一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，包括：1、采用开源流计算框架搭建区域交通信号控制系统的软件架构；2、在流计算框架中实现数据接口层；3、在流计算框架中实现数据清洗层；4、在流计算框架中实现状况评估层；5、在流计算框架中实现控制优化层；6、在流计算框架中实现控制指令层；7、建立各分层之间的数据通道，根据实际数据流，依次连接各层以实现区域交通信号控制系统的功能，在本地模拟运行，调试完成后打包成JAR文件；8、启动服务器，提交打包好的JAR文件给区域交通信号控制系统，提交成功后，区域交通信号控制系统将根据用户设计的流程开始工作。本发明专利技术具有低延迟、分布式、高容错的优良特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法及系统
本专利技术涉及智能交通
，尤其涉及一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法及系统。
技术介绍
作为缓解城市交通拥堵的重要发展方向之一，区域交通信号控制旨在利用车辆检测器感知区域交通状况的基础上，经过区域交通信号控制算法的一系列计算、分析和决策，最后主要通过联网道路信号机改变信号灯运行，实现对区域交通的干预和控制。自1963年加拿大多伦多市出现了第一套集中协调式感应控制信号系统以来，不断有新的区域交通信号控制系统被提出并应用到实际交通管理与控制中，如英国的TRANSYT、SCOOT系统，澳大利亚的SCATS系统等。区域交通信号控制系统不仅仅只涉及交通信号的控制算法，而且还包括内在的数据通信、处理等诸多环节以及外在丰富的人机交互，例如包括设备监控、远程控制、流量分析等，甚至需要与其它智能交通子系统进行交互，是一个复杂、大型的软件系统。然而，已有的区域交通信号控制系统研究大多只聚焦控制算法本身，忽略了控制系统本身的软件性能以及系统的可扩展性和易维护性。现有技术中公开了一种“基于流计算的交通信号控制系统搭建方法及控制系统”，见公布号为：CN104882007A，公布日为：2015年09月02日的中国专利技术专利，该专利技术提供一种基于流计算的交通信号控制系统搭建方法及控制系统，所述方法包括：搭建用于接收、缓存和向分布式流计算系统转发的由数据采集模块发送的交通信号数据的数据接入模块的软件开发环境并设计数据接入模块；搭建用于接收和处理所述交通信号数据的分布式流计算系统的软件环境；设计分布式流计算系统的拓扑；根据所述拓扑生成并向所述分布式流计算系统的各节点提交JAR包。该专利中有：(1)该专利是基于Storm流计算框架来描述如何搭建交通信号控制系统，而本专利不限定采用何种流计算计算框架(也可以自己实现一个流计算框架)；(2)该专利采用模块的方式描述系统的组成，而每种模块都声明对应Storm中的Spout或Bolt，系统最后构成Storm中的Topology；本专利采用分层形式进行系统描述，结构更清晰，更容易开发和维护，而且无需特定的技术才能实现，更具通用性，两个专利对系统的分解方式不同，也决定实现方法和路线不同；(3)该专利只关注交通信号控制系统的搭建方法，不涉及具体的信号控制方法(即具体如何控制交通信号)；本专利则同时关注搭建方法和控制方法，在控制优化层中有指出具体的三类操作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题之一，在于提供一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法。本专利技术的问题之一，是这样实现的：一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，包括如下步骤：步骤1、采用开源流计算框架搭建区域交通信号控制系统的软件架构；步骤2、在流计算框架中实现数据接口层，通过网络从现场的道路信号机、车辆检测器或者第三方系统中获取交通数据；步骤3、在流计算框架中实现数据清洗层，对接收的不同类型的交通数据中的脏数据进行清洗；步骤4、在流计算框架中实现状况评估层，根据清洗后的交通数据对不同交通区域的状态进行评估；步骤5、在流计算框架中实现控制优化层，对交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案进行计算；步骤6、在流计算框架中实现控制指令层，将交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案转换成对应的设备指令，并通过网络下发给对应的可控交通信号设备进行控制；步骤7、建立各分层之间的数据通道，根据实际数据流，依次连接数据接口层、数据清洗层、状况评估层、控制优化层和控制指令层以实现区域交通信号控制系统的功能，在本地模拟运行，调试完成后打包成JAR文件；步骤8、启动服务器，提交打包好的JAR文件给区域交通信号控制系统，提交成功后，区域交通信号控制系统将根据用户设计的流程开始工作。进一步地，所述步骤1中开源流计算框架采用的是Storm、SparkStreaming或以Java语言自行开发的流计算平台。进一步地，所述步骤2具体为：使用Java编写数据接口层中的数据接口ClassA，利用RESTAPI、WebSockets和MQTT数据通讯技术，实现通过网络从现场的道路信号机、车辆检测器或者第三方系统中获取交通数据的功能；从不同类型的数据源获取交通数据，需要对应实现不同的数据接口ClassA，每类数据接口ClassA根据每类数据源的数量按照多线程设置并发度。进一步地，所述步骤3具体为：使用Java编写数据清洗层中的数据清洗ClassB，实现对接收的不同类型的交通数据中的脏数据进行清洗，所述脏数据包括错误数据、冗余数据、丢失数据以及时间点漂移；针对不同类型的交通数据，需要对应实现不同的数据清洗ClassB，每类数据清洗ClassB包含复数个清洗步骤，每类数据清洗ClassB根据每类交通数据的数量按照多线程设置并发度。进一步地，所述步骤4具体为：使用Java编写状况评估层中的状况评估ClassC，实现根据清洗后的交通数据对不同交通区域的状态进行评估；所述交通区域是人为划分或根据规则自动生成，针对不同的交通区域，需要对应实现不同的状况评估ClassC，每类状态评估ClassC根据交通区域的数量按照多线程设置并发度。进一步地，所述步骤5具体为：使用Java编写控制优化层中的控制优化ClassD，实现对交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案进行计算，该优化方案具体归结为四类操作：一是在交叉口利用传统的感应控制算法缩短或延长某一方向的放行时间；二是在交叉口或匝道口，根据下游入口处的交通流检测器判断是否拥堵，来放行或禁止某个方向，从而避免下游拥堵；三是对潮汐车道，利用流量阈值设定切换规则，当某一方向的交通流量超过设定阈值后，潮汐车道向其切换，使该方向可通行车道增多；四是对可变导向车道，利用排队长度阈值设定切换规则，当交叉口某一转向的排队长度超过设定阈值后，可变导向车道向其切换，使该方向可用车道增多；其中，利用阈值设定切换规则对潮汐车道和可变导向车道进行优化控制时，需要设置覆盖所有情形的阈值设定切换规则，避免出现可控交通信号设备无规则可依的情形，而且每次切换都必须保持在设定的时间内，以免频繁切换；针对不同类型的可控交通信号设备，需要对应实现不同的控制优化ClassD，每类控制优化ClassD根据每类可控交通信号设备的数量按照多线程设置并发度。进一步地，所述步骤6具体为：使用Java编写控制指令层中的控制指令ClassE，将交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案转换成对应的设备指令，并采用对应的通讯方式下发给对应的可控交通信号设备进行控制；针对不同类型的可控交通信号设备，需要对应实现不同的控制指令ClassE，每类控制指令ClassE根据每类可控交通信号设备的数量按照多线程设置并发度。本专利技术要解决的技术问题之二，在于提供一种基于分层流计算的区域交通信号控制系统。本专利技术的问题之二，是这样实现的：一种基于分层流计算的区域交通信号控制系统，包括：数据接口层：负责通过网络从现场的道路信号机、车辆检测器或者第三方系统中获取交通数据；数据清洗层：负责对接收的不同类型的交通数据中的脏数据进行清洗；状况评估层：负责根据清洗后的交通数据对不同交通区域的状态进行评估；控制优化层：负责对交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案进行计算；控制指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、采用开源流计算框架搭建区域交通信号控制系统的软件架构；步骤2、在流计算框架中实现数据接口层，通过网络从现场的道路信号机、车辆检测器或者第三方系统中获取交通数据；步骤3、在流计算框架中实现数据清洗层，对接收的不同类型的交通数据中的脏数据进行清洗；步骤4、在流计算框架中实现状况评估层，根据清洗后的交通数据对不同交通区域的状态进行评估；步骤5、在流计算框架中实现控制优化层，对交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案进行计算；步骤6、在流计算框架中实现控制指令层，将交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案转换成对应的设备指令，并通过网络下发给对应的可控交通信号设备进行控制；步骤7、建立各分层之间的数据通道，根据实际数据流，依次连接数据接口层、数据清洗层、状况评估层、控制优化层和控制指令层以实现区域交通信号控制系统的功能，在本地模拟运行，调试完成后打包成JAR文件；步骤8、启动服务器，提交打包好的JAR文件给区域交通信号控制系统，提交成功后，区域交通信号控制系统将根据用户设计的流程开始工作。

【技术特征摘要】
1.一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、采用开源流计算框架搭建区域交通信号控制系统的软件架构；步骤2、在流计算框架中实现数据接口层，通过网络从现场的道路信号机、车辆检测器或者第三方系统中获取交通数据；步骤3、在流计算框架中实现数据清洗层，对接收的不同类型的交通数据中的脏数据进行清洗；步骤4、在流计算框架中实现状况评估层，根据清洗后的交通数据对不同交通区域的状态进行评估；步骤5、在流计算框架中实现控制优化层，对交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案进行计算；步骤6、在流计算框架中实现控制指令层，将交通区域内各种可控交通信号设备的优化方案转换成对应的设备指令，并通过网络下发给对应的可控交通信号设备进行控制；步骤7、建立各分层之间的数据通道，根据实际数据流，依次连接数据接口层、数据清洗层、状况评估层、控制优化层和控制指令层以实现区域交通信号控制系统的功能，在本地模拟运行，调试完成后打包成JAR文件；步骤8、启动服务器，提交打包好的JAR文件给区域交通信号控制系统，提交成功后，区域交通信号控制系统将根据用户设计的流程开始工作。2.如权利要求1所述的一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，其特征在于：所述步骤1中开源流计算框架采用的是Storm、SparkStreaming或以Java语言自行开发的流计算平台。3.如权利要求1所述的一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，其特征在于：所述步骤2具体为：使用Java编写数据接口层中的数据接口ClassA，利用RESTAPI、WebSockets和MQTT数据通讯技术，实现通过网络从现场的道路信号机、车辆检测器或者第三方系统中获取交通数据的功能；从不同类型的数据源获取交通数据，需要对应实现不同的数据接口ClassA，每类数据接口ClassA根据每类数据源的数量按照多线程设置并发度。4.如权利要求1所述的一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，其特征在于：所述步骤3具体为：使用Java编写数据清洗层中的数据清洗ClassB，实现对接收的不同类型的交通数据中的脏数据进行清洗，所述脏数据包括错误数据、冗余数据、丢失数据以及时间点漂移；针对不同类型的交通数据，需要对应实现不同的数据清洗ClassB，每类数据清洗ClassB包含复数个清洗步骤，每类数据清洗ClassB根据每类交通数据的数量按照多线程设置并发度。5.如权利要求1所述的一种基于分层流计算的区域交通信号控制方法，其特征在于：所述步骤4具体为：使用Java编写状况评...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈松航，陈豪，王耀宗，张丹，王森林，张景欣，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35