基于Petri网的时间依赖网络中应急车辆信号优先控制及信号过渡策略研究

In order to reduce the time delay of emergency vehicles under unexpected events, Petri net theory will be adopted to study the signal preemption control method of emergency vehicles based on route on the time-dependent network as well as the problem of signal transition strategy after signal preemption. According to the detection time of emergency vehicles and the current phase of each intersection on the travelling route of emergency vehicles, a valid time range of green light at each intersection will be given in theory. A signal preemption control model for emergency vehicle will be established, and an intelligent optimization algorithm will be adopted to obtain real time signal preemption control strategy. Considering some complex conditions such as background vehicles moving with different travelling speed or some vehicles entering the system accidentally, the modular method of Petri net will be adopted to establish a model and better signal preemption control strategy can be obtained by combing this model with modern optimization algorithms. To ensure the safe and effective operation of traffic flow at intersections after sigal preemption, the priority of each phase will be calculated to decide the first green phase after signal preemption. Taking into account the emergency vehicle volume rate and the vehicle queen length, the real green time of the first green phase will be given by fuzzy Petri net and fuzzy control theory. Finally, the basic rule between signal preemption and signal transiton will be studied, and a more perfect signal control theory under unexpected events will be presented so as to promote the innovation of signal control method in emergency management.

为减少突发事件下的应急车辆延误，采用Petri网理论研究时间依赖网络中基于路线的应急车辆信号优先控制方法及优先结束后的信号过渡策略。根据检测到应急车辆的时间及行驶路线上各个交叉口所在相位，在理论上确定各个交叉口为应急车辆开放绿灯的有效时间范围，建立时间依赖条件下基于路线的应急车辆信号优先控制模型，利用智能优化算法得到实时信号优先控制策略；考虑背景车辆以不同速度运行、有车辆意外进入系统等复杂情况，利用Petri网的模块化方法建模，结合现代优化算法得到最佳信号优先控制策略；为保证信号优先结束后交通流在交叉口的安全有效运行，通过计算各相位的优先权确定优先结束后转入的第一个相位，根据应急车流量比及排队长度，利用模糊Petri网及模糊控制理论得到绿灯相位的实际执行绿灯时间；探讨应急车辆信号优先转入和信号过渡之间的基本规律，建立较完善的突发事件下应急车辆信号控制理论，推动应急管理中信号控制方法的革新。

当突发事件发生时，疏散是一项重要措施，采取信号优先策略减少疏散时间是减少突发事件负面影响的关键，深入研究疏散中应急车辆信号优先控制和信号过渡策略具有重要价值。采用Petri网理论和智能优化理论研究了时间依赖网络中基于路线的应急车辆信号优先控制方法及信号优先结束后的最佳信号过渡策略问题，具体包括:（1）基于时延Petri网研究了应急车辆信号优先控制问题，建立由交通流模型、交通信号显示与相位转换模型及交通信号转换控制模型组成的城市交通网络模型，设计由监测子系统、相位时间确定子系统和相位转换控制子系统组成的信号优先控制系统，对复杂情况如背景车辆以不同速度运行、有车辆意外进入等利用Petri网模块化方法进行建模。给出了应急车辆在路段上行驶速度的计算方法及各个相位实际绿灯时间的确定方法，通过仿真计算验证了信号抢占控制策略的正确性和所提出方法的有效性。（2）研究了基于路线的应急车辆信号优先控制方法，首先根据检测到应急车辆的时间及路线上各个交叉口所在相位，得出交叉口最早和最迟绿灯启亮时间的计算方法，在理论上确定各个交叉口为应急车辆开放绿灯的有效时间范围，然后建立时间依赖条件下信号优先控制多目标优化模型，设计了粒子群算法求解得到实时信号优先控制策略。仿真结果表明，基于路线的信号优先控制策略减小了应急车辆的延误，增加了通过整个系统的车辆数。（3）研究了应急车辆信号优先结束后过渡到正常信号的最佳策略问题，考虑到效率和公平性，选择过渡期间单位时间内车辆通过数最大和过渡后最大、最小队长之间的差值最小为优化目标，建立多目标优化模型，并设计了一种独特的非支配排序遗传算法求解模型。对建立的模型和设计的算法进行了验证，并对控制效果进行了分析。仿真结果表明，采用该模型得到的控制策略使过渡期内单位时间通过的车辆数增加，且使不同方向的车辆长度差明显减小。同时给出了针对不同目标增加不同信号周期个数的建议。