一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法技术

本发明专利技术公开了一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，该方法首先依据快速路在入口匝道汇入点的后方区域的车辆数量及行驶速度，建立快速路拥堵等级划分模型，然后，基于此计算快速路拥堵等级，并使用增量式PID算法实时调整入口匝道信号灯绿信比，以维持车辆在快速路畅通连续行驶。采用本发明专利技术所述的方法能自动识别快速路上的拥堵等级，并基于增量式PID算法实时反馈调整入口匝道信号灯绿信比，可有效维持快速路高效运行，规避同一时间段车辆大量汇入，导致快速路出现车辆“上不来下不去”的严重堵塞现象，从而保证快速路上车辆的出行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法
本专利技术涉及城市交通信号控制领域，设计了一种基于增量式PID的快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法。
技术介绍
城市快速路作为等级最高的城市道路，主要作用为保证车辆连续畅通行驶，缓解城市交通压力。但快速路的通行能力是有限的。快速路每隔一段间距，会建设车辆进入快速路的入口匝道。在车辆出行高峰时期，车辆通过入口匝道同时大量汇入快速路，快速路会出现交通拥堵，出现车辆“上不来和下不去”的现象，反而不利于车辆快速通行。如何缓解快速路拥堵，提高车辆通行效率成为社会一个关注点。因此，寻找有效的缓解快速路拥堵的方法存在着非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对缓解快速路拥堵的问题，提出一种基于增量式PID的快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，可有效维持快速路高效运行，规避同一时间段车辆大量汇入，导致快速路出现车辆“上不来下不去”的严重堵塞现象。一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，其特点是，该方法首先依据快速路在入口匝道汇入点的后方区域的车辆数量及行驶速度，建立快速路拥堵等级划分模型，然后，基于此计算快速路拥堵等级，并使用增量式PID算法实时调整入口匝道信号灯绿信比，以维持车辆在快速路畅通连续行驶。本专利技术所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，包括如下步骤，第一，根据实地调研确定各控制参数，控制参数包括快速路的拥堵等级划分数量、车道畅通车辆数量阈值、各拥堵等级间的车速分界阈值、各拥堵等级的车道数量阈值以及拥堵判定依据的连续时长和入口匝道信号控制的快速路拥堵等级目标；第二，利用检测器实时获取快速路在入口匝道汇入点的后方区域各车道秒级的车辆数据并保存，包括车道车辆数量及车辆行驶车速；第三，在入口匝道的信号周期起始时刻，基于快速路在入口匝道汇入点的后方区域的车辆检测数据计算各车道的拥堵等级；第四，综合各车道的拥堵等级计算快速路的拥堵等级；第五，依据快速路的拥堵等级，基于增量式PID，调整入口匝道信号灯绿信比，并执行。本专利技术所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，该方法包括如下具体步骤，(1)设置各控制参数根据实地调研，确定快速路划分的拥堵等级jam1,jam2,…,jamm、车道畅通车辆数量阈值各拥堵等级间的车速分界阈值各拥堵等级的车道数量阈值以及拥堵判定依据的连续时长tref；选择jamg(1＜g＜m)作为入口匝道信号控制的快速路拥堵等级目标；(2)车辆数据获取利用检测器实时获取快速路在入口匝道汇入点后方区域各车道秒级的车辆数据并保存，包括车道车辆数量及车辆行驶车速。如果当前时刻处于入口匝道的信号周期起始时刻，执行步骤(3)，否则，执行步骤(6)；(3)快速路车道拥堵等级计算首先，确定划分的快速路车道拥堵等级数量为m个,拥堵等级由低到高分别记为jam1，jam2，...，jamm。在计算车道拥堵等级时，综合依据连续若干时长tref的车道中车辆数量及行驶速度的数据，数据需要通过取中位数，或其他可以排除突变检测异常数据干扰的统计方式进行处理。这里，本专利技术以取中位数为例进行阐述。记快速路为A，快速路的入口匝道为B，快速路在入口匝道B汇入点后方区域内的车道数为n，各车道分别表示为C1，C2，...，Cn，如附图2。其中，车道Ci(1≤i≤n)在最近连续时间tref秒内的车辆数量的中位数记为Ni，车速中位数记为Vi。快速路车道Ci的拥堵等级计算模型给出如下：其中，1≤j≤m；为车道畅通车辆数量阈值，意为当车道中车辆数量小于该值时，直接判定车道拥堵等级为拥堵等级最低的jam1，否则，需要进一步通过车速确定车道拥堵等级；为拥堵等级jamj-1与jamj的车速分界阈值；表示车速最小值0，V01表示快速路设计的车速限速。具体的计算方法如下：Step1：计算车道Ci(1≤i≤n)在最近连续时间tref秒内的车辆数量的中位数Ni，车速中位数Vi；Step2：比较Ni与的大小，如果输出Ci的拥堵等级为jam1，执行Step6；否则，执行Step3；Step3：所有拥堵等级间的车速分界阈值构成有序集合Step4：从集合Φ中选择第一个车速分界阈值比较它与Vi的大小，如果输出Ci的拥堵等级为jamj，执行Step6；否则，从集合Φ中删除执行Step5；Step5：如果输出Ci的拥堵等级为jam1；否则，执行Step4；Step6：结束。(4)快速路拥堵等级计算基于快速路在入口匝道汇入点的后方区域内的各车道的拥堵等级，得出快速路的拥堵等级。记快速路A在入口匝道B汇入点的后方区域内的车道中，拥堵等级为jamj(1≤j≤m)的车道数为快速路拥堵等级计算模型给出如下：其中，为拥堵等级车道阈值，意为快速路A在入口匝道B汇入点的后方区域内的车道中，拥堵等级大于等于jamq的车道数量达到该值，判定快速路拥堵等级为jamq。具体的计算方法如下：Step1：所有的拥堵等级构成集合Step2：从集合中选择等级最高的jami，计算拥堵等级大于等于jami的车道数并与拥堵等级车道阈值比较，如果输出快速路的拥堵等级为jami，执行Step4；否则，执行Step3；Step3：从集合中删除jami，执行Step2；Step4：结束。(5)入口匝道信号灯绿信比调整拥堵等级是对快速路拥堵状况的有效体现。为维持快速路高效运行，快速路的拥堵等级不宜过高，也不宜过低；在划分的拥堵等级中选择一个作为信号控制目标，该拥堵等级目标记为jamg(1＜g＜m)。当快速路的拥堵等级高于目标等级时，应适当降低入口匝道信号灯的绿信比，限制入口匝道处驶入快速路的车辆数量；当快速路的拥堵等级低于目标等级时，应适当提高入口匝道信号灯的绿信比，增多入口匝道处驶入快速路的车辆数量。记快速路拥堵等级判定的信号周期为T，入口匝道信号灯在第k个周期的绿信比为λ(k)。为实现上述控制目标，本专利技术采用增量式PID控制算法。PID控制算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，其实质就是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。离散化的PID公式为其中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，u(k)为PID控制器的输出信号，e(k)为给定值与测量值之差。控制增量为进一步，控制增量可表示为Δu＝Kp(e(k)-e(k-1))+Kie(k)+Kd(e(k)-2e(k-1)+e(k-2))其中，本专利技术将入口匝道信号灯在第k个周期的绿信比为λ(k)作为PID控制器的输出信号，那么λ(k)＝λ(k-1)+Δλ即λ(k)＝λ(k-1)+Kp(e(k)-e(k-1))+Kie(k)+Kd(e(k)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，其特征在于：该方法首先依据快速路入口匝道汇入点后方区域的车辆数量及行驶速度，建立快速路拥堵等级划分模型，然后，基于此计算快速路拥堵等级，并使用增量式PID算法实时调整入口匝道信号灯绿信比，以维持车辆在快速路畅通连续行驶。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，其特征在于：该方法首先依据快速路入口匝道汇入点后方区域的车辆数量及行驶速度，建立快速路拥堵等级划分模型，然后，基于此计算快速路拥堵等级，并使用增量式PID算法实时调整入口匝道信号灯绿信比，以维持车辆在快速路畅通连续行驶。


2.按照权利要求1所述的一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，其特征在于：包括如下步骤，
第一，根据实地调研确定各控制参数，控制参数包括快速路的拥堵等级划分数量、车道畅通车辆数量阈值、各拥堵等级间的车速分界阈值、各拥堵等级的车道数量阈值以及拥堵判定依据的连续时长和入口匝道信号控制的快速路拥堵等级目标；
第二，利用检测器实时获取快速路在入口匝道汇入点的后方区域各车道秒级的车辆数据并保存，包括车道车辆数量及车辆行驶车速；
第三，在入口匝道的信号周期起始时刻，基于快速路在入口匝道汇入点的后方区域的车辆检测数据计算各车道的拥堵等级；
第四，综合各车道的拥堵等级计算快速路的拥堵等级；
第五，依据快速路的拥堵等级，基于增量式PID，调整入口匝道信号灯绿信比，并执行。


3.按照权利要求1或2所述的一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，其特征在于：该方法包括如下具体步骤，
(1)设置各控制参数
根据实地调研，确定快速路划分的拥堵等级jam1，jam2，...，jamm、车道畅通车辆数量阈值各拥堵等级间的车速分界阈值各拥堵等级的车道数量阈值以及拥堵判定依据的连续时长tref；选择jamg(1＜g＜m)作为入口匝道信号控制的快速路拥堵等级目标；
(2)车辆数据获取
利用检测器实时获取快速路在入口匝道汇入点后方区域各车道秒级的车辆数据并保存，包括车道车辆数量及车辆行驶车速；
如果当前时刻处于入口匝道的信号周期起始时刻，执行步骤(3)，否则，执行步骤(6)；
(3)计算各车道的拥堵等级
记快速路为A，快速路的入口匝道为B，快速路在入口匝道B汇入点后方区域内的车道数为n，各车道分别表示为C1，C2，...，Cn，其中，车道Ci(1≤i≤n)在最近连续时间tref秒内的车辆数量的中位数记为Ni，车速中位数记为Vi；
快速路车道Ci的拥堵等级计算模型给出如下：



其中，1≤j≤m；为车道畅通车辆数量阈值，意为当车道中车辆数量小于该值时，直接判定车道拥堵等级为拥堵等级最低的jam1，否则，需要进一步通过车速确定车道拥堵等级；为拥堵等级jamj-1与jamj的车速分界阈值；表示车速最小值0，V01表示快速路设计的车速限速；
(4)计算快速路的拥堵等级
统计隶属各拥堵等级的车道数按照快速路的拥堵等级计算模型计算快速路的拥堵等级，



其中，为拥堵等级车道阈值，意为快速路A在入口匝道B汇入点的后方区域内的车道中，拥堵等级大于等于jamq...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓强，王金鑫，王东乐，丁海龙，王龙，朱梁，孙景国，钟瑜，
申请(专利权)人：连云港杰瑞电子有限公司，上海杰瑞兆新信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32