CN111105629A - 道路交通信号控制方法、系统、信号控制机及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种道路交通信号控制方法、系统、信号控制机、电子设备及存储介质，能够提高路口通行效率。所述控制方法包括：根据当前周期的交通参数，计算下一周期各相位的动态权重；对各相位的动态权重分别进行处理，得到各相位在下一周期的综合权重，并据此为各相位分配下一周期的绿灯时长。所述控制系统包括：电子警察，用于将实时交通数据传送给终端服务器；终端服务器，用于对实时交通数据进行预处理，得到交通参数；信号控制机，用于根据当前周期的交通参数，计算下一周期各相位的动态权重；对各相位的动态权重分别进行处理，得到各相位在下一周期的综合权重，并据此为各相位分配下一周期的绿灯时长。本申请适用于交通信号控制。

Description

道路交通信号控制方法、系统、信号控制机及电子设备

技术领域

本申请涉及智能交通技术，尤其涉及一种道路交通信号控制方法、系统、信号控制机、电子设备及存储介质。

背景技术

城市道路交叉口是城市道路交通管理与控制的主要对象，城市道路交叉口交通信号的控制对于交通流的分配以及优化道路交通具有重要作用，其中，红绿灯是城市交通系统中交通信号控制的重要组成部分，在确保交通安全，规范车辆行为方面都起到了不可替代的作用。

目前，传统的单点自适应交通信号控制方法，其控制参数主要来源于非视频数据源，如线圈、地磁、微波等，通过控制参数获取交通参数(交通流数据)，依据获取的交通参数进行交通信号控制，例如，以传统交通流理论中的“消散波”和“排队论”等理论为依据，依据获取的交通参数构建模型，通过构建的模型驱动控制交通信号。其中，交通参数包括但不限于：总过车数和占有率。

在实现本申请的过程中，发明人发现由于交叉口状态的时变性和多样性，以及随着城市人口拥有车辆数的快速增长与城市规模的不断扩大，交通流的密度越来越大，现有的交通信号控制方法，没有考虑交叉口本身特性对于信号控制的影响，导致路口的通行效率较低。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种交通信号控制方法、系统、信号控制机、电子设备及存储介质，能够提高路口的通行效率。

第一方面，本申请实施例提供一种道路交通信号控制方法，包括：根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重，包括：根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度及交通供给能力；计算当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力的比值，得到下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度，包括：计算当前周期各车道的交通需求强度；将当前周期各相位中所有车道的交通需求强度分别相加，得到当前周期各相位的交通需求强度；其中，根据如下公式计算当前周期各车道的交通需求强度：

式中：

I_L(t)是当前周期的第L车道的交通需求强度；

ω_n是将通过第L车道的第n种车型换算为标准车型的换算系数；

q_Ldn(t)是当前周期第L车道内转向为d、车型为n的过车数；

α_Ld是根据车道等级和转向对交通需求强度的修正系数。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通供给能力，包括：根据当前周期道路交叉口各车道的车头时距及天气条件，计算当前周期各车道的饱和车头时距；根据当前周期各车道的饱和车头时距及天气条件，计算当前周期各相位的交通供给能力；其中，根据如下公式计算当前周期各车道的饱和车头时距：

式中：

H_Lw(t)是当前周期w天气条件下第L车道的饱和车头时距；

w为至少一类天气类型；

γ是折减系数，0＜γ＜1，γ取值越接近1，饱和车头时距受当前周期的车头时距的影响越大；取值越接近于0，饱和车头时距受历史的车头时距的影响越大；

h_Lti是在第L车道当前周期的第i辆车的车头时距；

根据如下公式计算当前周期各相位的交通供给能力：

式中：

S_pw(t)是当前周期w天气条件下p相位的交通供给能力；

Δt_wL(t)是当前周期w天气条件下第L车道的启动损失时间；

y_pt是当前周期p相位的黄灯时间；

g_pt是当前周期p相位的绿灯时间。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重，包括：计算各相位在下一周期的动态权重与所有相位在下一周期的动态权重之和的比值，得到各相位在下一周期的综合权重。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长，包括：根据各相位在下一周期的综合权重，计算周期时长；将周期时长与第一相位在下一周期的综合权重的乘积，减去第一相位的黄灯时长，得到第一相位在下一周期的绿灯时长。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，通过以下公式计算周期时长：

式中：η_p(t+1)是p相位在下一周期的综合权重；a、b是调整系数。

第二方面，本申请实施例提供一种信号控制机，包括：交通参数获取模块，用于获取当前周期道路交叉口的交通参数；动态权重计算模块，用于根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；综合权重计算模块，用于对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；绿灯时长分配模块，用于根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述动态权重计算模块，具体用于：根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度及交通供给能力；计算当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力的比值，得到下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

第三方面，本申请实施例提供一种道路交通信号控制系统，包括：电子警察，用于对道路交叉口的交通运行情况进行实时监测，获取道路交叉口的实时交通数据，并将获取的实时交通数据传送给终端服务器；终端服务器，用于对电子警察获取的实时交通数据进行预处理，得到交通参数，并将得到的交通参数传送给信号控制机；信号控制机，用于根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，处理器和存储器，其中，存储器用于存储可执行程序代码；处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，用于执行前述任一实施方式所述的道路交通信号控制方法。

第五方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述任一实施方式所述的道路交通信号控制方法。

本申请实施例提供的交通信号控制方法、系统、信号控制机、电子设备及存储介质，由于各相位在下一周期的绿灯时长，是根据各相位在下一周期的综合权重来分配；而所述综合权重，又是通过对根据当前周期道路交叉口的交通参数，获得的各相位的动态权重进行归一化处理后获得的，这样可以更加准确地匹配不断变化的交通需求，由此能够提高路口的通行效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请一实施例道路交通信号控制方法流程示意图；

图2为本申请一实施例中计算动态权重的流程示意图；

图3为本申请一实施例中为各相位分配绿灯时长的流程示意图；

图4为本申请另一实施例道路交通信号控制方法流程示意图；

图5为本申请一实施例信号控制机的结构示意图；

图6为本申请另一实施例信号控制机的结构示意图；

图7为本申请又一实施例信号控制机的结构示意图；

图8为本申请一实施例道路交通信号控制系统的结构示意图；

图9为本申请另一实施例道路交通信号控制系统的结构示意图；

图10为本申请又一实施例道路交通信号控制系统的结构示意图；

图11为本申请一实施例电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

第一方面，本申请实施例提供一种道路交通信号控制方法，可应用于基于电子警察的交通信号单点自适应控制场景，能够提高路口的通行效率。

图1为本申请一实施例道路交通信号控制方法流程示意图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101，根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

各相位的权重，体现了各相位对通行能力的需求不同。在不同的周期，各相位的权重是动态变化的，通过计算下一周期道路交叉口各相位的动态权重，可以匹配不断变化的交通需求。

所述周期，又可称为交通信号周期，是指一道路交叉口信号灯各种灯色轮流显示一次所需要的时间，即各种灯色显示时间的总和。或者是从某主要相位的绿灯启亮时到下次该绿灯再次启亮之间的一段时间。当前周期，是指一道路交叉口当前的交通信号周期；下一周期，是指当前周期结束后的第一个周期。

本实施中，可通过电子警察实时监测进口道的交通运行情况，并通过网口或串口实时输出采集到的数据到路口终端服务器，终端服务器一方面可通过网络将实时数据实时传输到后端平台服务器，另一方面可对实时数据进行预处理后，将获取的交通参数通过网口或串口传输到路口交通信号控制机。

其中，电子警察采集并输出到路口终端服务器的实时数据可包括：车牌信息、车型信息、转向信息(左转、直行、右转)、车辆到达停车线附近的时间戳、压到停车线的时间戳、驶离停车线的时间戳、非机动车到达停车线的时间戳等等。

终端服务器对实时数据处理后得到的交通参数可包括：车头时距，即两连续通过路口的机动车“压到停车线的时间戳”的时间差；车辆启动损失时间，即从一个方向绿灯启亮到第一辆车驶离停车线的时间差；车型，分为大型车、中型车、小型车以及非机动车；天气情况，可从第三方气象发布平台获取信息，可分为多种类型，比如可具体分为雨天、雾天、雪天和其它(包括晴天、阴天等天气)四类。

交通信号控制机可根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

步骤102，对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重。

各相位的综合权重，除了能够体现了一个相位本身的因素对通行能力需求的影响之外，也可体现其它因素(如其它相位等因素)对该相位对通行能力需求的影响。

归一化处理是一种无量纲处理手段，可使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系。本实施例中，通过对各相位的动态权重分别进行归一化处理，可得到各相位在下一周期的综合权重，比如，通过对第一相位的动态权重进行归一化处理，得到第一相位在下一周期的综合权重，通过对第二相位的动态权重进行归一化处理，得到第二相位在下一周期的综合权重，按照此方法，可得到各相位在下一周期的综合权重。

通过这种归一化处理方式，可以方便快捷地得到各相位在下一周期的综合权重。并且，通过这种归一化处理方式得到的综合权重，能够充分体现各个相位在当前周期的动态权重，可以更加准确地匹配不断变化的交通需求。

步骤103，根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

绿灯时长，也可称为绿灯时间，是指某一相位在一个信号周期内所获得的绿灯显示时间。

本申请道路交通信号控制方法实施例，由于各相位在下一周期的绿灯时长，是根据各相位在下一周期的综合权重来分配；而所述综合权重，又是通过对根据当前周期道路交叉口的交通参数，获得的各相位的动态权重进行归一化处理后获得的，这样可以更加准确地匹配不断变化的交通需求，由此能够提高路口的通行效率。

在上述实施例的步骤101中，各相位的动态权重，可根据各相位的流量、排队长度、空间占有率等交通参数来计算获得，比如，可计算第一相位的流量动态权重、排队长度动态权重、以及空间占有率动态权重；可将第一相位的流量动态权重、排队长度动态权重、空间占有率动态权重中的任何一种动态权重作为第一相位的动态权重，也可将第一相位的流量动态权重、排队长度动态权重、空间占有率动态权重三者进行相加或加权相加，得到第一相位的动态权重。本申请实施例不限于此，参看图2，在本申请另一实施例中，所述根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重(步骤101)，可包括：

步骤1011、根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度及交通供给能力。

一个相位的交通需求强度，是指该相位的车道对未来绿灯时间的需求的强烈程度，可分为两部分内容：一是当前周期内该相位的交通需求强度，主要由当前周期内该相位的各个流向的过车数量等参数所决定；二是该相位未来某个较短时间段(如下一周期)内的交通需求强度，主要由该相位在未来某个较短时间段内的过车数量等参数所决定。在较短时间段内，一般认为交通需求强度变化较小，可以用当前周期的交通需求强度表示下一周期的交通需求强度。

一个相位的交通供给能力，是指该相位最多可以允许多少车辆通过停止线。一个相位的交通供给能力主要受到三个方面影响：一是天气，雨天、雾天、雪天等恶劣天气下导致相位的交通供给能力下降；二是相位的绿灯时间，相位绿灯时间对该相位交通供给能力影响最大，绿灯时间越长，交通供给能力越大；三是道路自身的条件，如进口道坡度、车道宽度、是否机非分离等等交通设计因素均会影响交通供给能力。

步骤1012、计算当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力的比值，得到下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

本实施例中，在确定下一周期各相位的动态权重时，兼顾了当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力，在后续为各相位分配下一周期的绿灯时长时，能够充分体现交通需求强度与交通供给能力二者之间的平衡，有利于进一步提高路口的通行效率。

在上述实施例的步骤1011中，可将当前周期内一个相位的各个流向的过车数量的总和，作为当前周期内该相位的交通需求强度。本申请实施例不限于此，在本申请另一实施例中，计算当前周期各相位的交通需求强度，可包括：

步骤A1、计算当前周期各车道的交通需求强度。

每个相位可具有多个车道。针对每个相位，需要计算当前周期每个车道的交通需求强度，具体可根据如下公式，计算当前周期各车道的交通需求强度：

式中：

I_L(t)是在第t个周期(即当前周期)的第L车道的交通需求强度，等于该车道各转向的标准车型的加权和；

ω_n是将通过第L车道的第n种车型换算为标准车型的换算系数；标准车型，又可称为当量车型。由于不同的车型对道路交通的影响不同，为能够较为准确的得到当前周期各车道的交通需求强度，本实施例中需要将通过各车道的车型换算成标准车型，以便根据标准车型对道路交通的影响来确定不同车型对道路交通的影响。我国大多以小客车为标准车型，在不同公路等级与不同车道公路中有时会采用中型车为标准车，具体可参见《公路工程技术标准》和《城市道路设计规范》。

本实施例中，以小客车(或小汽车)为标准车型，根据小客车对道路交通的影响来确定不同车型对道路交通的影响，比如，一辆大客车在道路上行驶对道路的占用，可以等价看作2～3辆标准小客车在同等道路上行驶。

q_Ldn(t)是当前周期第L车道内转向为d、车型为n的过车数；

α_Ld是根据车道等级和转向(左转、直行、右转)对交通需求强度的修正系数；不同的车道，如快速路、主干路、次干路、支路等，具有不同的车道等级。

ω_n、α_Ld的取值分别见下表1-1和表1-2：

表1-1：ω_n取值表

车型	大型车	中型车	小型车	非机动车
					ω<sub>n</sub>	2.0	1.5	1.0	0.5

表1-2：α_Ld取值表

α<sub>Ld</sub>	快速路	主干路	次干路	支路
					左转	2.5	2	1.5	1
直行	2	1.5	1	0.8
					右	1.5	1	0.8	0.5

步骤A2、将当前周期各相位中所有车道的交通需求强度分别相加，得到当前周期各相位的交通需求强度。

本步骤中，可具体根据如下公式，计算得到当前周期各相位的交通需求强度：

式中：

I_p(t)是第p相位的交通需求强度，等于该相位所含所有车道的交通强度I_L(t)之和。

在上述实施例的步骤1011中，计算当前周期各相位的交通供给能力，可包括：

步骤B1、计算当前周期各车道的饱和车头时距。

本步骤中，可根据当前周期道路交叉口各车道的车头时距及天气条件，计算当前周期各车道的饱和车头时距，具体地，可具体根据如下公式，计算当前周期各车道的饱和车头时距：

式中：

H_Lw(t)是w天气条件下第L车道第t个周期的饱和车头时距，H_Lw(t-1)是w天气条件下第L车道第t-1个周期的饱和车头时距，w为至少一类天气类型；本实施例中，w可分为雨天、雾天、雪天和其它(包括晴天、阴天等天气)四类；

H_Lw(t)的计算函数是迭代函数，γ是折减系数，0＜γ＜1，γ取值越接近1，饱和车头时距受当前周期的车头时距的影响越大；取值越接近于0，饱和车头时距受历史的车头时距的影响越大；h_Lti是在第L车道当前周期的第i辆车的车头时距。

步骤B2、计算当前周期各相位的交通供给能力。

传统计算交通供给能力的方法为折减法，在基本通行能力的基础上根据各种限制条件进行折减，最终得到该相位的通行能力。传统方法计算规则复杂，且具有较强的经验性，且未考虑天气的影响，计算结果可能与实际不符。本步骤中，根据实测的饱和车头时距和天气条件(或天气因素)计算当前周期各相位的交通供给能力：

式中：

S_pw(t)是第t个周期(即当前周期)w天气条件下p相位的交通供给能力；

Δt_wL(t)是当前周期w天气条件下第L车道的启动损失时间；

y_pt是当前周期p相位的黄灯时间；

g_pt是当前周期p相位的绿灯时间。

本实施例中，若天气数据无法获取，则默认天气类型w只有一类，即其它类，即不考虑天气对交通供给能力的影响。

在本申请一实施例中，在上述步骤102中，对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重时，可具体根据如下公式，得到各相位在下一周期的综合权重：

式中：

η_p(t+1)是p相位在第t+1个周期(即下一周期)的综合权重，等于该相位的动态权重

占所有相位动态权重的比例。

根据上述公式，可计算第一相位在下一周期的动态权重与所有相位在下一周期的动态权重的比值，得到第一相位在下一周期的综合权重。同理，可计算第二相位在下一周期的动态权重与所有相位在下一周期的动态权重的比值，得到第二相位在下一周期的综合权重。依次类推，可得到各相位在下一周期的综合权重。

在上述实施例的步骤103中，在为各相位分配下一周期的绿灯时长时，可按照Webster(韦伯斯特)公式计算周期时长C，再根据周期时长C以及各相位在下一周期的综合权重，分配每个相位的绿灯时长，具体地，可根据如下公式计算相位p的绿灯时长：

其中，g_p(t+1)表示在下一周期相位p的绿灯时长；η_p(t+1)为相位p在下一周期的综合权重。

其中，Webster公式是以车辆延误时间最小为目标来计算信号配时的一种方法，其核心内容是车辆延误和最佳周期时长的计算，其中的最佳周期时长的计算建立在车辆延误的计算基础之上，是目前交通信号控制中较为常见的计算方式。

本申请实施例不限于此，参看图3，在本申请另一实施例中，所述根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长(步骤103)，可包括：

步骤1031、根据各相位在下一周期的综合权重，计算周期时长。

本步骤中，可利用sigmoid函数计算周期时长，具体地，可通过以下公式计算周期时长：

式中：

η_p(t+1)是p相位在下一周期的综合权重；a、b是调整系数，a越大，则周期时长变化越快(即变化越剧烈)且变化的幅度越大；b越大，则周期时长变化越慢(即变化越平缓)且变化的幅度越小。

步骤1032、将周期时长与第一相位在下一周期的综合权重的乘积，减去第一相位的黄灯时长，得到第一相位在下一周期的绿灯时长。

本步骤中，可根据以下公式计算各相位在下一周期的绿灯时长：

g_p(t+1)＝C(t+1)·η_p(t+1)-y_p(t+1)

式中：

g_p(t+1)是p相位在第t+1个周期的绿灯时间，其等于第t+1个周期时长乘以该相位的综合权重减去该相位的黄灯时长y_p(t+1)，其中的黄灯时长可由人工设置，一般取3秒～6秒之间。

在本申请一实施例中，在根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长(步骤103)之后，还可包括对计算得到的周期时长进行调整的步骤，即将计算得到的周期时长调整为实际周期时长，具体可根据以下公式进行调整：

式中：C(t+1)为前述计算得到的周期时长，C’(t+1)为调整后的实际周期时长，r_j是第p相位的全红时间，实际周期时长等于计算的周期时长加上所有相位的全红时间。

在本申请一实施例中，在得到实际周期时长之后，还可包括：判断得到的实际周期时长，是否超过最大实际周期时长阈值或最小实际周期时长阈值；若超过最大实际周期时长阈值，则根据最大实际周期时长阈值，对各相位的绿灯时长进行调整；若超过最小实际周期时长阈值，则根据最小实际周期时长阈值，对各相位的绿灯时长进行调整。

本实施例中，在对各相位的绿灯时长进行调整时，可根据等饱和度原则对绿灯时长进行重新分配。本实施例可实时动态调整每个周期的时长与绿灯时长的策略，可更好的适应交通流多变的复杂情况。

为了提高为各相位分配下一周期的绿灯时长的可靠性，参看图4，在本申请一实施例中，在根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重(步骤101)之前，还可包括：

步骤100，判断数据质量是否满足要求。

具体地，可根据如下标准判断数据质量是否满足要求：

1)、车辆驶离停车线的时间戳与信号控制机接收到该条数据的时间戳相差30秒以上的数据占总数据的20％及以上，则数据质量不满足要求；

2)、前后连续两个周期的交叉口总流量相差30％及以上，则后一周期数据质量不满足要求；

3)、30％及以上车道的流量不满足[0,150]区间，则数据质量不满足要求；

根据上述判断，若数据质量不满足要求，则不执行步骤101，即不生成自适应控制方案，而是降级到定周期方案，定周期方案可以延用上一周期的方案，也可以选择提前设置好的方案。

第二方面，本申请实施例还提供一种信号控制机，参看图5，本实施例的信号控制机可包括：交通参数获取模块11、动态权重计算模块12、综合权重计算模块13以及绿灯时长分配模块14；其中，交通参数获取模块11，用于获取当前周期道路交叉口的交通参数；动态权重计算模块12，用于根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；综合权重计算模块13，用于对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；绿灯时长分配模块14，用于根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

本实施例的信号控制机，可以用于执行图1至图4所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

在本申请一实施例中，所述动态权重计算模块12，具体用于：根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度及交通供给能力；计算当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力的比值，得到下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

参看图6，在本申请一实施例中，所述动态权重计算模块12，包括：交通需求强度计算子模块121、交通供给能力计算子模块122以及动态权重计算子模块123；

其中，所述交通需求强度计算子模块121，用于计算当前周期各车道的交通需求强度，将当前周期各相位中所有车道的交通需求强度分别相加，得到当前周期各相位的交通需求强度。其中，可根据如下公式计算当前周期各车道的交通需求强度：

式中：

I_L(t)是当前周期的第L车道的交通需求强度，等于该车道各转向的标准车型的加权和；

ω_n是将通过第L车道的第n种车型换算为标准车型的换算系数；关于标准车型的说明，请参看前面实施例中的相关描述，在此不再赘述。

q_Ldn(t)是当前周期第L车道内转向为d、车型为n的过车数；

α_Ld是根据车道等级和转向(左转、直行、右转)对交通需求强度的修正系数；不同的车道，如快速路、主干路、次干路、支路等，具有不同的车道等级。

ω_n、α_Ld的取值分别见上述实施例中的表1-1和表1-2。

本实施例中，可具体根据如下公式，计算得到当前周期各相位的交通需求强度：

式中：

I_p(t)是第p相位的交通需求强度，等于该相位所含所有车道的交通强度I_L(t)之和。

所述交通供给能力计算子模块122，用于根据当前周期道路交叉口各车道的车头时距及天气条件，计算当前周期各车道的饱和车头时距，根据当前周期各车道的饱和车头时距及天气条件，计算当前周期各相位的交通供给能力。其中，可根据如下公式计算当前周期各车道的饱和车头时距：

式中：

H_Lw(t)是当前周期w天气条件下第L车道的饱和车头时距，H_Lw(t-1)是当前周期的前一周期w天气条件下第L车道的饱和车头时距；w为至少一类天气类型；本实施例中，w可分为雨天、雾天、雪天和其它(包括晴天、阴天等天气)四类；

H_Lw(t)的计算函数是迭代函数，γ是折减系数，0＜γ＜1，γ取值越接近1，饱和车头时距受当前周期的车头时距的影响越大；取值越接近于0，饱和车头时距受历史的车头时距的影响越大；h_Lti是在第L车道当前周期的第i辆车的车头时距。

可根据如下公式计算当前周期各相位的交通供给能力：

式中：

S_pw(t)是第t个周期(即当前周期)w天气条件下p相位的交通供给能力；

Δt_wL(t)是当前周期w天气条件下第L车道的启动损失时间；

y_pt是当前周期p相位的黄灯时间；

g_pt是当前周期p相位的绿灯时间。

本实施例中，若天气数据无法获取，则默认天气类型w只有一类，即其它类，即不考虑天气对交通供给能力的影响。

本实施例中，在确定下一周期各相位的动态权重时，兼顾了当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力，在后续为各相位分配下一周期的绿灯时长时，能够充分体现交通需求强度与交通供给能力二者之间的平衡，有利于进一步提高路口的通行效率。

在本申请一实施例中，所述综合权重计算模块13，具体用于计算各相位在下一周期的动态权重与所有相位在下一周期的动态权重之和的比值，得到各相位在下一周期的综合权重。

具体地，可根据如下公式，得到各相位在下一周期的综合权重：

式中：

η_p(t+1)是p相位在第t+1个周期(即下一周期)的综合权重，等于该相位的动态权重

占所有相位动态权重的比例。

根据上述公式，可计算第一相位在下一周期的动态权重与所有相位在下一周期的动态权重的比值，得到第一相位在下一周期的综合权重。同理，可计算第二相位在下一周期的动态权重与所有相位在下一周期的动态权重的比值，得到第二相位在下一周期的综合权重。依次类推，可得到各相位在下一周期的综合权重。

在本申请一实施例中，所述绿灯时长分配模块14，具体用于根据各相位在下一周期的综合权重，计算周期时长；将周期时长与第一相位在下一周期的综合权重的乘积，减去第一相位的黄灯时长，得到第一相位在下一周期的绿灯时长。

其中，可利用sigmoid函数计算周期时长，具体地，可通过以下公式计算周期时长：

式中：

η_p(t+1)是p相位在下一周期的综合权重；

a、b是调整系数，a越大，则周期时长变化越快(即变化越剧烈)且变化幅度越大；b越大，则周期时长变化越慢(即变化越平缓)且变化幅度越小。

可根据以下公式计算各相位在下一周期的绿灯时长：

g_p(t+1)＝C(t+1)·η_p(t+1)-y_p(t+1)

式中：

g_p(t+1)是p相位在第t+1个周期的绿灯时间，其等于第t+1个周期时长乘以该相位的综合权重减去该相位的黄灯时长y_p(t+1)，其中的黄灯时长可由人工设置，一般取3秒～6秒之间。

参看图6，在本申请一实施例中，所述信号控制机还可包括：周期调整模块15，用于将计算得到的周期时长调整为实际周期时长，具体可根据以下公式进行调整：

式中：C(t+1)为前述计算得到的周期时长，C'(t+1)为调整后的实际周期时长，r_j是第p相位的全红时间，实际周期时长等于计算的周期时长加上所有相位的全红时间。

在本申请一实施例中，所述周期调整模块15，还用于判断实际周期时长是否超过最大实际周期时长阈值或最小实际周期时长阈值；若超过最大实际周期时长阈值，则根据最大实际周期时长阈值，对各相位的绿灯时长进行调整；若超过最小实际周期时长阈值，则根据最小实际周期时长阈值，对各相位的绿灯时长进行调整。

本实施例中，在对各相位的绿灯时长进行调整时，可根据等饱和度原则对绿灯时长进行重新分配。本实施例可实时动态调整每个周期的时长与绿灯时长的策略，可更好的适应交通流多变的复杂情况。

为了提高为各相位分配下一周期的绿灯时长的可靠性，参看图7，在本申请一实施例中，所述信号控制机还包括：数据质量判断模块16，用于判断数据质量是否满足要求，具体地，可根据如下标准判断数据质量是否满足要求：

1)、车辆驶离停车线的时间戳与信号控制机接收到该条数据的时间戳相差30秒以上的数据占总数据的20％及以上，则数据质量不满足要求；

2)、前后连续两个周期的交叉口总流量相差30％及以上，则后一周期数据质量不满足要求；

3)、30％及以上车道的流量不满足[0,150]区间，则数据质量不满足要求；

根据上述判断，若数据质量不满足要求，则不生成自适应控制方案，而是降级到定周期方案，定周期方案可以延用上一周期的方案，也可以选择提前设置好的方案。

本实施例的信号控制机，可以用于执行图1至图4所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

第三方面，本申请实施例还提供一种道路交通信号控制系统，参看图8，本实施例的道路交通信号控制系统，可包括：电子警察21、终端服务器22以及信号控制机23；其中，电子警察21，用于对道路交叉口的交通运行情况进行实时监测，获取道路交叉口的实时交通数据，并将获取的实时交通数据传送给终端服务器；终端服务器22，用于对电子警察获取的实时交通数据进行预处理，得到交通参数，并将得到的交通参数传送给信号控制机；信号控制机23，用于根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

本实施例中，所述信号控制机可为前述任一实施例中所述的信号控制机，其具体结构和实现的功能，在此不再赘述。

本实施例的道路交通信号控制系统，可以用于执行图1至图4所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

参看图9及图10，在本申请一实施例中，所述电子警察21、终端服务器22以及信号控制机23可分别与交换机24相连。电子警察21、终端服务器22、信号控制机23及交换机24可构成前端子系统。

在前端子系统中，以信号控制机为主体，以电子警察为数据输入，调节配时并控制道路交通信号灯运行。路口电子警察实时监测进口道的交通运行情况，并通过网口或串口实时输出采集到的多元数据到终端服务器，终端服务器对实时数据进行预处理后，将计算得到的交通参数通过网口或串口传输到信号控制机。信号控制机根据交通参数进行判断、分析、处理，执行降级控制或利用“动态均衡”算法实时生成交通信号配时方案，以匹配不断变化的交通需求，提高路口的通行效率。

参看图10，在本申请一实施例中，所述道路交通信号控制系统，还可包括网络传输子系统和后端管理子系统。

其中，网络传输子系统负责前端子系统与后端管理子系统的数据传输与交换。通过光纤收发器将网络电信号转换为光信号，长距离传输至信号控制中心平台。同时，为了保证信号控制中心平台的安全，可设置防火墙。

后端管理子系统可由计算机、校时服务器和信号控制中心平台组成。计算机负责实现交叉口内相关数据的汇聚、处理、存储、应用、管理与共享。信号控制中心平台实现交叉口的方案配置、自适应控制参数配置、信号控制机运行监控、系统管理、查询统计等功能。校时服务器每隔一段时间对前端子系统和后端管理子系统做一次时间同步，以保证计算机分析的交通流量与实际情况一致。

本实施例中，终端服务器可通过网络将实时数据实时传输到后端平台服务器；后端管理子系统除了可存储电子警察的原始数据及统计分析后的交通参数外，还可存储执行的方案数据，包括周期时长、相位信息、绿灯时间、黄灯时间、全红时间等。

第四方面，本申请实施例提供一种电子设备，参看图11，所述电子设备包括：处理器31和存储器32，其中，存储器32用于存储可执行程序代码；处理器31通过读取存储器32中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，用于执行前述任一实施例所述的道路交通信号控制方法。

本实施例的电子设备，可以用于执行图1至图4所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

第五方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述任一实施例所述的道路交通信号控制方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种道路交通信号控制方法，其特征在于，包括：

根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；

对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；

根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

2.根据权利要求1所述的道路交通信号控制方法，其特征在于，所述根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重，包括：

根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度及交通供给能力；

计算当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力的比值，得到下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

3.根据权利要求2所述的道路交通信号控制方法，其特征在于，根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度，包括：

计算当前周期各车道的交通需求强度；

将当前周期各相位中所有车道的交通需求强度分别相加，得到当前周期各相位的交通需求强度；

其中，根据如下公式计算当前周期各车道的交通需求强度：

式中：

I_L(t)是当前周期的第L车道的交通需求强度；

ω_n是将通过第L车道的第n种车型换算为标准车型的换算系数；

q_Ldn(t)是当前周期第L车道内转向为d、车型为n的过车数；

α_Ld是根据车道等级和转向对交通需求强度的修正系数。

4.根据权利要求2所述的道路交通信号控制方法，其特征在于，根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通供给能力，包括：

根据当前周期道路交叉口各车道的车头时距及天气条件，计算当前周期各车道的饱和车头时距；

根据当前周期各车道的饱和车头时距及天气条件，计算当前周期各相位的交通供给能力；

其中，根据如下公式计算当前周期各车道的饱和车头时距：

式中：

H_Lw(t)是当前周期w天气条件下第L车道的饱和车头时距；

w为至少一类天气类型；

γ是折减系数，0＜γ＜1，γ取值越接近1，饱和车头时距受当前周期的车头时距的影响越大；取值越接近于0，饱和车头时距受历史的车头时距的影响越大；

h_Lti是在第L车道当前周期的第i辆车的车头时距；

根据如下公式计算当前周期各相位的交通供给能力：

式中：

S_pw(t)是当前周期w天气条件下p相位的交通供给能力；

Δt_wL(t)是当前周期w天气条件下第L车道的启动损失时间；

y_pt是当前周期p相位的黄灯时间；

g_pt是当前周期p相位的绿灯时间。

5.根据权利要求1或2所述的道路交通信号控制方法，其特征在于，所述对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重，包括：

计算各相位在下一周期的动态权重与所有相位在下一周期的动态权重之和的比值，得到各相位在下一周期的综合权重。

6.根据权利要求1所述的道路交通信号控制方法，其特征在于，所述根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长，包括：

根据各相位在下一周期的综合权重，计算周期时长；

将周期时长与第一相位在下一周期的综合权重的乘积，减去第一相位的黄灯时长，得到第一相位在下一周期的绿灯时长。

7.根据权利要求6所述的道路交通信号控制方法，其特征在于，通过以下公式计算周期时长：

式中：

η_p(t+1)是p相位在下一周期的综合权重；

a、b是调整系数。

8.一种信号控制机，其特征在于，包括：

交通参数获取模块，用于获取当前周期道路交叉口的交通参数；

动态权重计算模块，用于根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；

综合权重计算模块，用于对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；

绿灯时长分配模块，用于根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

9.根据权利要求8所述的信号控制机，其特征在于，所述动态权重计算模块，具体用于：根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算当前周期各相位的交通需求强度及交通供给能力；计算当前周期各相位的交通需求强度与交通供给能力的比值，得到下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重。

10.一种道路交通信号控制系统，其特征在于，包括：

电子警察，用于对道路交叉口的交通运行情况进行实时监测，获取道路交叉口的实时交通数据，并将获取的实时交通数据传送给终端服务器；

终端服务器，用于对电子警察获取的实时交通数据进行预处理，得到交通参数，并将得到的交通参数传送给信号控制机；

信号控制机，用于根据当前周期道路交叉口的交通参数，计算下一周期所述道路交叉口各相位的动态权重；对各相位的动态权重分别进行归一化处理，得到各相位在下一周期的综合权重；根据各相位在下一周期的综合权重，为各相位分配下一周期的绿灯时长。

11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器，其中，存储器用于存储可执行程序代码；处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，用于执行前述任一权利要求所述的道路交通信号控制方法。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述任一权利要求所述的道路交通信号控制方法。

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