考虑旅客平均时延的交通信号控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑旅客平均时延的交通信号控制方法及系统，应用于智能交通技术领域，采集车辆位置、载客量、交通信号周期、相位、绿信比等数据，经过结构化处理并传输到交叉口信号控制器模块；根据以上数据计算每车道初始车辆行驶状态和车辆预计离开交叉口停止线的时间；三层动态规划算法中的上层算法计算各阶段最优性能指标，并记录各阶段车辆最优路径；中层算法枚举下一信号周期所有可能的信号配时方案，并更新车辆轨迹和状态；下层算法应用后向递归方法求解整个规划周期的最优信号配时方案；在单个交叉口执行最优信号配时方案后，再次激活数据采集和三层动态规划算法，直到结束。本发明专利技术减少总体时延，提高信号交叉口的人员通行能力。的人员通行能力。的人员通行能力。

【技术实现步骤摘要】
考虑旅客平均时延的交通信号控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及智能交通
，更具体的说是考虑旅客平均时延的交通信号控制方法及系统。

技术介绍

[0002]城市居民的延误和拥堵已成为一个日益严重的问题，应用于城市信号交叉口的交通信号控制系统有望在缓解拥堵方面发挥关键作用。传统的城市交通控制器是基于车辆的信号控制系统，决定车辆的出发顺序时，道路上的所有车辆具有相同的优先级，而不考虑车辆的载客量情况。而决定拥堵直接成本的是在车辆上的每个旅客的平均时间损失，而不是车辆本身，因此，开发以减少城市信号交叉口旅客延误为目标的信号控制器至关重要。现有的研究成果包括为实现考虑旅客时间延误的信号控制开发了公交信号优先策略，为公交车辆提供优先权，试图最大限度地减少旅客总延误时间。然而，不同载客量的车辆在交叉口的分布是复杂且动态的，需要制定更灵活的信号配时方案来实现考虑旅客时间延误的信号控制目标。
[0003]因此，提出考虑旅客平均时延的交通信号控制方法，来减少城市居民的延误时间，此方法的提出可为城市交通信号控制系统的建设提供理论参考。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑旅客平均时延的交通信号控制方法及系统，以解决
技术介绍
中的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一方面，公开了一种考虑旅客平均时延的交通信号控制方法，具体步骤如下：采集车辆位置、载客量、交通信号周期、相位、绿信比等数据，经过结构化处理并传输到交叉口信号控制器模块；根据以上数据计算每条车道从最初检测到车辆的位置到交叉口停止线距离范围内车辆的初始预计行驶状态和车辆初始预计离开交叉口停止线的时间；通过三层动态规划方法得到整个规划周期的最优信号配时方案；在单个交叉口执行最优信号配时方案后，再次激活数据采集和三层动态规划算法，直到规划算法结束。
[0006]优选的，在上述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法中，所述最优信号配时方案具体步骤如下：三层动态规划算法中的上层算法用于计算各阶段最优性能指标，即驶入交叉口车辆的旅客人均时延最小，并记录各阶段车辆最优路径；三层动态规划算法中的中层算法用于枚举下一信号周期所有可能的信号配时方案，并更新车辆轨迹和状态；三层动态规划算法中的下层算法应用后向递归方法求解整个规划周期的最优信
号方案。
[0007]优选的，在上述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法中，根据以上数据计算每车道车辆预计离开交叉口停止线的时间和车辆的行驶状态，具体步骤如下：构建在t阶段所有可能的信号灯相位的状态集和t阶段给定状态变量所有可行的控制决策集；根据传输到交叉口信号控制器的车辆和信号数据形成按相序排列的车辆信息，从而计算得到初始车辆预计离开交叉口停止线的时间；根据初始车辆预计离开时间，判断车辆的行驶状态。
[0008]优选的，在上述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法中，三层动态规划算法中的上层算法用于计算各阶段最优性能指标，即驶入交叉口车辆的旅客人均时延最小，并记录各阶段最优路径，具体步骤如下：定义最大化减少旅客总延误时间的目标函数；获取上一阶段预计车辆离开时间和车辆行驶状态；对每一状态集，控制决策集，根据预计车辆行驶状态和车辆预计离开时间计算旅客延误性能指标；当目标函数取得最大值时，记录各阶段车辆最优路径；优选的，在上述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法中，三层动态规划算法中的中层算法用于枚举下一信号周期所有可能的信号配时方案，并更新车辆轨迹和状态，具体步骤如下：建立信号制定规则约束，清除异常状态，得到可行状态集，根据可行状态集中的所有元素计算不同的性能指标值；对每一属于可行状态集的状态变量，在最终周期所做的对应的交通控制决策插入到控制决策集；在优化过程中，预计的车辆离开时间、车辆行驶状态和载客量水平需要不断的更新；并判断车辆的行驶状态。
[0009]优选的，在上述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法中，三层动态规划算法中的下层算法应用后向递归方法求解整个规划周期的最优信号方案，具体步骤如下：输入信号最终阶段的状态变量、最大累计函数值、各阶段最优解集合；设定最优信号配时方案集为空集，将最终阶段的状态变量插入到最优信号配时方案集；从最终阶段开始，应用后向递归方法，从各阶段最优解集合中求解上一时刻的状态变量，将上一时刻的状态变量插入到最优信号配时方案集中作为第一个元素；记录由各阶段选择组成的最优信号配时方案。
[0010]优选的，在上述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法中，在单个交叉口执行最优信号配时方案后，再次激活数据采集和三层动态规划算法；重复执行所设计的交通信号控制方法的优化流程，直到规划算法结束。
[0011]另一方面，公开了一种考虑旅客平均时延的交通信号控制系统，包括：采集模块，采集车辆、交通信号灯数据，所述数据包括车辆ID、位置、速度、载客量、交通信号周期、相位、绿信比信息等；
第一处理模块，对所述车辆、交通信号灯信息进行处理，得到每一车道初始阶段的车辆行驶状态和车辆预计离开交叉口停止线的时间；动态规划模块，通过三层动态规划算法得到整个规划期间的最优信号配时方案；循环更新模块，在单个交叉口分配最优信号配时方案，最优信号配时方案执行后，再次激活数据获取过程和三层动态规划算法，直到规划算法结束。
[0012]优选的，在上述的考虑旅客平均时延的交通信号控制系统中，动态规划模块包括：上层单元，三层动态规划算法中的上层算法用于计算各阶段最优性能指标，令旅客人均时延最小，并记录各阶段车辆最优路径；中层单元，三层动态规划算法中的中层算法用于枚举下一周期所有可能的信号配时方案，并更新下一周期的车辆轨迹和状态；下层单元，三层动态规划算法中的下层算法应用后向递归方法求解整个规划期间的最优信号配时方案。
[0013]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种考虑旅客平均时延的交通信号控制方法及系统，具有以下有益效果：以三层动态规划算法为核心，为了在规划范围内寻找人均延迟最小的最优信号配时方案，提出了动态规划优化算法来计算总效益，以确定最优解决方案；其中，公开的一种信号相变探索机制，以探索考虑人均时延的信号方案，提出了车辆轨迹更新理论，并利用该理论找出减少旅客延误效益最大的最优信号方案；对于高载客量车辆，该方法可显著减少人均延误时间。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0015]图1为本专利技术提供的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法的流程图；图2为本专利技术提供的应用考虑旅客平均时延的交通信号控制方法的一个信号相变例子；图3为本专利技术提供的三层动态规划算法的多阶段示意图；图4为本专利技术提供的考虑旅客平均时延的交通信号控制系统框图。
具体实施方式
[0016]下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑旅客平均时延的交通信号控制方法，其特征在于，具体步骤如下：采集车辆位置、载客量、交通信号周期、相位、绿信比数据，经过结构化处理；根据所述数据计算每条车道从最初检测到车辆的位置到交叉口停止线距离范围内车辆的初始预计行驶状态和车辆初始预计离开交叉口停止线的时间；通过三层动态规划算法得到整个规划周期的最优信号配时方案；在单个交叉口执行最优信号配时方案后，再次激活数据采集和三层动态规划算法，直到规划算法结束。2.根据权利要求1所述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法，其特征在于，所述最优信号配时方案具体步骤如下：三层动态规划算法中的上层算法用于计算各阶段最优性能指标，即驶入交叉口车辆的旅客人均时延最小，并记录各阶段车辆最优路径；三层动态规划算法中的中层算法用于枚举下一信号周期所有可能的信号配时方案，并更新车辆轨迹和状态；三层动态规划算法中的下层算法应用后向递归方法求解整个规划周期的最优信号配时方案。3.根据权利要求1所述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法，其特征在于，根据所述数据计算每车道车辆预计离开交叉口停止线的时间和车辆的行驶状态具体步骤如下：构建在t阶段所有可能的信号灯相位的状态集和t阶段给定状态变量所有可行的控制决策集；根据传输到交叉口信号控制器的车辆和信号数据形成按相序排列的车辆信息，从而计算得到初始车辆预计离开交叉口停止线的时间；根据初始车辆预计离开时间，判断车辆的行驶状态。4.根据权利要求2所述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法，其特征在于，三层动态规划算法中的上层算法用于计算各阶段最优性能指标，即驶入交叉口车辆的旅客人均时延最小，并记录各阶段车辆最优路径具体步骤如下：定义最大化减少乘客总延误时间的目标函数值；获取上一阶段预计车辆离开时间和车辆行驶状态；对每一状态集，控制决策集，根据预计车辆行驶状态和车辆预计离开时间计算乘客延误性能指标；当目标函数值取得最大值，记录各阶段车辆最优路径。5.根据权利要求2所述的考虑旅客平均时延的交通信号控制方法，其特征在于，三层动态规划算法中的中层算法用于枚举下一信号周期所有可能的信号配时方案，并更新车辆轨迹和状态具体步骤如下：建立信号制定规则约束，清除异常状态，得到可...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭理群，黄菊，贺佳迷，李智斌，刘云鹏，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：