CN109872532A - 交叉口信号控制方案自动选择方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种交叉口信号控制方案自动选择方法及系统。本发明通过实时获取的车道流量能够对交叉路口所对应的各备选方案从起始阶段到各阶段的饱和度进行计算，由此获得各备选方案中的关键相位通过对关键相位的饱和度偏差进行筛选，能够获得最优的信号控制方案。由于饱和度偏差的计算过程中增加了交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的饱和流率作为考量因素，本发明更能满足交叉口的通行需求，为自动选择交叉口信号控制方案提供具体方法支撑。

Description

交叉口信号控制方案自动选择方法及系统

技术领域

本发明涉及交通控制领域，具体而言涉及一种交叉口信号控制方案自动选择方法及系统。

背景技术

随着城市化进程的逐步加快，城市道路交通问题已经成为中国各大城市共同面对的难题。交叉口作为城市道路的交汇点,在道路网和交通流中起着十分重要的作用。最大限度的提高信号交叉口的通过能力、减少交通延迟一直是交通工程领域重要的研究课题。在诸多交通控制手段中，交通信号控制是最简单直接有效的办法之一,也是智能交通先进交通管理系统的重要组成部分。

交叉口信号控制方案不合理，会造成交叉口通行能力低下、交通拥挤严重。因此需要根据交叉口实时交通流量，从交叉口交通信号控制方案库中选择合理的控制方案,为下一阶段信号配时奠定基础。这对于保证交叉口同行效率具有重要的意义。

目前多数控制方案根据车道组(相位)流率比进行信号控制方案选择。基于流率比选择方案时，将同等看待流率比相等的车道组，因此会忽视车道组流率的大小，这种控制方案的选择在具有多种车道组流率的场景下不太合理。另外，决定信号控制方案能否满足交叉口的通行需求，其主要的判别依据主要是关键相位的车流能否得到满足。将所有车相位的流率比作为选择标准，会导致关键相位的车流很难得到满足。因此，现有方案选择的合理性很难得到保证，影响了信号控制的实际效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种交叉口信号控制方案自动选择方法及系统，本发明根据关键相位饱和度选择备选方案，能够实时满足交叉口的通行需求。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种交叉口信号控制方案自动选择方法，其步骤包括：第一步，获取交叉口物理特性和渠化方案；第二步，输入所述交叉路口的结构、所述交叉路口的参数、备选方案和该交叉路口的实时车道流量；第三步，确定信号控制方案自动选择的计算模型；第四步，利用该计算模型从所述各备选方案中选择最优的信号控制方案；第五步，输出最优的所述信号控制方案。

可选的，上述的方法中，所述第四步中的计算模型具体通过如下的计算步骤选择最优的信号控制方案：步骤301，初始化，获取交叉路口k所对应的备选方案和实时车道流量步骤302，计算所述交叉路口k中对应相位j的流量其中，j表示相位编号，表示所述交叉路口k中对应相位j的车道集合，表示所述交叉路口k中对应车道v的流量；步骤303，根据所述交叉路口k所对应的各备选方案从起始阶段到各阶段的饱和度，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位步骤304，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中各关键相位的饱和度偏差其中，abs(x)表示取绝对值，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的有效绿灯时间，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的饱和流率，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的周期；步骤305，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案的总饱和度偏差；步骤306，选择总饱和度偏差最小的备选方案为最优的信号控制方案，输出最优的所述信号控制方案。

可选的，上述的方法中，所述步骤303中，所述交叉路口k所对应的各备选方案起始阶段的饱和度为e^τ(0)＝0；所述交叉路口k所对应的各备选方案在后续各阶段的饱和度为 其中，表示所述备选方案的阶段编号，表示交叉路口k所对应的备选方案τ的阶段的个数，τ＝1,2,…,w^k表示备选方案编号，w^k表示所述交叉路口k所对应的备选方案的个数，表示所述交叉路口k中对应相位j的饱和流率，e^τ(i)表示备选方案τ从阶段1开始到阶段i的饱和度，表示交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的非搭接相位的集合，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的相位的集合。

可选的，上述的方法中，所述步骤303中，所述交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位按照如下步骤计算计算：若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位其中，

可选的，上述的方法中，所述步骤304中，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中各关键相位的饱和度偏差的过程中，所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的有效绿灯时间其中，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的绿灯显示时间，表示所述交叉路口k关键相位的损失时间，其中，所述关键相位

可选的，上述的方法中，所述步骤305中，所述交叉路口k所对应的各备选方案的总饱和度偏差其中，τ＝1,2,…,w^k，系数所述步骤306中，最优的所述信号控制方案满足

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种交叉口信号控制方案自动选择系统，包括：初始化模块，用于获取交叉口物理特性和渠化方案；输入模块，用于获取所述交叉路口的结构、所述交叉路口的参数、备选方案和该交叉路口的实时车道流量；计算模块，用于利用计算模型从所述各备选方案中选择最优的信号控制方案；输出模块，用于输出最优的所述信号控制方案。

可选的，上述的系统中，所述计算模块被设置以执行以下步骤：步骤s1，计算所述交叉路口k中对应相位j的流量其中，j表示相位编号，表示所述交叉路口k中对应相位j的车道集合，表示所述交叉路口k中对应车道v的流量；步骤s2，根据所述交叉路口k所对应的各备选方案从起始阶段到各阶段的饱和度，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位其中，所述交叉路口k所对应的各备选方案起始阶段的饱和度为e^τ(0)＝0，所述交叉路口k所对应的各备选方案在后续各阶段的饱和度为 其中，表示所述备选方案的阶段编号，表示交叉路口k所对应的备选方案τ的阶段的个数，τ＝1,2,…,w^k表示备选方案编号，w^k表示所述交叉路口k所对应的备选方案的个数，表示所述交叉路口k中对应相位j的饱和流率，e^τ(i)表示备选方案τ从阶段1开始到阶段i的饱和度，表示交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的非搭接相位的集合，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的相位的集合；步骤s3，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中各关键相位的饱和度偏差其中，abs(x)表示取绝对值；表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的有效绿灯时间，其中，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的绿灯显示时间，表示所述交叉路口k关键相位的损失时间；表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的饱和流率；表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的周期；步骤s4，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案的总饱和度偏差；步骤s5，选择总饱和度偏差最小的备选方案为最优的信号控制方案。

可选的，上述的系统中，所述步骤s2中，交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位按照如下步骤计算计算：若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位其中，

有益效果

本发明所提出的交叉口信号控制方案自动选择方法，通过实时获取的车道流量能够对交叉路口所对应的各备选方案从起始阶段到各阶段的饱和度进行计算，由此获得各备选方案中的关键相位通过对关键相位的饱和度偏差进行筛选，能够获得最优的信号控制方案。由于饱和度偏差的计算过程中增加了交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的饱和流率作为考量因素，本发明更能满足交叉口的通行需求，为自动选择交叉口信号控制方案提供具体方法支撑。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的交叉口信号控制方案自动选择系统的结构示意图；

图2是本发明的交叉口信号控制方案自动选择方法的整体流程示意图；

图3是本发明选择信号控制方案时的具体计算步骤流程示意图；

图4是应用本发明的交叉口的渠化和车道流量的示意图；

图5是针对上述交叉口的第一种信号控制方案的相位设计图；

图6是针对上述交叉口的第二种信号控制方案的相位设计图；

图7是针对上述交叉口的第三种信号控制方案的相位设计图·。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1为根据本发明的一种交叉口信号控制方案自动选择系统，其主要包括：

初始化模块，用于获取交叉口物理特性和渠化方案；

输入模块，用于获取所述交叉路口的结构、所述交叉路口的参数、备选方案和该交叉路口的实时车道流量；

计算模块，获取计算模型以获得控制方案自动选择的方法，而后利用该计算模型从所述各备选方案中选择最优的信号控制方案；

输出模块，用于输出最优的所述信号控制方案。

参考图2，以及图3所示的计算过程，上述系统具体通过如下的方式实现对最优的所述信号控制方案的计算

步骤0.初始化。输入交叉口k备选方案和交叉口实时车道流量

步骤1.计算各相位流量其中，

j—相位编号；

—路口k相位j的车道集合；

—路口k车道v的流量；

—路口k相位j的流量。

步骤2.求路口各方案的关键相位，具体包括：

步骤2.1.计算路口各方案起始阶段的饱和度e^τ(0)＝0，计算路口各方案到各阶段的饱和度 其中，

i—方案阶段编号；

τ—备选方案编号；

—路口k方案τ阶段的个数；

w^k—路口k备选方案的个数；

—路口k相位j的饱和流率；

e^τ(i)—方案τ阶段1开始到阶段i的饱和度，显然e^τ(0)＝0；

—路口k方案τ阶段i的非搭接相位的集合；

—路口k方案τ阶段i的相位的集合。

步骤2.2.输出路口各方案的关键相位

其中，输出路口各方案非搭接相位关键相位：若则 输出路口各方案其他的关键相位：若则其中，—路口k方案τ阶段的关键相位；—关键相位

步骤3.计算路口各方案各关键相位饱和度偏差

—路口k方案τ阶段i的非搭接相位的集合，

—路口k方案τ关键相位的绿灯显示时间；

—路口k关键相位的损失时间，

—路口k方案τ关键相位的有效绿灯时间，

—路口k方案τ关键相位的饱和流率，

—路口k方案τ的周期，

abs(x)—取绝对值函数。

步骤4.计算路口各方案总饱和度偏差 其中，—路口k方案τ的总饱和度偏差，

步骤5.求路口k最佳方案，其满足则是最佳方案。

下面以图4所示的一种交叉口的渠化和车道流量的示意图，解释上述的信号控制方案选择工程。图中路口1渠化方案和车道编号、流量如图4和表1所示。本路口1有三个备选方案，从中选择一个最优方案。其中，车道流量如下：

表1路口1车道流量

v	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
													q	150	650	80	40	450	100	90	530	70	30	300	100

上述交叉口对应有三种信号控制方案：

方案1

方案1有5个阶段，具体相位设计、相位属性见图5、表2和表3。方案1的周期是(秒)。

表2方案1相位和阶段关系

表3方案1相位属性和绿灯时间

方案2

方案2有4个阶段，具体相位设计、相位属性见图6、表4和表5。方案2的周期是(秒)。

表4方案2相位和阶段关系

表5方案2相位属性和绿灯时间

方案3

方案3有4个阶段，具体相位设计、相位属性见图7、表6和表7。方案3的周期是(秒)。

表6方案2阶段和相位属性

表7方案2相位属性和绿灯时间

针对上述交叉口，信号控制方案自动选择具体通过如下的计算步骤实现：

步骤0.初始化。输入路口1备选方案和路口车道实时流量其中：

方案1(τ＝1)中：

各阶段非搭接相位集合、搭接相位集合、相位集合：

阶段1

阶段2

阶段3

阶段4

阶段5

各个相位所包含的车道的集合：

各相位的绿灯显示时间，损失时间，饱和流量：

相位1

相位2

相位3

相位4

相位5

相位6

相位7

相位8

周期

方案2(τ＝2)中：

各阶段非搭接相位集合、搭接相位集合、相位集合：

阶段1

阶段2

阶段3

阶段4

各个相位的绿灯显示时间，损失时间，饱和流量：

相位1

相位2

相位3

相位4

相位5

相位6

相位7

相位8

路口1各个相位所包含的车道的集合：

方案2周期

方案3(τ＝3)中：

各阶段非搭接相位集合、搭接相位集合、相位集合：

阶段1

阶段2

阶段3

阶段4

方案3各个相位的绿灯显示时间，损失时间，饱和流量：

相位1

相位2

相位3

相位4

相位5

相位6

相位7

相位8

路口1各个相位所包含的车道的集合：

方案3周期：路口车道实时流量为

步骤1.计算各相位流量其中：

τ＝1

τ＝2

τ＝3

步骤2.求路口各方案的关键相位，其具体通过以下步骤实现：

步骤2.1.计算路口各方案起始阶段到各阶段的饱和度

τ＝1

e¹(0)＝0

τ＝2

e²(0)＝0

τ＝3

e³(0)＝0

步骤2.2.输出路口各方案的关键相位

τ＝1

方案1的关键相位是1，3，6，7。

τ＝2

方案2的关键相位是2，3，5，8。

τ＝3

方案3的关键相位是1，3，6，8。

步骤3.计算路口各方案各关键相位饱和度偏差

τ＝1

i＝1

i＝2

i＝3

i＝4

i＝5

τ＝2

i＝1

i＝2

i＝3

i＝4

τ＝3

i＝1

i＝2

i＝3

i＝4

步骤4.计算路口各方案总饱和度偏差：其中：

τ＝1

既然只有则σ₂＝0，σ₃＝1，σ₄＝0，σ₅＝0。

τ＝2

既然不存在搭接相位，则σ₃＝σ₄＝σ₅＝0。

τ＝3

既然不存在搭接相位，则σ₃＝σ₄＝σ₅＝0。

步骤5.求路口k最佳方案，其满足获得方案2是最佳方案。

通过上述方式获得的信号控制方案能够克服现有技术中忽视车道组流率差异，无法满足关键相位的车流的问题。因此，本方案所获得的信号控制方案更为合理，效果更优。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种交叉口信号控制方案自动选择方法，其特征在于，步骤包括：

第一步，获取交叉口物理特性和渠化方案；

第二步，输入所述交叉路口的结构、所述交叉路口的参数、备选方案和该交叉路口的实时车道流量；

第三步，确定信号控制方案自动选择的计算模型；

第四步，利用该计算模型从所述各备选方案中选择最优的信号控制方案；

第五步，输出最优的所述信号控制方案。

2.如权利要求1所述的交叉口信号控制方案自动选择方法，其特征在于，所述第四步中的计算模型具体通过如下的计算步骤选择最优的信号控制方案：

步骤301，初始化，获取交叉路口k所对应的备选方案和实时车道流量

步骤302，计算所述交叉路口k中对应相位j的流量 其中，j表示相位编号，表示所述交叉路口k中对应相位j的车道集合，表示所述交叉路口k中对应车道v的流量；

步骤303，根据所述交叉路口k所对应的各备选方案从起始阶段到各阶段的饱和度，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位

步骤304，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中各关键相位的饱和度偏差其中，abs(x)表示取绝对值，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的有效绿灯时间，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的饱和流率，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的周期；

步骤305，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案的总饱和度偏差；

步骤306，选择总饱和度偏差最小的备选方案为最优的信号控制方案，输出最优的所述信号控制方案。

3.如权利要求1-2所述的交叉口信号控制方案自动选择方法，其特征在于，所述步骤303中，所述交叉路口k所对应的各备选方案起始阶段的饱和度为e^τ(0)＝0；

所述交叉路口k所对应的各备选方案在后续各阶段的饱和度为其中，表示所述备选方案的阶段编号，表示交叉路口k所对应的备选方案τ的阶段的个数，τ＝1,2,…,w^k表示备选方案编号，w^k表示所述交叉路口k所对应的备选方案的个数，表示所述交叉路口k中对应相位j的饱和流率，e^τ(i)表示备选方案τ从阶段1开始到阶段i的饱和度，表示交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的非搭接相位的集合，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的相位的集合。

4.如权利要求1所述的交叉口信号控制方案自动选择方法，其特征在于，所述步骤303中，所述交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位按照如下步骤计算计算：

若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位

若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位

其中，τ＝1,2,…,w^k。

5.如权利要求1-4所述的交叉口信号控制方案自动选择方法，其特征在于，步骤304中，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中各关键相位的饱和度偏差的过程中，

所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的有效绿灯时间

其中，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的绿灯显示时间，表示所述交叉路口k关键相位的损失时间，其中，所述关键相位

6.如权利要求1所述的交叉口信号控制方案自动选择方法，其特征在于，所述步骤305中，所述交叉路口k所对应的各备选方案的总饱和度偏差其中，τ＝1,2,…,w^k，系数

所述步骤306中，最优的所述信号控制方案满足

7.一种交叉口信号控制方案自动选择系统，其特征在于，包括：

初始化模块，用于获取交叉口物理特性和渠化方案；

输入模块，用于获取所述交叉路口的结构、所述交叉路口的参数、备选方案和该交叉路口的实时车道流量；

计算模块，用于利用计算模型从所述各备选方案中选择最优的信号控制方案；

输出模块，用于输出最优的所述信号控制方案。

8.如权利要求7所述的交叉口信号控制方案自动选择系统，其特征在于，所述计算模块被设置以执行以下步骤：

步骤s1，计算所述交叉路口k中对应相位j的流量 其中，j表示相位编号，表示所述交叉路口k中对应相位j的车道集合，表示所述交叉路口k中对应车道v的流量；

步骤s2，根据所述交叉路口k所对应的各备选方案从起始阶段到各阶段的饱和度，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位其中，所述交叉路口k所对应的各备选方案起始阶段的饱和度为e^τ(0)＝0，所述交叉路口k所对应的各备选方案在后续各阶段的饱和度为其中，表示所述备选方案的阶段编号，表示交叉路口k所对应的备选方案τ的阶段的个数，τ＝1,2,…,w^k表示备选方案编号，w^k表示所述交叉路口k所对应的备选方案的个数，表示所述交叉路口k中对应相位j的饱和流率，e^τ(i)表示备选方案τ从阶段1开始到阶段i的饱和度，表示交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的非搭接相位的集合，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段i的相位的集合；

步骤s3，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案中各关键相位的饱和度偏差其中，abs(x)表示取绝对值；表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的有效绿灯时间，其中，表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的绿灯显示时间，表示所述交叉路口k关键相位的损失时间；表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的关键相位的饱和流率；表示所述交叉路口k所对应的备选方案τ的周期；

步骤s4，计算所述交叉路口k所对应的各备选方案的总饱和度偏差；

步骤s5，选择总饱和度偏差最小的备选方案为最优的信号控制方案。

9.如权利要求7-8所述的交叉口信号控制方案自动选择系统，其特征在于，所述步骤s2中，交叉路口k所对应的各备选方案中的关键相位按照如下步骤计算计算：

若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位

若满足则所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位所述交叉路口k所对应的备选方案τ在阶段的关键相位

其中，τ＝1,2,…,w^k。