CN104091454B - 针对网格状路网的交通信号协同控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对网格状路网的交通信号协同控制系统及控制方法，所述控制系统包括：路网地理信息模块，接收并存储预定格式的参数，包括道路交通数据监测设施布设位置数据、控制区内道路路段长度以及道路连接信息；实时交通流数据库模块，接收各道路交通数据监测设施上传的预定格式的数据，决策分析模块，获取路网地理信息模块和实时交通流数据库模块中的数据，计算实时平均路网占有率<i>O</i>(<i>d</i>,<i>t</i>)，确定协同控制方案，并向城市诱导系统及信号控制系统发送相关信息。本发明削弱了城市诱导系统和信号控制系统由于各自决策目标不同而对网格状城市交通系统产生的负面作用，从而提高了城市交通系统的运行效率。

Description

针对网格状路网的交通信号协同控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于智能交通协同系统领域，尤其是一种针对网格状路网的交通信号协同控制系统及控制方法。

背景技术

城市诱导系统和信号控制系统是智能交通系统的重要组成部分，在过去的工程实践中，往往将城市诱导系统与信号控制系统作为两个完全独立的运行体系。

针对两个系统的协同性研究，现有研究方案着重于算法层面的系统优化，不断提升算法效率。但是无论如何优化协同算法效率，随着目标路网的路段数、节点数增加，计算复杂度呈几何级数增长，以目前的计算机运算效率，难以在实际应用中使用这些优化算法。亦即在目前的技术条件下，无法高效快速的实现交通诱导系统与信号控制系统的协同最优化运行。

网格状路网是城市中最常见的基础道路网络形态之一，在国内外各类型城市都有应用，如中国西安市、美国纽约市都是典型的网格状路网，然而现有的研究缺乏对网格状路网有针对性的研究。

发明内容

发明目的：提供一种针对网格状路网的交通信号协同控制系统及控制方法，以解决现有技术的上述问题，削弱城市诱导系统和信号控制系统由于各自决策目标不同而对网格状城市交通系统产生的负面作用，从而提高城市交通系统的运行效率。

技术方案：一种针对网格状路网的交通信号协同控制系统，包括：

路网地理信息模块，接收并存储预定格式的参数，包括道路交通数据监测设施布设位置数据、控制区内道路路段长度以及道路连接信息；

实时交通流数据库模块，接收各道路交通数据监测设施上传的预定格式的数据，

决策分析模块，获取路网地理信息模块和实时交通流数据库模块中的数据，计算实时平均路网占有率O(d,t)，确定协同控制方案，并向城市诱导系统及信号控制系统发送相关信息。

所述决策分析模块采用如下公式计算实时平均路网占有率O(d,t)，

$O(d,t)=\frac{\underset{\mathrm{id}\&Element;I}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;N_{\mathrm{id}}}{\mathrm{\&Sigma;}}o(d,t,\mathrm{id},l)}{n\&CenterDot;t_0},$

式中，o(d,t,id,l)为d日t时刻第id号检测器上传的第l条车道的占有率数据；id为预先编制的道路交通数据检测器编号；l为预先编制的路段车道编号；I是所有道路交通数据监测设施的集合；N_id是第id号道路交通数据监测设施所在路段的车道数；n是集合I中元素的个数；t₀是道路交通数据监测设施的数据上传间隔。

所述协同控制方案如下表所示：

表4

一种针对网格状路网的交通信号协同控制方法，包括如下步骤：

步骤1，采集路网地理数据，包括道路交通数据监测设施布设位置数据、控制区内道路路段长度以及道路连接信息；

步骤2，接收各道路交通数据监测设施上传的预定格式的实时交通流数据，

步骤3，根据步骤1和步骤2获得的数据，计算实时平均路网占有率O(d,t)，确定协同控制方案，并向城市诱导系统及信号控制系统发送相关信息。

上述步骤的顺序可根据实际情况调整或者按照一定的规律循环。

所述实时平均路网占有率O(d,t)，

$O(d,t)=\frac{\underset{\mathrm{id}\&Element;I}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;N_{\mathrm{id}}}{\mathrm{\&Sigma;}}o(d,t,\mathrm{id},l)}{n\&CenterDot;t_0},$

式中，o(d,t,id,l)为d日t时刻第id号检测器上传的第l条车道的占有率数据；id为预先编制的道路交通数据检测器编号；l为预先编制的路段车道编号；I是所有道路交通数据监测设施的集合；N_id是第id号道路交通数据监测设施所在路段的车道数；n是集合I中元素的个数；t₀是道路交通数据监测设施的数据上传间隔。

所述协同控制方案如下表所示：

表4

有益效果：与现有技术相比，本发明在网格状路网条件下通过城市诱导系统与信号控制系统的协同，针对常见的固定式信号控制系统、感应式信号控制系统、区域联动信号控制系统，以及一系列具有不同更新频次的诱导设施发布策略，有效的削弱城市诱导系统和信号控制系统由于各自决策目标不同而对网格状城市交通系统产生的负面作用，从而提高城市交通系统的运行效率。

附图说明

图1是网格状路网的结构示意图。

图2是本发明的原理图。

具体实施方式

与其他构形路网相比，网格状路网具有路网形态统一、交叉口呈典型三路交叉或者四路交叉的特点，同时各路段在交叉口处通常呈直角交叉。针对上述特点，本发明提出了如下的控制方法和系统。

如图1和图2所示，本发明针对网格状路网的交通信号协同控制系统主要包括：

路网地理信息模块，获得道路交通数据监测设施布设位置数据、控制区内道路路段长度以及道路连接信息，保存为表1所示的格式。

表1

DATA	TIME	POSID	LANE	OCC
					20140101	00:00:00	00001	1	5
20140101	00:00:00	00001	2	8
					20140101	00:00:00	00001	3	5
20140101	00:00:00	00002	1	7
					20140101	00:00:00	00002	2	2
20140101	00:00:00	00003	1	10
					20140101	00:00:00	00003	2	12
……	……	……	……	……

在该实施例中，共有路段167条，每条路段双向均设置有道路交通数据监测设施，设备编号从12460至27653(编号不连续)，其中第id号设备对应路段车道数为N_id，如表2所示；道路路段长度及道路连接信息见图1。

表2

id	Nid	id	Nid	id	Nid
						12460	2	18934	2	22312	1
12461	2	18935	2	22457	3
						12463	3	18936	2	22458	3
……	……	……	……	……	……

2，实时交通流数据库模块。实时获取由城市各道路交通数据监测设施上的上传数据，道路交通数据监测设施每30秒上传一次数据，部分数据如表3所示。

表3

DATA	TIME	POSID	LANE	OCC
					……	……	……	……	……
20140310	09:35:00	12566	1	4
					20140310	09:35:00	12566	2	5
20140310	09:35:00	12566	3	2
					20140310	09:35:00	12570	1	2
20140310	09:35:00	12570	2	4
					20140310	09:35:00	12571	1	5
20140310	09:35:00	12571	2	2
					20140310	09:35:00	12574	1	5
20140310	09:35:00	12574	2	6
					……	……	……	……	……

3，决策分析模块。根据路网地理信息模块以及实时交通流数据库模块中记录的数据，如公式(1)所示，计算实时平均路网占有率O：

$O(\mathrm{20140310,09}:35:00)=\frac{\underset{i\&Element;\mathrm{ID}}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{l\&Element;N_{\mathrm{id}}}{\mathrm{\&Sigma;}}o(\mathrm{20140310,09}:35:00,\mathrm{id},l)}{167*2*30}=45.37\%---\left(1\right)$

查询表4得，此时平均路网占有率条件下，对应城市诱导系统和信号控制系统的协同方案为：区域联动信号控制，诱导信息发布设施更新频次高于0.5次/分钟。根据实验观察，在实施该方案后，该测试路网内的平均行程时间由原来的23分16秒下降到20分38秒，降低11.3％。

表4

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (4)

1.一种针对网格状路网的交通信号协同控制系统，其特征在于，包括：

路网地理信息模块，接收并存储预定格式的参数，包括道路交通数据监测设施布设位置数据、控制区内道路路段长度以及道路连接信息；

实时交通流数据库模块，接收各道路交通数据监测设施上传的预定格式的数据，

决策分析模块，获取路网地理信息模块和实时交通流数据库模块中的数据，计算实时平均路网占有率O(d,t)，确定协同控制方案，并向城市诱导系统及信号控制系统发送相关信息；

所述决策分析模块采用如下公式计算实时平均路网占有率O(d,t)，

$O(d,t)=\frac{\underset{id\&Element;I}{\&Sigma;}\underset{l\&Element;N_{id}}{\&Sigma;}O(d,t,id,l)}{n\&CenterDot;t_0},$

式中，o(d,t,id,l)为d日t时刻第id号检测器上传的第l条车道的占有率数据；id为预先编制的道路交通数据检测器编号；l为预先编制的路段车道编号；I是所有道路交通数据监测设施的集合；N_id是第id号道路交通数据监测设施所在路段的车道数；n是集合I中元素的个数；t₀是道路交通数据监测设施的数据上传间隔。

2.如权利要求1所述的针对网格状路网的交通信号协同控制系统，其特征在于，

所述协同控制方案为：

当平均路网占有率区间O(d,t)为[0％,6％)，协同策略为：感应式信号控制，诱导信息发布设施更新频次高于0.5次/分钟；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[6％,20％)，协同策略为：感应式信号控制，暂停诱导信息发布设施发布实时诱导信息；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[20％,42％)，协同策略为：感应式信号控制，诱导信息发布设施更新频次高于0.5次/分钟；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[42％,66％)，协同策略为：区域联动信号控制，诱导信息发布设施更新频次高于0.5次/分钟；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[66％,100％)，协同策略为：固定式信号控制，暂停诱导信息发布设施发布实时诱导信息。

3.一种针对网格状路网的交通信号协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，采集路网地理数据，包括道路交通数据监测设施布设位置数据、控制区内道路路段长度以及道路连接信息；

步骤2，接收各道路交通数据监测设施上传的预定格式的实时交通流数据，

步骤3，根据步骤1和步骤2获得的数据，计算实时平均路网占有率O(d,t)，确定协同控制方案，并向城市诱导系统及信号控制系统发送相关信息；

所述实时平均路网占有率O(d,t)，

$O(d,t)=\frac{\underset{id\&Element;I}{\&Sigma;}\underset{l\&Element;N_{id}}{\&Sigma;}O(d,t,id,l)}{n\&CenterDot;t_0},$

式中，o(d,t,id,l)为d日t时刻第id号检测器上传的第l条车道的占有率数据；id为预先编制的道路交通数据检测器编号；l为预先编制的路段车道编号；I是所有道路交通数据监测设施的集合；N_id是第id号道路交通数据监测设施所在路段的车道数；n是集合I中元素的个数；t₀是道路交通数据监测设施的数据上传间隔。

4.如权利要求3所述的针对网格状路网的交通信号协同控制方法，其特征在于，

所述协同控制方案为：

当平均路网占有率区间O(d,t)为[0％,6％)，协同策略为：感应式信号控制，诱导信息发布设施更新频次高于0.5次/分钟；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[6％,20％)，协同策略为：感应式信号控制，暂停诱导信息发布设施发布实时诱导信息；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[20％,42％)，协同策略为：感应式信号控制，诱导信息发布设施更新频次高于0.5次/分钟；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[42％,66％)，协同策略为：区域联动信号控制，诱导信息发布设施更新频次高于0.5次/分钟；

当平均路网占有率区间O(d,t)为[66％,100％)，协同策略为：固定式信号控制，暂停诱导信息发布设施发布实时诱导信息。