一种交叉口自适应信号控制算法制造技术

本发明专利技术公开了一种交叉口自适应信号控制算法，用于针对交叉口实时车流制定组组织、自适应的信号配时方案。该方法包括以下几个部分：交通状态基础数据获取、路网车流运动简化建模、信号控制要素建模、交叉口最大压强计算、相位激活控制策略。该信号控制算法所需要的数据只有进口道排队长度。本发明专利技术通过VISSIM中的API端口编写的程序来实现该算法，分析了天津市九个交叉口的车辆运行效率与运行稳定性。本发明专利技术公开了一套分散式信号控制策略，克服了当下常用的中央控制式信号控制所需高昂的设备费用的缺点。同时，该控制算法能够保证交叉口通过车辆数保持较高水平，且将排队长度稳定在一定范围内，为信号控制和配时方案提供了一种创新性的方法。创新性的方法。创新性的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉口自适应信号控制算法


[0001]本专利技术智能交通
，尤其涉及一种交叉口自适应信号控制算法。

技术介绍

[0002]计算机和通信领域的技术突破为新一代交通控制策略的开发和实施奠定了基础。随着城市交通拥堵的加剧，人们正在致力于设计和部署高效的信号控制方法，尤其是在干道路网中对该类方法研究较多。尽管通过中心城区的限号和车辆诱导等策略可以缓解拥堵，但是改进信号控制策略仍然是高效、稳定且十分重要的途径。实时信号控制能够对当前交通状况做出自动响应，是一种比固定式信号配时更高效的信控方式。
[0003]在过去的几十年里，人们开发了许多信号控制方法，有些已经得到应用，有些还处于研究阶段。SCOOT和SCATS是自适应交通控制系统的早期例子。这两个系统都是中央控制的，这种控制方式需要获取路网中所有交通状态参数，要应用这种系统，必须收集交叉口上的所有信息并将其传输到一个中心位置(即交通管理中心)。这种控制方式带来了较高的设备安装、系统运行和设备维护成本，在一定程度上阻碍了自适应控制的推广应用。
[0004]对于自适应交通控制，以往本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉口自适应信号控制算法，其特征在于，包括以下步骤：S1：交通状态基础数据获取；S2：路网车流运动简化建模；S3：信号控制要素建模；S4：交叉口最大压强计算；S5：相位激活控制策略。2.根据权利要求1所述的一种交叉口自适应信号控制算法，其特征在于：所述步骤S1中的交通状态基础数据获取具体包括如下步骤：S11：获取视频数据；本研究基于目前城市交叉口最常用的数据获取方式——视频摄像头采集法，数据来源均默认为视频数据；S12：对已经获取的视频数据进行格式转换，将整段视频数据转换为量化数据，例如流量、速度、车头时距、延误、排队长度等数值；S13：信号控制的首要条件是获取能够精确表征交通状态的参数，本发明所采用的最大压强控制算法仅需要获取进口道的排队长度，所以，从上述诸多交通参数中筛选排队长度的数据，作为后续信号控制算法的唯一输入参数。3.根据权利要求1所述的一种交叉口自适应信号控制算法，其特征在于：所述步骤S2中的路网车流运动简化建模具体包括如下步骤：S21：基于马尔科夫链原理，将车流在路网中的转向运动简化成有向链路图，用箭头表示路段，用黑色的圆表示节点或交叉口，在此基础上，构建路径和流量守恒模型；S22：在该守恒模型中，路网是有向路段和交叉口或节点l∈L
all
的集合；有三种类型的路段：内部路段(l∈L)有开始节点和结束节点；驶入路段(l∈L
entry
)没有开始节点；驶出路段(l∈L
exit
)没有结束节点；如果l有一个结束节点n，m有一个开始节点n，那么路段l就是路段m的输入，即路段m是路段l的输出；使用以下符号记录：L
all
＝所有路段l,m,k的集合；L[L
entry
,L
exit
]＝内部路段[输入路段，输出路段]的集合；l的输入路段集合属于L∪L
entry
；l的输出路段集合属于L∪L
exit
；f
l
＝路段l的流量，辆/周期；d
l
＝路段l的输入流量，l∈l
entry
，辆/周期；r
(l,m)
＝车辆从路段l转向路段m的比例；c
(l,m)
＝相位(l,m)的饱和流量，辆/周期；N＝节点或交叉口n的集合；节点n的输入路段集合；节点n的输出路段集合；根据定义m∈out
l
意味着l∈In
m
；预定义的流向比例{r(l,m)}满足；r(l,m)＝0,l∈L
exit
,m∈L
all
；r(l,m)＝0,l∈L
all
,m∈L
entry
；
S23：根据路径和流量守恒原理，确定以下约束条件：f
l
＝d
l
,l∈L
entry
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)输入路段的流量由外部需求公式(1)定义；其他路段上的流量由转向比例和节点内的流量守恒由公式(2)决定；从路段l驶出的路径是路段l＝l1，l2，...，l
n
的序列，满足r(l
i
,l
i+1
)＞0和l
n
∈L
exit
；这就假设了每个路段l都有驶出路径，所以每辆车最终都会驶出；用f＝{f
l
,l∈L∪L
entry
}表示内部路段和输入路段中的车流的行向量，用d＝{d
l
,l∈L
entry
}表示输入路段的需求行向量；所以，对于每个需求向量d＝{d
l
,l∈L
entry
}，都有一个独特的流量f＝{f
l
,l∈L
all
}满足公式(1)和(2)，因此有一个矩阵P，它只取决于转向比例，使得f＝dP。4.根据权利要求1所述的一种交叉口自适应信号控制算法，其特征在于：所述步骤S3中的信号控制要素建模具体包括如下步骤：S31：使用块对角矩阵来定义交叉口车流释放的相位；除了路径和流量守恒约束公式(1)和(2)之外，还有双交叉口约束：仅允许某些同时转向，允许的转向受流量或饱和流率的限制，这就包括了以下约束条件：时间是离散的，t＝1,2，...；每个周期的固定时长为τ秒；一个相位或转向(l,m)是一对路段m∈out
l
，l∈L∪L
entry
；其中，如果l∈L
exit
或者m∈L
entry
，则不存在相位(l,m)；在交叉口n处的相位集合是{(l,m)∈I(n)
×
O(n)}，交叉口n处的某些相位子集可以被同时激活；每个这样的子集用一个交叉口控制矩阵S
n
＝{S
n
(l,m),l∈I(n),m∈O(n)}表示，S
n
(t)(l,m)＝1或0对应相位(l,m)是否被激活；所有这些在交叉口n处矩阵的集合记为S
n
；S32：对标准十字交叉口的八个阶段进行矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊帅，朱晓东，孟维伟，罗瑞琪，牛凯，郭丽苹，由婷婷，高佳宁，
申请(专利权)人：中国市政工程华北设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：