一种公交优先的红绿灯实时配时优化方法、系统、装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于智能交通领域，具体涉及一种公交优先的红绿灯实时配时优化装置方法、系统、装置。其保障公共汽车优先，在每个路口根据实时交通流量对绿灯时长进行实时调整；该方法包括如下步骤：一、预设路口的通行规则，预设绿灯灯控时长的范围和红绿灯变换顺序，并确定初始的交通信号相位时长；二、通过视频监控设备监测并统计路口各向的车辆到达率；三、利用修正的韦伯斯特模型来计算路口各向的平均延误时间；四、计算出单位时间内路口各向的总延误时间；五、基于总延误时间对起始绿灯时长进行重新分配；六、根据公共汽车位置适时对绿灯进行延长，保障公共汽车通行。本发明专利技术解决了灯控通信模式不适应车流变化，通信效率低，易致拥堵的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种公交优先的红绿灯实时配时优化方法、系统、装置


[0001]本专利技术属于智能交通领域，具体涉及一种公交优先的红绿灯实时配时优化方法、系统、装置。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的发展和城市交通的进步，立体化的交通系统的构建日趋完善。但在微观层面的技术与交通三要素(人、车、道路)的协调程度不足，这严重阻碍了城市交通系统的发展，降低了货物和行人的流通效率，尤其是在车流好恶人留的高峰期，道路的拥堵情况较为严重。这不仅降低了交通参与者的体验，也产生了更大的道路事故安全风险。
[0003]智能交通系统(Intelligent Traffic System，ITS)是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统，进而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。目前智能交通系统的发展仍处于早期研发和测试的阶段，很多新技术的发展还没有成熟，并没有进行大规模的推广应用。
[0004]以路口红绿灯为例，在成熟的智能交通系统，路口的红绿灯应当能够根据路面车流量进行自适应调整，以最大化提升路面的车辆通行能力。但是，在现阶段的道路中，红绿灯的时长主要由交通管理部门根据路面车流量的时空分布特征进行综合调整和预先设定。调试完毕后的交通信号灯系统中红绿灯的时长会保持固定。这种传统的路口信号灯管理方式至少存在以下缺点：(1)不能区分不同类型的车辆的通行密度，无法对社会车辆和城市公交系统的路权进行合理分配，导致路面交通的运量无法有效提升。(2)路口信号灯配时无法根据高峰或常规时段进行动态调整，导致高峰期道路拥堵严重，限制了道路的通行效率。(3)部分道路结构不规则的地段容易因道路拥堵而发生交通事故，降低道路交通的安全性。

技术实现思路

[0005]为了解决现有交通信号灯配时无法与车流量时空分布相适应，进而降低道路通行效率和安全性的问题；
[0006]本专利技术采用以下技术方案实现：
[0007]一种公交优先的红绿灯实时配时优化方法，其用于以公共汽车优先为原则，在每个路口根据实时交通流量对各个相位上的绿灯时长进行实时调整，进而实现通行量最大化的优化目标。本专利技术提供的红绿灯配时优化方法包括如下步骤：
[0008]一、预设路口的通行规则，预设绿灯灯控时长的范围和红绿灯变换顺序，并确定初始的交通信号相位时长。
[0009]二、通过安装的视频监控设备实时监测路口各来向上的车辆，区分其中的公共汽车和社会车辆并进行数量统计；进而计算出公共汽车在第i个相位第j个方向上的到达率以及社会车辆在第i个相位第j个方向上的到达率
[0010]三、利用修正的韦伯斯特模型来计算路口不同相位和方向上的平均延误时间d
ij
：
[0011][0012]其中，T表示灯控信号周期的周期长度；λ表示有效的绿灯时长；Q表示车流量；x表示道路中的车辆饱和度。
[0013]四、根据公共汽车和社会车辆在第i个相位第j个方向上的到达率和以及平均延误时间d(i,j)，计算出单位时间t内各相位和方向上的总延误时间D
ij
：
[0014][0015]其中，P
s
表示社会车辆的平均承载人数；P
b
表示公共汽车的平均承载人数。
[0016]五、预设调整周期Ts，在每个调整周期Ts到达后，基于上步骤计算出的各相位和方向上的总延误时间D
ij
，按照延误时间越大绿灯时长越长的原则，对灯控信号周期T内对各相位和方向上的起始绿灯时长t
ij
进行重新分配。
[0017]六、在任意灯控信号周期T内，根据监测到的道路来向上的公共汽车位置，确定满足公共汽车连续通过的绿灯时长，并适时对绿灯进行延长，确定延长时间t
e
：
[0018][0019]其中，S
v
表示视频监控设备距监测到的车辆的距离；S表示相邻路口的距离；v表示车辆的平均速度；t
s
表示车辆的平均启动时长。
[0020]作为本专利技术进一步的改进，步骤一中，针对十字路口，将直行记为s，左转记为l，东西方向记为1，南北方向记为2，则路口通行过程中灯控信号的相位和方向编码分别包括：东西向直行s1、东西向左转l1；南北向直行s2、南北向左转l2；一个完整的灯控信号周期内的绿灯显示顺序为：s1
→
l1
→
s2
→
l2。
[0021]作为本专利技术进一步的改进，步骤一中，预设的通行规则中，右转车辆不受灯控信号限制。初始交通相位时长中，同一方向上的左转和直线车辆的绿灯时长相等，且各相位中，绿灯的最短时长设置为20秒，最长时长设置为120秒。
[0022]作为本专利技术进一步的改进，步骤二中，公共汽车和社会车辆在第i个相位第j个方向上的到达率和均通过如下的公式计算：
[0023][0024]作为本专利技术进一步的改进，步骤五中，各相位和方向上的起始绿灯时长t
ij
的分配方法如下：
[0025](1)确定当前路段各相位和方向上的原始绿灯总时长t0。
[0026](2)获取各相位和方向上的总延误时间D
ij
。
[0027](3)对各相位和方向上的总延误时间D
ij
进行归一化处理，得到各相位和方向上的权重σ
ij
。
[0028](4)以各相位和方向上的绿灯时长t
ij
均不超出预设的绿灯灯控时长范围为第一约束，以所有相位和方向上的绿灯时长总和不超出原始绿灯总时长t0为第二约束；根据权重系数σ
ij
对各相位和方向上的绿灯时长t
ij
进行调整。
[0029]作为本专利技术进一步的改进，步骤五中，各相位和方向上的起始绿灯时长t
ij
的分配过程采用的优化函数如下：
[0030][0031]本专利技术包括一种公交优先的红绿灯实时配时优化系统，其采用如前述的公交优先的红绿灯实时配时优化方法，在一个预设的交通管控范围内，对每个路口各个相位的绿灯时长进行实时调整。该型红绿灯实时配时优化系统包括：视频监控设备、图像处理模块、目标跟踪模块、到达率统计模块、延误时间生成模块；绿灯时长更新模块，以及绿灯时长微调模块。
[0032]其中，视频监控设备安装在交通管控范围的每个路口的车辆来向上，用于获取路口各个车辆来向上的路况图像。
[0033]图像处理模块用于获取视频监控设备采集到的路况图像，然后对路况图像进行图像识别和目标分类，进而识别出道路上经过的公共汽车和社会车辆。
[0034]目标跟踪模块用于基于图像处理模块的图像识别结果对道路上的公共汽车进行位置跟踪，并确定车辆的速度v和距离S
v
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种公交优先的红绿灯实时配时优化方法，其特征在于，其用于以公共汽车优先为原则，在每个路口根据实时交通流量对各个相位上的绿灯时长进行实时调整，进而实现通行量最大化的优化目标；所述红绿灯配时优化方法包括如下步骤：一、预设路口的通行规则，预设绿灯灯控时长的范围和红绿灯变换顺序，并确定初始的交通信号相位时长；二、通过安装的视频监控设备实时监测路口各来向上的车辆，区分其中的公共汽车和社会车辆并进行数量统计；进而计算出公共汽车在第i个相位第j个方向上的到达率以及社会车辆在第i个相位第j个方向上的到达率三、利用修正的韦伯斯特模型来计算路口不同相位和方向上的平均延误时间d
ij
：其中，T表示灯控信号周期的周期长度；λ表示有效的绿灯时长；Q表示车流量；x表示道路中的车辆饱和度；四、根据公共汽车和社会车辆在第i个相位第j个方向上的到达率和以及平均延误时间d(i,j)，计算出单位时间t内各相位和方向上的总延误时间D
ij
：其中，P
s
表示社会车辆的平均承载人数；P
b
表示公共汽车的平均承载人数；五、预设调整周期Ts，在每个调整周期Ts到达后，基于上步骤计算出的各相位和方向上的总延误时间D
ij
，按照延误时间越大绿灯时长越长的原则，对灯控信号周期T内对各相位和方向上的起始绿灯时长t
ij
进行重新分配；六、在任意灯控信号周期T内，根据监测到的道路来向上的公共汽车位置，确定满足公共汽车连续通过的绿灯时长，并适时对绿灯进行延长，确定延长时间t
e
：其中，S
v
表示视频监控设备距监测到的车辆的距离；S表示相邻路口的距离；v表示车辆的平均速度；t
s
表示车辆的平均启动时长。2.如权利要求1所述的公交优先的红绿灯实时配时优化方法，其特征在于：步骤一中，针对十字路口，将直行记为s，左转记为l，东西方向记为1，南北方向记为2，则路口通行过程中灯控信号的相位和方向编码分别包括：东西向直行s1、东西向左转l1；南北向直行s2、南北向左转l2；一个完整的灯控信号周期内的绿灯显示顺序为：s1
→
l1
→
s2
→
l2。3.如权利要求1所述的公交优先的红绿灯实时配时优化方法，其特征在于：步骤一中，预设的通行规则中，右转车辆不受灯控信号限制；初始交通相位时长中，同一方向上的左转和直线车辆的绿灯时长相等，且各相位中，绿灯的最短时长设置为20秒，最长时长设置为120秒。4.如权利要求1所述的公交优先的红绿灯实时配时优化方法，其特征在于：步骤二中，
公共汽车和社会车辆在第i个相位第j个方向上的到达率和均通过如下的公式计算：5.如权利要求1所述的公交优先的红绿灯实时配时优化方法，其特征在于：步骤五中，各相位和方向上的起始绿灯时长t
ij
的分配方法如下：(1)确定当前路段各相位和方向上的原始绿灯总时长t0；(2)获取各相位和方向上的总延误时间D
ij
；(3)对各相位和方向上的总延误时间D
ij
进行归一化处理，得到各相位和方向上的权重σ
ij
；(4)以各相位和方向上的绿灯时长t
ij
均不超出预设的绿灯灯控时长范围为第一约束，以所有相位和方向上的绿灯时长总和不超出原始绿灯总时长t0为第二约束；根据权重系数σ
ij
对各相位和方向上的绿灯...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭涵，薛向荣，高飞，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：