CN108305468A - 一种基于多策略的交通控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多策略的交通控制方法和系统，所述方法包括以下步骤：S1、将城市道路划分为若干个交通控制子区，并根据交通控制子区路网的交通饱和度不同执行相应的控制策略；S2、根据交通控制子区路网中各路段的平均车辆占有率和对应路口的平均饱和度对控制策略进行调整；S3、调整状态不一致的交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使每个交通控制子区交通状态达到一致。通过划分不同交通控制子区，综合考虑子区路网、路段、路口的交通状况，根据交通状态的不同选取不同的控制策略，对交通控制子区内交通状况进行评价并调整关键路段绿灯时间。

Description

一种基于多策略的交通控制方法和系统

技术领域

本发明涉及交通控制技术领域，更具体地，涉及一种基于多策略的交通控制方法及系统。

背景技术

伴随着我国城市交通建设的快速发展，很多城市的机动车保有量激增，与此同时，交通压力越来越大。根据公安部交管局统计数据显示，截至2014年底，全国机动车保有量达2.64亿辆，其中小汽车1.54亿辆，全国有35个城市的汽车保有量超过百万辆，北京、成都、深圳、上海、广州等10个城市汽车保有量超过200万辆。交通拥堵这种“通病”将会在越来越多的城市出现。因此，当今我国急需解决的两大难题是处理交通拥堵与减少交通事故。解决这两大问题的有效方法是改善交通信号控制系统。

交通信号控制系统是城市交通管理控制、疏解城市拥堵的关键所在，其效果直接影响城市交通状况。北京上海等一些特大城市早晚上下班高峰时段城市交通流起伏变化很大，当前采用的单一交通信号控制策略并未充分考虑路网、路段的交通状况和交通流的起伏，导致当前早晚高峰时段城市拥堵严重。

目前交通信号控制系统中主要根据自身路口的交通状况采用韦伯斯特方程进行配时设计。

单个路口交通信号控制周期的计算公式(韦伯斯特方程)如下：

其中：L为总的损失时间，Y为交叉口流量比之和

由韦伯斯特方程可知，信号配时设计并未考虑相邻交叉路口的交通状况，当部分路段由于车流量增大造成拥堵，容易造成与之相邻的路口车流量减少从而造成空放，并未充分利用道路的运载能力。

部分城市采取对干道上若干连续交叉口的信号灯进行统一协调控制，但是由于干道上的车辆在行驶时车速不同，交叉口又有可能受到左、右转弯车辆进出等因素的干扰，所以控制效果有限。现有技术中，通过多种策略对交通状况进行控制，根据路网状况欠饱和、临界饱和和过饱和状态，分别通过控制绿灯时间来制定了欠饱和控制策略、临界饱和控制策略和过饱和控制策略，欠饱和控制策略、临界饱和控制策略和过饱和控制策略的相邻两次绿灯时间的间隔依次加长，以实现路网交通状态的改变。如在欠饱和控制策略下，绿灯间隔时间为30s，在临界饱和控制策略下，绿灯间隔时间为60s，在过饱和控制策略下，绿灯间隔时间为90s，通过在路网饱和度高的情况下，优先让车辆通过的方法，对该路网车辆进行疏通，进而使路网交通状况正常。

在交通路网中，交通流是基本守恒的，即进入路网的交通流和流出路网的交通流基本保持均衡，当前交通控制未充分考虑路网的交通状况。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于多策略的交通控制方法和系统，通过划分不同交通控制子区，综合考虑子区路网、路段、路口的交通状况，根据交通状态的不同选取不同的控制策略，对交通控制子区内交通状况进行评价并调整关键路段绿灯时间。

根据本发明的一个方面，提供一种交通控制方法，包括以下步骤：

S1、将城市道路划分为若干个交通控制子区，并根据交通控制子区路网的交通饱和度不同执行相应的控制策略；

S2、根据交通控制子区路网中各路段的平均车辆占有率和对应路口的平均饱和度对控制策略进行调整；

S3、调整状态不一致的交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使每个交通控制子区交通状态达到一致。

作为优选的，所述步骤S1具体包括：

S11、综合考虑路口间的间距、交通流离散型、主干道交通流量等因素，将城市道路划分为若干个交通控制子区；

S12、根据交通控制子区最大交通量v和最大通行能力c，计算交通控制子区路网的交通饱和度λ＝v/c；

S13、根据交通控制子区路网的交通饱和度不同进行等级划分，将对应路网的交通状态划分为不同等级的饱和状态，并执行相应的控制策略。

作为优选的，所述步骤S13具体包括：若λ＜0.6则为欠饱和状态，执行欠饱和控制策略，采用较短的绿灯间隔时间进行交通控制，如绿灯间隔时间为30s；若λ＞0.8则为过饱和状态，执行过饱和控制策略，采用较长的绿灯间隔时间进行交通控制，如绿灯间隔时间为90s；若0.6≤λ≤0.8则为临界饱和状态，执行临界饱和控制策略，采用中等的绿灯间隔时间进行交通控制，如绿灯间隔时间为60s。

作为优选的，所述步骤S2具体包括：

S21、根据交通控制子区内路段车辆的平均占有率对控制策略进行调整；

S22、根据路段对应路口的平均饱和度进一步对控制策略进行调整。

本实施例中的方案充分考虑交通控制子区、路段、路口的交通状况，从面到线到点，面对交通状态的多样性，避免单点的单一信号控制的带来的路网局部拥堵，并根据不同的交通状况采用切换不同的控制策略。

作为优选的，所述步骤S21具体包括：

在欠饱和控制策略下，判断路段j车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则进入步骤S22；

在临界饱和控制策略下，判断该路段i车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到过饱和控制策略，若则进入步骤S22；

在过饱和控制策略下，判断该路段l车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则保持过饱和控制策略，若则进入步骤S22。

作为优选的，所述步骤S22具体包括：

在欠饱和控制策略下，判断路口e在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持欠饱和控制策略，若则切换到临界饱和控制策略；

在临界饱和控制策略下，判断路口f在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持临界饱和控制策略，若则切换到过饱和控制策略；

在过饱和控制策略下，则判断路口g在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则保持过饱和控制策略。

作为优选的，所述步骤S3具体包括：

S31、以各交通控制子区内交通状态一致性为评价标准，定时评价各个交通控制子区内的交通状况；

S32、调整不一致交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使各个交通控制子区的交通状态一致。

作为优选的，所述步骤S32具体包括：若交通控制子区内的交通状态不一致，则对交通控制子区内状态不一致路段采取的控制策略对应的绿灯时间进行调整，调整时间为：

t(m+1)_k＝t(m)_k+at

式中，t(m+1)_k为m+1时刻该交通控制子区k内状态不一致路段对应路段的绿灯时间，t(m)_k为m时刻交通控制子区k的过饱和控制策略对应路段绿灯间隔时间，at为调整绿灯时间，a为调整系数,n₁、n₂、n₃为权重系数，λ为子区路网道路交通饱和度，为路段车辆的平均占有率，为路口平均饱和度。

一种交通控制系统，包括路网状态监控模块、控制策略调整模块和交通状态调整模块；

所述路网状态监控模块用于对将城市道路划分为若干个交通控制子区，并对各个交通控制子区内路段、路口的车辆平均占有率进行监控；

所述控制策略调整模块用于根据交通控制子区路网中各路段的平均车辆占有率和对应路口的平均饱和度对控制策略进行调整；

所述交通状态调整模块用于定期调整状态不一致的交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使每个交通控制子区状态达到一致。

作为优选的，所述交通状态调整模块通过对交通控制子区内交通状态不一致路段的绿灯间隔时间进行调整，使每个交通控制子区状态达到一致，调整时间为：

t(m+1)_k＝t(m)_k+at

式中，t(m+1)_k为m+1时刻该交通控制子区k内交通状态不一致路段的绿灯时间，t(m)_k为m时刻交通控制子区k内交通状态不一致路段绿灯时间，at为调整绿灯时间，a为调整系数,n₁、n₂、n₃为权重系数，λ为子区路网道路交通饱和度，为路段车辆的平均占有率，为路口平均饱和度。

本申请提出一种基于多策略的交通控制方法和系统，将城市路网分为不同的交通控制子区，以每个交通控制子区交通状态一致为优化控制目标，调整每个子区中关键路段的绿灯时间，充分考虑子区、路段、路口的交通状况，面对交通状态的多样性，避免单点的单一信号控制的带来的路网局部拥堵，并根据不同的交通状况采用切换不同的控制策略，充分挖掘不同控制策略的优势，取长补短，充分利用路网的运载能力，减少局部过度拥堵和局部过度空放现象的出现。

附图说明

图1为根据本发明实施例的交通控制方法流程框图；

图2为根据本发明实施例的交通控制方法具体流程示意图；

图3为根据本发明实施例的交通控制方法算法流程示意图；

图4位根据本发明实施例的交通控制系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了一种基于多策略的交通控制方法，包括以下步骤：

S1、将城市道路划分为若干个交通控制子区，并根据交通控制子区路网的交通饱和度不同执行相应的控制策略；

S2、根据交通控制子区路网中各路段的平均车辆占有率和对应路口的平均饱和度对控制策略进行调整；

S3、调整状态不一致的交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使每个交通控制子区交通状态达到一致。

在本实施例中的，所述步骤S1具体包括：

S11、根据路口间的间距、交通流离散型、主干道交通流量因素，将城市道路划分为若干个交通控制子区；

S12、根据交通控制子区最大交通量v和最大通行能力c，计算交通控制子区路网的交通饱和度λ＝v/c；

S13、根据交通控制子区路网的交通饱和度不同进行等级划分，将对应路网的交通状态划分为不同等级的饱和状态，并执行相应的控制策略。

在本实施例中，如图2中所示，所述步骤S13具体包括：若λ＜0.6则为欠饱和状态，执行欠饱和控制策略，采用较短的绿灯间隔时间进行交通控制；若λ＞0.8则为过饱和状态，执行过饱和控制策略，采用较长的绿灯间隔时间进行交通控制；若0.6≤λ≤0.8则为临界饱和状态，执行临界饱和控制策略，采用中等的绿灯间隔时间进行交通控制。

作为优选的，所述步骤S2具体包括：

S21、根据交通控制子区内路段车辆的平均占有率对控制策略进行调整；

S22、根据路段对应路口的平均饱和度进一步对控制策略进行调整。

在本实施例中，如图3所示，所述步骤S21具体包括：

在欠饱和控制策略下，判断路段j车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则进入步骤S22；

在临界饱和控制策略下，判断该路段i车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到过饱和控制策略，若则进入步骤S22；

在过饱和控制策略下，判断该路段l车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则保持过饱和控制策略，若则进入步骤S22。

作为优选的，所述步骤S22具体包括：

在欠饱和控制策略下，判断路口e在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持欠饱和控制策略，若则切换到临界饱和控制策略；

在临界饱和控制策略下，判断路口f在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持临界饱和控制策略，若则切换到过饱和控制策略；

在过饱和控制策略下，则判断路口g在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则保持过饱和控制策略。

作为优选的，所述步骤S3具体包括：

S31、以各交通控制子区内交通状态一致性为评价标准，定时评价各个交通控制子区内的交通状况；

S32、调整不一致交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使各个交通控制子区的交通状态一致。

作为优选的，所述步骤S32具体包括：若交通控制子区内的交通状态不一致，则对交通控制子区内状态不一致路段采取的控制策略对应的绿灯时间进行调整，调整时间为：

t(m+1)_k＝t(m)_k+at

式中，t(m+1)_k为m+1时刻该交通控制子区k内交通状态不一致路段的绿灯时间，t(m)_k为m时刻交通控制子区k内过饱和控制策略对应路段绿灯时间，at为调整绿灯时间，a为调整系数,n₁、n₂、n₃为权重系数，λ为子区路网道路交通饱和度，为路段车辆的平均占有率，为路口平均饱和度。

本实施例中还提出了一种基于多策略的交通控制系统，如图4所示，包括路网状态监控模块、控制策略调整模块和交通状态调整模块；

所述路网状态监控模块用于对将城市道路划分为若干个交通控制子区，并对各个交通控制子区内路段、路口的车辆平均占有率进行监控；具体的，通过综合考虑路口间的间距、交通流离散型、主干道交通流量等因素，将城市道路划分为若干个交通控制子区；根据交通控制子区最大交通量v和最大通行能力c，计算交通控制子区路网的交通饱和度λ＝v/c；根据交通控制子区路网的交通饱和度不同进行等级划分，将对应路网的交通状态划分为不同等级的饱和状态，并执行相应的控制策略，若λ＜0.6则为欠饱和状态，执行欠饱和控制策略；若λ＞0.8则为过饱和状态，执行过饱和控制策略；若0.6≤λ≤0.8则为临界饱和状态，执行临界饱和控制策略。

所述控制策略调整模块用于根据交通控制子区路网中各路段的平均车辆占有率和对应路口的平均饱和度对控制策略进行调整；

具体的：

在欠饱和控制策略下，判断路段j车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则判断路口e在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持欠饱和控制策略，若则切换到临界饱和控制策略；

在临界饱和控制策略下，判断该路段i车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到过饱和控制策略，若则判断路口f在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持临界饱和控制策略，若则切换到过饱和控制策略；

在过饱和控制策略下，判断该路段l车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则保持过饱和控制策略，若则判断路口g在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则保持过饱和控制策略。

所述交通状态调整模块用于定期调整状态不一致的交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使每个交通控制子区状态达到一致。

作为优选的，所述交通状态调整模块通过对交通控制子区内交通状态不一致路段的绿灯间隔时间进行调整，使每个交通控制子区状态达到一致，调整时间为：

t(m+1)_k＝t(m)_k+at

式中，t(m+1)_k为m+1时刻该交通控制子区k内交通状态不一致路段的绿灯时间，t(m)_k为m时刻交通控制子区k内交通状态不一致路段绿灯时间，at为调整绿灯时间，a为调整系数,n₁、n₂、n₃为权重系数，λ为子区路网道路交通饱和度，为路段车辆的平均占有率，为路口平均饱和度。

本申请提出一种基于多策略的交通控制方法和系统，将城市路网分为不同的交通控制子区，以每个交通控制子区交通状态一致为优化控制目标，调整每个子区中关键路段的绿灯时间，充分考虑子区、路段、路口的交通状况，面对交通状态的多样性，避免单点的单一信号控制的带来的路网局部拥堵，并根据不同的交通状况采用切换不同的控制策略，充分挖掘不同控制策略的优势，取长补短，充分利用路网的运载能力，减少局部过度拥堵和局部过度空放现象的出现。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交通控制方法，其特征在于，包括：

S1、将城市道路划分为若干个交通控制子区，并根据交通控制子区路网的交通饱和度不同，执行相应的控制策略；

S2、根据交通控制子区路网中各路段的平均车辆占有率和对应路口的平均饱和度，对控制策略进行调整；

S3、调整状态不一致的交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使每个交通控制子区交通状态达到一致。

2.根据权利要求1所述的交通控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11、根据路口间的间距、交通流离散型和/或主干道交通流量因素，将城市道路划分为若干个交通控制子区；

S12、根据交通控制子区最大交通量v和最大通行能力c，计算交通控制子区路网的交通饱和度λ＝v/c；

S13、根据交通控制子区路网的交通饱和度不同进行等级划分，将对应路网的交通状态划分为不同等级的饱和状态，并执行相应的控制策略。

3.根据权利要求2所述的交通控制方法，其特征在于，所述步骤S13具体包括：若λ＜0.6则为欠饱和状态，执行欠饱和控制策略，采用较短的绿灯间隔时间进行交通控制；若λ＞0.8则为过饱和状态，执行过饱和控制策略，采用较长的绿灯间隔时间进行交通控制；若0.6≤λ≤0.8则为临界饱和状态，执行临界饱和控制策略，采用中等的绿灯间隔时间进行交通控制。

4.根据权利要求3所述的交通控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

S21、根据交通控制子区内路段车辆的平均占有率对控制策略进行调整；

S22、根据路段对应路口的平均饱和度进一步对控制策略进行调整。

5.根据权利要求4所述的交通控制方法，其特征在于，所述步骤S21具体包括：

在欠饱和控制策略下，判断路段j车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则进入步骤S22；

在临界饱和控制策略下，判断该路段i车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则切换到过饱和控制策略，若

则进入步骤S22；

在过饱和控制策略下，判断该路段l车辆在t时刻的平均占有率与设定阈值b的大小，若则保持过饱和控制策略，若则进入步骤S22。

6.根据权利要求5所述的交通控制方法，其特征在于，所述步骤S22具体包括：

在欠饱和控制策略下，判断路口e在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持欠饱和控制策略，若则切换到临界饱和控制策略；

在临界饱和控制策略下，判断路口f在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则保持临界饱和控制策略，若则切换到过饱和控制策略；

在过饱和控制策略下，则判断路口g在t时刻的平均饱和度与阈值n的大小，若则切换到临界饱和控制策略，若则保持过饱和控制策略。

7.根据权利要求6所述的交通控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

S31、以各交通控制子区内交通状态一致性为评价标准，定时评价各个交通控制子区内的交通状况；

S32、调整不一致交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使各个交通控制子区的交通状态一致。

8.根据权利要求7所述的交通控制方法，其特征在于，所述步骤S32具体包括：若交通控制子区内的交通状态不一致，则对交通控制子区内交通状态不一致路段采取的控制策略对应的绿灯时间进行调整，调整时间为：

t(m+1)_k＝t(m)_k+at

式中，t(m+1)_k为m+1时刻该交通控制子区k内交通状态不一致路段的绿灯时间，t(m)_k为m时刻交通控制子区k中过饱和控制策略对应路段绿灯间隔时间，at为调整绿灯时间，a为调整系数,n₁、n₂、n₃为权重系数，λ为子区路网道路交通饱和度，为路段车辆的平均占有率，为路口平均饱和度。

9.一种交通控制系统，其特征在于，包括路网状态监控模块、控制策略调整模块和交通状态调整模块；

所述路网状态监控模块，用于对将城市道路划分为若干个交通控制子区，并对各个交通控制子区内路段、路口的车辆平均占有率进行监控；

所述控制策略调整模块，用于根据交通控制子区路网中各路段的平均车辆占有率和对应路口的平均饱和度对控制策略进行调整；

所述交通状态调整模块，用于定期调整状态不一致的交通控制子区内关键路段的绿灯时间，使每个交通控制子区状态达到一致。

10.根据权利要求1所述的交通控制系统，其特征在于，所述交通状态调整模块通过对交通控制子区内交通状态不一致路段的绿灯间隔时间进行调整，使每个交通控制子区状态达到一致，调整时间为：

t(m+1)_k＝t(m)_k+at

式中，t(m+1)_k为m+1时刻该交通控制子区k内交通状态不一致路段的绿灯时间，t(m)_k为m时刻交通控制子区k内交通状态不一致路段绿灯时间，at为调整绿灯时间，a为调整系数,n₁、n₂、n₃为权重系数，λ为子区路网道路交通饱和度，为路段车辆的平均占有率，为路口平均饱和度。