基于自适应遗传算法的交通信号配时优化
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基于遗传算法的单交叉口信号优化控制交通拥堵一直是城市发展面临的主要问题之一。
为了缓解拥堵情况,城市道路交通信号控制被广泛应用在现代交通管理中。
但是,传统的交通信号控制方法一般是静态的,难以适应不同时间段内交通流的变化,从而无法充分利用交叉口的吞吐能力。
因此,如何实现有效的交通信号控制是亟待解决的问题之一。
随着智能交通系统的不断发展和成熟,基于遗传算法的交通信号优化控制方法开始受到广泛关注。
遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法,能够通过自适应和选择机制带来更好的优化结果。
因此,将遗传算法应用于交通信号优化控制中,可以通过测量交通流量、延误、等待时间等指标,快速找到最优的交通信号方案,使交叉口车辆通行效率最大化。
基于遗传算法的交通信号优化控制方法具有许多优点。
首先,它能够自动学习交通流量的变化情况,从而根据交通拥堵情况提供最佳的交通信号方案。
其次,它能够充分利用交叉口的吞吐能力,最大化汽车的通行效率。
最后,它不需要大量的人工干预,减少了人工管理的成本和工作量。
基于遗传算法的交通信号优化控制方法的实现过程如下:首先,建立模型,收集数据,并选定优化指标,如等待时间、平均车速、交通流量等。
然后,编写程序,通过遗传算法迭代搜索最优解,即最佳的交通信号方案。
在迭代搜索过程中,选择适当的交叉、变异和选择算法,使群体的基因组合更加优化。
最后,根据实际情况对优化方案进行验证和调整,以实现最佳交通信号控制效果。
总之,基于遗传算法的交通信号优化控制方法具有很大的优势,可以缓解交通拥堵,提高交叉口通行效率,减少交通事故,提高道路交通安全性。
但是,这种方法需要一个完善的模型和数据支持,而且算法的精度和效率需要进一步提高和优化。
因此,在实际应用中还需要不断探索和改进。
智能交通系统中的信号配时优化研究随着城市化进程的不断加速,交通问题逐渐成为一个普遍存在的公共补充议题。
为了解决交通问题,提高城市道路的运行效率和安全性,各城市都纷纷开始了智能交通系统的建设。
而在智能交通系统中,信号配时的优化显得非常重要。
一、什么是信号配时优化信号配时优化是指通过对交通信号控制设备的优化,使其合理地控制交通信号的时间、时长、周期等参数,从而达到提高交通效率、减少拥堵、缓解交通压力、减少交通事故发生等目的的过程。
在传统的信号配时工作中,往往是根据交通设施的流量,加上人工经验来确定配时,由于交通流量总是变化的,所以人工经验的准确性很难保证。
而随着人工智能的发展,信号配时优化也可以通过人工智能算法的优化来实现更为准确和高效。
二、信号配时优化的算法和方法在信号配时优化研究中,主要采用的算法和方法有:1. 遗传算法遗传算法是模拟自然进化和遗传原理的一种算法。
通过模拟遗传的基本过程,使优秀个体在不断地繁殖和变异中不断进化,从而获得最优解。
在信号配时优化中,遗传算法可以根据不同的交通状况来调整信号的周期和黄灯时长,从而实现对信号配时的优化。
2. 神经网络神经网络是一种模拟人脑神经系统的计算模型,具有自适应性、非线性、并行处理等优点。
在信号配时优化中,可以利用神经网络算法对不同交通状态下的配时参数进行学习和训练,从而获得更为精确的配时参数。
3. 非线性规划非线性规划是一种寻求非线性函数最优解的数学方法。
在信号配时优化中,可以将一个信号控制周期内的交通流量视为一个非线性函数来进行分析和求解,从而得到最优化的配时方案。
三、信号配时优化在智能交通系统中的应用信号配时优化是智能交通系统中的重要应用之一。
通过结合实时交通数据采集和处理技术,对城市道路交通流量进行精准和实时的监测和控制,从而达到城市道路交通拥堵和安全管理的目的。
在智能交通系统中,信号配时优化可以应用于:1. 城市道路的交通流量控制通过实时监测和分析城市道路的交通流量变化,精准掌握交通拥堵状况,及时调整配时,缓解交通压力,同时保证行车安全。
基于优化算法的交通信号配时优化在城市交通拥堵越来越严重的背景下,如何优化交通信号的配时成为了一个关键的问题。
传统的交通信号配时方法往往是基于经验和规则,缺乏科学性和灵活性。
随着计算机科学和优化算法的发展,基于优化算法的交通信号配时优化成为了一种新的选择。
优化算法的核心思想是通过数学模型和计算方法,找到一组最优解或次优解。
这种算法可以应用于很多领域,如物流、路径规划等。
对于交通信号配时问题,优化算法可以帮助我们找到最优的信号时长和相位差设置,以减少交通阻塞和拥堵。
基于优化算法的交通信号配时优化可以分为两个阶段:建模和求解。
在建模阶段,我们需要确定目标函数和约束条件,并将交通网络抽象成一个数学模型。
常用的目标函数包括车辆延误、交通容量、交通平稳性等。
约束条件包括交叉口的通行能力、排队长度等。
通过建模,我们可以量化交通信号配时问题,将其转化为一个数学优化问题。
在求解阶段,我们需要选择合适的优化算法来求解建立的数学模型。
常用的优化算法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等。
这些算法可以在大规模的搜索空间中寻找最优解。
通过不断迭代和优化,我们可以逐步改进交通信号配时策略,并得到更优的结果。
基于优化算法的交通信号配时优化还可以结合实时交通数据和车辆控制系统。
通过实时监测道路交通流量和车辆行驶速度,我们可以获取更准确的交通状态信息。
这些信息可以作为优化算法的输入,帮助我们及时对交通信号进行调整和优化。
同时,和车辆控制系统的协同作用,可以实现信号配时的实时调整和控制,进一步提高交通效率。
虽然基于优化算法的交通信号配时优化在理论上具备很大的潜力,但实际应用中仍然存在一些挑战。
首先,交通信号配时优化涉及到大规模的搜索和计算,在实时性和计算复杂度之间需要做出折中。
其次,优化算法本身也存在一些限制和不确定性,需要不断改进和优化。
最后,交通信号配时优化还需要考虑其他因素的影响,如环境保护、交通安全等。
在未来,基于优化算法的交通信号配时优化将继续发展和完善。
城市交通信号配时系统的智能优化算法研究随着城市化进程的加快,城市交通拥堵成为一个日益突出的问题。
为了提高城市交通的效率和便利性,城市交通信号配时系统被广泛应用。
然而,传统的配时算法往往是固定化的,无法适应交通流量的变化,导致交通拥堵的问题依然存在。
为了解决这一问题,研究人员致力于开发智能优化算法来改进城市交通信号配时系统。
这些算法基于大数据分析和智能算法优化,能够根据实时交通信息进行动态调整,提高交通信号的配时效率。
一种常见的智能优化算法是遗传算法。
遗传算法是一种模拟生物进化过程的计算方法,它通过模拟遗传基因的变异、交叉和选择等过程,来找到最优解。
在城市交通信号配时系统中,遗传算法能够通过不断地调整交通信号的配时参数,逐步优化交通流量,减少交通拥堵。
另一种常用的智能优化算法是粒子群算法。
粒子群算法模拟了鸟群或鱼群在搜索食物时的行为,通过模拟群体中个体的位置和速度,以及个体之间的相互作用,来寻找最优解。
在城市交通信号配时系统中,粒子群算法可以通过动态调整交通灯的配时周期和相位差,优化交通流量的分配。
此外,人工神经网络也被应用于城市交通信号配时系统的优化。
人工神经网络是一种模仿人脑神经元结构和功能的计算模型,它能够通过训练和学习来适应环境变化。
在城市交通信号配时系统中,人工神经网络可以通过分析历史交通数据和实时交通信息,预测未来交通状况,进而调整交通信号的配时策略,提高交通效率。
除了上述的智能优化算法,还有其他一些算法也在城市交通信号配时系统的研究中得到应用,如模拟退火算法、蚁群算法等。
这些算法都通过调整交通信号的配时参数,实现交通流量的最优分配。
然而,要实现城市交通信号配时系统的智能优化,还需要考虑到一些实际问题。
首先是数据的采集和处理,智能优化算法需要大量的实时交通数据作为输入,而这些数据的采集和处理将面临一定的困难。
此外,算法的可行性和可操作性也需要进一步研究,毕竟在城市交通系统中,不同的地点和条件会导致不同的交通问题,需要针对性的算法才能应对。
交通信号配时优化问题中遗传算法的研究与应用摘要:交通信号配时优化问题是一个复杂的组合优化问题,对于提高城市道路交通的效率和交通流的顺畅性至关重要。
本文将介绍遗传算法作为一种智能优化技术的应用,并探讨其在交通信号配时优化问题中的研究与应用。
1. 引言交通拥堵和交通事故一直是城市交通管理的重要挑战。
优化交通信号配时可以降低交通拥堵和提高道路通行效率,从而改善城市居民的出行质量。
传统的交通信号配时优化方法受制于计算能力和模型简化的限制,其效果难以达到最优。
遗传算法通过模拟自然选择和遗传机制的优化过程,能够在复杂的组合优化问题中找到近似最优解,成为交通信号配时优化问题的一种有效的求解方法。
2. 遗传算法的基本原理2.1 遗传算法的基本步骤遗传算法由个体编码、初始种群的生成、适应度函数的设定、选择运算符、交叉运算符、变异运算符等组成。
基本步骤包括初始化、评估、选择、交叉、变异和替换等过程,通过迭代运算找到最优解。
2.2 个体编码个体编码指的是将问题的解空间映射到染色体空间,通常使用二进制编码或整数编码来表示问题的决策变量。
2.3 适应度函数适应度函数用于评价个体的适应程度,通常是目标函数或问题的某个性能指标。
在交通信号配时优化问题中,适应度函数可以是交通流量、行程时间、停车次数等指标。
2.4 选择运算符选择运算符根据个体的适应度,按照一定的概率选择优秀个体,并进行复制和交叉、变异。
2.5 交叉运算符交叉运算符模拟生物进化中的基因交换,将两个个体的染色体段进行交叉,生成新的个体,以增加种群的多样性。
2.6 变异运算符变异运算符在个体的染色体中进行变异操作,引入新的基因,以增加种群的多样性。
3. 交通信号配时优化问题中遗传算法的应用3.1 问题定义与建模交通信号配时优化问题需要考虑多交叉口之间的相互影响和协调,以及不同时间段的交通状况。
通常可以将问题建模为多目标优化问题,如最小化行程时间和最小化停车次数。
3.2 适应度函数的定义适应度函数的选择对于遗传算法的性能至关重要。
基于自适应学习的智能交通信号优化控制系统设计智能交通信号优化控制系统是现代城市交通管理中的重要组成部分,其目的是通过合理地调整交通信号灯的时序,提高交通流的效率和安全性。
为了有效应对城市交通流量的变化和交通拥堵现象,自适应学习成为一种有效的优化控制方法。
本文将围绕基于自适应学习的智能交通信号优化控制系统的设计展开讨论。
首先,为了实现智能交通信号优化控制系统的设计,我们需要进行交通流量的数据采集和处理。
在实际应用中,我们可以使用传感器、摄像头等设备收集交通流量数据,并通过数据处理算法进行相位和路口流量的计算和分析。
通过对交通流量的实时监测和分析,可以为优化控制系统提供可靠的数据基础。
其次,基于自适应学习的智能交通信号优化控制系统需要建立一个适合于交通信号灯时序优化的动态模型。
这个模型可以基于交通流量数据和交通信号灯的状态进行建模,通过分析不同时刻的交通状况和车辆需求,自动调整信号灯的时序,以提高交通流的效率和避免交通拥堵。
为了建立这个动态模型,我们可以采用神经网络、遗传算法等自适应学习方法,通过对历史数据的学习和模拟进行信号灯优化控制。
第三,基于自适应学习的智能交通信号优化控制系统需要考虑多个交叉口之间的协调控制。
在城市交通管理中,往往存在多个交叉口之间的协调控制问题,即通过调整信号灯时序,实现交通流的平衡和优化。
为了实现这一目标,我们可以将多个交叉口的交通流量数据进行实时传输和交互,通过协调调整信号灯的时序,使整个交通流系统得到优化。
最后,基于自适应学习的智能交通信号优化控制系统的实施需要考虑实时性要求和数据安全性。
交通流量的实时监测和信号灯的实时调整对系统的响应速度有较高的要求。
同时,对于交通流量数据的采集和传输,我们需要采取相应的加密和安全措施,以确保数据的安全性和隐私性。
基于自适应学习的智能交通信号优化控制系统的设计有重要的意义,它可以提高城市交通流的效率、减少交通拥堵,改善出行体验,减少能源消耗和环境污染。
智能交通中的自适应信号控制策略优化智能交通系统的发展与应用促进了城市交通的智能化和自动化。
在城市交通拥堵问题日益突出的情况下,自适应信号控制策略成为了提高交通效率和减少交通拥堵的重要手段。
本文将探讨智能交通中自适应信号控制策略的优化方法和实施效果。
自适应信号控制策略是一种基于实时交通信息和调整周期的信号配时策略。
它可以根据道路上的交通流量、速度和车辆密度等参数,动态地调整信号的绿灯时间和间隔时间,以提供最佳的通行条件。
自适应信号控制策略的优化需要考虑以下几个方面的因素:1. 数据源与采集:优化自适应信号控制策略首先需要大量准确的交通数据作为输入。
目前,各种传感器和监测设备可以用于采集交通数据,包括摄像头、地磁传感器、雷达等。
但数据的准确性和实时性是保证信号控制策略优化的基础。
2. 数据处理与分析:采集到的交通数据需要通过数据处理和分析方法进行提取、过滤和挖掘,以获取可用于信号控制策略优化的关键信息。
这些信息包括交通流量、拥堵情况、道路状况等。
同时,还需要建立有效的数据模型和算法来进行实时的数据分析和预测。
3. 信号控制策略算法:优化自适应信号控制策略需要设计合适的算法和模型,以根据实时数据进行适时的信号调整。
常用的算法包括基于流量的信号优化算法、基于排队长度的信号优化算法和基于车速的信号优化算法等。
这些算法需要考虑信号的配时周期、绿灯时间、黄灯时间等参数,以达到最优效果。
4. 仿真模拟与实验验证:为了验证信号控制策略的优化效果,可以使用交通仿真软件进行仿真模拟,并利用实际道路进行实验验证。
通过模拟和实验可以评估信号控制策略在不同交通流量条件下的性能和可行性。
优化自适应信号控制策略的目标是提高交通效率和减少交通拥堵。
通过合理的信号配时和调整,可以从根本上改善交通流量,缓解交通拥堵问题,减少通行时间和燃油消耗,提高交通的可持续性。
目前,一些城市已经开始大规模应用自适应信号控制策略来改善交通流量。
例如,美国洛杉矶市在某些主要道路上实施了自适应交通信号系统(ATCS),并取得了一定的成功。
遗传算法在智能交通系统中的应用实践智能交通系统是现代城市交通管理的重要组成部分,它通过运用先进的技术手段,提高交通效率、减少拥堵、改善出行体验。
而在智能交通系统中,遗传算法被广泛应用于优化交通流量、减少交通事故等方面,取得了显著的成效。
一、遗传算法简介遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法,它模拟了基因的遗传、交叉和变异等操作,通过不断迭代优化解的适应度,找到最佳解。
遗传算法的特点是能够在大规模搜索空间中找到全局最优解,具有较强的鲁棒性和适应性。
二、智能交通系统中的优化问题在智能交通系统中,存在着许多需要优化的问题,如交通信号灯的配时优化、路径规划、车辆调度等。
这些问题涉及到多个变量和约束条件,传统的优化算法往往无法高效地解决。
三、遗传算法在交通信号灯配时优化中的应用交通信号灯的配时优化是提高交通效率的关键问题之一。
传统的配时方法往往是基于经验和人工判断,难以适应交通流量的动态变化。
而遗传算法可以通过对交通流量数据的实时采集和分析,自动调整信号灯的配时方案,以最大程度地减少交通拥堵和等待时间。
四、遗传算法在路径规划中的应用路径规划是智能交通系统中的另一个重要问题,它涉及到如何选择最优的路径,以减少行驶距离和时间。
传统的路径规划算法往往只考虑最短路径,而无法充分考虑交通流量和道路状况。
而遗传算法可以通过对路况数据的实时监测和分析,找到最优的路径规划方案,避免拥堵和交通事故。
五、遗传算法在车辆调度中的应用车辆调度是智能交通系统中的一个复杂问题,涉及到如何合理分配车辆资源,提高运输效率。
传统的车辆调度方法往往是基于静态的调度表,无法适应交通流量和需求的动态变化。
而遗传算法可以通过对车辆位置和行驶速度等数据的实时监测和分析,动态调整车辆的调度方案,提高运输效率和客户满意度。
六、遗传算法在智能交通系统中的挑战与展望尽管遗传算法在智能交通系统中取得了显著的成效,但仍然面临着一些挑战。
首先,数据的采集和处理需要耗费大量的时间和资源。
基于遗传算法的交叉口信号优化控制模型随着城市化进程的加速,交通拥堵问题日益突出,交叉口作为城市交通的重要组成部分,其优化控制显得尤为重要。
传统的交叉口信号控制方法存在着很多问题,如固定周期、无法适应交通流变化等,因此,基于遗传算法的交叉口信号优化控制模型应运而生。
遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法,其基本思想是通过模拟自然选择、交叉和变异等过程,不断优化种群中的个体,最终得到最优解。
在交叉口信号优化控制中,遗传算法可以通过不断调整信号灯的时长和相位,以适应交通流的变化,从而达到优化交通流的目的。
具体来说,基于遗传算法的交叉口信号优化控制模型包括以下步骤: 1. 确定交叉口的控制目标,如最小化交通延误时间、最大化交通流量等。
2. 设计交叉口信号灯的时长和相位编码方式,将其转化为遗传算法中的染色体。
3. 初始化种群,随机生成一定数量的个体,即不同的信号灯时长和相位组合。
4. 评估个体适应度,根据控制目标,计算每个个体的适应度值。
5. 选择优秀个体,根据适应度值,选择一定数量的优秀个体作为下一代种群的父代。
6. 进行交叉和变异操作,通过交叉和变异操作,生成新的个体,即新的信号灯时长和相位组合。
7. 评估新个体适应度,计算新个体的适应度值。
8. 选择优秀个体,根据适应度值,选择一定数量的优秀个体作为下一代种群的父代。
9. 重复步骤6-8,直到达到预设的终止条件,如达到最大迭代次数或达到最优解。
通过基于遗传算法的交叉口信号优化控制模型,可以有效地优化交通流,减少交通拥堵,提高交通效率。
同时,该模型具有较强的适应性和鲁棒性,能够适应不同的交通流变化和交叉口结构。
因此,该模型在实际交通控制中具有广泛的应用前景。
基于智能算法的交通信号灯优化控制随着城市化进程的加快,道路交通拥堵成为了城市发展的瓶颈之一。
而交通信号灯,作为城市道路管理中重要的一环,一直是缓解道路交通拥堵的有效手段之一。
然而,在繁忙的交通路口,为了保障道路交通的安全、高效,交通信号灯对道路交通进行控制调节时,也会造成车辆拥堵和等待时间的增加,从而降低交通的流畅性。
传统的交通信号灯配时控制,通常都是基于经验的技术手段,对复杂的交通场景难以做到全面、准确的调节。
因此,基于智能算法的交通信号灯控制技术成为了研究的热点之一,它有望能够通过对交通信息的实时感知,实现交通场景的自适应、动态调节。
一、智能算法在交通信号灯优化控制中的应用“智能交通”是一种集信息技术、通信技术、控制技术、机器人学、自动化技术和人工智能等多种学科于一体的交叉学科,旨在构建智能、高效、安全的交通系统。
交通信号灯优化控制,作为智能交通技术的重要组成部分,也受到了广泛关注。
在基于智能算法的交通信号灯优化控制中,最常用的算法为遗传算法、模糊算法、神经网络算法等。
这些算法具有较高的智能化程度,因此能够对复杂的交通环境做出较好的响应。
遗传算法是通过模拟自然界的“基因变异”和“选优繁殖”过程,从而使得算法能够根据不同的交通状况进行参数变化,从而调整交通信号灯的配时方案。
这种算法虽然较为简单,但计算效率高,适用于简单的交叉口。
模糊算法则是基于模糊集合理论的一种算法,通过建立模糊隶属度函数,从而将输入求出的控制量映射到输出的控制量上。
这种算法通过“模糊”量的概念,能够较好地处理交叉口内不确定的信息。
神经网络算法则是通过建立神经元之间的连接关系,在网络中进行号称学习,从而对不同的交通状况进行处理,并能够快速适应交叉口内的变化。
二、智能交通系统中交通信号灯优化控制的特点智能交通系统中的交通信号灯优化控制,相比传统的交通信号灯控制,具有以下特点:1、自适应性由于交通信号灯优化控制是基于智能算法进行的,因此能够对交通环境进行自适应响应,比传统的交通信号灯控制更具有灵活性。
基于遗传算法的一种改进交叉路口信号灯实时控制优化方法針对城市中日趋紧张的交通压力,本文提出一种改进实时相位管理方法,根据实时监测不同相位的汽车流量,对交通信号灯采用相应动态配时调整,利用遗传算法进行优化使得各相位汽车滞留量达到最小。
最后,用Matlab对已有数据进行仿真实验,实验结果表明,优化结果较好、准确率较高。
标签:遗传算法;模糊算法;实时控制;实时交通信号灯0 引言在发展飞速的今天,我们面临的交通问题依旧非常严重,即便现有的飞机、高铁、动车等远距离运输工具已经非常便捷,但在城市中的地铁、公交、出租车等交通工具依然面临着严重的考验。
人多车多、道路拥堵一直是北京、上海等一线城市面临最严重的情况。
如何才能缓解眼前的交通压力是我们要解决的首要问题,对交通路口信号灯设施动态有效的管理将有利于缓解现有的交通拥堵问题。
由于,交叉路口在不同相位不同时间段内的车流量也不尽相同,因此,我们要对各相位信号灯实施实时管理,进而,舒缓交通压力。
目前,国内外关于交通网络实时优化的文章较多,但是,大部分内容很少提及相位配时方案的优化[1-4]。
本文在同时考虑各相位智能配时和过往行人配时的同时,利用遗传算法对每次相位配时方案进行优化,从而得出最优化配时方案。
本文用Matlab 7.0作为编程软件,编写了改进的交叉路口信号灯实时控制算法运算程序。
实验结果表明,改进算法在处理数据集的运算过程是快速准确的。
1 遗传算法遗传算法(Genetic Algorithm)是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。
算法从已有解集中的一个种群(population)开始,而每个种群都是由经过基因编码的一定数目的个体组成。
由于遗传算法是从一个初始种群开始搜索,这样就大大降低陷入局部最优解的可能性,进而加强算法的搜索空间。
与传统优化算法相比,遗传算法具有较强的鲁棒性。
2 交叉路口四相位模型目前,现有交通信号灯的各相位各车道配时方案都是根据交通工程技术人员利用长时间的摸索和个人经验给出的,而实际上,各相位各车道的车流量是随机变化的,若使用以往固定相位车道配时方案难以得到理想的交通状况[5]。
遗传算法在交通路网优化中的应用案例交通路网的优化是一个复杂而重要的问题,它直接影响到城市的交通效率和居民的出行质量。
为了解决这个问题,人们开始尝试使用遗传算法来优化交通路网。
遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法,通过模拟基因的交叉、变异和选择等操作,寻找最优解。
下面将介绍一个实际案例,展示遗传算法在交通路网优化中的应用。
首先,我们需要明确优化的目标。
在这个案例中,我们的目标是最小化交通路网中的拥堵和行程时间。
为了实现这个目标,我们可以将路网抽象为一个图,其中节点表示交叉口,边表示道路。
每条边的权重可以表示该道路的拥堵程度或行程时间。
我们的任务是找到一组最优的道路,使得整个路网的拥堵和行程时间最小。
接下来,我们需要定义遗传算法的基本操作。
首先是编码。
我们可以将每个个体(即一组道路)表示为一个二进制串,其中每个位代表一条道路的存在与否。
例如,如果第i位是1,表示第i条道路存在;如果是0,表示不存在。
然后是适应度函数的定义。
适应度函数用于评估每个个体的优劣程度,即交通路网的拥堵和行程时间。
适应度越高,个体越优秀。
最后是选择、交叉和变异操作的定义。
选择操作根据适应度函数的值选择优秀的个体,交叉操作模拟基因的交叉,变异操作模拟基因的变异。
在实际应用中,我们需要收集大量的交通数据来构建路网模型。
这些数据包括交叉口的流量、道路的拥堵情况和行程时间等。
然后,我们根据这些数据来设置适应度函数和编码方式。
适应度函数可以根据交通数据来计算拥堵程度和行程时间,编码方式可以根据道路的存在与否来表示。
接下来,我们使用遗传算法进行优化。
首先,我们随机生成一组初始个体,即一组随机的道路组合。
然后,根据适应度函数评估每个个体的优劣程度。
接着,我们根据适应度函数的值选择优秀的个体,并进行交叉和变异操作,生成新的个体。
重复这个过程多次,直到达到终止条件。
最后,我们选择适应度最好的个体作为最优解,即优化后的交通路网。
通过这个案例,我们可以看到遗传算法在交通路网优化中的应用潜力。
遗传算法优化在交通流量控制中的有效性评估引言:随着城市化进程的加速,交通拥堵现象日益严重,如何高效地控制交通流量,提升道路通行能力成为城市交通管理的重要课题。
遗传算法优化作为一种生物学启发的优化方法,近年来被广泛应用于交通流量控制中,并取得了一定的成效。
本文将围绕遗传算法在交通流量控制中的应用,对其在优化交通流量控制中的有效性进行评估。
一、遗传算法简介遗传算法是一种借鉴生物进化思想的优化算法,模拟生物的遗传、变异、选择等过程,在解决复杂问题中具有很强的优化能力。
遗传算法通过组合和演化问题的候选解来寻找问题的最优解。
二、遗传算法在交通流量控制中的应用1. 信号控制优化交通信号控制是交通流量控制的关键环节之一。
传统的信号控制方法主要基于固定的时空配时方案,局限于静态的交通状态,无法适应交通流量的变化。
而遗传算法通过不断优化信号配时方案,可以根据实时的交通流量情况,动态调整信号灯的配时,实现交通流量的最优化控制。
2. 车辆路径选择交通流量控制中,车辆路径选择直接影响道路通行能力。
传统的路径选择方法往往基于静态的网络状况,无法适应交通流量动态变化。
而遗传算法可以通过迭代优化,计算出最优的车辆路径,考虑到当前的交通流量和道路状况,减少拥堵,提高道路通行能力。
3. 交通流量预测交通流量预测是交通流量控制的前提和基础,准确的交通流量预测可以为交通管理者提供重要的决策依据。
传统的交通流量预测方法往往基于静态统计数据,无法反映实时的交通状态。
而遗传算法可以通过学习历史数据,建立模型并优化参数,提高交通流量预测的准确性和实时性。
三、遗传算法优化在交通流量控制中的有效性评估为了评估遗传算法优化在交通流量控制中的有效性,我们选取了某城市的道路网络作为实验对象,并采集了真实的交通流量数据。
首先,我们使用传统的信号控制方法进行实验,记录拥堵情况和车辆通行时间等指标。
然后,利用遗传算法优化信号配时方案,并进行实验评估。
通过对比两种方法的指标差异,可以评估遗传算法在交通流量控制中的有效性。
遗传算法在交叉口配时优化中的应用摘要:介绍了模糊控制、人工神经网络、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、多智能体等智能控制方法,详细分析了遗传算法的在交通控制领域的实际应用案例,更深入了解和掌握了交通智能算法的应用。
关键词:优化;相位;配时参数;遗传算法1 引言随着社会经济的发展,交通量急剧增长,交通拥堵加剧,交通事故频发,特别是在一些大城市,交通问题已成为制约城市经济发展的瓶颈[1]。
为此,人们提出建立智能交通系统(ITS)。
作为ITS的重要组成部分,交通管理系统(ATMS)在改善交通流秩序、提高交通安全性等方面发挥积极的作用。
其中,交通信号优化控制是保证城市交通安全、有序、畅通、快速、高效运行的重要途径。
当前,随着交通控制智能化的不断提高,智能控制方法在交通信号控制的重要性日益凸显。
按照控制原理的不同,传统的交通信号控制分为定时控制和感应控制。
定时控制按事先设定的配时方案运行,其配时的依据是交通量历史数据。
感应控制是某相位绿时根据车流量的变化而改变的一种控制方式,其中车流量可由安装在平面交叉口进口道上的车辆检测器测量。
这两种控制方法存在共同的局限性:以数学模型为基础。
由于城市交通系统中被控对象过程的非线性、较大的随机干扰、过程机理错综复杂以及现场车辆检测的误差,建立精确的数学模型非常困难,这就造成了算法本身就有一定的缺陷。
即使经过多次简化己建立的数学模型,它的求解还须简化计算才能完成。
所以传统的交通控制方法并不能有效地解决目前复杂的交通问题。
针对传统交通控制的固有缺陷和局限性,许多学者将模糊控制、神经网络、遗传算法、蚁群算法、多智能体技术等人工智能基础研究方法同常规交通控制方法结合应用。
2 交通优化智能算法2.1 模糊逻辑模糊逻辑是一种处理不确定性、非线性等问题的有力工具,与人类思维的某些特征相一致,故嵌入到推理技术中具有良好效果。
模糊逻辑不需要获取模型中的复杂关系,不需要建立精确的数学模型,是一种基于规则的智能控制方式,特别适用于具有较大随机性的城市交通控制系统。
第27卷第6期 计算机仿真 2010年6月 文章编号:1006—9348(2010)06—0305—04
基于自适应遗传算法的交通信号配时优化
田丰,边婷婷 (沈阳航空工业学院计算机学院,辽宁沈阳110136) 摘要:研究城市交通信号设置问题中对单交叉口多相位交通流建立了动态信号配时模型,以交叉口车辆平均延误最小为控 制目标,以相位绿灯时间和周期时长为控制变量,并运用自适应遗传算法对控制变量进行优化。根据实时交通流数据,通过 MATLAB平台进行仿真。结果表明,自适应遗传算法能够有效降低车辆平均延误,在优化过程中比简单遗传算法具有更好 的搜索能力和解质量,其良好的优化性能有助于优良配时方案的产生,同时也提高了交通分配模型的实用价值。 关键词:交通控制;自适应遗传算法;信号配时优化 中图分类号:U491.51 文献标识码:A
Traffic Signal Timing Optimization Based on Adaptive Genetic Algorithm
TIAN Feng,BIAN Ting—ting (College of Computer Science,Shenyang Institute of Aeronautical En ̄neering,Shenyang Liaoning 110136,China) ABSTRACT:A dynamic traffic signal timing model of muhiphase traffic flow is established for single intersection,in which the average vehicle delay is adopted as the control objective,the phase green times and cycle time as the con— trol variables.Adaptive genetic algorithm is used for optimizing the control variables.Large amounts of simulation with MATLAB are executed based on the real—·time traffic flow data of a practical intersection.The results show that adaptive genetic algorithm can effectively reduce the average vehicle delay,and compared with simple genetic algo- rithm,it has better search capability and solution quality.The good optimized performance is helpful to superior tim— ing plan production,and also improves the value of traffic signal timing mode1. KEYWORDS:Traffic control;Adaptive genetic algorithm;Signal timing optimization
1 引言 随着经济的发展和城市化水平的提高,城市交通问题日 益突出。对城市交叉路口交通实施合理优化控制,有利于缓 解日趋紧张的交通拥挤问题,提高交通效益。城市交通信号 控制的核心在于各相位绿信比的分配,而信号设置合理与否 直接影响运行效率,乃至整个路网功能的发挥。对于如何快 速、合理地获得最优控制方案,众多学者对此进行了广泛研 究,如黄金分割法、爬山法、网格搜索法等,同时也有不少学 者将人工智能理论用于配时优化研究中,如蚁群算法、遗传 算法、免疫算法…等。 遗传算法是一种基于自然选择和进化的搜索技术,广泛 应用于优化领域 。诸多实例证明遗传算法是一种高效的 全局寻优算法,但同时也暴露出一些不足,容易造成未成熟 收稿日期:2009—04—20修回日期:2009—05—04 收敛,且收敛速度易受参数的影响 。因此,为了提高遗传 算法在交通配时优化中的搜索能力,实现信号配时优化更加 合理化,本文将自适应遗传算法应用于交叉13信号配时优化 中进行研究。
2动态交通信号配时模型 交通信号控制的目的在于最大限度地提高交叉13的使 用效率,满足路13的交通需求。由于路况延误时问越长,路 段运行时间也越长,如需缩短路段运行时间,就必须缩短路 口的延误时间 ]。因此本文以实时采集的路上交通流数据 为基础,以交叉13各相位各进13道上的车辆平均延误最小为 优化目标,优化参数为信号周期时长及各个相位绿灯的时 间,通过确定信号周期最优化相位绿灯时间,使得控制周期 内路口的车辆平均延误最小。 每辆车在交叉口的平均延误d,根据Webster延误公 式 为: 305...—— d=特 + ㈩ 。一 一至 c (1-A i) 2: %2 —— —一
e≤t ≤c—l一10×。 4 ∑t =c—l
l=l c i ≤c≤c
(4)
e为每相位的最小绿灯时间(这里取最小绿时为10s),1 为交叉口总损失时间/s;c ; 和c一分别为最小周期和最大 周期。
3遗传算法的交通配时优化 采用自适应的遗传算法,对信号配时参数进行优化。在 遗传操作中的采用( +A)选择算子,增加种群的多样性;同 时引入自适应的交叉和变异概率。克服了传统遗传算法早 熟收敛的弊端,并提高了全局寻优能力。具体操作步骤 如下。 3.1染色体编码 为了提高算法的运行速度,本文算法采用实数的表示方 式。以每个相位绿灯时间为决策变量,染色体形式为t:< tl,t2t3,t >,其中,t‘(i=1,2,3,4)表示相位i的绿灯时间, 范围在[t , ~]。染色体采用实数编码,由于路口周期一 般不超过150s,因此每个基因座设定为3位,基因长度为3× 4=12位。如:t:<030028022020>,则第1—4相位的绿灯 时间依次为:30s,28s,22s,20s。为了避免产生无效基因,本 文在交叉和变异中,以基因座为单位进行操作。 3.2适应度函数 三为目标函数,选择适应度函数为: ,':』m—L m≥L (5) tO m<L m为一个足够大的正整数。 3.3遗传算子 选择算子,交叉算子和变异算子是遗传算法的三大基本 306...—— 遗传算子,这些参数的选择将直接影响算法的性能和搜索速 度,所以选择合适的遗传算子是算法能高效收敛到全局最优 解的关键所在。 3.3.1选择策略 针对传统简单遗传算法中使用赌轮选择容易造成超级 个体的影响,产生非成熟收敛 ,在自适应遗传算法中选择 了( +A)选择算子进行运算,增强种群的多样性。先复制 父代,将父代备份进行交叉和变异,然后在父代和得到的新 种群中选择适应度最好的个体组成新的父代。 3.3.2自适应交叉算子 交叉算子采用单点交叉。在遗传算法中,交叉概率过 大,新个体产生的速度就越快,然而遗传模式被破坏的可能 性越大,使得具有高适应度的个体结构很快就会被破坏;如 果过小,会使搜索过程缓慢,以至停滞不前。为此,交叉概率 选用自适应交叉概率 ,在保持群体多样性的同时,保证了 遗传算法的收敛能力,有效提高遗传算法的优化能力。 交叉概率公式如下: 一 :jprl一——7== 一 (6) 【P。。 ≥丘 P。 =0.9,P :0.6。f 是交叉的两个个体中适应度较大的 值.√n删 分别为当前种群的平均适应度和个体的最大适应 度。由公式可以看出,当, 较大时,P 较小,当, 较小时,P 较大,有利于保留种群中较好的个体。 3.3.3自适应变异算子 为防止非成熟收敛,在变异概率上选用自适应变异 概率 J: r (p l 一 二 !: 二 l一一l g ≥ (7) <l g P l=0.1,pm2:0.001。 变异算子采用非均匀变异,假设有一个体为X= 。, :… 若钆为变异点,取其值范围为[f ,£ ],在该点对 个体 进行均匀变异操作后,可得到一个新的个体X= 。, 其中变异点的新基因座的值是: △(g, 一k )ifrandom(0,1)~(8) L=《 6 J
L ^一△(g, 一# i )if random(0,1)=1
/t(g,Y)中Y代表 一 和机一£: a(g,Y)定义为: △(g,Y)=Y·(1一r‘ 。 ) (9) 式中,r为Eo,1]范围内符合均匀概率分布的一个随机数,G 是最大进化代数。 非均匀变异实现了在其初始运行阶段(最初g较小时) 进行均匀搜索,而在其后期运行阶段(g较接近于G时)搜索 范围逐渐减小,满足了初期大范围、后期小范围搜索的要求, 有利于收敛于全局最优值和提高搜索精度。 3.4停止条件 以stop=E(f)为终止条件,E(f)为种群的平均适应度, 即如果stop的值连续超过阀值次数不发生变化,则停止进 化。阀值一般为种群大小的1/3。为了防止迭代永无休止, 规定最大迭代次数。 3.5算法实现 1)在可行域内随机产生初始父代种群P(t),并将种群 中的个体采用实数编码。 2)计算个体的适应度,并判断是否符合终止条件,若符 合,输出最佳个体及其代表的最优解,用作实际路口绿灯控 制,并结束计算;否则转向第3)步。 3)复制父代。 4)以自适应交叉率进行单点交叉,生成新种群PC(t) 种群。 5)对PC(t)种群进行非均匀变异,采用自适应变异率, 生成种群PM(t)。 6)运用选择运算从P(t)、PM(t)中选择出新种群作为下 次遗传的父代P(t+1)。 4仿真实验 本文以4相位为例,各相位车流如图1。 第一相位 第二相位 ji L I L ]f ]1厂 第三相位 第四相位 图1相位车流图 实测了沈阳市某繁华交叉路口晚高峰时段各进El道的 车辆相关数据。见表1。 表1车辆相关数据 采用Matlab平台中的语言分别对自适应遗传算法和简 单遗传算法编写程序,对目标函数进行仿真计算。仿真过程 中的一些具体参数设置为:最大进化代数和初始种群大小为 分别为100和50,简单遗传算法的交叉率和变异率分别取为 0.9和0.O1,最大周期设为150s,周期损失时间为lOs。分别 利用简单遗传算法和自适应遗传算法对目标函数进行100 次优化计算,取100次优化计算中的最优解进行比较,优化 结果见表2。 表2算法优化结果对比
定时控制 遗传算法 自适应遗传算法 各相位绿时/s 5O,20,45,2O 3O,22,3O,3O 进化代数—— 69 平均延误/(s·veh )49.5489 18.7915 由表2可知,就控制效果而言,简单遗传算法和自适应 遗传算法在交叉路口信号配时优化控制效果明显优于传统 的定时控制效果。而基于自适应遗传算法优化效果又优于 简单遗传算法。简单遗传算法最优解为18.7915,需进化代 数为69,而自适应遗传算法最优解为17.6451,进化代数为 47。进化过程如图2。