进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法技术

本发明专利技术提供了一种进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法，首先通过环形线圈检测器，检测出车辆占用检测器的时间，确定交通流信息统计参数；其次建立相位阈值计算方程，计算各相位的相位阈值及其有效路径的阈值；最后是相位自适应控制，选取相位阈值最大的相位，计算自适应控制参数，给予该相位一次最小绿灯时间，并且该相位绿灯结束之后实时更新各相位的相位阈值，选取相位阈值最大的相位，更新最小绿灯时间，给予该相位分配最小绿灯时间，如此循环往复。本发明专利技术可以根据交叉口实时情况自适应控制信号控制参数以及各相位的绿灯时间和顺序，有利于节省道路资源，避免交通拥堵，提高道路服务水平，最终实现交通流在时间分布上的优化控制和空间分布上的合理分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种城市交通系统，具体涉及一种过饱和交通自适应信号控制方法。
技术介绍
随着社会经济的发展，居民生活水平的提高，越来越多的城市居民拥有自己的小汽车，使得城市机动车的数量迅速增加。而城市空间资源毕竟有限，不足以满足随着车辆增加而增长的交通需求，因而交通拥堵越来越严重。产生交通拥堵的本质原因在于局部通行能力与通行需求不相匹配，是需求大于供给的矛盾，若信号控制方式不科学，导致交通分布过度集中，在交通平峰期也会触发城市主干道交叉口陷入过饱和的境况。跨学科的研究已经证明，城市交通系统是一个不均衡的震荡随机系统，交通流的到达与离散充满着不确定，这种不确定随着交通网络规模的增涨而变的愈发不确定。这一发现突显了基于最优化理论的信号控制方法的局限性，传统最优化交通信号控制系统只能用于对确定交通场景的离线控制，控制策略基于预设的周期性计划，只能实现某一小区域内的集中式控制。这些局限意味着，当相位到达交通流不均衡时，绿灯时间的浪费往往不可避免。基于此，自适应交通信号控制开始受到关注，它能依据交通流运行指标灵活制定最佳决策，协调各向冲突交通流有序利用交叉口时空资源，是解决交叉口过饱和的重要策略。伴随着信息检测与预测技术的进步以及交通流理论的发展，一共出现了三种类型的交叉口自适应交通信号控制系统。第一类是固定式离线信号控制系统，基于历史交通流量数据，以优化交叉口通行效率为目标，TRANSYT和MAXBAND是其中的典型代表。这类控制系统自适应能力较差，但其信号优化算法较为实用，最新版本也融合了元胞传输模型，初步具备了处理过饱和交通的能力。第二类和第三类自适应信号控制系统已广泛应用于国内外城市，在线运算是它们区别于第一类信号控制系统的主要特征。第二类系统在预设相位、相序下，利用检测器数据寻找最优信号控制三参数，SCATS和SCOOT是其典型代表。第三类系统不只关注优化信号三参数，而是进化到超越预设相位相序限制，基于强化学习理论，寻找最优相序、相位、绿时长，其信号方案适应交通流变化的能力更强。以上三种类型首先由于自身因素、时间、地点等原因，并不是在所有场合都适用；其次，模型参数的标定比较繁琐，完全依靠交通研究人员的经验，没有什么依据；最后只能处理停车线附近抵达的交通流和实现有限时间范围内的优化。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法。技术方案：本专利技术提供了一种进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法，包括以下步骤：(1)交通流信息检测和统计分析：通过在交叉口每条车道间隔铺设环形线圈检测器n1,n2,...nk...，检测出车辆占用检测器的时间并计算交通流信息统计参数；(2)相位阈值计算：确定交叉口各信号相位集合ψ＝(ρ1，ρ2，…)并计算各出口道容纳能力NV，建立相位阈值方程，得到各相位的实时相位阈值以及各相位有效通行路径的阈值；(3)相位自适应控制：实时更新各相位的相位阈值，选取相位阈值最大的相位，给予该相位更新后的最小绿灯时间，如此循环往复，实现交叉口的自适应信号控制。进一步，步骤(1)所述交通流信息统计参数包括进口道各车道排队车数NS、进口道各车道排队车辆的排队时间TS以及出口道各车道所能容纳车数NP。进一步，步骤(1)进口道各车道排队车数NS的计算包括以下步骤：根据机动车自由流速度Vc和车辆长度Lc，计算自由流状态机动车通过检测器时间TX：式中，d为环形线圈检测器顺着车道方向上的长度；从进口道某车道起点第n1个检测器开始，当大于TX，该检测器附近路段处于拥挤状态，否则处于自由流状态；当进口道某车道第n1个检测器测得的大于TX，而该车道第nk-1检测器测得的不大于TX，检测器间隔为10m，计算进口道各车道车辆排队长度SPa：SPa＝10nk-1+d进而计算进口道各车道排队车数NS：式中，Lc为车辆长度，La为车辆前后安全距离。进一步，步骤(1)进口道各车道排队车辆的排队时间TS按照该车道排队的第一辆车的等待时间计算。进一步，步骤(1)出口道各车道所能容纳车数NP的计算包括以下步骤：当某一出口道某车道第个检测器测得的大于TX，而该车道第个检测器测得的不大于TX，检测器间隔为10m，则有：式中，Lc为车辆长度，La为车辆前后安全距离；当出口道有m条车道，则出口道所能容纳总车数进一步，步骤(2)相位阈值方程的建立如下：式中，D(ρ)为相位ρ的相位阈值，D[Lu(ρ)i]表示相位ρ的第i条有效通行路径的阈值，z为相位ρ的有效通行路径数量，NSi为Lu(ρ)i对应的进口道排队车数NS，TSi为Lu(ρ)i对应的进口道排队车辆的排队时间，NPi为Lu(ρ)i对应的出口道所能容纳车数，NVi为Lu(ρ)i对应的出口道的容纳能力；根据方程计算出各相位的实时相位阈值{D(ρ1),D(ρ2),……本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)交通流信息检测和统计分析：通过在交叉口每条车道间隔铺设环形线圈检测器n1,n2,...nk...，检测出车辆占用检测器的时间并计算交通流信息统计参数；(2)相位阈值计算：确定交叉口各信号相位集合ψ＝(ρ1，ρ2，···)并计算各出口道容纳能力NV，建立相位阈值方程，得到各相位的实时相位阈值以及各相位有效通行路径的阈值；(3)相位自适应控制：实时更新各相位的相位阈值，选取相位阈值最大的相位，给予该相位更新后的最小绿灯时间，如此循环往复，实现交叉口的自适应信号控制。

【技术特征摘要】
1.一种进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)交通流信息检测和统计分析：通过在交叉口每条车道间隔铺设环形线圈检测器n1,n2,...nk...，检测出车辆占用检测器的时间并计算交通流信息统计参数；(2)相位阈值计算：确定交叉口各信号相位集合ψ＝(ρ1，ρ2，···)并计算各出口道容纳能力NV，建立相位阈值方程，得到各相位的实时相位阈值以及各相位有效通行路径的阈值；(3)相位自适应控制：实时更新各相位的相位阈值，选取相位阈值最大的相位，给予该相位更新后的最小绿灯时间，如此循环往复，实现交叉口的自适应信号控制。2.根据权利要求1所述的进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法，其特征在于：步骤(1)所述交通流信息统计参数包括进口道各车道排队车数NS、进口道各车道排队车辆的排队时间TS以及出口道各车道所能容纳车数NP。3.根据权利要求2所述的进口流量与出口容量耦合的过饱和交通自适应信号控制方法，其特征在于：步骤(1)进口道各车道排队车数NS的计算包括以下步骤：根据机动车自由流速度Vc和车辆长度Lc，计算自由流状态机动车通过检测器时间TX：TX=Lc+dVc]]>式中，d为环形线圈检测器顺着车道方向上的长度；从进口道某车道起点第n1个检测器开始，当大于TX，该检测器附近路段处于拥挤状态，否则处于自由流状态；当进口道某车道第n1个检测器测得的大于TX，而该车道第nk-1检测器测得的不大于TX，检测器间隔为10m，计算进口道各车道车辆排队长度SPa：SPa...

【专利技术属性】
技术研发人员：任刚，卢佳，徐凌慧，江航，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32