道路交通信号协调实时优化控制方法及其控制系统技术方案

本发明专利技术提供了道路交通信号协调实时优化控制方法及其控制系统，其能解决现有以多时段固定信号配时为主交通信号控制系统存在的无法根据道路交通流量的变化进行信号周期、绿信比等控制特征参数实时优化，交通通行效率、通行能力不高，交通拥挤甚至拥堵不能得到有效改善等问题。本发明专利技术基于交通数据实时驱动的主动优化控制系统，针对不同的动静态交通场景，制定宏观战略控制策略和微观战术控制策略，主动实施干线协调优化控制和路口实时动态优化控制，动态调整和生成信号周期、绿信比等控制特征参数，并通过控制运行特征指标进行控制效益的动态评估，逐步运行监测、反复寻优进行协调实时控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及道路交通信号控制
，尤其是涉及面向交通场景与目标策略的交通信号控制领域，具体为道路交通信号协调实时优化控制方法及其控制系统。
技术介绍
道路交通信号控制系统是智能交通系统最基础、最关键的重要组成部分，为了有效改善交通参与者的出行效率，进一步缓解城市交通日益拥堵问题，最大限度适应中国交通国情和交通控制的特点，全国各地越来越重视道路交通信号控制系统的升级研发和高效应用。但是，现有国内应用的信号控制系统仍以多时段固定信号配时为主，基于系统控制模型优化、方案动态生成或选择式的信号协调优化应用尚未真正落地应用，还不能根据道路交通流量的变化进行信号周期、绿信比等控制特征参数实时优化，系统的优化功能没有与城市道路通行条件、路口渠化和实时交通流动态变化紧密结合、实时响应，导致交通通行效率、通行能力不高，交通拥挤甚至拥堵不能得到有效改善。具体来说，目前国内外道路交通信号控制系统主要是从系统架构、控制方式、模型算法、联网控制模式等不同角度进行设计研发，基于交通流量统计数据进行解算优化选择或生成控制方案，导致实际应用效果有限，主要源于以下问题:一是常规通过地感线圈、视频、微波等检测手段，系统直接准确采集交通数据仅是断面的车流量数据，车道占有率等均是间接测算指标，准确度大幅度降低，这些指标数据无法实时反映出路口交通流的动态通行状态；二是系统的信号优化控制响应滞后，现有信号优化技术主要是基于断面车流量的历史统计数据，利用模型进行计算或预测，生成用于下个周期或下几个周期执行的控制方案，无法适应动态变化的交通流运行特征和实时交通控制需求；三是系统的控制方案设置、协调优化算法、控制特征参数优化等，与交通通行条件、路口渠化特征等结合不紧密，控制目标和策略优化方向的缺乏直观化导向，难于因地制宜的应用，导致过于理论化、实际应用的可操作性不强；四是采集的交通流运行指标和数据较少，准确检测的交通流量数据，只能用于路口交通流的分布规律分析，无法直接用于信号控制效益的直观性评估，缺少可直接用于效益评估的排队长度、按周期相位统计的交通流量等指标数据。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了道路交通信号协调实时优化控制方法，其能解决现有以多时段固定信号配时为主交通信号控制系统存在的无法根据道路交通流量的变化进行信号周期、绿信比等控制特征参数实时优化，系统的优化功能没有与城市道路通行条件、路口渠化和实时交通流动态变化紧密结合、实时响应，从而导致交通通行效率、通行能力不高，交通拥挤甚至拥堵不能得到有效改善等问题。为此，本专利技术还提供了专用的控制系统。道路交通信号协调实时优化控制方法，其特征在于:其包括以下步骤(I)动静态交通场景标定识别模块实时标定、采集城市道路的动静态交通数据，所述动静态交通数据包括宏观交通数据和微观交通数据，所述宏观交通数据包括路网交通条件、关键流向分布、通行控制习惯和交通控制需求，所述微观交通数据包括特定车道流向、路口流量流向、车辆排队状况和交通通行状态； (2)数据分析与深度研判模块对所述动静态交通数据进行统计、分析与研判，并得到分析研判结果； (3)根据所述分析研判结果，系统协调控制目标策略优化模块设定协调优化控制目标并根据所述协调优化控制目标制定信号控制策略； (4)信号协调实时控制运行及评估模块根据所述信号控制策略制定信号协调实时控制运行方案、并通过联网信号机控制各路口的信号灯执行所述信号协调实时控制运行方案，再对执行所述信号协调实时控制运行方案的信号控制运行特征进行动态评估，当动态评估结果满足预定控制要求，则所述联网信号机继续控制各路口的信号灯执行该所述信号协调实时控制运行方案，当动态评估结果不满足预定控制要求，则所述信号协调实时控制运行及评估模块重新制定并执行信号协调实时控制运行方案并进行所述动态评估直至动态评估结果满足预定控制要求。进一步的，所述步骤(2)中对所述动静态交通数据进行统计、分析与研判包括开展基于固定统计时间间隔的交通流运行规律分析，获得交通运行的规律特征；对路口进行时间和空间分布的对比分析，获得交通运行的变化规律；结合控制需求开展专题深度研判，获得交通通行状态、信号控制效益、信号控制参数优化结果。进一步的，所述步骤(3)中所述协调优化控制目标包括宏观层面的面向干线及关联片区的交通信号主动协调控制目标和微观层面的面向干线/路口交通场景的实时主动控制目标；所述信号控制策略包括根据所述面向干线及关联片区的交通信号主动协调控制目标制定的宏观战略控制策略、和根据所述面向干线/路口交通场景的实时主动控制目标制定的微观战术控制策略；所述宏观战略控制策略包括基于流量实现控制时段及调度计划优化、基于GIS路网可视化表述交通主流向分布特征、基于交通状态研判确定交通运行热点及关联影响片区、面向交通热点片区的多层边界主动均衡及消散控制优化；所述微观战术控制策略包括生成未饱和/过饱和/潮汐交通干线协调优化控制模型及方案、生成关联路口动态随动绿波协调优化控制模型及方案、生成路口信号控制相位相序优化方案、生成路口非对称交通信号控制相位相序优化方案。进一步的，所述步骤(4)中的所述信号协调实时控制运行方案包括干线协调优化控制参数标定及执行、路口实时优化控制参数标定及执行，其中所述干线协调优化控制参数标定及执行包括基于关键路口和连接路段通行条件初始化公共周期和相位差、根据交通流量流向规律选择预设非协调相位主流向、根据协调最小绿波带宽和各路口进口车道允许放行预期排队长度、选择设定相位最小绿、最大绿约束特征值以及根据车道功能、通行速率选择设定截断绿最佳车头时距；所述路口实时优化控制参数标定及执行包括初始化路口基准相位相序及配时方案，根据交通流量流向规律和各路口进口车道允许放行预期排队长度，选择设定相位最小绿、最大绿约束特征值，根据车道功能、通行速率选择设定截断绿最佳车头时距。进一步的，所述步骤(4)中信号控制运行特征的动态评估包括干线信号控制运行特征的动态评估和路口信号控制运行特征的动态评估，其中所述干线信号控制运行特征的动态评估是指从协调控制子区平均运行车速对比评估、协调控制子区路口过饱和/排队溢出状态判别评估，所述路口信号控制运行特征的动态评估是指从相位绿灯开启/结束排队状态及拥挤度，相位绿灯放行时间与通行状态符合性对比方面进行评估。道路交通信号协调实时优化控制方法的控制系统，其包括联网信号机、中心信号控制系统，所述联网信号机与所述中心信号控制系统通信网络连接，所述中心信号控制系统将路口控制信号传输给所述联网信号机，由所述联网信号机控制各路口信号灯实现交通信号协调控制，其特征在于:其还包括与所述联网信号机联网通讯的视频交通状态检测器，所述中心信号控制系统包括 动静态交通场景标定识别模块，用于实时标定、采集城市道路的动静态交通数据； 数据分析与深度研判模块，用于对所述动静态交通数据进行统计、分析与研判； 系统协调控制目标策略优化模块，用于根据所述数据分析与深度研判模块对所述动静态交通数据的分析研判结果设定协调优化控制目标，并根据所述协调优化控制目标制定信号控制策略； 信号协调实时控制运行及评估模块，用于根据所述信号控制策略制定并执行信号协调实时控制运行方案，再对执行所述信号协调实时控制运本文档来自技高网...

【技术保护点】
道路交通信号协调实时优化控制方法，其特征在于：其包括以下步骤（1）动静态交通场景标定识别模块实时标定、采集城市道路的动静态交通数据，所述动静态交通数据包括宏观交通数据和微观交通数据，所述宏观交通数据包括路网交通条件、关键流向分布、通行控制习惯和交通控制需求，所述微观交通数据包括特定车道流向、路口流量流向、车辆排队状况和交通通行状态；（2）数据分析与深度研判模块对所述动静态交通数据进行统计、分析与研判，并得到分析研判结果；（3）根据所述分析研判结果，系统协调控制目标策略优化模块设定协调优化控制目标并根据所述协调优化控制目标制定信号控制策略；（4）信号协调实时控制运行及评估模块根据所述信号控制策略制定信号协调实时控制运行方案、并通过联网信号机控制各路口的信号灯执行所述信号协调实时控制运行方案，再对执行所述信号协调实时控制运行方案的信号控制运行特征进行动态评估，当动态评估结果满足预定控制要求，则所述联网信号机继续控制各路口的信号灯执行该所述信号协调实时控制运行方案，当动态评估结果不满足预定控制要求，则所述信号协调实时控制运行及评估模块重新制定并执行信号协调实时控制运行方案并进行所述动态评估直至动态评估结果满足预定控制要求。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王长君，孙正良，刘东波，代磊磊，何广进，徐棱，树爱兵，徐高松，刘成生，
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