一种联网信号机的信号配时自适应优化方法技术

本发明专利技术公开了一种联网信号机的信号配时自适应优化方法，该方法包括交通流量采集模块采集交叉口各车道交通流量信息；传递给配时优化处理模块进行配时优化处理，找到各相位关键车道组，根据车道饱和度来优化配时方案；并将优化后的配时方案送入信号机信号控制模块，进而控制信号显示模块，完成对交叉口信号配时的优化。本方案能及时得到交叉口交通流量信息，亦能使得信号灯可以根据当前交叉口通行状态自适应调整，从而达到合理分配交通资源，减少交通拥堵的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于交通信号控制领域，具体涉及一种联网信号机的信号配时自适应优化方法。
技术介绍
道路是人类人员流动、运送物资的基础，它的存在构成了现代社会不断向前发展的基石。随着我国城市化进程的持续推进，交通流量也在日益增长，因此产生了一系列的交通问题，如交通拥堵时有发生，人们出行时间延长，及交通污染愈发严重等现象。研究发现，建立城市智能交通系统(IntelligentTrafficSystem，ITS)可以有效利用现有的交通设施、减少交通拥堵和环境污染、保证交通安全、提高道路利用率。智能交通系统属于综合性系统，其中建立先进的交通管控系统，改善交叉口的信号配时方案，使其更适合路口实际情况可以说是缓解交通拥堵问题最为有效的手段之一。作为城市道路交通的重要组成部分，交叉口是城市路网的重要节点。城市交叉口处的信号管理控制水平决定着其通行效率的高低。目前，我国最常用的信号控制方式属于多时段固定配时控制，信号机只能根据预先设定好的配时方案运行，不能根据交叉口车流量的变化做出及时地调整；而可以对配时方案进行优化的方法又分成两种，一种是根据历史数据或经验预先确定好一套或多套配时方案，通过车辆检测器获取数据，输入计算模型计算，并根据计算结果在预先设定的方案中进行选择。这种方法的典型代表是悉尼自适应交通控制系统SCATS系统，缺点是交叉口道路情况复杂，而配时方案数目有限，限制了其优化的效果。另外一种则是建立交通流数学模型的方法，引入智能算法来求解，得到优化配时方案。缺点是数学模型较为复杂，计算量大，难以满足实时性要求，对硬件要求也较高，这种方法通常用于学校或科研机构等，在实际的应用较少。如申请号201510419441.X,名称为“基于信号机的自适应优化控制系统”的专利，该方法使用饱和度作为配时优化的基础，当获得各车道的车流量数据时，先计算出其饱和度，再根据公式计算各相位的绿灯时间，与本专利相比，只考虑了该相位的绿灯时间，没有考虑该相位与其它相位时间彼此间的制约关系，优化效果受到一定的限制。如申请号201610067404.1，名称为“一种交叉口动态调整方法及装置、系统”的专利。该方法在根据当前信号配时方案和交通流数据优化得到优化配时方案后，还需要进行交通仿真，并将两者结果进行比较，最终输出优化配时方案，大大增加了计算的复杂度，硬件成本也要相应提升。如申请号201510150649.6，名称为“一种基于改进的模糊控制的红绿灯优化配时方法”的专利，该方法使用粒子群算法，结合模糊控制器求解，得到优化后的配时方案。这种方法求解计算量大，复杂性高，一般放在后台服务器运行，实时性受到影响。
技术实现思路
为了解决当前交叉口配时方案固定，不能根据交叉口交通状况进行自适应调整的缺点；同时，为改善现有自适应配时方法中方案数目有限，优化效果受到限制，或数学模型交复杂，实时性不好，对硬件要求较高的缺点，本专利技术提供了一种联网信号机的信号配时自适应优化方法，本方案涉及到以下几个模块：交通流量采集模块，配时优化处理和信号控制模块，及交通信号显示模块，一种联网信号机的信号配时自适应优化系统，具体为：交通流量采集模块：交通流量采集模块可以使用多种车辆检测器，如雷达车检器、视频车检器、地磁车检器……采集交叉口范围内各分支车道交通流量信息，并通过RS485或以太网传递给配时优化处理和信号控制模块；配时优化处理和信号控制模块：配时优化处理和信号控制模块位于信号机内。接收采集到的交通流量数据进行配时优化处理，并根据优化配时方案将相应信息(信号灯状态、倒计时等)通过灯盘信号送给信号显示模块，完成对交通流的控制。此外，信号控制模块也会将优化的配时方案和信号灯状态等经光纤收发器发送给指挥中心，供交通管理者参考。交通信号显示模块：包括交通信号灯和倒计时。根据配时优化处理和信号控制模块发送的信号状态进行相应的显示，显示当前信号灯灯组的灯色和倒计时板的倒计时信息等。上述几个模块和指挥中心一起构成了整个系统，交通流量采集模块采集交叉口车流量信息；配时优化处理和信号控制模块处理车流量信息，优化配时方案，并将交通状态传递给指挥中心供交通管理者参考；交通信号显示模块显示信号灯的灯色和倒计时的时间；指挥中心可以查看该交叉口通行状态，并决定是否介入及调整配时方案。其中，对信号配时自适应优化的方法具体步骤如下：步骤1)、通过车辆检测器采集指定周期时间交叉口各方向分支车道的车流量信息，主要包括车辆数目和占有率。步骤2)、根据交叉口状况的不同，将交叉口各进口道按左转直行右转划分成若干个车道组，并分别计算各车道组的通行能力。交叉口的通行能力等于各车道组通行能力之和，公式如下：Qi＝Si·λi＝Si·gi/CSi＝S0NfWfHVfRTfLT式中：Qi：第i相位车道组的通行能力(pcu/h)；Si：第i相位车道组的饱和流量(pcu/h)；λi：第i相位车道组的绿信比；gi：第i相位的有效绿灯时间(s)；C：交叉口周期时间(s)；S0：进口道车道组在理想条件下的饱和流量(pcu/h)；N：进口道车道组所包含的车道数目；fW：交叉口车道的宽度校正系数；fHV：重型车校正系数；fRT：右转车流校正系数；fLT：左转车流校正系数。步骤3)、计算各车道组的车道流量比，根据交叉口相位情况找出各相位的关键车道组，并计算周期流量比，公式如下：yi＝qi/SiY=Σi=1nyi]]>式中：yi：第i相位车道组流量比；qi:通过该车道的实际车流量(pcu)；Y：交叉口周期流量比；步骤4)、确定该交叉口约束条件：绿灯时间约束，周期约束和饱和度约束。这些约束是为了保证机动车、非机动车及行人能安全过街，其中，绿灯时间约束一般不小于12s，最大不大于100s；信号周期时长一般最短取30～40s，最大不大于180s；饱和度约束是根据不同的饱和度值大小来选取不同的优化方案。步骤5)、进行有效绿灯时间的计算，具体如下：5-1)当交叉口饱和度小于0.3时，认为该交叉口车流量较少，此时车流不稳定，采用原固定配时方案；5-2)当交叉口饱和度介于0.3到1.0之间时，利用下面公式进行计算，并将不符合约束条件的gi取符合条件时的最小/最大值，得到绿灯时间gi。gi＝C·yi/Y当饱和度不大时，可以根据历史交通流数据，通过控制预设周期C使优化后的周期长度小一点；而当饱和度较大时，亦可以根据历史交通流数据，通过增大预设周期C使优化后的周期长度大一点；5-3)当交叉口饱和度大于1.0时，认为该交叉口趋于拥堵，此时不宜频繁改变周期长度，故采用原固定配时方案；5-4)为了使信号灯相邻周期各相位的绿灯时间平滑过渡，不发生剧烈的变化，将本次计算优化得到的绿灯时间gi与前面5-10次使用的时间取加权平均值，得到最终的绿灯时间gi。有益效果本专利技术将车流量采集、优化配时计算和信号灯控制及显示有机组合在一起，四个部分各司其职，缺一不可，完成了对交叉口信号灯配时方案的优化。本专利技术不是预设方案，没有配时方案的数目限制，没有限制优化效果；根据各相位关键车道组流量比的相对大小来确定下个周期的绿灯时间，计算方法简单而有效。本专利技术对配时方案的优化以过去一个或数个周期的车流量数据为核心，以历史交通流数据为辅助，来完成对交叉口交通流量的自适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联网信号机的信号配时自适应优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、通过车辆检测器采集指定周期时间交叉口各方向分支车道的车流量信息，主要包括车辆数目和占有率；步骤2)、根据交叉口状况的不同，将交叉口各进口道按左转直行右转划分成若干个车道组，并分别计算各车道组的通行能力；交叉口的通行能力等于各车道组通行能力之和，公式如下：Qi＝Si·λi＝Si·gi/CSi＝S0NfWfHVfRTfLT式中：Qi：第i相位车道组的通行能力(pcu/h)；Si：第i相位车道组的饱和流量(pcu/h)；λi：第i相位车道组的绿信比；gi：第i相位的有效绿灯时间(s)；C：交叉口周期时间(s)；S0：进口道车道组在理想条件下的饱和流量(pcu/h)；N：进口道车道组所包含的车道数目；fW：交叉口车道的宽度校正系数；fHV：重型车校正系数；fRT：右转车流校正系数；fLT：左转车流校正系数；步骤3)、计算各车道组的车道流量比，根据交叉口相位情况找出各相位的关键车道组，并计算周期流量比，公式如下：yi＝qi/SiY=Σi=1nyi]]>式中：yi：第i相位车道组流量比；qi:通过该车道的实际车流量(pcu)；Y：交叉口周期流量比；步骤4)、确定该交叉口约束条件：绿灯时间约束，周期约束和饱和度约束；这些约束是为了保证机动车、非机动车及行人能安全过街，其中，绿灯时间约束一般不小于12s，最大不大于100s；信号周期时长一般最短取30～40s，最大不大于180s；饱和度约束是根据不同的饱和度值大小来选取不同的优化方案；步骤5)、进行有效绿灯时间的计算，具体如下：5‑1)当交叉口饱和度小于0.3时，认为该交叉口车流量较少，此时车流不稳定，采用原固定配时方案；5‑2)当交叉口饱和度介于0.3到1.0之间时，利用下面公式进行计算，并将不符合约束条件的gi取符合条件时的最小/最大值，得到绿灯时间gi；gi＝C·yi/Y当饱和度不大时，可以根据历史交通流数据，通过控制预设周期C使优化后的周期长度小一点；而当饱和度较大时，亦可以根据历史交通流数据，通过增大预设周期C使优化后的周期长度大一点；5‑3)当交叉口饱和度大于1.0时，认为该交叉口趋于拥堵，此时不宜频繁改变周期长度，故采用原固定配时方案；5‑4)为了使信号灯相邻周期各相位的绿灯时间平滑过渡，不发生剧烈的变化，将本次计算优化得到的绿灯时间gi与前面5‑10次使用的时间取加权平均值，得到最终的绿灯时间gi。...

【技术特征摘要】
1.一种联网信号机的信号配时自适应优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)、通过车辆检测器采集指定周期时间交叉口各方向分支车道的车流量信息，主要包括车辆数目和占有率；步骤2)、根据交叉口状况的不同，将交叉口各进口道按左转直行右转划分成若干个车道组，并分别计算各车道组的通行能力；交叉口的通行能力等于各车道组通行能力之和，公式如下：Qi＝Si·λi＝Si·gi/CSi＝S0NfWfHVfRTfLT式中：Qi：第i相位车道组的通行能力(pcu/h)；Si：第i相位车道组的饱和流量(pcu/h)；λi：第i相位车道组的绿信比；gi：第i相位的有效绿灯时间(s)；C：交叉口周期时间(s)；S0：进口道车道组在理想条件下的饱和流量(pcu/h)；N：进口道车道组所包含的车道数目；fW：交叉口车道的宽度校正系数；fHV：重型车校正系数；fRT：右转车流校正系数；fLT：左转车流校正系数；步骤3)、计算各车道组的车道流量比，根据交叉口相位情况找出各相位的关键车道组，并计算周期流量比，公式如下：yi＝qi/SiY=Σi=1nyi]]>式中：yi：第i相位车道组流量比；qi:通过该车道的实际车流量(pcu)；Y：交叉口周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海黎，郭鹏飞，宋春辉，沈标，
申请(专利权)人：南京蓝泰交通设施有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32