道路容限约束。交通控制平台可以预先获取入口处的交通需求，根据通过入口进入目标路网的交通流量不能超过入口交通需求，确定入口流量限制约束。根据第二道路容限约束、入口流量限制约束以及第二关系式取值约束，交通控制平台可以确定当前在线控制周期内目标路网的各入口信号灯的绿灯亮起时长。
[0103]
其中，所述第二关系式是根据在线控制周期内目标路网的各入口车辆累计长度和车辆滞留流量确定的。所述第二关系式可以表示每个在线控制周期内进入目标路网并且未通过路径的车辆的总通行成本。
[0104]
本技术方案根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；然后在第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。本方案通过将整个目标路网作为对象设计协同信号控制策略，解决了混合交通流的过饱和现象难以有效消除问题，可以在提高路网信号控制协同性的同时，大大降低通行成本。
[0105]
实施例三
[0106]
图3为本发明实施例三提供的一种混合交通流的控制装置的结构示意图。如图3所示，该装置包括：
[0107]
第一关系式确定模块310，用于根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；其中，所述起止点组合是基于目标路网的入口和出口确定的；所述路段包括交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段；
[0108]
目标取值确定模块320，用于在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；
[0109]
交通流控制模块330，用于根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。
[0110]
在本方案中，可选的，所述流量分配约束包括：
[0111][0112][0113][0114][0115]
其中，w表示起止点组合索引，表示起止点组合集合，dw表示起止点组合w匹配的准入交通流量，表示起止点组合w匹配的非准入交通流量，r表示起止点组合w中的路径索引，表示起止点组合w中的路径集合，表示所有起止点组合的可行路径集合，fr表示起止点组合中路径r上的交通流量，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，表示路段集合，表示路段ij与路径r的关联关系，π
ij
表示路段ij的交通流量。
[0116]
在一个可行的方案中，所述第一道路容限约束包括：
[0117][0118][0119]
其中，β∈(0,1)表示缓冲参数，表示入口节点集合，表示出口节点集合，表示交叉口集合，表示连接节点n1和节点n2之间位于交叉口外的路段集合，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，π
ij
表示路段ij的交通流量，表示节点n1至节点n2路段的车道数量，hf表示混合交通流的平均车头时距，tc表示信号灯的信号控制周期，g
ij
表示在路段ij的绿灯时间，表示交叉口路段集合，l
ij
表示位于交叉口路段ij的车道数量。可选的，所述信号灯时间约束包括：
[0120][0121][0122]
所述信号灯相位差约束包括：
[0123][0124][0125][0126][0127][0128][0129][0130]
其中，表示交叉口路段集合，n表示交叉口路段索引，m表示相位索引，相位1表示
第一对向左转相位，相位2表示第一对向直行相位，相位3表示第二对向左转相位，相位4表示第二对向直行相位，表示交叉口路段n相位m的绿灯时间，g
min
表示最小绿灯时间，g
max
表示最大绿灯时间，g
ij
表示在路段ij的绿灯时间，表示交叉口n相位m的混合交通流行驶方向集合，tc表示信号灯的信号控制周期，表示交叉口路段n相位m的相位差，θi表示节点i的相位差，表示信号控制的周期性描述参数，
[0131]
在一个优选的方案中，所述路段通行时间约束包括交叉口路段约束、连接路段约束、出口路段约束以及入口路段约束；所述交叉口路段、连接路段、出口路段以及入口路段是基于路段起点和路段终点的节点类型确定的；所述节点类型包括分离节点、汇合节点、入口节点和出口节点；
[0132]
所述交叉口路段的路段终点为分离节点，路段起点为同一交叉口的汇合节点；
[0133]
所述连接路段的路段终点为汇合节点，路段起点为相邻交叉口的分离节点；
[0134]
所述入口路段的路段终点为入口节点，路段起点为分离节点；
[0135]
所述出口路段的路段终点为汇合节点，路段起点为出口节点；
[0136]
所述交叉口路段约束包括：
[0137][0138][0139][0140]
所述连接路段约束包括：
[0141][0142][0143][0144]
所述出口路段约束包括：
[0145]
所述入口路段约束包括：
[0146]
其中，表示交叉口路段集合，表示连接路段集合，表示出口路段集合，表示入口路段集合，t
ij
表示以节点i为路段起点，以节点j为路段终点的路段ij上的通行时间，表示路段ij上以最大速度通行的通行时间，θi表示节点i的相位差，根据节点i当前相位确定，θj表示节点j的相位差，根据节点j当前相位确定，tc表示信号灯的信号控制周期，α
ij
表示相位差的周期性描述参数。
[0147]
本实施例中，可选的，所述第一关系式为其中，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，表示路段集合，π
ij
表示路段ij的交通流量，t
ij
表示路段ij上的通行时间，w表示起止点组合
[0148]
索引，表示起止点组合集合，表示起止点组合w匹配的非准入交通流量，th表
示离线控制周期；
[0149]
所述第一关系式取值约束为根据第一关系式的各计算结果的排序结果确定的；第一关系式的各计算结果满足流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束以及路段通行时间约束。
[0150]
在上述方案的基础上，可选的，所述装置还包括准入控制模块，用于：
[0151]
在预先确定的第二关系式满足第二约束条件时，确定预设在线控制周期内目标路网的各入口信号灯的绿灯亮起时长，以实现混合交通流的准入控制；
[0152]
其中，所述第二关系式是根据在线控制周期内目标路网的各入口车辆累计长度和车辆滞留流量确定的；所述第二约束条件包括第二道路容限约束、入口流量限制约束以及第二关系式取值约束；
[0153]
所述第二道路容限约束是基于当前在线控制周期内目标路网的上下游路段的交通流量预测结果确定的；
[0154]
所述交通流量预测结果是根据上一在线控制周期内目标路网的上下游连接路段的交通流量，所述上下游连接路段的关联路段信号灯的绿灯亮起时长，所述上下游连接路段的车道数量，混合交通流的平均车头时距，以及所述上下游连接路段的交通容量确定的。
[0155]
本发明实施例所提供的混合交通流的控制装置可执行本发明任意实施例所提供的混合交通流的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0156]
实施例四
[0157]
图4示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备410的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0158]
如图4所示，电子设备410包括至少一个处理器411，以及与至少一个处理器411通信连接的存储器，如只读存储器(rom)412、随机访问存储器(ram)413等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器411可以根据存储在只读存储器(rom)412中的计算机程序或者从存储单元418加载到随机访问存储器(ram)413中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 413中，还可存储电子设备410操作所需的各种程序和数据。处理器411、rom 412以及ram 413通过总线414彼此相连。输入/输出(i/o)接口415也连接至总线414。
[0159]
电子设备410中的多个部件连接至i/o接口415，包括：输入单元416，例如键盘、鼠标等；输出单元417，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元418，例如磁盘、光盘等；以及通信单元419，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元419允许电子设备410通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0160]
处理器411可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器411的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器411执行上文所描述的各个方法和处理，例如混
合交通流的控制方法。
[0161]
在一些实施例中，混合交通流的控制方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元418。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 412和/或通信单元419而被载入和/或安装到电子设备410上。当计算机程序加载到ram 413并由处理器411执行时，可以执行上文描述的混合交通流的控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器411可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行混合交通流的控制方法。
[0162]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0163]
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0164]
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0165]
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0166]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数
字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
[0167]
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
[0168]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0169]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种混合交通流的控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；其中，所述起止点组合是基于目标路网的入口和出口确定的；所述路段包括交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段；在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量分配约束包括：2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量分配约束包括：2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量分配约束包括：2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量分配约束包括：其中，w表示起止点组合索引，表示起止点组合集合，d
w
表示起止点组合w匹配的准入交通流量，表示起止点组合w匹配的非准入交通流量，r表示起止点组合w中的路径索引，表示起止点组合w中的路径集合，表示所有起止点组合的可行路径集合，f
r
表示起止点组合中路径r上的交通流量，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，表示路段集合，表示路段ij与路径r的关联关系，π
ij
表示路段ij的交通流量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一道路容限约束包括：3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一道路容限约束包括：其中，β∈(0,1)表示缓冲参数，表示入口节点集合，表示出口节点集合，表示交叉口集合，表示连接节点n1和节点n2之间位于交叉口外的路段集合，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，π
ij
表示路段ij的交通流量，表示节点n1至节点n2路段的车道数量，h
f
表示混合交通流的平均车头时距，t
c
表示信号灯的信号控制周期，g
ij
表示在路段ij的绿灯时间，表示交叉口路段集合，l
ij
表示位于交叉口路段ij的车道数量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号灯时间约束包括：4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号灯时间约束包括：
所述信号灯相位差约束包括：所述信号灯相位差约束包括：所述信号灯相位差约束包括：所述信号灯相位差约束包括：所述信号灯相位差约束包括：所述信号灯相位差约束包括：所述信号灯相位差约束包括：其中，表示交叉口集合，n表示交叉口索引，m表示相位索引，相位1表示第一对向左转相位，相位2表示第一对向直行相位，相位3表示第二对向左转相位，相位4表示第二对向直行相位，表示交叉口n相位m的绿灯时间，g
min
表示最小绿灯时间，g
max
表示最大绿灯时间，g
ij
表示在路段ij的绿灯时间，表示交叉口n相位m的混合交通流行驶方向集合，t
c
表示信号灯的信号控制周期，表示交叉口n相位m的相位差，θ
i
表示节点i的相位差，表示信号控制的周期性描述参数，5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路段通行时间约束包括交叉口路段约束、连接路段约束、出口路段约束以及入口路段约束；所述交叉口路段、连接路段、出口路段以及入口路段是基于路段起点和路段终点的节点类型确定的；所述节点类型包括分离节点、汇合节点、入口节点和出口节点；所述交叉口路段的路段终点为分离节点，路段起点为同一交叉口的汇合节点；所述连接路段的路段终点为汇合节点，路段起点为相邻交叉口的分离节点；所述入口路段的路段终点为入口节点，路段起点为分离节点；所述出口路段的路段终点为汇合节点，路段起点为出口节点；所述交叉口路段约束包括：所述交叉口路段约束包括：所述交叉口路段约束包括：所述连接路段约束包括：所述连接路段约束包括：所述连接路段约束包括：所述出口路段约束包括：
所述入口路段约束包括：其中，表示交叉口路段集合，表示连接路段集合，表示出口路段集合，表示入口路段集合，t
ij
表示以节点i为路段起点，以节点j为路段终点的路段ij上的通行时间，表示路段ij上以最大速度通行的通行时间，θ
i
表示节点i的相位差，根据节点i当前相位确定，θ
j
表示节点j的相位差，根据节点j当前相位确定，t
c
表示信号灯的信号控制周期，α
ij
表示相位差的周期性描述参数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一关系式为其中，ij表示路段起点为节点i和路段终点为节点j的路段，表示路段集合，π
ij
表示路段ij的交通流量，t
ij
表示路段ij上的通行时间，w表示起止点组合索引，表示起止点组合集合，表示起止点组合w匹配的非准入交通流量，t
h
表示离线控制周期；所述第一关系式取值约束为根据第一关系式的各计算结果的排序结果确定的；第一关系式的各计算结果满足流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束以及路段通行时间约束。7.根据权利要求1-6所述的方法，其特征在于，在确定各路段信号灯的绿灯亮起时长之后，所述方法还包括：在预先确定的第二关系式满足第二约束条件时，确定预设在线控制周期内目标路网的各入口信号灯的绿灯亮起时长，以实现混合交通流的准入控制；其中，所述第二关系式是根据在线控制周期内目标路网的各入口车辆累计长度和车辆滞留流量确定的；所述第二约束条件包括第二道路容限约束、入口流量限制约束以及第二关系式取值约束；所述第二道路容限约束是基于当前在线控制周期内目标路网的上下游路段的交通流量预测结果确定的；所述交通流量预测结果是根据上一在线控制周期内目标路网的上下游连接路段的交通流量，所述上下游连接路段的关联路段信号灯的绿灯亮起时长，所述上下游连接路段的车道数量，混合交通流的平均车头时距，以及所述上下游连接路段的交通容量确定的。8.一种混合交通流的控制装置，其特征在于，包括：第一关系式确定模块，用于根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；其中，所述起止点组合是基于目标路网的入口和出口确定的；所述路段包括交叉口路段、连接路段、入口路段和出口路段；目标取值确定模块，用于在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；交通流控制模块，用于根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的混合交通流的控制方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的混合交通流的控制方法。

技术总结
本发明公开了一种混合交通流的控制方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：根据目标路网中各路段交通流量、各路段通行时间以及各起止点组合匹配的非准入交通流量，确定预设离线控制周期内的第一关系式；在所述第一关系式满足第一约束条件时，确定各路段交通流量的目标取值；其中，所述第一约束条件包括流量分配约束、第一道路容限约束、信号灯时间约束、信号灯相位差约束、路段通行时间约束以及第一关系式取值约束；根据各路段交通流量的目标取值，确定各路段信号灯的绿灯亮起时长，以实现目标路网内的混合交通流控制。本技术方案解决了混合交通流的过饱和现象难以有效消除问题，可以在提高路网信号控制协同性的同时，大大降低通行成本。成本。成本。


技术研发人员：李萌 陈湘冬 郭娅明 林犀
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/6/28