CN106600992B - 城市热点片区交通信号优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市热点片区交通信号优化控制方法，包括：步骤S1，针对监测路口，结合历史交通流量和/或车辆排队长度和/或人工经验确定热点路口，并确定关联路口和热点片区；热点片区包括单个路口过饱和的“关键点+周边点型”和多个相邻路口过饱和的“干线+周边点型”；步骤S2，监测热点路口实时运行状态判别过饱和流向；步骤S3，根据过饱和流向的方向和分布，确定热点主流向；分别针对单个路口过饱和以及多个相邻路口过饱和，执行不同的信号控制策略。本发明与传统区域信号控制优化方法相比具有针对性强、交通状态识别更加准确、稳定性与可靠性更好等优势。

Description

城市热点片区交通信号优化控制方法

技术领域

本发明涉及智能交通控制领域，具体涉及一种应用在城市道路交通运行状态监测预警和热点片区交通信号优化控制方法。它适用于城市道路交通信号控制系统的设计、开发，以及城市道路交通管控。

背景技术

当前我国城市化、机动化进程进展迅速，随着交通需求的不断增加，城市交通拥堵以及随之引发的车辆延误、交通事故、能源消耗和环境污染等交通问题突出。目前城市中由短连接路段、大流量干线、瓶颈路段等诱发的点、段交通拥堵，以及由其扩散而导致的区域性拥堵是城市交通拥堵的重要成因。交通信号控制作为城市道路交通管理的主要手段，在交通流调节、管控方面具有无可替代的作用。针对临近过饱和热点片区开展基于交通信号的交通流均衡主动干预控制，可有效延缓、避免交通拥堵的形成过程，或防止已有的拥堵在热点片区上下游的蔓延，缓解区域重要干线和路口的交通承载压力，提高路网的整体通行效率，对疏导当前城市面临的交通拥堵有重要意义。目前，绝大多数信号控制理论方法研究均面向非饱和交通流开展，对于临近过饱和状态的信号主动优化控制研究较少，国内外市场也无针对该应用场景的信号控制技术方案与产品。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种城市热点片区交通信号优化控制方法，与传统区域信号控制优化方法相比具有针对性强、交通状态识别更加准确、稳定性与可靠性更好等优势，从而保障热点片区疏导优化控制的控制效果。本发明采用的技术方案是：

一种城市热点片区交通信号优化控制方法，包括：

步骤S1，针对监测路口，结合历史交通流量和/或车辆排队长度和/或人工经验确定热点路口，并确定关联路口和热点片区；

热点片区包括单个路口过饱和的“关键点+周边点型”和多个相邻路口过饱和的“干线+周边点型”；

步骤S2，监测热点路口实时运行状态判别过饱和流向；

步骤S3，根据过饱和流向的方向和分布，确定热点主流向；分别针对单个路口过饱和以及多个相邻路口过饱和，执行不同的信号控制策略。

进一步地，过饱和流向的判别包括三种判别方法；

一是对热点路口各流向的交通流量设置流量上限阈值，若路口存在交通流量超过流量上限阈值的流向，则判别为热点路口的过饱和流向；

二是在热点路口上游溢出点设置检测器，按照各流向基于定点排队长度监测进行触发，一旦触发则确定过饱和流向；

三是依据人工经验对热点路口的某流向在指定时段为过饱和流向；

进一步地，对单个路口过饱和具体采用瓶颈点疏导控制方法，包括以下步骤：

步骤S101，判断热点路口的过饱和流向，确定为热点路口的热点主流向；

步骤S102，热点路口快速放行本路口热点主流向的车流，同步在下游关联路口加大车流放行力度；

首先，对热点路口绿灯时间进行调整，增加热点路口的热点主流向绿灯时间N秒；

其次，对下游关联路口绿灯时间进行调整，增加与上游关联方向的下游路口主流向绿灯时间N秒；

步骤S103，关联上游路口的主要进入流向，减少上游路口进入热点路口热点主流向的车辆；

首先，针对上游进入热点路口热点主流向的主要方向车流，执行上游进入流向的绿灯缩短策略，即缩短上游路口进入热点路口主要进入流向的绿灯时间N秒；

其次，在上游路口进入热点路口主要进入流向相位运行完最小绿后，强制切换到到相交相位放行；

步骤S104，关联上游路口的其它非主要进入流向，缩短上游路口进入热点路口其它非主要进入流向绿灯时间N秒。

更进一步地，N为2～4。

进一步地，对多个相邻路口过饱和具体采用干线快速疏导控制方法，包括以下步骤：

步骤S201，判断热点片区内多个热点路口的过饱和流向，依据路段的拓扑结构关系，确定干线热点主流向；

步骤S202，根据预设的车辆排队阈值，确定干线热点主流向的运行状态；

步骤S203，当监测到干线热点主流向处于过饱和运行状态时，执行以清空为目标的热点路口负相位差协调控制；

负相位差协调控制是指调整协调控制的相位差为过饱和状态下的相对相位差，即在本路口协调相位绿灯开启前，将下游路口协调相位绿灯提前启亮；

步骤S204，当负相位差协调控制运行T1分钟后，若监测到干线热点主流向仍处于过饱和运行状态时，执行干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，下游路口绿灯时间延长控制；

干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，包括：

首先，针对上游进入干线热点主流向的主要方向车流，执行上游进入流向的步进式绿灯缩短策略，即每一周期缩短干线上游进入干线路口主要进入流向的绿灯时间N₂秒，直至缩短至最小绿灯时间；

其中，为干线上游进入干线路口第x个周期时的主要进入流向绿灯时间，为干线上游进入干线路口主要进入流向预设的最小绿灯时间；

或者，基于交通状态的监测判断，在拥堵较为严重的情况下，执行上游进入干线流向的相位切换策略，即在干线上游进入干线路口主要进入流向相位运行完最小绿灯时间后，强制切换到到相交相位放行；

步骤S205，当干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，下游路口绿灯时间延长控制运行T2分钟后，监测到干线热点主流向仍处于过饱和运行状态时，执行干线上游进入干线路口非主要进入流向相位的绿灯时间压缩控制；

针对干线上游进入干线路口非主要进入流向的车流，进一步缩短其绿灯时间，执行步进式绿灯缩短策略，即每一周期缩短干线上游进入干线路口非主要进入流向的绿灯时间N₃秒，直至缩短至最小绿灯时间；

为第x个周期时干线上游进入干线路口非主要进入流向相位绿灯时间；为干线上游进入干线路口非主要进入流向相位预设的最小绿灯时间。

更进一步地，N₂和N₃取3。

更进一步地，T1和T2取4～6。

本发明的优点在于：本发明提取城市交通拥堵的典型诱发场景，针对不同类型热点片区的交通场景提出热点片区、热点路口及关联路口的概念，细化建立可供道路交通信号控制系统实施的对应监测预警与优化控制流程、方法，与传统区域信号控制优化方法相比具有针对性强、交通状态识别更加准确、稳定性与可靠性更好等优势，从而保障片区疏导优化控制的控制效果。

针对城市交通中大流量干线、瓶颈点等易发交通拥堵的典型应用场景，分别建立了根据系统自动采集交通流数据及基于此数据分析研判得出的热点片区及其热点路口实时监测预警模型；设计了较完备的监测预警、优化控制系统流程，在此基础上实现了城市热点片区交通信号优化控制。并且支持通过对优化控制方案的执行效果再监测进一步持续干预调整。

附图说明

图1为本发明的热点片区分类示意图。

图2为本发明的方法流程图。

图3为本发明的单个路口饱和---瓶颈点疏导控制方法示意图。

图4为本发明的多个路口过饱和---干线快速疏导控制方法。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

(一)热点片区的定义与分类；

热点路口：指经常有流向处于过饱和交通状态的路口，并且仅通过调整该路口的不同流向绿灯时间，还不能很好地解决路口过饱和状况；

关联路口：在路网中与热点路口相连接的路口，并且与热点路口的主流向关联密切，其交通流的进出直接影响热点路口交通状态；

热点片区是由热点路口和关联路口构成的路网最小运行单元，按照热点路口的多少，热点片区可以分为单个路口过饱和的“关键点+周边点型”和多个相邻路口(2个及以上)过饱和的“干线+周边点型”两类，分别如图1a和图1b所示；图1a和图1b中黑色大圆圈代表热点路口，黑色小圆圈代表关联路口；干线是指多个热点路口及其上下游的关联路口连接成的路段；

(二)热点片区均衡优化控制主要流程；如图2所示；

步骤S1，针对监测路口，结合历史交通流量和/或车辆排队长度和/或人工经验确定热点路口，并确定关联路口和热点片区；

热点路口在一个城市中，通常基于历史的交通统计数据确定，比如某个市中心路口经常发生拥堵，则可以将其作为热点路口；热点路口在交通繁忙时段常常会存在过饱和流向；

步骤S2，监测热点路口实时运行状态判别过饱和流向；可采取三种判别方法；

一是对热点路口各流向的交通流量设置流量上限阈值，若路口存在交通流量超过流量上限阈值的流向，则判别为热点路口的过饱和流向；

二是在热点路口上游溢出点设置检测器，按照各流向基于定点排队长度监测进行触发，一旦触发则确定过饱和流向；

某个流向车辆的排队长度至检测器位置，检测器即触发，该流向就是过饱和流向；

三是依据人工经验对热点路口的某流向在指定时段为过饱和流向；

步骤S3，根据过饱和流向的方向和分布，确定热点主流向；分别针对单个路口过饱和以及多个相邻路口过饱和，执行不同的信号控制策略。

也就是说，对单个路口过饱和的“关键点+周边点型”和多个相邻路口过饱和的“干线+周边点型”分别采用不同的信号控制策略。

(三)单个路口过饱和--瓶颈点疏导控制方法，如图3所示；

步骤S101，判断热点路口的过饱和流向，确定为热点路口的热点主流向；

步骤S102，热点路口快速放行本路口热点主流向的车流，同步在下游关联路口加大车流放行力度；

首先，对热点路口绿灯时间进行调整，增加热点路口的热点主流向(过饱和流向)绿灯时间N秒，加快其车流放行速度；

其次，对下游关联路口绿灯时间进行调整，增加与上游关联方向的下游路口主流向绿灯时间N秒，避免过饱和主流向的快速涌入导致下游路口拥堵；

步骤S103，关联上游路口的主要进入流向，减少上游路口进入热点路口热点主流向的车辆；

首先，针对上游进入热点路口热点主流向的主要方向车流，执行上游进入流向的绿灯缩短策略，即缩短上游路口进入热点路口主要进入流向的绿灯时间N秒；

其次，基于交通状态的监测判断，在拥堵较为严重的情况下，执行上游进入流向的相位切换策略，即在上游路口进入热点路口主要进入流向相位运行完最小绿(行人安全过街所需绿灯时间)后，强制切换到到相交相位放行；

步骤S104，关联上游路口的其它非主要进入流向，进一步缩短上游路口进入热点路口其它非主要进入流向绿灯时间N秒；

上述N秒，可取2～4秒，典型地，可取3秒；

(四)多个路口过饱和---干线快速疏导控制方法；

步骤S201，判断热点片区内多个热点路口的过饱和流向，依据路段的拓扑结构关系，确定干线热点主流向；

步骤S202，根据预设的车辆排队阈值，确定干线热点主流向的运行状态，包括不饱和、近饱和、过饱和状态；

1)选定热点片区内多个热点路口作为干线关键路口，结合历史数据分析确定不同运行状态下的排队长度阈值；比如排队长度小于20米为不饱和状态，20米～40米为近饱和状态，大于40米为过饱和状态；排队长度40米就是一个过饱和运行状态阈值；

2)确定干线关键路口的相位相序、干线协调公共周期、绿信比方案；

3)依据关键路口间的距离和运行车速，根据下式计算路口间绝对相位差；

其中，为路口a在s级运行状态下的绝对相位差，L_a为路口a与上游路口间的距离，v^s为s级运行状态下的路段运行车速；不饱和、近饱和、过饱和状态对应的s分别为1、2、3；

根据绝对相位差确定不同路口灯组的放行状态，计算得到不同运行状态下的相对相位差；

不饱和状态下的相对相位差：

其中，为路口a在不饱和运行状态下的相对相位差，为路口a在不饱和运行状态下的绝对相位差，T¹为不饱和运行状态下的干线协调公共周期；

近饱和状态下的相对相位差：

其中，为路口a在近饱和运行状态下的相对相位差，为路口a在近饱和运行状态下的绝对相位差，l_a为近饱和状态下基于历史数据分析得到的路口a热点主流向平均排队长度，T²为近饱和运行状态下的干线协调公共周期；

过饱和状态下的相对相位差：

其中，为路口a在过饱和运行状态下的相对相位差，为路口a在过饱和运行状态下的绝对相位差，T³为过饱和运行状态下的干线协调公共周期；

步骤S203，当监测到干线热点主流向处于过饱和运行状态时，执行以清空为目标的热点路口负相位差协调控制；

负相位差协调控制是指调整协调控制的相位差为过饱和状态下的相对相位差，即在本路口协调相位绿灯开启前，将下游路口协调相位绿灯提前启亮；

能够获得的效果为：干线的上游路口协调方向绿灯放行时下游路口协调方向绿灯提前启亮，以提前清空热点路口间的路段排队；

步骤S204，当负相位差协调控制运行T1分钟(比如4～6分钟)后，若监测到干线热点主流向仍处于过饱和运行状态时，执行干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，下游路口绿灯时间延长控制；

干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，包括：

首先，针对上游进入干线热点主流向的主要方向车流，执行上游进入流向的步进式绿灯缩短策略，即每一周期缩短干线上游进入干线路口主要进入流向的绿灯时间N₂秒(N₂可取3)，直至缩短至最小绿灯时间(行人安全过街所需绿灯时间)；

其中，为干线上游进入干线路口第x个周期时的主要进入流向绿灯时间，为干线上游进入干线路口主要进入流向预设的最小绿灯时间；

其次，基于交通状态的监测判断，在拥堵较为严重的情况下，执行上游进入干线流向的相位切换策略，即在干线上游进入干线路口主要进入流向相位运行完最小绿灯时间后，强制切换到到相交相位放行；

下游路口绿灯时间延长控制，包括：可增加热点片区干线下游路口主流向绿灯时间；

步骤S205，当干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，下游路口绿灯时间延长控制运行T2分钟(比如4～6分钟)后，监测到干线热点主流向仍处于过饱和运行状态时，执行干线上游进入干线路口非主要进入流向相位的绿灯时间压缩控制；

针对干线上游进入干线路口非主要进入流向的车流，进一步缩短其绿灯时间，执行步进式绿灯缩短策略，即每一周期缩短干线上游进入干线路口非主要进入流向的绿灯时间N₃秒(N₃可取3)，直至缩短至最小绿灯时间(行人安全过街所需绿灯时间)；

为第x个周期时干线上游进入干线路口非主要进入流向相位绿灯时间；为干线上游进入干线路口非主要进入流向相位预设的最小绿灯时间；

最后，当监测到干线热点主流向监测指标低于过饱和状态阈值之下后，恢复干线沿线路口及关联路口的预设信号控制方案。

Claims (6)

1.一种城市热点片区交通信号优化控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1，针对监测路口，结合历史交通流量和/或车辆排队长度和/或人工经验确定热点路口，并确定关联路口和热点片区；

热点片区包括单个路口过饱和的“关键点+周边点型”和多个相邻路口过饱和的“干线+周边点型”；

步骤S2，监测热点路口实时运行状态判别过饱和流向；

步骤S3，根据过饱和流向的方向和分布，确定热点主流向；分别针对单个路口过饱和以及多个相邻路口过饱和，执行不同的信号控制策略；

对单个路口过饱和具体采用瓶颈点疏导控制方法，包括以下步骤：

步骤S101，判断热点路口的过饱和流向，确定为热点路口的热点主流向；

步骤S102，热点路口快速放行本路口热点主流向的车流，同步在下游关联路口加大车流放行力度；

首先，对热点路口绿灯时间进行调整，增加热点路口的热点主流向绿灯时间N秒；

其次，对下游关联路口绿灯时间进行调整，增加与上游关联方向的下游路口主流向绿灯时间N秒；

步骤S103，关联上游路口的主要进入流向，减少上游路口进入热点路口热点主流向的车辆；

首先，针对上游进入热点路口热点主流向的主要方向车流，执行上游进入流向的绿灯缩短策略，即缩短上游路口进入热点路口主要进入流向的绿灯时间N秒；

其次，在上游路口进入热点路口主要进入流向相位运行完最小绿后，强制切换到到相交相位放行；

步骤S104，关联上游路口的其它非主要进入流向，缩短上游路口进入热点路口其它非主要进入流向绿灯时间N秒。

2.如权利要求1所述的城市热点片区交通信号优化控制方法，其特征在于，

N为2～4。

3.如权利要求1所述的城市热点片区交通信号优化控制方法，其特征在于，

过饱和流向的判别包括三种判别方法；

一是对热点路口各流向的交通流量设置流量上限阈值，若路口存在交通流量超过流量上限阈值的流向，则判别为热点路口的过饱和流向；

二是在热点路口上游溢出点设置检测器，按照各流向基于定点排队长度监测进行触发，一旦触发则确定过饱和流向；

三是依据人工经验对热点路口的某流向在指定时段为过饱和流向。

4.如权利要求1所述的城市热点片区交通信号优化控制方法，其特征在于，

对多个相邻路口过饱和具体采用干线快速疏导控制方法，包括以下步骤：

步骤S201，判断热点片区内多个热点路口的过饱和流向，依据路段的拓扑结构关系，确定干线热点主流向；

步骤S202，根据预设的车辆排队阈值，确定干线热点主流向的运行状态；

步骤S203，当监测到干线热点主流向处于过饱和运行状态时，执行以清空为目标的热点路口负相位差协调控制；

负相位差协调控制是指调整协调控制的相位差为过饱和状态下的相对相位差，即在本路口协调相位绿灯开启前，将下游路口协调相位绿灯提前启亮；

步骤S204，当负相位差协调控制运行T1分钟后，若监测到干线热点主流向仍处于过饱和运行状态时，执行干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，下游路口绿灯时间延长控制；

干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，包括：

首先，针对上游进入干线热点主流向的主要方向车流，执行上游进入流向的步进式绿灯缩短策略，即每一周期缩短干线上游进入干线路口主要进入流向的绿灯时间N₂秒，直至缩短至最小绿灯时间；

其中，为干线上游进入干线路口第x个周期时的主要进入流向绿灯时间，为干线上游进入干线路口主要进入流向预设的最小绿灯时间；

或者，基于交通状态的监测判断，在拥堵较为严重的情况下，执行上游进入干线流向的相位切换策略，即在干线上游进入干线路口主要进入流向相位运行完最小绿灯时间后，强制切换到到相交相位放行；

步骤S205，当干线热点主流向的上游路口绿灯时间压缩，下游路口绿灯时间延长控制运行T2分钟后，监测到干线热点主流向仍处于过饱和运行状态时，执行干线上游进入干线路口非主要进入流向相位的绿灯时间压缩控制；

针对干线上游进入干线路口非主要进入流向的车流，进一步缩短其绿灯时间，执行步进式绿灯缩短策略，即每一周期缩短干线上游进入干线路口非主要进入流向的绿灯时间N₃秒，直至缩短至最小绿灯时间；

为第x个周期时干线上游进入干线路口非主要进入流向相位绿灯时间；为干线上游进入干线路口非主要进入流向相位预设的最小绿灯时间。

5.如权利要求4所述的城市热点片区交通信号优化控制方法，其特征在于，

N₂和N₃取3。

6.如权利要求4所述的城市热点片区交通信号优化控制方法，其特征在于，

T1和T2取4～6。