一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统技术方案

本发明专利技术涉及一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，包括：数据源，用于存储交叉口信息、连接交叉口的路网信息，并提供查询；轨迹采集模块，用于采集交叉口处车辆的轨迹数据；单点评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算绿灯利用率、车均延误和最大排队长度并展示；干线评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算车流集中度和绿灯到达率并展示。与现有技术相比，本发明专利技术提供了一种可以分别展示单点评价信息和干线评价数据的系统，可以优化交叉控制信号。

A Data-driven Intersection Signal Control Evaluation System

The present invention relates to a data-driven intersection signal control and evaluation system, which includes: data source for storing intersection information, connecting intersection network information and providing queries; trajectory acquisition module for collecting vehicle trajectory data at intersection; single-point evaluation module, which is connected with data source and trajectory acquisition module respectively, and is used for road network information and trajectory number based on road network information and trajectory number. According to the calculation of green light utilization rate, vehicle delay and maximum queue length, and display; trunk evaluation module, respectively, with data sources and track acquisition module, used to calculate traffic concentration and green light arrival rate based on road network information and track data and display. Compared with the prior art, the invention provides a system which can display the single point evaluation information and the trunk evaluation data respectively, and can optimize the cross control signal.

【技术实现步骤摘要】
一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统
本专利技术涉及交叉口信号控制研究领域，尤其是涉及一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统。
技术介绍
交叉口是城市交通运行的瓶颈，也是造成车流中断、事故增多、延误严重的问题所在，有效的交叉口信号控制有助于降低车流延误、提升车流运行效率。目前，国内城市针对交叉口信号控制的评价与优化，一般用延误、排队长度、饱和度等指标直接进行评价，其评价结果体现的是交叉口的交通状态或运行效果，并不能体现信号控制方案的真实水平及其优化潜能。其次，目前的评价与优化工作大多基于人工计算或经验判断，现阶段随着交通数据资源的日益丰富，有必要基于数据驱动的方式开发智慧交通信号评估与优化产品，代替人工操作，从而提升信号评估与优化效率、扩大智慧信号灯的应用范围。开发智慧交通信号评估与优化系统，基于对道路基础设施数据、车辆轨迹数据、断面检测数据、信号灯数据等多源数据的融合与标准化处理，从单点信号控制、干线协调控制两个层面，量化评估交叉口交通控制的水平与优化潜能，并给出相应的优化方案，从而为信号控制的评价与优化提供客观、有效的依据。系统的开发有助于促进城市交通控制系统建设和升级，准确识别存在信号控制问题的交叉口并给出优化方案，有效提高交叉口车辆通行效率，以到达缓解城市交通拥堵的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，包括：数据源，用于存储交叉口信息、连接交叉口的路网信息，并提供查询；轨迹采集模块，用于采集交叉口处车辆的轨迹数据；单点评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算绿灯利用率、车均延误和最大排队长度并展示；干线评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算车流集中度和绿灯到达率并展示。所述单点评价模块包括：渠化模式展示子模块，用于展示交叉口的渠化模式；配时方案展示子模块，用于展示交叉口配时方案；基本约束评价子模块，用于提供最大绿灯时长、行人过街约束、排队长度约束以及饱和度约束；单点控制评价子模块，用于基于数据源提供的数据计算绿灯利用率、车均延误和最大排队长度并展示。所述绿灯利用率的数学表达式为：其中：UOGi为车道组i的绿灯利用率，gi为车道组i的绿灯时长，oi，j为车道i在第j秒的占用值。所述车道i在第j秒的占用值具体为：其中：ni，j为车道组i在统计时段内收集到的绿灯时间第j秒通过的轨迹车辆数，uthre，i为判断车道组i绿灯时间的第j秒是否被占用的阈值。所述阈值为：其中：headwaymax为绿灯未被利用的车头时距最大值，nl为车道组i包含的车道数，nq为nc个周期内采集到的轨迹数，nQ为nc个周期内的车辆总数，nc为叠加的轨迹点所覆盖的周期数。所述最大排队长度为最大排队出现的位置与停车线位置的距离，所述最大排队出现的位置的数学表达式为：其中：为最大排队出现的位置，X0为停车线位置，w为根据历史轨迹获得的排队消散波斜率，α为排队集结波的斜率，为该相位红灯开始时间，为该相位红灯结束时间。所述干线评价模块包括：干线协调评价子模块，用于基于路网信息和轨迹数据计算车流集中度和绿灯到达率并展示；干线协调绿波图子模块，用于展示干线协调绿波图；绿波数据展示子模块，用于展示绿波数据。所述车流集中度计算过程具体包括以下步骤：通过轨迹数据计算两交叉口间路段上每辆车的行程时间，通过求最小值以及下游交叉口协调相位的绿灯时长获得密集车流集中的时间范围；根据轨迹数据筛选出密集车流集中的时间范围内的车辆数以及总数计算出车流集中度。所述车流集中度的数学表达式为：其中：P为车流集中度，VG为行程时间处于[tmin，tmax]范围的车辆数，VA为总车辆数，tmin为所有车辆行程时间中的最小值，tmax为密集车流行程时间范围的最大值，tmax＝tmin+g其中：g为下游交叉口的协调相位绿灯时长。所述绿灯到达率的数学表达式为：其中：POG为绿灯到达率，NG为绿灯期间到达交叉口停车线的车辆数量，N为，为交叉口通过的车辆总数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)提供了一种可以分别展示单点评价信息和干线评价数据的系统，可以优化交叉控制信号。2)通过采集轨迹数据的方式得到绿灯利用率，更能反映绿灯利用情况。3)融合多源数据，以当前应用日益普及的浮动车轨迹数据为主，以线圈、地磁等固定采集数据为辅，弥补了单一数据情况下空间覆盖与计算精度的不足，也符合当前的互联网大数据发展趋势。4)建立的信号控制水平评价模型能针对不同道路几何条件、不同交通状态以及不同控制模式下的交叉口，从交叉口交通问题的诸多成因中，辨识出属于交通控制的专门影响，建立的信号控制水平指数，直观定量地反映交叉口信号控制水平。5)开发了智慧交通信号评估与优化系统，为交叉口信号控制评价提供了可部署且可视化的平台，前端设计了简洁而友好的用户交互界面，后端完成对算法文件的运行与管理，能够对用户上传的数据进行处理并返回结果至网页端。相比人工计算与判断，提高了工作效率与准确性，为控制系统的大规模开发应用提供技术支撑。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为交叉口信号控制评价示意图；图3为系统开发框架示意图；图4为轨迹通过停车线时间示意图；图5为非饱和状态下排队长度计算示意图；图6为技术流线图；图7为单点信号控制评价功能实现流程图；图8为干线协调控制评价功能实现流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。目前，国内城市针对交叉口信号控制的评价，一般用延误、排队长度、饱和度等指标直接进行评价，其评价结果体现的是交叉口的交通状态或运行效果，并不能体现信号控制方案的真实水平及其优化潜能。其次，目前的评价与优化工作大多基于人工计算或经验判断。本专利技术的目的是为了克服现有评价方法和系统的缺点和不足，基于日益丰富的交通数据资源，开发了数据驱动智慧交通信号控制评价系统，代替人工操作，从而提升信号评估与优化效率、扩大智慧信号灯的应用范围。如图6所示，专利技术人经过一下技术路线得到本申请的技术方案，(1)结合越来越普及的断面检测和车辆轨迹等数据，研究交叉口信号控制水平指数，实现对交通控制及其改善潜力的定量分析和评价，是当前关键的技术需求。基于此需求设计开发了交叉口信号控制评价系统，具体实现步骤如(2)到(6)(2)首先是系统设计，包括模块设计和数据结构的设计。(3)模块设计部分包括单点和干线评价设计，数据结构包括的信息有路网信息以及轨迹数据。(4)与此同时进行算法设计，即单点和干线评价指标的选取和计算，与步骤(3)的单点和干线评价设计对应。(5)基于上述步骤的系统和算法设计，研究和设计系统框架，进行系统开发。(6)最后选取实际路网和数据进行案例分析。得到的一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，如图1和图2所示，包括：数据源，用于存储交叉口信息、连接交叉口的路网信息，并提供查询，其中，对于数据结构，首先进行了数据库编码，对静态配置参数的编码和取值进行约定，将路网信息分为五大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，其特征在于，包括：数据源，用于存储交叉口信息、连接交叉口的路网信息，并提供查询；轨迹采集模块，用于采集交叉口处车辆的轨迹数据；单点评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算绿灯利用率、车均延误和最大排队长度并展示；干线评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算车流集中度和绿灯到达率并展示。

【技术特征摘要】
1.一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，其特征在于，包括：数据源，用于存储交叉口信息、连接交叉口的路网信息，并提供查询；轨迹采集模块，用于采集交叉口处车辆的轨迹数据；单点评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算绿灯利用率、车均延误和最大排队长度并展示；干线评价模块，分别与数据源和轨迹采集模块连接，用于基于路网信息和轨迹数据计算车流集中度和绿灯到达率并展示。2.根据权利要求1所述的一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，其特征在于，所述单点评价模块包括：渠化模式展示子模块，用于展示交叉口的渠化模式；配时方案展示子模块，用于展示交叉口配时方案；基本约束评价子模块，用于提供最大绿灯时长、行人过街约束、排队长度约束以及饱和度约束；单点控制评价子模块，用于基于数据源提供的数据计算绿灯利用率、车均延误和最大排队长度并展示。3.根据权利要求2所述的一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，其特征在于，所述绿灯利用率的数学表达式为：其中：UOGi为车道组i的绿灯利用率，gi为车道组i的绿灯时长，oi，j为车道i在第j秒的占用值。4.根据权利要求3所述的一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，其特征在于，所述车道i在第j秒的占用值具体为：其中：ni，j为车道组i在统计时段内收集到的绿灯时间第j秒通过的轨迹车辆数，uthre，i为判断车道组i绿灯时间的第j秒是否被占用的阈值。5.根据权利要求4所述的一种数据驱动的交叉口信号控制评价系统，其特征在于，所述阈值为：其中：headwaymax为绿灯未被利用的车头时距最大值，nl为车道组i包含的车道数，nq为nc个周期内采集到的轨迹数，nQ为nc个周期内的车辆总数，nc为叠加的轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：马万经，万丽娟，陈蓓，黄望月，付涛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31