基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，包括交叉口几何信息模块、实时流量统计模块以及切换策略模块；所述切换策略模块根据交叉口几何信息模块以及实时流量统计模块中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。本发明专利技术通过平均饱和度指标，明确系统优化目标，可以有效降低信号控制系统优化复杂度，缩短信号控制策略达到最优解的优化时间、提升信号控制系统的优化精度，从而提升城市交通系统的运行效率。

Signal Control Optimized Target Switching System Based on Mean Saturation of Intersection

The invention discloses a signal control optimization target switching system based on average saturation of intersections, which includes intersection geometry information module, real-time traffic statistics module and switching strategy module. The switching strategy module predicts the average saturation of intersections in the next cycle according to the data recorded in intersection geometry information module and real-time traffic statistics module, and is credible to the city. Decision-making is carried out with the optimal objective of No. 1 control. By means of the average saturation index, the system optimization objective is defined, which can effectively reduce the optimization complexity of the signal control system, shorten the optimization time of the signal control strategy to reach the optimal solution, and improve the optimization accuracy of the signal control system, thereby improving the operation efficiency of the urban traffic system.

【技术实现步骤摘要】
基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统
本专利技术涉及城市交通信号控制系统，尤其涉及一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统。
技术介绍
城市信号控制是城市路网运行效率的关键因素。在过去的近一个世纪中，城市交通信号控制系统的发展主要可以划分为4个阶段，其中第一阶段是固定式信号控制，第二阶段是感应式信号控制，第三阶段是动态自适应信号控制，第四阶段则是智能交通系统框架下的多系统协同信号控制。在各个阶段下，城市信号控制系统都一贯的以系统最优为决策目标，其中最常见的优化目标主要包括以交叉口延误最小为目标和以交叉口通行能力最大为优化目标。以交叉口延误最小为目标的信号控制策略在进行信号控制优化时，为每一条进口道预测下一周期的交通流量，随着绿灯时长的变化，有些时候车辆可以全部通过无延误，而有些时候由于绿灯时长不足部分车路无法通过，就会产生延误，由于总绿灯时长是有限的，以交叉口延误最小为目标的信号控制策略通过优化不同进口道在下一周期内的绿灯时长降低整个交叉口的延误；以交叉口通行能力最大为优化目标的信号控制在进行信号控制优化时，为每一条进口道预测下一周期的交通流量，随着绿灯时长的变化，不同进口道可以通过的车辆数存在差异，由于总绿灯时长是有限的，以交叉口通行能力最大为优化目标的信号控制策略通过优化不同进口道在下一周期内的绿灯时长提升整个交叉口的总通过车辆数。这两种优化目标在不同流量条件下的运行效率存在差异。国内外专家学者在城市信号控制
进行了大量的研究，对信号控制系统的优化也提出了很多有效的算法。但是现有研究往往着重通过改善算法精度、算法效率、算法适应度来提升单一或多重优化目标的信号控制策略。但是随着算法的复杂化、城市路网的不断扩大，计算的复杂度成指数级的增长，以当前的计算机效率，很难在实时环境下提供最优解。在现在研究中，缺乏优化目标的选择机制，不加选择的进行优化，缺乏有效性。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术针存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，针对常见的以交叉口延误最小和以交叉口通行能力最大两种优化目标，根据交叉口平均饱和度切换信号控制的优化目标，降低因多重优化目标导致的计算复杂度的大福上升，从而在提升城市交通系统的运行效率。技术方案：一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，包括交叉口几何信息模块、实时流量统计模块以及切换策略模块；所述切换策略模块根据交叉口几何信息模块以及实时流量统计模块中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。进一步的，所述交叉口几何信息模块，需要与研究人员进行实地考察或公安交通管理部门联系，获取信息包括：道路交叉口进口道数、各进口道车道数、车道功能划分、道路交通流监测设施布置位置。所述实时流量统计模块用于实时获取并存储各进口道交通流监测设施采集得到的数据，从而获取实时交通数据，包括进口道各车道流量数据，为便于表述，记f(d,m,id,l)为d日m周期第id号交通流监测设施上传的第l条车道的流量数据。所述切换策略模块中，预测d日m+1周期第id号交通流监测设施上的平均流量f(d,m+1,id)通过公式(1)得到：其中，Nid是第id号交通流监测设施的车道数，M是预设观测周期数。预测d日m+1周期的平均饱和度λ(d,m+1)通过公式(2)得到：其中，I是当前交叉口所有交通流监测设施的道集合；n是集合I的元素数；Sid是第id号交通流监测设施所在进口道的设计通行能力，通过公式(3)得到：Sid＝Cid,lnid,l+Cid,tnid,t+Cid,rnid,r(3)其中，nid,l是第id号交通流监测设施所在进口道的左转车道数；nid,t是第id号交通流监测设施所在进口道的直行车道数；nid,r是第id号交通流监测设施所在进口道的右转车道数；Cid,l是第id号交通流监测设施所在进口道的左转车道设计通行能力；Cid,t是第id号交通流监测设施所在进口道的直行车道设计通行能力；Cid,r是第id号交通流监测设施所在进口道的右转车道设计通行能力。在所述切换策略模块中，决策方法为：系统的信号控制优化目标包括交叉口延误最小和交叉口通信能力最大，设定各系统信号控制优化目标所对应的平均饱和度区间范围，根据公式(2)计算得到下一周期平均饱和度λ(d,m+1)，根据平均饱和度λ(d,m+1)的数值，对当前信号控制系统进行相应设置。有益效果：和现有技术相比，本专利技术具有如下显著进步：通过平均饱和度指标，明确系统优化目标，可以有效降低信号控制系统优化复杂度，缩短信号控制策略达到最优解的优化时间、提升信号控制系统的优化精度，从而提升城市交通系统的运行效率。附图说明图1为本专利技术的系统结构框图；图2为实施例典型城市信号控制交叉口示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的信号控制优化目标切换系统包括交叉口几何信息模块、实时流量统计模块以及切换策略模块；切换策略模块根据交叉口几何信息模块以及实时流量统计模块中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。其中,交叉口几何信息模块需要与研究人员进行实地考察或公安交通管理部门联系，获取信息包括：道路交叉口进口道数、各进口道车道数、车道功能划分、道路交通流监测设施布置位置；实时流量统计模块用于实时获取并存储各进口道交通流监测设施采集得到的数据，从而获取实时交通数据，包括进口道各车道流量数据；切换策略模块根据交叉口几何信息模型以及实时流量统计模型中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。实时流量统计模块实时获取并存储各进口道交通流监测设施采集得到的数据，并保持如表1所示的格式，其中，DATA为日期，CYCLE_ID为周期序号，POSID为交通流监测设施序号，LANE为车道序号，VOLUME为流量数据，为便于表述，记f(d,m,id,l)为d日m周期第id号交通流监测设施上传的第l条车道的流量数据.表1DATACYCLE_IDPOSIDLANEVOLUME20181122100001112201811221000012020181122100001342018112210000211820181122100002213201811221000031520181122100003215…………………………进一步的，在切换策略模块中，通过公式(1)预测d日m+1周期第id号交通流监测设施上的平均流量f(d,m+1,id)：其中，Nid是第id号交通流监测设施的车道数，M是预设观测周期数。通过公式(2)预测d日m+1周期的平均饱和度λ(d,m+1)：其中，I是当前交叉口所有交通流监测设施的道集合；n是集合I的元素数；Sid是第id号交通流监测设施所在进口道的设计通行能力，通过公式(3)得到：Sid＝Cid,lnid,l+Cid,tnid,t+Cid,rnid,r(3)其中，nid,l是第id号交通流监测设施所在进口道的左转车道数；nid,t是第id号交通流监测设施所在进口道的直行车道数；nid,r是第id号交通流监测设施所在进口道的右转车道数；Cid,l是第id号交通流监测设施所在进口道的左转车道设计通行能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，其特征在于：包括交叉口几何信息模块、实时流量统计模块以及切换策略模块；所述切换策略模块根据交叉口几何信息模块以及实时流量统计模块中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。

【技术特征摘要】
1.一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，其特征在于：包括交叉口几何信息模块、实时流量统计模块以及切换策略模块；所述切换策略模块根据交叉口几何信息模块以及实时流量统计模块中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。2.根据权利要求1所述的信号控制优化目标切换系统，其特征在于：所述交叉口几何信息模块获取信息包括：道路交叉口进口道数、各进口道车道数、车道功能划分、道路交通流监测设施布置位置。3.根据权利要求1所述的信号控制优化目标切换系统，其特征在于：所述实时流量统计模块用于实时获取并存储各进口道交通流监测设施采集得到的数据，包括进口道各车道流量数据，记f(d,m,id,l)为d日m周期第id号交通流监测设施上传的第l条车道的流量数据。4.根据权利要求1所述的信号控制优化目标切换系统，其特征在于：所述切换策略模块中，预测d日m+1周期第id号交通流监测设施上的平均流量f(d,m+1,id)通过公式(1)得到：其中，Nid是第id号交通流监测设施的车道数，M是预设观测周期数。预测d日m+1...

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