一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法，利用C

【技术实现步骤摘要】
一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法


[0001]本专利技术涉及智能交通
，尤其涉及一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法。

技术介绍

[0002]交通强国是党的十九大作出的重大战略决策，形成安全、便捷、高效、绿色、经济的综合交通体系是智能交通技术的重要任务。当今社会，人们出门离不开交通，城市发展离不开交通。然而，由于城市人口的增加，现有的交通道路日益堵塞，缓解城市交通拥堵是智能佳通发展的重要任务。日常交通出行，由于早晚高峰的影响，传统的交通灯控制方法，固定配时方法或人工调整的方法，由于不能根据路网车辆信息动态调整交通信号灯配时，导致经常出现的一个方向交通拥堵另一个方向交通稀疏的情况时常发生。且当前缺乏有效的手段获取交通参与者实时准确的信息，导致信号灯控制信息不足，无法生成有效的信号灯配时方案。
[0003]随着5G的到来，C
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V2X(Cellular
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V2X，蜂窝车联网)无线通信技术快速发展，可以通过车载OBU，获取道路行驶车辆实时信息，对车辆实时信息的有效利用能帮助实现更加高效可靠的交通信号灯控制方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有城市路网交通信号控制方法的不足，提供一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法，包括以下步骤：步骤一：获取城市路网道路信息，包括所有的道路的连通关系和各十字路口当前交通信号灯信息，假设每条道路包括三个方向车道：左转、直行、右转；每个十字路口交通信号灯包含4种相位，相位1：南北向大左转，相位2：南北向直行，相位3：东西向大左转，相位4：东西向直行；其中道路信息包括道路长度，并假设所有道路最高限速相同，道路当前车队队尾距离上游十字路口的距离；步骤二：利用C
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V2X无线通信技术，从车载终端获取路网中所有车辆的信息，包括车辆的即时速度，以及在道路上的位置，表示为距离上一个十字路口的距离；步骤三：对路网中的每一个十字路口，获取当前的相位信息，并计算在下一个信号灯周期保持当前相位的所有进车道总预期收益和切换为另外3个相位的所有进车道最大总预期收益，比较后选择最佳相位；若下一个信号灯周期执行相位和当前相位相同，则车辆的绿灯通行时长为T，若下一个信号灯执行相位和当前相位不同，则车辆的绿灯通行时长为T
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t，其中t为发生相位切换时的红灯时长；计算所有进车道总预期收益的方式如下：（3.1）每个进车道预期收益为该进车道车辆及时行驶距离与车辆未来行驶距离之和乘以道路优先通行指数，所有进车道的预期收益相加即为某相位的总预期收益；其中车
辆及时行驶距离计算过程首先根据该车辆行驶速度、该车辆加速度、道路的最高限速、道路长度和距离上游十字路口的距离计算车辆到达十字路口还需行驶的距离以及所需时间；对于所有能通过路口的车辆，计算车辆在绿灯通行时长内的行驶距离；（3.2）根据步骤（3.1）计算的车辆到达十字路口还需行驶的距离加上出车道的道路长度再减去左转、直行或右转方向对应车道的排队长度，判断得到的结果是否小于车辆在绿灯通行时长内的行驶距离；若否，则车辆及时行驶距离为车辆在绿灯通行时长内的行驶距离，车辆未来行驶距离为0；若是，则车辆及时行驶距离和车辆未来行驶距离按照下式计算：式中，表示左转、直行或右转方向对应车道的车辆及时行驶距离，表示左转、直行或右转方向对应车道的车辆未来行驶距离，为左转、直行或右转方向对应车道的排队长度，f为left、through或right，分别表示左转、直行或右转方向；d为车辆到达十字路口还需行驶的距离，为出车道的道路长度，为车辆在绿灯通行时长内的行驶距离；p为下游十字路口左转车道为绿灯的概率，为未来行驶距离折损系数，为经验系数；（3.3）根据步骤（3.2）计算得到的左转、直行或右转三个方向的车辆及时行驶距离和车辆未来行驶距离，分别乘以车辆左转、直行或右转三个方向的概率并求和得到所有能通过十字路口的车辆的及时行驶距离和未来行驶距离。
[0006]进一步地，步骤一中，每个十字路口均包括南北双向车道和东西向双向车道，路口有交通信号灯，信号灯包括绿灯、红灯，绿灯通行，红灯不能通行。
[0007]进一步地，每一个相位包含一个进车道和三个出车道，出车道包括左转、直行、右转，右转车辆不受信号灯控制，能够随时右转。
[0008]进一步地，步骤（3.1）中，车辆到达十字路口所需时间计算过程如下：式中，v为行驶速度，a为加速度，V为车辆所在道路的最高限速；如果小于绿灯通行时长，则车辆能通过当前路口。
[0009]进一步地，步骤（3.1）中，车辆在绿灯通行时长内的行驶距离计算公式如下：式中，取值为T或者T
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t，表示绿灯通行时长。
[0010]进一步地，步骤（3.1）中，道路优先通行指数计算方式为：式中， 表示进车道的排队长度，为车速小于0.01m/s车辆的车辆总数，normal表示采用Min
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Max方法分别对三个因子进行无量纲化处理，表示该进车道所有车辆在该车道的平均行驶时间，表示进车道车辆的平均延迟，公式如下：其中，表示该进车道所有车辆的平均车速，为进车道的最高限速。
[0011]进一步地，步骤（3.2）中，下游十字路口左转车道为绿灯的概率p计算公式为：
[0012]进一步地，步骤（3.3）中，车辆左转、直行或右转三个方向的概率分别为，，，三者之和为1。
[0013]进一步地，步骤（3）中，根据预估的保持当前相位的总预期收益和相位发生切换的最大总预期收益，若相位发生切换的最大收益满足是保持当前相位的预期收益的一定倍数β，则切换相位至相位切换最大总收益的相位，否则保持当前相位，其中为β经验值。
[0014]本专利技术的有益效果是，本专利技术根据城市路网拓扑结构，通过C
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V2X技术获取道路车辆的行驶状态，对每一个十字路口利用路口间的上下游关系，预估执行不同相位的预期收益，实现对路口通行利益最大化的相位分配。其实现方法完整可靠，相对传统交通信号配时方案灵活度更高，对缓解城市交通拥堵具有重大意义。
附图说明
[0015]图1是一种基于预期收益估计的交通信号灯控制方法的流程图。
[0016]图2是一个十字路口交通信号相位示意图。
[0017]图3是在CBEngine交通仿真引擎的仿真可视化界面。
[0018]图4是在CBEngine交通仿真引擎的中的某一个路口（圆圈圈出的路口）。
具体实施方式
[0019]下面根据附图详细说明本专利技术。
[0020]如图1所示，本专利技术提供了一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法，包括以下步骤：步骤一：定义城市道路的一个十字路口，包括南北双向车道和东西向双向车道，路口有交通信号灯，信号灯包括绿灯、红灯，绿灯通行，红灯不能通行。每个十字路口交通信号灯包含4种相位，相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预期收益估计的城市路网交通信号灯控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取城市路网道路信息，包括所有的道路的连通关系和各十字路口当前交通信号灯信息，假设每条道路包括三个方向车道：左转、直行、右转；每个十字路口交通信号灯包含4种相位，相位1：南北向大左转，相位2：南北向直行，相位3：东西向大左转，相位4：东西向直行；其中道路信息包括道路长度，并假设所有道路最高限速相同，道路当前车队队尾距离上游十字路口的距离；步骤二：利用C
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V2X无线通信技术，从车载终端获取路网中所有车辆的信息，包括车辆的即时速度，以及在道路上的位置，表示为距离上一个十字路口的距离；步骤三：对路网中的每一个十字路口，获取当前的相位信息，并计算在下一个信号灯周期保持当前相位的所有进车道总预期收益和切换为另外3个相位的所有进车道最大总预期收益，比较后选择最佳相位；若下一个信号灯周期执行相位和当前相位相同，则车辆的绿灯通行时长为T，若下一个信号灯执行相位和当前相位不同，则车辆的绿灯通行时长为T
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t，其中t为发生相位切换时的红灯时长；计算所有进车道总预期收益的方式如下：（3.1）每个进车道预期收益为该进车道车辆及时行驶距离与车辆未来行驶距离之和乘以道路优先通行指数，所有进车道的预期收益相加即为某相位的总预期收益；其中车辆及时行驶距离计算过程首先根据该车辆行驶速度、该车辆加速度、道路的最高限速、道路长度和距离上游十字路口的距离计算车辆到达十字路口还需行驶的距离以及所需时间；对于所有能通过路口的车辆，计算车辆在绿灯通行时长内的行驶距离；（3.2）根据步骤（3.1）计算的车辆到达十字路口还需行驶的距离加上出车道的道路长度再减去左转、直行或右转方向对应车道的排队长度，判断得到的结果是否小于车辆在绿灯通行时长内的行驶距离；若否，则车辆及时行驶距离为车辆在绿灯通行时长内的行驶距离，车辆未来行驶距离为0；若是，则车辆及时行驶距离和车辆未来行驶距离按照下式计算：式中，表示左转、直行或右转方向对应车道的车辆及时行驶距离，表示左转、直行或右转方向对应车道的车辆未来行驶距离，为左转、直行或右转方向对应车道的排队长度，f为left、through或right，分别表示左转、直行或右转方向；d为车辆到达十字路口还需行驶的距离，为出车道的道路长度，为车辆在绿灯通行时长内的行驶距离；p为下游十字路口左转车道为绿灯的概率，为未来行驶距离折损系数，为经验系数；（3.3）根据步骤（3.2）计算得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄倩，吴戡，季玮，李道勋，徐图，朱永东，赵志峰，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：