第3期 张立东，等：公交优先模糊控制算法研究 *61 表1模糊控制规则表 时；表示第1个相位，第j个方向，第k个车道的 Table 1 Fuzzy control rule base 当前周期的车辆到达率，则一个周期内第1个相位， 时刻偏移量 第j个方向，第k个车道到达的车辆数为 排队长度 Sn =kti. VS M B VB 假设在绿灯期间内，放行车辆在第1个相位，第 VS VS M L VL j个方向，第k个车道驶离路口的离开率为uk,则 s VS M L VL 一个周期内第1个相位，第j个方向，第k个车道可 M VS M M L L VS ML 能驶离路口的车辆数为 VL VS VS VS s M Sro =uykti. 注：各字母含义见1.3.2 设S(0表示第i个周期，第i个相位，第j个 方向，第k个车道滞留的车辆数，则： 从而得到所有模糊关系对应的规则集为 s0=s+[时 R=UURi 1=1=1 式中 1.3.5解模糊（或模糊判决） 采用重心法进行解模糊，公式如下： =∑w力·w ∑共w 1若s+,2习 ≥k1. 式中：表示代数和，w,和(")分别表示各对称 1=1,2,3,4j=1,2,3,4;k=1,2,3 隶属函数的质心和隶属度值.1=1,2,3,4,5 故在第1个周期末，路口总的滞留车辆数可表示为 1.3.6建立模糊查询表 Sr=】 ∑P(D 利用Matlab中的FuzzyLogic Toolbox,在FIS 2.2改进的延误模型 编辑器中实现输入变量、输出变量及模糊规则的编 公交优先既是指公交车辆具有优先通行权，也 辑，建立如下输出查询表2 指公交乘客具有优先通行权，根据此理念，采用延误 表2模糊输出查询表 人数作为比较对象。 Table 2 Fuzzy output query Dtoatal =Sr XCman +Sf XBuSmn. 时刻偏移量 式中：Doa是总延误人数，Cmn是社会车辆平均载人 排队长度 0,12,34,5,67,8 9,10 数：Sr是社会车辆延误数，S:是公交车延误数 1)2)3)4)5) BuSman2是公交车平均载人数 0,1 A 0.752.557.59.25 2,3 0.752.557.59.25 3仿真实例 4,5,6 0 0.752.5557.5 以济南市经十路与舜耕路实际路口为研究对 7,8 D 0.752.52.55 7.5 9,10 E 0.750.750.752.55 象，路口拓扑图如图1所示.作如下设定 A~E代表5种比较情形，1)~5)为每种情形时刻偏移 1)1辆标准公交的最大误点时间为Qx= 量代码。 15s,得k=10115=1/1.5; 2)标准社会车辆最大允许排队长度Qmx= 根据相应的输入，模糊化后查上表2，则得到精 180m,得=10/180=1/18； 确控制值，该值与比例因子进行相乘后可作为控制 3)标准社会车辆长度（考虑平均车头间距）为 器的输出 6m,平均每车载人3人；标准公交车平均载客30 Tm=NT(ga+kXg`+0.5),(注：NT为 人 取整操作) 4)路口信号灯最大延时为Tmax=10s,得：= 2延误算法 10/10=1； 5)定时优先控制策略情况下，绿灯固定延时为 2.1基本延误计算法 6s. 设(i=1,2,3,4)为交叉路口各个相位的配 为了集中说明问题，简化问题，作如下假定：一 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net表 1 模糊控制规则表 Table 1 Fuzzy control rule base 排队长度 时刻偏移量 VS S M B VB VS VS S M L VL S VS S M L VL M VS S M M L L VS S S ML VL VS VS VS S M 注 :各字母含义见 1. 3. 2 从而得到所有模糊关系对应的规则集为 R = ∪ 5 j = 1 ∪ 5 i =1 Rij . 1. 3. 5 解模糊(或模糊判决) 采用重心法进行解模糊 ,公式如下 : z 3 = ∑μ„c i (W j) ·wj ∑μ„c i ( wj) . 式中 : ∑表示代数和 , wj 和μ„c j ( wj) 分别表示各对称 隶属函数的质心和隶属度值. i = 1 ,2 ,3 ,4 ,5. 1. 3. 6 建立模糊查询表 利用 Matlab 中的 FuzzyLogic Toolbox ,在 FIS 编辑器中实现输入变量、输出变量及模糊规则的编 辑 ,建立如下输出查询表 2. 表 2 模糊输出查询表 Table 2 Fuzzy output query 排队长度 时刻偏移量 0 ,1 1) 2 ,3 2) 4 ,5 ,6 3) 7 ,8 4) 9 ,10 5) 0 ,1 A 0. 75 2. 5 5 7. 5 9. 25 2 ,3 B 0. 75 2. 5 5 7. 5 9. 25 4 ,5 ,6 C 0. 75 2. 5 5 5 7. 5 7 ,8 D 0. 75 2. 5 2. 5 5 7. 5 9 ,10 E 0. 75 0. 75 0. 75 2. 5 5 A～E 代表 5 种比较情形 ,1) ～5) 为每种情形时刻偏移 量代码. 根据相应的输入 ,模糊化后查上表 2 ,则得到精 确控制值 ,该值与比例因子进行相乘后可作为控制 器的输出. Tereal = IN T( greal + K3 ×g 3 + 0. 5) . (注 :IN T 为 取整操作) 2 延误算法 2. 1 基本延误计算法 设 ti ( i = 1 , 2 , 3 , 4) 为交叉路口各个相位的配 时;λij k表示第 i 个相位 ,第 j 个方向 ,第 k 个车道的 当前周期的车辆到达率 ,则一个周期内第 i 个相位 , 第 j 个方向 ,第 k 个车道到达的车辆数为 S TI =λij k ti . 假设在绿灯期间内 ,放行车辆在第 i 个相位 ,第 j 个方向 ,第 k 个车道驶离路口的离开率为 uij k ,则 一个周期内第 i 个相位 ,第 j 个方向 ,第 k 个车道可 能驶离路口的车辆数为 S TO = uij k ti . 设 S ij k ( l) 表示第 i 个周期 ,第 i 个相位 ,第 j 个 方向 ,第 k 个车道滞留的车辆数 ,则 : Sij k ( l) = z Sij k ( l - 1) +λij k ∑ i i = 1 ti - uij k ti . 式中 : z = 0 ,若 Sij k ( l - 1) +λij k ∑ i i =1 ti < uij k ti , 1. 若 Sij k ( l - 1) +λij k ∑ i i =1 ti ≥uij k ti . i = 1 ,2 ,3 ,4 ; j = 1 ,2 ,3 ,4 ; k = 1 ,2 ,3. 故在第 l 个周期末 ,路口总的滞留车辆数可表示为 S T = ∑i ∑ j ∑k S ij k ( T) . 2. 2 改进的延误模型 公交优先既是指公交车辆具有优先通行权 ,也 指公交乘客具有优先通行权 ,根据此理念 ,采用延误 人数作为比较对象. Dtoatal = S T ×Cman + S′T ×Busman . 式中 : Dtotal是总延误人数 , Cman是社会车辆平均载人 数; S T 是社会车辆延误数 , S′T 是公交车延误数 , Busman是公交车平均载人数. 3 仿真实例 以济南市经十路与舜耕路实际路口为研究对 象 ,路口拓扑图如图 1 所示. 作如下设定 : 1) 1 辆标准公交的最大误点时间为 Qrmax = 15 s ,得 k1 = 10/ 15 = 1/ 1. 5 ; 2) 标准社会车辆最大允许排队长度 Qvmax = 180 m ,得 k2 = 10/ 180 = 1/ 18 ; 3) 标准社会车辆长度 (考虑平均车头间距) 为 6 m ,平均每车载人 3 人 ;标准公交车平均载客 30 人 ; 4) 路口信号灯最大延时为 Temax = 10 s ,得 k3 = 10/ 10 = 1 ; 5) 定时优先控制策略情况下 ,绿灯固定延时为 6 s. 为了集中说明问题 ,简化问题 ,作如下假定 :一 第 3 期 张立东 ,等 :公交优先模糊控制算法研究 ·61 ·