一种基于时变论域的十字路口交通信号灯的智能控制方法技术

本发明专利技术公开一种基于时变论域的十字路口交通信号灯智能控制方法。该方法首先利用十字路口的检测器，采集交通数据；以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及红灯方向各相位上的排队长度数据为依据，对十字路口拥堵状况进行评估，在当前交通流情况下，得出周期长度所在论域；在所述周期长度论域下，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及每辆车的平均停车次数为输入，当前绿灯方向相位分配的绿灯时长为输出，列出动态模糊规则；应用重心法进行清晰化计算，得出绿灯时长；综合考虑十字路口交通流量与驾驶员通行安全，设置限定条件，得出最终绿灯时长，完成配时方案的优化。本发明专利技术的有益效果是，能有效增强道路交叉路口通行能力，并减少车辆延误时间。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时变论域的十字路口交通信号灯的智能控制方法
本专利技术属于智能交通系统领域，特别涉及一种交通信号灯实时配时方法。
技术介绍
定时信号配时方法，国际上主要有英国的韦伯斯特(Webster)配时法，在其基础上，澳大利亚的ARRB(AustralianRoadResearchBoard)配时法考虑了超饱和交通情况，是Webster延误模型的修正及扩展。美国的HCM(HighwayCapacityMan)配时法运用也较为广泛。在我国有冲突点法、临界车道法、估算法、上海市综合算法。其中上海市综合算法是在国内外现有信号配时方法的基础上，结合我国交通特点提出的，其配时延误计算与美国HCM算法相同。随着经济的高速发展，机动车数量的急剧增加，交通需求迅速扩大，定时信号配时方法无法达到高效改善城市交通拥堵状况的要求。随着智能交通系统应用范围的扩大和应用区域的增多，交通信号的实时控制和优化，引起了越来越多的国内外学者的关注。但因为城市道路交通系统随机性极强，即使在较短时间内，交通参数也会发生较大的变化，给交通信号灯的实时配时带来很大困难。而在描述事物的状态时，针对论域随时间变化而改变的情况，时变论域和动态模糊规则，解决了人们难以定义模糊集合的隶属度函数的问题，也给复杂系统的分析提供了方法。本专利技术基于时变论域，利用动态模糊规则，实时动态调整红绿灯周期长度和绿灯时长，完成十字路口交通信号灯的实时配时，有效增强道路交叉路口通行能力和减少车辆延误时间。
技术实现思路
本专利技术给出了一种基于时变论域的十字路口交通信号灯的智能控制方法，该方法包括以下步骤：步骤S1：利用交叉口的检测器，采集所需交通数据；步骤S2：运用所得数据，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及当前红灯方向各相位上的排队长度数据为依据，来评价交叉口拥堵程度，得出在当前交通流情况下，周期长度的论域；步骤S3：以当前周期长度为论域，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及每辆车的平均停车次数为输入，当前绿灯方向相位分配的绿灯时长为输出，列出动态模糊规则；步骤S4：应用重心法进行清晰化计算，得出绿灯时长；步骤S5：评判所得绿灯时长，设置约束条件，完成配时方案。其中所述步骤S1进一步为：所需的交通数据包括当前绿灯方向相位上的最大排队长度gL、当前红灯方向各相位上的排队长度rLj以及每辆车平均停车次数每辆车平均停车次数是当前绿灯方向相位上驶出交叉口的车辆平均遇到红灯的次数。其中，所述步骤S2进一步包括以下步骤：步骤S21：周期长度c的的合适范围40～180s，设周期长度的论域为Ω(t)，将时变论域下周期长度c的论域划分为连续时变论域序列：{Ωk(t)},(k∈N)，Ωk(t)＝[0,40+20k]，其中k＝1,2,.....6,7；步骤S22：采用北京市城市规划设计院建议的4级服务水平，以其中的红灯时平均排队长度项为依据，来评价交叉口拥堵程度。根据其建议的4级服务水平，红灯时排队长度L小于50米为通畅VS、在50米和100米之间为较通畅NS、在100米和150米之间为较拥堵NJ、超过150米为拥堵VJ；将得到的gL和rLj数据的数字形式，根据建议的4级服务水平，转换为词VS、NS、NJ、VJ的形式；步骤S23：根据基词的组合情况，得出在当前交通流情况下，周期长度的论域。其中，所述步骤S3进一步包括以下步骤：步骤S31：输入量gL、输出量Tl模糊化；步骤S32：周期长度论域为连续时变论域序列：{Ωk(t)},(k∈N)，当论域随时间发生变化时，定义在论域上的模糊集合的隶属度函数也会随时间发生变化，分别在各Ωk(t)上设置输入量gL和rLj、输出量各语言值对应的隶属度函数；步骤S33：考虑所有可能的情况，列出时变论域下，周期长度的论域为Ωk(t)时的动态模糊规则Rk。其中，所述步骤S4进一步包括以下步骤：步骤S41：由动态模糊规则求出模糊关系矩阵Ri，总的模糊规则为R；步骤S42：根据总的模糊关系和推理合成规则得到对应输出变量的模糊集；步骤S43：将模糊推理得到的模糊量转化为现在论域内的清晰量，进行清晰化计算，得出绿灯时长。其中，所述步骤S5进一步包括以下步骤：步骤S51：综合考虑交叉口交通流量与驾驶员通行安全，缓解交通拥堵及减少闯红灯现象，设置提醒，若某相位红灯时长超过130s,则系统收到提醒1；步骤S52：系统收到提醒1时，通过短时交通流的预测，根据预测的交通流的变化趋势，调整当前绿灯相位的通行时间；步骤S53：Tl≤Nmax，Nmax为通行时间的最大值，根据实际路口的交通流量设置，该值最好不要超过80s，设置提醒，若绿灯时长超过Nmax,则系统收到提醒2；步骤S54：系统收到提醒2时，调整当前绿灯相位通行时间，设置其为通行时间最大值。本专利技术的有益效果是：通过动态调整红绿灯周期长度和实时分配绿灯时长的长短，使通过交叉口的车辆数量增加了，最大排队长度和平均排队长度减短，各时段的平均延误都下降了，该配时方案有效缓解了交叉口拥堵。附图说明图1是本专利技术交叉口交通信号灯实时配时方法框架图；图2是本专利技术步骤S2流程图；图3是本交叉口四相位控制示意图；图4是gL在周期长度论域为Ω1(t)和Ω2(t)时的隶属度函数；图5是gL在周期长度论域为Ω3(t)和Ω4(t)时的隶属度函数。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。本专利技术给出一种交叉口交通信号灯实时配时方法。如图1所示，具体地，该方法包括以下步骤：步骤S1：利用交叉口的检测器，采集所需交通数据；本方法需要采集的数据包括当前绿灯方向相位上的最大排队长度gL、当前红灯方向各相位上的排队长度rLj以及每辆车平均停车次数每辆车平均停车次数是当前绿灯方向相位上驶出交叉口的车辆平均遇到红灯的次数。步骤S2：运用所得数据，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及当前红灯方向各相位上的排队长度数据为依据，来评价交叉口拥堵程度，得出在当前交通流情况下，周期长度的论域，该过程流程图如图2所示；步骤S21：周期长度c的的合适范围40～180s，设周期长度的论域为Ω(t)，时变论域下周期长度c的论域划分为连续时变论域序列：{Ωk(t)},(k∈N)，Ωk(t)＝[0,40+20k]，其中k＝1,2,.....6,7；步骤S22：采用北京市城市规划设计院建议的4级服务水平，以其中的红灯时平均排队长度项为依据，来评价交叉口拥堵程度。根据其建议的4级服务水平，红灯时排队长度L小于50米为通畅VS、在50米和100米之间为较通畅NS、在100米和150米之间为较拥堵NJ、超过150米为拥堵VJ；将得到的gL和rLj数据的数字形式，根据建议的4级服务水平，转换为词VS、NS、NJ、VJ的形式；步骤S23：根据基词的组合情况，得出在当前交通流情况下，周期长度的论域；以十字路口的四相位控制为例，如图3所示。四个相位的基词组合有35中情况，当基词组合形式为VS、VS、VS、VS//VS、VS、VS、NS时，周期长度论域为Ω1(t)；组合形式为VS、VS、VS、NJ//VS、VS、VS、VJ//VS、VS、NS、NS//VS、VS、NS、NJ//VS、VS、NS、VJ//VS、VS、NJ、VJ时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时变论域的十字路口交通信号灯智能控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1：利用十字路口的检测器，采集所需交通数据；步骤S2：运用所得数据，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及当前红灯方向各相位上的排队长度数据为依据，来评价交叉口拥堵程度，得出在当前交通流情况下，周期长度的论域；步骤S3：在所述周期长度论域下，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及每辆车的平均停车次数为输入，当前绿灯方向相位分配的绿灯时长为输出，列出动态模糊规则；步骤S4：应用重心法进行清晰化计算，得出绿灯时长；步骤S5：评判所得绿灯时长，设置约束条件，完成配时方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于时变论域的十字路口交通信号灯智能控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1：利用十字路口的检测器，采集所需交通数据；步骤S2：运用所得数据，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及当前红灯方向各相位上的排队长度数据为依据，来评价交叉口拥堵程度，得出在当前交通流情况下，周期长度的论域；步骤S3：在所述周期长度论域下，以当前绿灯方向相位上的最大排队长度及每辆车的平均停车次数为输入，当前绿灯方向相位分配的绿灯时长为输出，列出动态模糊规则；步骤S4：应用重心法进行清晰化计算，得出绿灯时长；步骤S5：评判所得绿灯时长，设置约束条件，完成配时方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1进一步为：所需的交通数据包括当前绿灯方向相位上的最大排队长度gL、当前红灯方向各相位上的排队长度rLj以及每辆车平均停车次数3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括以下步骤：步骤S21：周期长度c的的合适范围40～180s，设周期长度的论域为Ω(t)，将时变论域下周期长度c的论域划分为连续时变论域序列：{Ωk(t)},(k∈N)；步骤S22：采用北京市城市规划设计院建议的4级服务水平，以其中的红灯时平均排队长度项为依据，来评价交叉口拥堵程度；将得到的gL和rLj数据的数字形式，根据建议的4级服务水平，转换为词VS、NS、NJ、VJ的形式；步骤S23：根据基词的组合情况，得出在当前交通流情况下，周期长度的论域。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫红，曹小玲，晏科夫，朱凤华，
申请(专利权)人：长沙理工大学，东莞中国科学院云计算产业技术创新与育成中心，
类型：发明
国别省市：湖南,43