面向交通控制的实时在线仿真参数标定

第３ ９ 卷第 ６ 期 ２ ０ １ １年６月
同 济 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｔ Ｏ Ｎ Ｇ Ｊ Ｉ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ Ａ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ）
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ９ Ｎ ｏ ． ６ ｕ ｎ ． ２ ０ １ １ Ｊ
速度与位置信息 ， 并以信号的形式 发 送 至 仿 真 中 ， 利 用Ｖ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ 仿真软件的 Ｃ ＯＭ 接口在仿真中相同位置 产生一辆车型 、 速度完全一致的车 辆 ， 作为仿真的动 态输入模型 ．
对微 观 仿 真 模 型 进 行 了 参 数 标 定
定
上述方法 用 于 面 向 交 通 控 制 的 在 线 仿 真 参 数 ． 标定时面临以下问题和挑战 ：
６］ 的基于通行能力的指标 ［ 孙剑等利用 Ｖ ． ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ 软件
收稿日期 ： ２ ０ １ ０－０ ３－２ ３ 基金项目 ： 国家自然科学基金资助项目 （ ） ６ ０ ９ ７ ４ ０ ９ ３， ５ ０ ９ ０ ８ １ ７ ４ 第一作者 ： 吴 伟（ ， 男， 博士生 ， 主要研究方向为交通系统仿真与交通控制 ． ： ＿ １ ９ ８ ７—） Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ２ ０ １ ８ ０ ４ ｗ ｕ ｗ ｅ ｉ ｔ ｏ ｎ ｉ ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ ＠ ｇ ｊ
９］ 程中的离散情况是其另一个主要的影响因素 ［ ．
车队离 散 情 况 主 要 受 道 路 线 型 等 多 方 面 的 影 响， 最后在驾驶人的驾驶行为特性 上 体 现 ， 由于驾驶 人行为参数的不同 ， 车队的离散会 呈 现 很 大 的 差 异 ， 如图 １ 所示 ． 故本文通过粒子群算法 （ ｓ ｗ ａ ｒ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｐ ， 以及 Ｖ 以驾 驶 行 ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ Ｓ Ｏ） ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ 仿真软件 ， ｐ 车队离散程 度 作 为 拟 合 指 标 ， 为特性作为标定对象 ， 建立了面向交通控制的实时在线仿真 ．
１ ２ ， ＷＵ Ｗ ｅ ｉ Ｓ Ｈ Ｉ Ｂ ａ ｉ ｉ ｎ Ｉ Ｅ Ｊ ｕ ｎ１ ｙ ｇ ，Ｘ
（ ，Ｔ ， １．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ ｆ ｒ ａ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｏ ｎ ｉ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ Ｔ Ｅ Ｕ ｇ ｐ ｇ ｇ ｇ ｊ ｙ ；２． ，Ｓ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ ２ ０ １ ８ ０ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ ｇ ｇ ｇ ， ’ ） Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ ０ ６ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｙ
文章编号 ： ） ０ ２ ５ ３ ３ ７ ４ Ｘ（ ２ ０ １ １ ０ ６ ０ ８ ４ ２ ０ ６ － － －
： ／ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ ３ ７ ４ ｘ ． ２ ０ １ １． ０ ６． ０ １ ０ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３ － ｊ
面向交通控制的实时在线仿真参数标定源自文库
［ ８］
）在 实 时 在 线 仿 真 中 ， 对参数标定的实时性 （ １ 要求 较 高 ， 即要求用于求解最优参数的算法较快收 敛， 势必对收敛较慢的遗传算法等 造 成 较 大 考 验 ． 而 收敛较快的粒子群算法可以弥补其缺陷 ． （ ）采 用 的 拟 合 指 标 如 延 误 ， 交通量以及速 ２ 度 — 流量关系图等很难满足交叉 口 实 时 交 通 控 制 的 需求 ． 在实时的交通控制系统中 ， 应考虑更细粒度的 交通参数 ， 需对实时排队长度进行 预 测 ， 而实时的排 队长 度 除 受 上 流 流 入 的 流 量 影 响 外 ， 车队在行驶过
：Ａ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｌ ｏ ｆ ｏ ｒ ｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｕ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍ ｅ ｔ ｒ ａ ｆ ｆ ｉ ｃ － ｇ ｙ ｇ ｐ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ａ ｔ ｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ａ ｓ ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｏ ｔ ｉ ｍ ｕ ｍ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｇ ｐ ｐ ｐ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｍ ｉ ｎ ｉ ｍ ｉ ｚ ｉ ｎ ｐ ｙ ｇ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｌ ａ ｔ ｏ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ ｐ ｒ ａ ｈ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｌ ｏ ｗ ａ ｓ ａ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｇ ｐ ｇ ｙ ｐ ｐ Ｃ ａ ｏ ａ ｎ Ｒ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｊ ｉ ａ ｓ ｏ ｎ Ｒ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ Ｊ ｉ ａ ｄ ｉ ｎ Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｏ ｆ ｇ ｇ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ ｗ ａ ｒ ｍ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ Ｐ Ｓ Ｏ） ． ｂ ｓ ｏ ｇ ｙ ｇ ｐ ｕ ｐ Ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｌ ｏ ｃ ａ ｎ ｗ ｏ ｒ ｋ ｏ ｕ ｔ ｐ ｇ ｙ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｏ ｎ ｌ １ １ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｍ ａ ｋ ｅ ｉ ｔ ｓ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ａ ｙ ｙ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ２％．Ｔ ｈ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｌ ｏ ｔ ｏ ｂ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｇ ｙ ｐ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｓ ｏ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｉ ｎ ｐ ｇ ｐ ｇ ｔ ｒ ａ ｆ ｆ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ａ ｔ ｓ ｉ ｎ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ． ｇ ：ｔ ；ｒ ；ｐ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｒ ａ ｆ ｆ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ － ｙ ； ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｔ ｏ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ａ ｒ ｍ ｐ ｐ ｐ
］ ４－８ 标定 问 题 ， 国 内 外 学 者 展 开 了 大 量 的 研 究［ ．
Ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍ ｅ ｒ ａ ｆ ｆ ｉ ｃ Ｃ ｉ Ｒ － Ｔ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
第６期
吴 伟， 等： 面向交通控制的实时在线仿真参数标定
８ ４ ３
与模拟退火算法 ， 针对小型路网 ， 采用交通量等指标 乔晋利用 ． 采用相对速度等指标 Ｖ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ 软件与最小 二 乘 法 等 ， 对微 观 仿 真 模 型 中 的 反 应 时 间 等 参 数 进 行 了 标
［ ７］
针对 Ｆ ｌ ａ ｖ ｉ ｏ Ｃ ｕ ｎ ｔ ｏ 等利用 Ｖ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ 软 件 与 遗 传 算 法， 信号 交 叉 口 ， 采用冲突区域车辆数等作为拟合指标 对微 观 仿 真 模 型 的 安 全 性 能 进 行 了 标 定 与 验 证 ， 发
４］ 现其算法可行并具有较高效率 ［ ． Ｔ Ｖ Ｍ ａ ｔ ｈ ｅ ｗ 等针
提高交通流 为 了 对 交 通 流 进 行 实 时 在 线 控 制 ， ］ １－３ 的运行状况 ， 学者 们 建 立 了 大 量 的 模 型 与 算 法 ［ ， 并研究出众多的控制系统 ， 如澳大利亚的 Ｓ Ｃ ＡＴ Ｓ系 统、 英国的 Ｓ 意大利的 Ｓ ／ Ｃ ＯＯ Ｔ 系统 、 Ｐ Ｏ Ｔ ＵＴ Ｏ Ｐ Ｉ Ａ 系统 等 ． 但这些模型与算法针对不同地区的交叉口 是否适用 ， 是否有优化的空间 ， 新的 控 制 模 型 的 建 立 是否 比 已 有 的 模 型 更 具 优 势 ， 都需要在交通系统中 进行实验 ． 可考虑到安全等因素 ， 实地交通系统中的 从 控制 方 案 必 须 是 成 熟 的 而 且 不 能 轻 易 进 行 实 验 ， 而使得建立面向交通控制的实时在线 仿 真 成 为 了 迫 切需 求 ． 通过建立与实地交通系统相一致的在线仿 真， 在仿真中检验模型与算法的可 行 性 ， 进行优化并 逐步 完 善 ， 最后形成成熟的控制模型供实地交通系 统使用 ． 在各仿真软 件 中 ， 模型的参数根据当地驾驶人 的行为特性 进 行 取 值 ， 并 不 具 备 普 适 性． 因 此， 为了 保证 利 用 仿 真 软 件 建 立 的 仿 真 模 型 的 有 效 性 ， 需要 根据 研 究 目 的 ， 以研究区段当地的驾驶行为特性对 近年来 ， 针对交 通 仿 真 中 的 参 数 模型参数进行标定 ．
吴 伟１， 时柏营２， 谢 军１
（ 同济大学 交通运输工程学院 ， 上海 ２ 山东大学 土建与水利学院 ， 山东 济南 ２ ） １． ０ １ ８ ０ ４； ２． ５ ０ ０ ６ １
摘要 ：提出了在信号交叉口建立面向交通控制的实时在线 微 观仿真及仿真模型标定的方法 ． 采用车队离散图示作为拟合 通过不断调整待标定参数 使 仿 真 与 实 地 中 车 队 离 散 的 指标 ， 差异值减少至合 理 的 误 差 范 围 ． 利 用 粒 子 群 算 法， 以上海市 嘉定区的曹安路嘉松北路交叉 口 为 研 究 对 象 进 行 实 地 验 证 ， 结果表明 ， 该方法仅通过 １ １ 次迭代便求解出 误 差 在 ２％ 以 内 的参数解 ， 证明该方法可行及有 效 并 为 信 号 交 叉 口 交 通 控 制 模型的研发或优劣的检验提供了基础条件 ． 关键词 ：交通控制 ；实时在线仿真 ；粒子群算法 ；车队离散 中图分类号 ： Ｕ４ ９ １． １ ３ 文献标识码 ： Ａ
对信号控制 交 叉 口 处 存 在 混 合 交 通 流 的 实 际 情 况 ， 利用 Ｖ 采用延误作为拟合指 ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ 软件与遗传算 法 ，
５］ 标对微观仿真模型的参数进行 了 标 定 ［ ． Ｓ Ｍ ｅ ｎ ｎ ｅ ｎ ｉ
等利 用 Ｖ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ 软件与进化算法 （ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｙ ） ， 针对 高 速 公 路 ， 采 用 速 度 — 流 量 关 系 图 ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｇ 作为 拟 合 指 标 对 微 观 仿 真 模 型 进 行 了 标 定 ． 结果表 明采用速度 — 流量关系图作为拟 合 指 标 要 优 于 传 统