十字路口信號(hào)和車(chē)輛軌跡協(xié)同優(yōu)化論文.docx 免費(fèi)下載
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十字路口交通信號(hào)和車(chē)輛軌跡協(xié)同優(yōu)化主要方案帶有信號(hào)燈的十字路口是城市交通環(huán)境中常見(jiàn)的一種場(chǎng)景,而十字路口很容易產(chǎn)生大面積的車(chē)輛擁堵。十字路口常用的定時(shí)信號(hào)控制方法在一方面會(huì)引起大量車(chē)輛的停車(chē)等待造成延誤,另一方面,車(chē)輛因?yàn)榧t燈造成的頻繁啟停和怠速停車(chē),會(huì)帶來(lái)額外的燃油消耗。智能交通以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展為解決十字路口的擁堵問(wèn)題帶來(lái)了新的方法。
本文針對(duì)十字路口處的交通環(huán)境,提出了信號(hào)燈的配時(shí)和車(chē)輛軌跡協(xié)同系統(tǒng)優(yōu)化方法以及車(chē)道上的隊(duì)列劃分方法,可以對(duì)路口前的大量輸入車(chē)流展開(kāi)優(yōu)化。首先,
本文研判了十字路口信號(hào)燈相位的應(yīng)用情況,基于對(duì)相位的分析,利用MATLAB對(duì)交通仿真平臺(tái)VISSIM展開(kāi)了二次開(kāi)發(fā),搭建了信號(hào)配時(shí)和車(chē)輛軌跡協(xié)同優(yōu)化的仿真環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了外部掌控范式與仿真環(huán)境的數(shù)據(jù)交互。之后以動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想為基礎(chǔ),
本文提出了以路網(wǎng)中車(chē)輛總體延誤值最小為優(yōu)化目標(biāo)的路口兩相位信號(hào)燈配時(shí)的優(yōu)化方法,并將優(yōu)化算法實(shí)踐到仿真環(huán)境中,將優(yōu)化后的配時(shí)作為車(chē)輛軌跡優(yōu)化的基礎(chǔ)。其次,
本文建立了車(chē)輛在單車(chē)道上行駛時(shí)的縱向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,以?xún)?yōu)化時(shí)刻車(chē)輛到路口的距離和優(yōu)化信號(hào)配時(shí)作為約束,使車(chē)輛在綠燈開(kāi)始時(shí)到達(dá)十字路口,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙通行,在此過(guò)程中,把時(shí)間約束內(nèi)的加速度時(shí)長(zhǎng)取得極小值作為優(yōu)化目標(biāo),以此來(lái)達(dá)到優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性的目的,使用最優(yōu)掌控中的燃油最優(yōu)控制原理對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解,得到了針對(duì)不同初始狀態(tài)車(chē)輛的控制策略。同時(shí),考慮到十字路口環(huán)境中車(chē)流量較大的特征,
本文提出了車(chē)道上車(chē)輛隊(duì)列的劃分方法,將車(chē)輛隊(duì)列劃分為領(lǐng)頭車(chē)和跟隨車(chē)的模式,隊(duì)列中領(lǐng)頭車(chē)通過(guò)燃油最優(yōu)掌控原理優(yōu)化軌跡,跟隨車(chē)輛按照跟馳范式中的約束跟隨前車(chē)行駛,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列的可控。最后,對(duì)協(xié)同優(yōu)化方法進(jìn)行了仿真,分析比較了優(yōu)化前后的總體延誤值,并通過(guò)燃油瞬時(shí)消耗模型對(duì)仿真過(guò)程中的燃油消耗進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明了協(xié)同優(yōu)化方法的有效性。在驗(yàn)證環(huán)節(jié),利用STM32單片機(jī)搭建了智能小車(chē)隊(duì)列,用以驗(yàn)證文中隊(duì)列模型在多車(chē)協(xié)同控制環(huán)境中的運(yùn)行效果,將小車(chē)隊(duì)列行駛過(guò)程中采集到的素材擬合之后,對(duì)小車(chē)運(yùn)行效果展開(kāi)了研判。?簡(jiǎn)介:擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)搜集與處理、建模仿真、程序設(shè)計(jì)、仿真代碼、論文寫(xiě)作與指導(dǎo),畢業(yè)論文、期刊論文經(jīng)驗(yàn)交流。
?具體問(wèn)題可以聯(lián)系QQ或者微信:30040983。仿真代碼importnumpyasnp
importrandom
fromcollectionsimportdeque
classTrafficSystem_30:
def__init__(self):
self.data=[]
self.parameters={}
self.state='initialized'
self.metrics={}
defprocess_data(self,inputs):
processed=[]
foritemininputs:
value=item*random.uniform(0.8,1.2)
processed.append(max(0,value))
returnprocessed
defcalculate_metrics(self):
ifnotself.data:
return{}
values=np.array(self.data)
return{
'mean':np.mean(values),
'std':np.std(values),
'min':np.min(values),
'max':np.max(values),
'median':np.median(values)
}
defoptimize(self,objective='efficiency'):
best_value=0
best_params={}
foriterationinrange(100):
param_a=random.uniform(10,100)
param_b=random.uniform(0.1,1.0)
score=param_a*param_b+random.gauss(0,5)
ifscore>best_value:
best_value=score
best_params={'param_a':param_a,'param_b':param_b}
self.parameters=best_params
returnbest_params,best_value
defsimulation_function_30(duration=1000,seed=42):
np.random.seed(seed)
results=[]
fortinrange(duration):
arrival_rate=500+300*np.sin(2*np.pi*t/duration)
service_rate=np.random.normal(600,50)
ifarrival_rate<service_rate:
delay=(duration-t)/(2*duration)
else:
delay=(arrival_rate-service_rate)/arrival_rate
results.append({
'time':t,
'arrivals':arrival_rate,
'service':service_rate,
'delay':delay
})
returnresults
defoptimization_algorithm_30(data,iterations=200):
population_size=50
population=[]
for_inrange(population_size):
individual={
'x':random.uniform(0,100),
'y':random.uniform(0,100),
'z':random.uniform(0,100)
}
population.append(individual)
forgeninrange(iterations):
fitness_scores=[]
forindinpopulation:
fitness=-(ind['x']-50)**2-(ind['y']-50)**2-(ind['z']-50)**2
fitness_scores.append(fitness)
best_idx=np.argmax(fitness_scores)
best_individual=population[best_idx]
new_population=[best_individual]
for_inrange(population_size-1):
parent1=population[random.randint(0,population_size-1)]
parent2=population[random.randint(0,population_size-1)]
child={
'x':(parent1['x']+parent2['x'])/2+random.gauss(0,5),
'y':(parent1['y']+parent2['y'])/2+random.gauss(0,5),
'z':(parent1['z']+parent2['z'])/2+random.gauss(0,5)
}
new_population.append(child)
population=new_population
returnbest_individual,max(fitness_scores)
defpredictive_model_30(historical_data,horizon=10):
iflen(historical_data)<10:
return[0]*horizon
recent=historical_data[-20:]
trend=(recent[-1]-recent[0])/len(recent)
predictions=[]
last_value=historical_data[-1]
forhinrange(horizon):
predicted=last_value+trend*(h+1)
noise=random.gauss(0,abs(predicted)*0.1)
predictions.append(max(0,predicted+noise))
returnpredictions
defcontrol_strategy_30(state,parameters):
ifstate['congestion_level']>0.7:
action='increase_capacity'
control_value=parameters.get('max_control',100)
elifstate['congestion_level']>0.4:
action='moderate_control'
control_value=parameters.get('moderate_control',60)
else:
action='maintain'
control_value=parameters.get('min_control',30)
return{
'action':action,
'value':control_value,
'expected_improvement':random.uniform(5,20)
}
defperformance_evaluation_30(strategy_results):
total_delay=sum(r.get('delay',0)forrinstrategy_results)
total_throughput=sum(r.get('throughput',0)forrinstrategy_results)
avg_speed=np.mean([r.get('speed',50)forrinstrategy_results])
efficiency_score=total_throughput/(total_delay+1)*100
return{
'total_delay':total_delay,
'total_throughput':total_throughput,
'average_speed':avg_speed,
'efficiency_score':efficiency_score
}
defdata_preprocessing_30(raw_data):
cleaned=[]
foriteminraw_data:
ifitemisNoneoritem<0:
continue
iflen(cleaned)>0:
ifabs(item-cleaned[-1])>cleaned[-1]*2:
item=cleaned[-1]
cleaned.append(item)
iflen(cleaned)>5:
window_size=5
smoothed=[]
foriinrange(len(cleaned)):
start=max(0,i-window_size//2)
end=min(len(cleaned),i+window_size//2+1)
window=cleaned[start:end]
smoothed.append(np.mean(window))
returnsmoothed
returncleaned
defmain():
system=TrafficSystem_30()
input_data=np.random.randint(100,1000,50)
processed=cess_data(input_data)
system.data=processed
metrics=system.calculate_metrics()
print(f"System
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