一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法。该方法步骤如下：(1)采集实景建模区域的基础地形数据及纹理信息，搭建城市三维仿真场景；(2)根据不同车道数路口的相位，编写相位控制脚本，用于控制红绿灯固定配时的相位变化；编写车辆运动控制脚本，用于模拟在高峰时段和非高峰时段的车流；(3)基于目标跟踪算法进行车流量的统计；(4)计算不同车道数路口的相位配时时长，进行实时相位调控和车辆控制；(5)将配时方案反馈到三维仿真场景中，实时调节信号灯的配时，进一步优化配时方案。本发明专利技术能有效弥补传统配时算法无法进行实地验证与优化的局限性，对减少车辆的等待时间、缓解交通拥堵、打造智慧交通具有重要参考价值。

A traffic light timing optimization and simulation method

【技术实现步骤摘要】
一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法
本专利技术涉及一种基于虚拟现实的自适应信号灯调控、反馈与智能优化的配时技术，具体的说，就是利用三维仿真平台并融合人工智能技术进行信号灯的智能配时，将配时结果反馈到三维场景中以弥补传统信号灯配时方法无法实地验证的局限性，以形成车流视频采集-配时计算-配时反馈-相位调节-流量统计-配时优化的信号灯自适应配时优化闭环系统。
技术介绍
随着我国经济水平和综合国力的不断提高，汽车的拥有量不断增加，城市交通拥堵现象日益严重，如何解决道路交通给城市带来的巨大压力成为了当今城市建设的热点问题。目前缓解交通拥堵的方案有扩宽道路、限号出行、发展智能交通等。拓宽道路需要耗费国家大量的财力与物力，如果拓宽车道设计长度不足，易导致排队车辆溢出，也不利于车辆安全减速换道。为此，我国许多一线城市如北京、上海、广州等实施限号出行、汽车限购等政策。限号出行虽然对缓解交通拥堵效果显著，但是也限制了人们的出行效率。除此之外，地图导航技术的发展也为缓解城市道路交通拥堵发挥了一定作用，比如百度地图、高德地图可以为驾驶员提供实时的路况信息，司机可以提前规划好出行的路线，但在出行高峰期也无济于事。近年来，随着计算机技术的发展，智能交通系统(IntelligenceTransportationSystem，ITS)也迅速地发展起来。智能交通系统是传统交通系统的基础上发展起来的一种新型交通系统，它更倾向自动化和智能化。交通信号灯的智能调控是智能交通系统的重要部分，同时信号灯的智能调控在缓解交通方面发挥着重要作用。基于先前研究的智能交通信号灯控制领域存在的依赖历史数据、固定配时、无法应对复杂多变的现实环境等缺点，胡耀增等在使用压力传感器实时采集交通路口各方向车流量数据的基础上，提出了一套自动周期自动交通灯比例时长和固定周期自动交通灯比例时长相结合的智能交通控制方案，即根据车流量的实际情况，自动调节信号周期和红绿灯配时比例，以尽量减少道路交通路口的车辆滞留，实现信号灯的智能化控制；并使用MATLAB编制了仿真程序，进行仿真实验，结果显示：平均车辆延误时间比传统的固定配时方案低(胡耀增,李杨,林晨.车流量的交通信号灯控制模式和仿真[J].装备制造技术,2012(11):17-18.)。但此方案需要考虑是否有多个车道同时出现高峰期，高峰期是否出现决定着不同配时方法的采用，那么如何实时判断高峰期成了有待解决的问题。章伟等基于车流量的智能交通灯控制系统，利用视频检测技术，测得路口的实时车流信息，并依据所测得的信息设计了时间分配控制算法来调整控制各车道的绿灯时间，实时改变交通灯的时长以实现车流动态调节(章伟,张代远.基于车流量的交通灯控制系统设计[J].计算机技术与发展,2015(5):196-199.)。该方案允许信号灯实时被更新以匹配当前的交通需求，在实际运用中，可达到缓解交通压力、提高通行效率、节省出行时间的目的。虽然利用视频检测技术实时获取当前车流情况来调整信号周期具有显著作用，但从现实环境中获取交通监控视频，到交通服务中心根据接收到的视频做分析、处理、计算、统计是个复杂的过程，并且其中还涉及到众多交通参数的计算，配时的结果无法进行实时反馈与优化。基于仿真模拟技术，黄亚坤等采用面向对象的方法进行建模和仿真，证明了十字路口不同步红绿灯配时方案使得城市主干道不间断通行、总车辆等待时间减少(黄亚坤,丁润泽,赵治文,etal.城市主干道红绿灯配时优化与仿真程序[J].山东工业技术,2014(9):55-57.)。此设计方案采用微观交通仿真模型，将一个城市分为n个模块，分别用主干道和单行道进行连接，面向对象设计思想比较符合我们的现实世界，但从仿真的效果上来看，二维的平面角度对于验证配时方案缺乏现实的说服力。
技术实现思路
综合以上现有交通信号的智能调控的相关技术及方案的不足，本专利技术从智慧城市、智慧交通的角度出发，基于人工智能技术，将红绿灯的实时配时算法与三维仿真系统相结合，构建了能够将配时结果反馈并做进一步优化的闭环技术，以弥补现有的红绿灯优化配时方案无法进行实地验证与反馈优化的局限性。本专利技术的基本思路是综合运用计算机视觉及人工智能技术，对车流进行检测和统计，设计开发自适应配时算法合理分配红绿灯时长，从而缓解车辆排队现象；同时，为弥补相位调控无法实地验证的局限性，运用虚拟现实技术建立仿真场景，进行相位调节反馈与自适应调节，从而达到模拟实时配时优化的效果。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法，具体步骤如下：S1，采集实景建模区域的基础地形数据及纹理信息，搭建城市三维仿真场景；S2，根据不同车道数路口的相位，编写相位控制脚本，用于控制红绿灯固定配时的相位变化；并且编写车辆运动控制脚本，用于模拟在高峰时段和非高峰时段的车流；S3，基于目标跟踪算法进行车流量的统计：在检测区域中对运动的车辆目标进行检测、匹配和跟踪，确定车辆的运动轨迹，根据其运动轨迹的持续性完成车辆目标的计数；S4，根据步骤S3获得的车流量，计算不同车道数路口的相位配时时长，得出最佳信号灯配时方案；根据各路口不同相位的实时配时结果，结合步骤S2的相位控制脚本进行实时相位调控，并利用步骤S2的车辆运动控制脚本进行车辆控制；S5，将步骤S4的配时方案反馈到三维仿真场景中，利用步骤S3的方法统计优化配时后的车流量，再次计算不同车道数路口的相位配时时长，对信号灯配时方案进一步优化，并进行相位调控及车辆运动的控制。进一步地，所述步骤S1中，城市三维仿真场景包括由双向四车道、双向六车道、双向八车道及道路交叉口形成的城市道路仿真交通网，在仿真交通网的各个路口设有摄像头。进一步地，所述步骤S2中，在每个车道添加路标点，给车辆模型加触发器，并在车辆前面添加引导球，当车辆运动碰到路标点时引导球引导车辆驶向下一个路标点；所述车辆自动控制模块控制车辆自动根据路口信号灯相位执行启停动作及自动碰撞避免。进一步地，所述步骤S3具体包括如下步骤：(1)对场景实时采集视频，利用基于Canny算子的边缘检测法来提取车辆的轮廓信息，根据车辆的有效特征结合特征匹配算法，在序列图像上找出与汽车模型最相似的位置，对连通区域进行标记，画出连通区域的最小外接矩形，从而实现对视频中运动车辆的提取和定位；(2)利用找到的车辆轮廓矩形边界，得到包围汽车矩形边界的质心，判断同一个车辆目标在检测区中的运动情况，当车辆质心越过仿真场景中的检测线，开始统计车流量。进一步地，所述步骤S4中，根据统计的车流量利用自适应配时算法得出信号灯最佳配时优化方案，并实时控制相位变化和车辆运动，统计当前配时方案的平均车速、通车流量及车辆总等待时间的总时间。进一步地，所述步骤S5中，配时后反馈到三维场景中，重复步骤S3，计算配时后各路口的车流量，对配时方案做进一步优化；根据优化后的配时方案的各相位配时信息，统计早晚高峰时段的平均车流量和通车流量，同时统计出优化后的配时方案相对于优化前的配时方案车辆等待减少的总时间本专利技术的技术特点及有益效果：1、本专利技术从智慧交通角度出发，将红绿灯的实时配时算法与三维仿真系统相结合，研究基于Unity3D仿真平台的红绿灯的实时优化配时，对实时配时方案进行优化与反馈，弥补红绿灯优化配时方案无法进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法，其特征在于，具体步骤如下：S1，采集实景建模区域的基础地形数据及纹理信息，搭建城市三维仿真场景；S2，根据不同车道数路口的相位，编写相位控制脚本，用于控制红绿灯固定配时的相位变化；并且编写车辆运动控制脚本，用于模拟在高峰时段和非高峰时段的车流；S3，基于目标跟踪算法进行车流量的统计：在检测区域中对运动的车辆目标进行检测、匹配和跟踪，确定车辆的运动轨迹，根据其运动轨迹的持续性完成车辆目标的计数；S4，根据步骤S3获得的车流量，计算不同车道数路口的相位配时时长，得出最佳信号灯配时方案；根据各路口不同相位的实时配时结果，结合步骤S2的相位控制脚本进行实时相位调控，并利用步骤S2的车辆运动控制脚本进行车辆控制；S5，将步骤S4的配时方案反馈到三维仿真场景中，利用步骤S3的方法统计优化配时后的车流量，再次计算不同车道数路口的相位配时时长，对信号灯配时方案进一步优化，并进行相位调控及车辆运动的控制。

【技术特征摘要】
1.一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法，其特征在于，具体步骤如下：S1，采集实景建模区域的基础地形数据及纹理信息，搭建城市三维仿真场景；S2，根据不同车道数路口的相位，编写相位控制脚本，用于控制红绿灯固定配时的相位变化；并且编写车辆运动控制脚本，用于模拟在高峰时段和非高峰时段的车流；S3，基于目标跟踪算法进行车流量的统计：在检测区域中对运动的车辆目标进行检测、匹配和跟踪，确定车辆的运动轨迹，根据其运动轨迹的持续性完成车辆目标的计数；S4，根据步骤S3获得的车流量，计算不同车道数路口的相位配时时长，得出最佳信号灯配时方案；根据各路口不同相位的实时配时结果，结合步骤S2的相位控制脚本进行实时相位调控，并利用步骤S2的车辆运动控制脚本进行车辆控制；S5，将步骤S4的配时方案反馈到三维仿真场景中，利用步骤S3的方法统计优化配时后的车流量，再次计算不同车道数路口的相位配时时长，对信号灯配时方案进一步优化，并进行相位调控及车辆运动的控制。2.根据权利要求1所述的一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中，城市三维仿真场景包括由双向四车道、双向六车道、双向八车道及道路交叉口形成的城市道路仿真交通网，在仿真交通网的各个路口设有摄像头。3.根据权利要求1所述的一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中，在每个车道添加路标点，给车辆模型加触发器，并在车辆前面添加引...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾微波，陈夏微，吕文雅，
申请(专利权)人：滁州学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34