基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统，包括：流量数据采集系统、信号机控制子系统、中心优化控制子系统、中心调度控制子系统；所述流量数据采集系统实时采集交叉口各进口道协调方向交通流量数据，通过信号机控制子系统发送至所述中心优化控制子系统，中心优化控制子系统根据实时传输的交通流量数据，动态生成干线绿波协调控制方案，通过中心调度控制子系统下发至信号机控制子系统执行。本发明专利技术还相应提出了一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制方法。本发明专利技术能够大幅提高协调干线的智能化控制水平，对城市道路交通畅通起到积极作用。

Dynamic Green Wave Signal Control System and Method of Urban Transportation Trunk Line Based on Real-time Traffic Flow Data

【技术实现步骤摘要】
基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统及方法
本专利技术涉及交通控制领域，尤其是一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统及方法。
技术介绍
现有的城市交通信号控制系统中，针对交通干线协调控制理论与实践已经较为成熟，主要分为以带宽最大为目标的协调控制算法和以延误最小为目标的协调控制算法，并在城市交通信号控制中已得到广泛的应用。然而目前仅仅达到了交通干线协调方案定时控制，大致分为早高峰、平峰、晚高峰、夜间等几种固定时段协调配时方案，而实际道路上高峰时段流量急剧增加，平峰时段干线流量忽高忽低，对应固定时段划分下的干线协调方案无法满足复杂多变的城市交通流状况，造成流量增加时道路协调向车流无法全部顺利通过协调干线，流量降低时段干线协调交叉口出现绿灯损失时间较大的现象，因此，基于实时流量数据的干线动态绿波功能在城市交通运行中具有更为迫切的应用需求。现有中国专利文献CN101325008A公开了一种城市交通干线动态双向绿波带智能协调控制方法，该方法通过启动、协调参数处理、路口参数处理、时间处理和循环处理等步骤，在线优化相序及实时优化计算公共周期、路段上行相位差、路段下行相位差、上行协调相位启动时间、下行协调相位启动时间和各路口绿信比等核心控制参数，以此来实现干线动态双向绿波设置。但该方法未能以道路实际流量为协调基础实时进行干线动态绿波协调，仍可看作传统的干线绿波协调设置方法，未考虑在复杂多变的道路实际运行情况下，实时动态调整符合实际道路交通流条件的协调方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统及方法，本专利技术能根据干线交通流量的实时数据调整干线绿波协调控制方案，达到提高干线通行效率的目标。本专利技术采用的技术方案是：一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统，包括：流量数据采集系统、信号机控制子系统、中心优化控制子系统、中心调度控制子系统；所述流量数据采集系统实时采集交叉口各进口道协调方向交通流量数据，通过信号机控制子系统发送至所述中心优化控制子系统，中心优化控制子系统根据实时传输的交通流量数据，动态生成干线绿波协调控制方案，通过中心调度控制子系统下发至信号机控制子系统执行。进一步地，流量数据采集系统包括数据采集单元、第一数据通信单元；第一数据通信单元用于与信号机控制子系统通信；信号机控制子系统包括信号配时方案执行单元、第二数据通信单元；第二数据通信单元用于与流量数据采集系统、中心优化控制子系统和中心调度控制子系统通信；中心优化控制子系统包括信号配时参数模块、动态小步距优化模块、动态方案选择模块以及信号优化处理模块；所述流量数据采集系统通过数据采集单元实时采集交叉口进口道协调方向交通流量数据，并通过第一数据通信单元向信号机控制子系统发送；信号机控制子系统在接收到进口道协调方向交通流量数据后，实时传输至中心优化控制子系统；所述中心优化控制子系统中，所述信号优化处理模块用于处理信号机控制子系统传输的交通流量数据，计算进口道协调方向的小时交通流量，根据数据变化特征，选择动态小步距优化模块或动态方案选择模块进行干线绿波协调控制方案的调整；所述信号配时参数模块用于配置干线上下游交叉口信号机特征参数、上下游拓扑结构、车辆行驶速度参数；所述动态小步距优化模块根据预设的关键交叉口、动态调整的最小绿时间、最大绿时间、动态小步距调整的下调步幅、上调步幅以及绝对相位差参数，当信号优化处理模块计算完进口道协调方向的小时交通流量，根据预设条件实时以小步距增加或减少的模式，动态的调整协调相位时长，同时根据协调方向的绿信比，调整协调干线的公共周期；所述动态方案选择模块是根据预先设定的不同干线绿波协调控制方案的条件集合，当信号优化处理模块计算完进口道协调方向的小时交通流量，实时选择满足一个条件集合相对应的一种干线绿波协调控制方案；所述信号机控制子系统中，第二数据通信单元接收到中心调度控制子系统下发的干线绿波协调控制方案，所述信号配时方案执行单元用于执行下发的干线绿波协调控制方案，并根据干线绿波协调控制方案控制协调相位时长、协调干线的公共周期和绝对相位差调整。更进一步地，所述根据数据变化特征，选择动态小步距优化模块或动态方案选择模块，具体为：信号优化处理模块在接收到交叉口的交通流量数据后，动态计算进口道协调方向小时交通流量，，与下一次的相应流量数据相比，流量数据变化量不超过相应的波动变化基准值则选择动态小步距优化模块，若超过则选择动态方案选择模块进行干线绿波协调控制方案的调整。一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制方法，包括以下步骤：步骤S1，将所述流量数据采集系统安装至所需进行动态协调的干线交叉口，采集交叉口各进口道协调方向交通流量数据，通过信号机控制子系统发送至所述中心优化控制子系统；步骤S2，在所述中心优化控制子系统的信号配时参数模块中输入干线上下游交叉口信号机特征参数、上下游拓扑结构、车辆行驶速度参数；步骤S3，所述中心优化控制子系统的信号优化处理模块在接收到交叉口的交通流量数据后，动态计算进口道协调方向小时交通流量，与下一次的相应流量数据相比，流量数据变化量不超过相应的波动变化基准值则选择动态小步距优化模块，若超过则选择动态方案选择模块进行干线绿波协调控制方案的调整；步骤S4，动态小步距优化模块进行干线绿波协调控制方案的调整，包括：根据预设的关键交叉口、动态调整的最小绿时间、最大绿时间、动态小步距调整的下调步幅、上调步幅以及绝对相位差参数，当信号优化处理模块计算完进口道协调方向的小时交通流量，根据预设条件实时以小步距增加或减少的模式，动态的调整协调相位时长，同时根据协调方向的绿信比，调整协调干线的公共周期；步骤S5，动态方案选择模块进行干线绿波协调控制方案的调整，包括：根据预先设定的不同干线绿波协调控制方案的条件集合，当信号优化处理模块计算完进口道协调方向的小时交通流量，实时选择满足一个条件集合相对应的一种干线绿波协调控制方案。进一步地，步骤S3中，假设交通干线中I0、I1、I2分别为相邻上下游交叉口，交叉口之间的距离分别为S1、S2，路段车辆行驶速度分别V1、V2，信号配时参数包括：以I0交叉口为关键交叉口，I0与I1路段行驶时间为I1与I2路段行驶时间为采集的关键交叉口I0的交通流量数据中，进口道协调方向交通流量为Q进；关键交叉口的基准方案为A0,其动态小步距调整的上调步幅为a，下调步幅为b，协调相位的最小绿时间为gmin，最大绿时间为gmax；设定上幅调整的进口道协调方向流量阈值为Q进上，进口道协调方向小时交通流量大于等于Q进上，则以每次步幅a增加协调相位时长，设定下幅调整的进口道协调方向流量阈值为Q进下，进口道协调方向小时交通流量小于Q进下，则以每次步幅b减小协调相位时长；进口道协调方向流量波动变化基准值为m；动态方案选择模块中预设三个动态方案A1、A2、A3，动态方案A1对应的关键交叉口进口道协调方向小时交通流量条件集合为[0,Q进1)；动态方案A2对应的关键交叉口进口道协调方向小时交通流量条件集合为[Q进1,Q进2)；动态方案A3对应的关键交叉口进口道协调方向小时交通流量条件集合为[Q进2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统，其特征在于，包括：流量数据采集系统、信号机控制子系统、中心优化控制子系统、中心调度控制子系统；所述流量数据采集系统实时采集交叉口各进口道协调方向交通流量数据，通过信号机控制子系统发送至所述中心优化控制子系统，中心优化控制子系统根据实时传输的交通流量数据，动态生成干线绿波协调控制方案，通过中心调度控制子系统下发至信号机控制子系统执行。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统，其特征在于，包括：流量数据采集系统、信号机控制子系统、中心优化控制子系统、中心调度控制子系统；所述流量数据采集系统实时采集交叉口各进口道协调方向交通流量数据，通过信号机控制子系统发送至所述中心优化控制子系统，中心优化控制子系统根据实时传输的交通流量数据，动态生成干线绿波协调控制方案，通过中心调度控制子系统下发至信号机控制子系统执行。2.如权利要求1所述的基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统，其特征在于，流量数据采集系统包括数据采集单元、第一数据通信单元；第一数据通信单元用于与信号机控制子系统通信；信号机控制子系统包括信号配时方案执行单元、第二数据通信单元；第二数据通信单元用于与流量数据采集系统、中心优化控制子系统和中心调度控制子系统通信；中心优化控制子系统包括信号配时参数模块、动态小步距优化模块、动态方案选择模块以及信号优化处理模块；所述流量数据采集系统通过数据采集单元实时采集交叉口各进口道协调方向交通流量数据，并通过第一数据通信单元向信号机控制子系统发送；信号机控制子系统在接收到进口道协调方向交通流量数据后，实时传输至中心优化控制子系统；所述中心优化控制子系统中，所述信号优化处理模块用于处理信号机控制子系统传输的交通流量数据，计算进口道协调方向的小时交通流量数据，根据数据变化特征，选择动态小步距优化模块或动态方案选择模块进行干线绿波协调控制方案的调整；所述信号配时参数模块用于配置干线上下游交叉口信号机特征参数、上下游拓扑结构、车辆行驶速度参数；所述动态小步距优化模块根据预设的关键交叉口、动态调整的最小绿时间、最大绿时间、动态小步距调整的下调步幅、上调步幅以及绝对相位差参数，当信号优化处理模块计算完进口道协调方向的小时交通流量，根据预设条件实时以小步距增加或减少的模式，动态的调整协调相位时长，同时根据协调方向的绿信比，调整协调干线的公共周期；所述动态方案选择模块是根据预先设定的不同干线绿波协调控制方案的条件集合，当信号优化处理模块计算完进口道协调方向的小时交通流量数据，实时选择满足一个条件集合相对应的一种干线绿波协调控制方案；所述信号机控制子系统中，第二数据通信单元接收到中心调度控制子系统下发的干线绿波协调控制方案，所述信号配时方案执行单元用于执行下发的干线绿波协调控制方案，并根据干线绿波协调控制方案控制协调相位时长、协调干线的公共周期和绝对相位差调整。3.如权利要求2所述的基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制系统，其特征在于，所述根据数据变化特征，选择动态小步距优化模块或动态方案选择模块，具体为：信号优化处理模块在接收到交叉口的交通流量数据后，动态计算进口道协调方向小时交通流量数据，与下一次的相应流量数据相比，流量数据变化量不超过相应的波动变化基准值则选择动态小步距优化模块，若超过则选择动态方案选择模块进行干线绿波协调控制方案的调整。4.一种基于实时交通流数据的城市交通干线动态绿波信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，将所述流量数据采集系统安装至所需进行动态协调的干线交叉口，采集交叉口各进口道协调方向交通流量数据，通过信号机控制子系统发送至所述中心优化控制子系统；步骤S2，在所述中心优化控制子系统的信号配时参数模块中输入干线上下游交叉口信号机特征参数、上下游拓扑结构、车辆行驶速度参数；步骤S3，所述中心优化控制子系统的信号优化处理模块在接收到交叉口的交通流量数据后，动态计算进口道协调方向小时交通流量数据，与下一次的相应流量数据相比，流量数据变化量不超过相应的波动变化基准值则选择动态小步距优化模块，若超过则选择动态方案选择模块进行干线绿波协调控制方案的调整；步骤S4，动态小步距优化模块进...

【专利技术属性】
技术研发人员：树爱兵，徐新东，徐棱，张宾，刘成生，蔡玉宝，
申请(专利权)人：公安部交通管理科学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32