城市道路交通系统的混杂Petri网方法.pdfVIP

第35卷增刊 中国科学技术大学学报 V01．35 Supp． 20 UNIVERSITY 0 JOIJRNALOF OYSCIENCEANDTECffNOLOGY 5年l1月 OFCItINA Nov．2005 文章编号：0253-2778(2005)增一0239—06 城市道路交通系统的混杂Petri网方法+ 卢燕俊，戴华平 (浙江大学工业控制技术国家重点实验室．现代控制工程研究所，浙扛杭州310027) 摘要：城市交通系统可以用Petri网的方法建模为一个混杂网络．在这个混杂模型 中，车流动态特性用连续时间子模型描述，信号灯动态特性用离散事件子模型描述． 文中给出了城市交通系统的单个交叉口的混杂Petri网模型．城市交通控制的主要 问题是交叉口队列长度和车辆延迟时间的最小化，论文在给出的混杂Petri网模型 的基础上，主要从宏观角度解决单个交叉1：2的控制问题．可以看出，混杂建模方法可 以充分体现城市交通系统的混杂性． 关键词：交通建模；单个交叉口；信号控制；Petri网；混杂Petri网 中图分类号：U491．2+62文献标识码：A 0引言 城市交通系统的建模是最近几十年的研究热点之一．实际上，城市交通网络可以看作是 一个复杂的大规模系统，针对系统的某些特性运用特殊的模型和控制方法．用于城市交通控 制的最常用方法是交通信号控制．为实现信号最优配时，控制方法通常包括改变绿灯时问或 改变周期长度，并根据交通的时变特性，通过交叉口的信号控制达到控制车流的目的．目前， 已出现很多通过交叉口的信号控制来控制城市交通的模型和方法，并已得到应用．城市交通 控制的目标是减少拥塞、车辆延迟时闯、能源消耗和污染，这就要求交通信号的合理分配．为 此，分析综合交通系统的适当模型极其重要． 交通模型是用来给出描述交通流状态变量随时问和空间的变化、分布规律与交通控制 变量之间的关系等的交通参数方程o]．交通模型也是交通控制系统设计、分析、运行的工具． 城市交通流包括车流和单个车辆，前者的运动规律如流量、密度和速度的变化过程可以用宏 观模型来描述，而后者的运动规律可以用微观模型来描述，因此，可以把一个城市交通网络 看作由宏观和微观两个部分组成的一个混杂系统口]． Petri网(petrinet，PN)是离散事件系统建模的有效方法．PN还具有特殊的结构性质， 并提供了图形可视化和性能分析的可能性，是设计、分析和控制的有力工具．近来的许多城 市交通理论都是基于PN提出的[““．一方面，可以从宏观角度即用连续Petri网模型 *基金项目：国家自然科学基金资助项目． 作者简介：卢燕俊·女·1981年生，硕士研究生．研究方向t离散事件动态系统．E-mail：yjlu@iipc．司u．edu．crt 戴华平，男，1969年生，博士／副教授．研究方向；cMs，cⅡ-S，混和动态系统等． E-mall zhpdai@iipc．zju．edu∞ 240 中国科学技木大学学报 第35巷 叉口信号的离散动态刚．城市交通网络包括连续和离散这两个部分．因此，出现了交通网络 的混杂Petri网模型(HPN)嘲．基于混杂建模的思想还出现了一种模块化建模方法嘲等．各 种交通模型的特点比较见文献[7]．论文将在混杂Petri网模型的基础上，分别从宏观和微 观的角度研究HPN中单个交叉口网络的动态变化，给出了宏观方法的详细分析，并通过实 例进行了说明． 1混杂Petri网基础 基本的Petri网是通过两个不相交的有限集定义的蜘：位置(图中用单圆圈或双圆圈表 示，单圆圈表示离散位置，双圆圈表示连续位置)和变 迁(用黑线段或方框表