CN101635089A - 一种交通控制诱导协调系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种交通控制诱导协调系统和方法，包括：交通信息采集模块；交通信息处理模块，和所述交通信息采集模块相连；信号控制优化模块，和所述交通信息处理模块相连；交通状态辨别模块，和所述交通信息处理模块以及所述信号控制优化模块相连；交通状态发布模块，和所述交通状态辨别模块相连；诱导方案生成模块，和所述信号控制优化模块以及所述交通状态发布模块相连；显示模块，和所述诱导方案生成模块相连，本发明通过将交通信号控制与交通诱导连接起来，共享交通信息，协调工作，能够使得交通控制和诱导更加的准确。

Description

一种交通控制诱导协调系统及方法

技术领域

本发明涉及一种交通协调系统和方法，且特别涉及一种交通控制诱导协调系统及方法。

背景技术

交通诱导与控制系统是智能交通系统研究的核心内容。交通诱导系统能够为出行者提供路网交通状态信息，使出行者能够合理利用交通网络，最终从空间上实现交流的优化分布。交通控制系统是利用计算机、通讯、控制等技术通过对路网上的交通信号灯的配时方案进行优化控制，使路网上交通流有序行动，减少交通阻塞的发生，缩短行程时间，交通控制主要从时间上影响交通流。

在传统的交通系统中，是将交通控制和交通诱导系统完全割裂开，诱导和控制独立成系统，所使用的基础交通信息也都互不共享。传统的交通控制方式仅利用交叉口处的交通信息和依靠内部优化模型生成控制方案。

传统交通信号控制系统主要利用了交叉口处的交通信息，这些信息是局部的、被动的信息，是按照已经生成的交通流参数生成的控制方案。交通控制的目标是为了使交通更加通畅，传统的交通控制系统只能局限于局部交通状态，不能着眼于整个交通网络。这样一旦发生交通拥挤，单个信号控制系统就显得无能为力，只能依靠诱导系统发布的交通信息，由驾驶员凭借自觉选择其它出行路径，而不能够及时对一些关键汇入路口实施强制流量管控，使得交通流空间分布得不到及时调整，丧失了宏观流量空间调整的控制显得非常被动。另外，通过对传统交通控制系统的分析可知，传统控制系统中对控制方案的生成主要依靠的就是交叉口各进口车道的饱和度。事实上，饱和度虽然在一定基础上反应交叉口的交通状况，但是反应不够全面。例如当车辆在一个绿灯相位内已经形成排队或者刚好能够通行完毕的时候，饱和度参数值并不能够反映出这两种交通状态。而事实上这两种交通状态恰恰又是非常关键的两种交通状态。传统信号控制的信息采集在空间上的不完整性使得控制方案具有先天的缺陷。

传统的诱导系统也是一个孤立的系统，由于没有与控制系统相协调，就使得诱导系统发布出的信息具有较大的误差，例如由于管制信号使得本来稀疏的交通流得到积累时候被诱导系统错误认为是拥堵的表征，一条路段上的左转拥堵被误判为整条路段的交通拥堵，特别是在地面道路的诱导算法中，由于没有考虑到信号系统的影响作用，使得判别出来的状态具有很大的误差。另外，诱导系统通过自身的信息采集模块、信息处理模块、信息发布模块共同工作生成最终的交通状态，并发布出去。由于很多地方停车线附近的都已经被控制系统的检测设备所占据，所以就使得诱导系统的信息检测不够充分，由于丧失了与控制系统的信息交互使用，使得诱导系统中交通状态判别算法无法对信号控制造成的影响进行有效评价和使用，诱导发布的交通状态也很难做到准确。

因此，传统的交通控制和交通诱导系统之间相互的孤立使得交通流的调整反应周期变得缓慢和不敏感。

发明内容

为了克服已有技术中交通控制和交通诱导系统之间相互孤立的问题，本发明提供一种能将交通控制和交通诱导系统连接起来的系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提出一种交通控制诱导协调系统，包括：交通信息采集模块；交通信息处理模块，和所述交通信息采集模块相连；信号控制优化模块，和所述交通信息处理模块相连，所述信号控制优化模块生成信号控制参数；交通状态辨别模块，和所述交通信息处理模块以及所述信号控制优化模块相连；交通状态发布模块，和所述交通状态辨别模块相连；诱导方案生成模块，和所述信号控制优化模块以及所述交通状态发布模块相连；显示模块，和所述诱导方案生成模块相连。

可选的，所述交通信息包括流量、速度和时间占有率。

可选的，所述信号控制参数包括信号周期和绿信比。

为了实现上述目的，本发明还提出一种交通控制诱导协调方法，包括：采集交通信息；处理所采集的交通信息；生成信号控制参数；将所述交通信息和所述信号控制参数发送至交通状态辨别模块，生成周期交通状态信息；将所述信号控制参数和所述周期交通状态信息发送至诱导方案生成模块，生成诱导方案；显示所述诱导方案。

可选的，所述交通信息包括流量、速度和时间占有率。

可选的，所述信号控制参数包括信号周期和绿信比。

本发明所述的一种交通控制诱导协调系统及方法的有益效果主要表现在：本发明提供一种交通诱导、控制一体化的协调系统的设计方案，解决了传统做法中基础交通信息不共享和设备重复建设的问题，另外，还解决了交通状态判别算法未考虑到信号控制因素的影响的问题，使得交通流的调整反应周期变短，使得道路更加的顺畅。

附图说明

图1为本发明一种交通控制诱导协调系统及方法的结构示意图；

图2为本发明的一种交通控制诱导协调系统及方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

首先请参考图1，图1为本发明一种车辆行程分布综合信息分析系统的结构示意图，从图1可以看到本发明包括：交通信息采集模块11，交通信息采集模块11的功能为采集基础交通信息，所采集的初始交通信息包括流量、速度和时间占有率；交通信息处理模块12，和所述交通信息采集模块相连；信号控制优化模块13，和所述交通处理模块12相连，信号控制优化模块13利用交通信息处理模块12分析的交通数据生成交通控制参数，控制参数包括信号周期、绿信比等，其中绿信比是指交通灯一个周期内可用于车辆通行的时间比例，绿信比是一个信号相位的有效绿灯时长与周期总时长之比；交通状态辨别模块14，和所述交通信息处理模块12以及所述信号控制优化模块13相连，交通状态判别模块14的功能是利用采集到的交通参数以及控制参数信息，生成按车道按周期的交通状态信息；交通状态发布模块15，和所述交通状态辨别模块14相连，交通状态发布模块15的功能是利用生成的分车道周期交通状态信息，生成道路交通状态信息，然后通过一定的发布周期发布出去；诱导方案生成模块16，和所述信号控制优化模块以及所述交通状态发布模块相连；显示模块17，和所述诱导方案生成模块相连。

接着，请参考图2，图2为本发明的一种车辆行程分布综合信息分析方法的流程图，从图2可以看到本发明包括一下步骤：步骤111：采集交通信息；步骤112：处理所采集的交通信息；步骤113：生成信号控制参数；步骤114：将所述交通信息和所述信号控制参数发送至交通状态辨别模块，生成周期交通状态信息；步骤115：将所述信号控制参数和所述周期交通状态信息发送至诱导方案生成模块，生成诱导方案；步骤116：显示所述诱导方案。

下面，将对于本发明进行更为详细和具体的说明。

交通信息检测设备按照每5秒检测交通信息，并且记录每个交通参数的采集时间，并且对初始交通信息进行预处理，主要是对失真交通信息进行纠正和对缺失交通信息进行补齐。通过这种方式得到每5秒的交通信息列，以及这些信息所对应的时间。

信号控制优化模块内部，根据第n-1个信号周期的信号控制参数，结合采集到的交通信息，生成第n个信号周期的信号控制参数。

信号控制优化模块13、交通状态判别模块14和交通状态发布模块15通过共享交通信息，通过各个模块的协调达到协调工作目的。

在路段上下游布设车辆检测设备，车辆检测设备要能够检测分车道的流量、速度、时间占有率参数，检测精度达到90％以上，信息检测设备检测交通参数的周期≤5s，检测设备上传交通数据的周期需在60-600秒之间可调。在各个交叉口进口处停车线后1-5米处设置1号检测设备，用以检测绿灯相位内的交通流量、速度、时间占有率参数；在车道管制点处设置2号检测设备，用来检测周期内进入各个车道的交通流量，在交叉口出口处15-30米处设置3号检测设备，用来检测路段上游交叉口和下游交叉口信号周期内的流量、平均速度、平均时间占有率。1、2、3号检测设备分别检测停车线附件处、交通管制处、路段上游的交通流量、平均速度、平均时间占有率三类交通数据。其中1号检测设备的主要作用是检测路段下游的交通参数，来对路段下游交通状态做出评估，此检测设备检测的参数是受到信号控制影响较大的交通参数；2号检测设备主要用来检测汇入各个车道的交通流交通参数，一方面作为路段中交通状态评估基础，另一方面可以统计进入各个车道的流量，配合1号检测设备对下游交通状态进行判别；3号检测设备主要统计路段上游交通参数，一方面对路段上游交通状态做出判别，另一方面对汇入路段的交通总量进行统计，配合2号检测设备完成对各个车道汇入流量的估算。各个检测设备检测到的交通参数数据格式为：

采集结束时间

流量

平均速度

平均时间占有率

考虑到地面道路交通流，特别是地面道路下游进入交叉口处的交通流受到信号灯的影响较大，交通流的间断特性非常明显，交通流在地面封闭道路段的运行状态表现为正常运行、减速排队、停止等待三个状态，那么基于传统的应用平均时间占有率、平均速度对地面交通状态进行判别的做法就有一定的问题，因为基于信号影响造成的交通参数变化和基于交通影响造成的交通参数变化无法确定。所以对路段下游交通参数的选取抛弃了传统的速度、时间占有率，而只采用交通流量参数。对于路段下游来说虽然汇入流也受到信号控制的影响，但是其是多个相位通行权的组合，从时间上讲总是会有交通流连续通过3号检测设备，所以对3号检测设备使用交通流量、平均速度、平均时间占有率交通参数来对路段上游交通状态进行评估。并且利用这些参数对宏观交通流的变化趋势进行判断。另一方面考虑到地面道路交通的拥挤主要是由于道路交叉口处交通影响造成的，那么对地面道路的交通状态的判别实际上就是要重点考虑地面道路交叉口处状态问题，也就是到底是‘进不去’还是‘出不来’的问题，本发明从分析地面道路‘进出’问题入手，结合信号控制因素的影响分别对进出交通状态做出判别算法。

对各个车道下游交通状态的具体判别过程为，首先根据信号控制参数对各车道信号周期内从红灯开始到绿灯结束时刻的1、2号检测设备检测到的交通流量数据进行提取，根据检测到的各个车道周期内1号检测设备的流量q₁和2号检测设备检测到的流量q₂，计算两个检测设备的流量差值

$\▿q\left(t\right)=\▿q(t-1)+q_2\left(t\right)-q_1\left(t\right);$

其中

表示为t时刻的流量的差值。

3号检测设备主要用于判断交通流的流入参数值，检测参数有5s平均流量、平均速度、平均时间占有率，通过对这三个参数的分析得到交通流的变化趋势。交通状态变化趋势的预测过程为不断滑动选取每300s时间段内交通参数(滑动间隔为5s)，计算300s内的平均交通流量q、平均速度v(m/s)、平均时间占有率h，这样就得到了每5s的滑动平均交通参数。对平均流量、平均速度、平均时间占有率分别设定三个权值α、β、γ(α+β+γ＝1)，计算三个交通参数的加权平均值R＝α*q-β*v+10*γ*h，(显然R也以每5s生成的一个序列)以此作为统一的交通状态量化指标，显然可以看出R值越大，交通状态越趋向于拥挤，否则交通状态越趋向于畅通。使用R值对交通状态的变化趋势进行预测的主要内容是对交通状态的保持不变、交通集结、交通消散做出判断。由10个R数据组成一个序列，同样通过滑动选择R序列数值，通过特定的分析模型对交通状态的变化趋势做出判别。

不断滑动选取3个信号周期内的流量差值

若发现这3个信号周期内的流量差值都为大于某一数值q_max，且平均值大于某值Q_max则判别为堵塞；若3个信号周期内的流量差值都小于某一数值q_min，且平均值小于某值Q_min，则判别为畅通；否则判别为拥挤，具体数值可自由设定。

在路段上游对各个车道的交通状态判别是以整个路段上游多个车道综合考虑的，因为在路段上游只有‘进得去’与‘进不去’之分，无论通过哪个车道，只要能够进入路段就统统为‘进得去’，所有车道都不容易进去则为‘进不去’。根据这个思路本发明对上游交通状态的判别过程为，根据上面所述计算得的R值，取其在一个信号周期内的序列，分别计算各个车道的拥挤度平均值R₁、

....R_m(m个车道)，以及所有车道的拥挤度平均值R

R＝(R₁+R₂+...+R_m)/m

对上游交通状态的判别过程为首先设定一个阈值R_max、R_min，以及每个车道的阈值R_(i)max、R_(i)min；若R_i＞R_(i)max且R＞R_max则判别为堵塞；若R_i＜R_(i)min且R＜R_min，则判别为畅通，否则判别为拥挤。

以上对一条路段各个车道的下游交通状态，以及整条路段的上游交通状态的判别方法做了介绍。事实上在最终的交通发布时候发布的既不是各个车道的交通状态，也不是路段上下游交通状态，而是最终的整条路段的交通状态。本发明通过对以上各个车道上下游交通状态的判别结果，结合路段在整个要显示发布的路网中的逻辑结构，对整条路段的各个车道上下游交通状态进行融合，最后得到融合后的交通状态。

对车道上下游交通状态的融合过程为，首先为各个交通状态设定一个数值，作为中心值S_i(i＝1、2、3，如堵塞为100、拥挤为200、畅通为300)。为上下游各设定一个权值μ₁、μ₂(μ₁+μ₂＝1)，然后计算上下游交通状态的加权平均值

S_i＝μ₁*S_i上+μ₂*S_i下

计算这个值距离三个状态中心值的中心距，离哪个中心距最短则确定为哪个状态。

本发明对交通状态融合的具体的过程为首先为路段左转、直行、右转三个通行权设置权值δ₁、δ₂、δ₃，(δ₁+δ₂+δ₃＝1)对应为每个车道分配权值，若某个车道同时有多个通行权则取各个参数的平均值为此车道的权值。根据此车道在发布路网中的逻辑结构调整各个权值大小，如在路网显示中此车道连接的仅是一个左转后进入的路段(图一)时，此路段左转权值δ₁应较大，其余两个通行权值应较小；若在路网显示中此车道连接的为多个转向后的路段(图二)时，此路段利用到的两个通行权应该设定较大，未发布的通行权应设定较小，如图中δ₁、δ₃应较大，δ₂应设定较小。通过以下公式对最终要发布的路段交通状态做出判定。

S＝δ₁*S₁+δ₂*S₂+δ₃*S₃

在对路网交通状态发布的过程中，通常需要特别注意到交通状态的过度以及状态发布的稳定性，如交通状态突然有通畅跳变为堵塞，或者在通畅和堵塞两个状态之间振荡时，此时发布的交通状态在实践中是应该力求避免的。本发明通过对交通状态的运动趋势分析，制定一定的发布规则，通过此发布规则避免了交通状态的跳变及振荡现象。

发布过程中避免发生状态跳变以及振荡的规则具体过程为，对应每条车道的状态变化时候应根据交通状态的变化趋势联合进行判别，判别法则为首先提取绿灯结束时刻的交通状态变化趋势，根据此变化趋势与当前交通状态对下一时刻要发布的交通状态做出判断。判别规则为：

在传统的做法中，都是定时地刷新诱导显示设备，这样做的弊端就是交通状态的变化得不到及时显示发布，发布的不灵活性最终导致发布结果的不准确。

本发明通过使用发布路段下游交叉口信号周期，对发布路段的交通状态进行实时刷新，刷新间隔为所要显示的路段下游交叉口各个信号周期。对应于每条发布路段都有一个特定的发布周期、其刷新起始时间也都不同。通过这样与信号控制联动的方法达到对各条路段交通状态的准确判别。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种交通控制诱导协调系统，其特征在于包括：

交通信息采集模块，用于采集交通信息；

交通信息处理模块，和所述交通信息采集模块相连；

信号控制优化模块，和所述交通信息处理模块相连，所述信号控制优化模块生成信号控制参数；

交通状态辨别模块，和所述交通信息处理模块以及所述信号控制优化模块相连；

交通状态发布模块，和所述交通状态辨别模块相连；

诱导方案生成模块，和所述信号控制优化模块以及所述交通状态发布模块相连；

显示模块，和所述诱导方案生成模块相连。

2.根据权利要求1所述一种交通控制诱导协调系统，其特征在于所述交通信息包括流量、速度和时间占有率。

3.根据权利要求1所述一种交通控制诱导协调系统，其特征在于所述信号控制参数包括信号周期和绿信比。

4.一种交通控制诱导协调方法，应用于权利要求1所述的系统，其特征在于包括下列步骤：

采集交通信息；

处理所采集的交通信息；

生成信号控制参数；

将所述交通信息和所述信号控制参数发送至交通状态辨别模块，生成周期交通状态信息；

将所述信号控制参数和所述周期交通状态信息发送至诱导方案生成模块，生成诱导方案；

显示所述诱导方案。

5.根据权利要求4所述一种交通控制诱导协调方法，其特征在于所述交通信息包括流量、速度和时间占有率。

6.根据权利要求4所述一种交通控制诱导协调方法，其特征在于所述信号控制参数包括信号周期和绿信比。

Images