基于混沌量子进化算法的单交叉口信号控制.pdf

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1、四论文基于混沌量子进化算法的单交叉口信号控制徐山峰蔡延光(广东工业大学自动化学院)摘要：城市道路各交叉口交通信号的配时优化和协同控制直接影响整个城市的交通状况。本文以单交叉口模型的交通信号控制问题为背景，构造了以单交叉口滞留的车辆数最少为目标的优化模型。用混沌量子进化算法进行仿真数据求解，得到实时控制的配时方案，并与其它算法的仿真结果进行比较，结果表明该算法对单交叉口的信号配时优化是非常有效的。关键词：单交叉口；信号配时优化；混沌量子进化算法为方便研究，对右行方向不实行控制。车道k1引言(k=1,2分别表示左行和

2、直行车道)的车辆放行状交通拥堵是城市发展过程中所面临的突出问题，态，用矩阵=(溉)4表示，其中f为相位编号；交叉口信号配时优化对解决日益严重的交通拥堵问为方向编号(J=1,2，3，4分别表示东、南、西、北题起着至关重要的作用。本文针对区域交通单交叉口方向)：信号配时协同控制问题的特点，提出混沌量子进化算fl，第i相位，方向砗道车流放行法(ChaosQuantumEvolutionAlgorithm，CQEA)，拈10，第f相位，方向砗道车流禁行以求解单交叉口信号配时协同控制的优化方案。大量设为信号周期，xi(=1

3、,2，3，4)为一个信号周的仿真计算表明，该算法具有较快的收敛速度和较强期内第相位的配时时间；C溉表示第相位、J方向、地获得最优解的能力。k车道的车辆到达率；g触为绿灯期间内，第f相位、2单交叉口信号模型J方向、k车道车辆的离开率；dijlk表示第以单交叉口四相位信号控制为例，信号控制示意z(z=1,2，．．．)周期、f相位、方向、k车道滞留的车如图i所示。交通流分为东、西、南、北4个方向，辆数，则：每个方向存在左转、直行和右转3个车道车流，对于=ma)【{0，d(／i—1)"~-Cijk~Xi—Pijk"g驰·

4、f}(1)右转车辆不实行控制。4个相位的交通流分别为东西当=1时，l¨)为第(，一1)周期、第方向、直行、东西左转、南北左转、南北直行。任一时刻，第k车道、第4相位的滞留车辆数。因此，第，周期只有一个相位的车流有权通过交叉口。本方案在信号滞留车辆总数为：周期固定的前提下，依据各车道车流量信息，以交叉口周期滞留车辆总数最少为目标，对各相位信号进行d=∑∑：∑∑l+ZC~Jk·Xi一∑·gi#"xiI配时。(2)根据以上讨论，可得到单交叉口信号模型1：1fd=mind∑4(／

5、叉口相位图其中tmi>0、tm>O(Gi

6、法，先将本文提出的混沌量子进化算法采用混沌初始化、王，按式(4)解码为模型l的配时方案(l，2，34)，方法产生初始种群，利用混沌现象随机和不重复遍历再计算其所对应的适应度值：的特性，使种群在可行解空间中形成比较理想的分7~nfin=，(1，2，．．．，N，Ⅳ为种群个数)(6)布；采用量子旋转门更新当前种群中的非最优个体，Z引入混沌变异策略，利用混沌变异引导量子旋转门的其中，为第f个个体的适应度：zin为当代种旋转角大小及旋转方向，更新种群中的非最优个体，群中最优个体的周期滞留车辆总数；Z为第个个体从而提高算法的

7、寻优能力，克服早熟收敛。当前种群所对应的周期滞留车辆总数。中的最优个体是指对应的目标函数值最小的个体。3．5混沌变异策略3．2染色体编码本文采用混沌变异策略引导量子旋转门更新当考虑~_tl-进制编码在优化高维度函数时为满足前种群中的非最优个体。精度要求会增加编码的二进制位数，出现位数灾难等设全局最优个体为(即进化到目前为止的最优个问题。针对交叉口信号配时问题，需要对编码进行改体)B=(6l，62，63，64)，、{，=(口l，2，3，4)为进，本文采用基于实数的编码方式。当前种群中的任一非最优个体。在求解模型1时

8、，若设=(x1，x2，x3，x4)为模型1的任意可行解，采用定幅扰动的混沌变异，所获得的新一代个体对应则对任意(f=1,2，3，4)，存在惟一的实数∈[0，1]的目标函数值下降的概率不高，会造成大量的无效进使：化。为此有必要设计按照适应值的大小进行自调整的Xi=ai'tm+(1一f)·tmi(4)扰动幅度，个体、王，对应的扰动幅度按下式选取：显然，与之间形成一一对应的关系