CN111554091B - 考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法 - Google Patents

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CN111554091B CN202010341744.5A CN202010341744A CN111554091B CN 111554091 B CN111554091 B CN 111554091B CN 202010341744 A CN202010341744 A CN 202010341744A CN 111554091 B CN111554091 B CN 111554091B
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Abstract

本发明提供一种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，获取路口渠化信息、交通流量数据及交通信号控制方案基础信息；绘制出交通流量全天差值变化趋势图；对交通流量数据分析整合，采用Fisher最优分割法初步划分时段；基于归一化处理后所得交通流量差值的波动情况增加搭接相位，确定控制时段下的信号方案相序，叠加至划分的方案时段，得到优化调整的信号控制时段；对各时段下交通信号方案求解，并基于通行能力再次对控制时段和信号方案优化，得到最终时段划分和信号方案；本发明在时段划分的同时考虑到交通流量失衡的问题，以搭接相位为手段进行相序配置，实现了时段、相序和交通信号相位的同时智能化优化配置，有效提高交通管控效率。

Description

考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法
技术领域
本发明涉及一种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法。
背景技术
随着机动车数量的增加以及交通拥堵问题的加剧，早晚高峰和平峰车流量不一的情况引起了交通管控专业人员的注意和重视，因此，路口交通信号分时段控制成为目前较为常见的交通信号控制手段之一。
传统的交通信号控制时段划分由专业人员根据经验和历史交通流量变化规律进行划分，且每日的控制时段一致，则容易导致绿灯时间浪费，效率低下的问题。而随着人工智能等数据算法的发展，多种数据挖掘分析的手段被应用到交通信号控制中，如何实现自动化、智能化的路口交通信号控制方案的时段划分和信号配时优化是现阶段交通管控人员重要的解决思路和方法。
如中国专利申请CN201810447305.5公开的基于多维时间序列分段的路口控制时段划分方法及系统，中国专利申请CN201711010537.6公开的基于二维聚类的交通信号时段划分方法及系统，以及中国专利申请CN201811600402.X公开的基于滑动平均算法的智能交通时段划分方法。
现阶段虽已对交通信号控制方案自动化时段划分有了一定研究，但目前的时段划分大多基于交通流量序列数据进行整体划分，进一步根据划分的交通信号控制方案对方案相序配置和相位绿时优化，并未考虑到各进口道及其流向交通流量失衡的情况，且时段划分和绿时配置完全独立开来，未考虑到其相互之间的影响管理。
上述问题是在考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法的设计过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，解决现有技术中存在的传统方案中路口流量失衡导致绿灯时长过长绿灯空放浪费或过短路口拥堵的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，包括以下步骤，
S1、获取路口渠化信息、交通流量数据以及交通信号控制方案基础信息；
S2、根据步骤S1获取的交通流量数据，基于步骤S1获取的交通信号控制方案基础信息中的基础相序方案对同一相位阶段通行方向的交通流量进行规整对比，确定同一相位阶段下同一流向不同进口道的流量差值
Figure GDA0003510680080000021
对比流量差值阈值范围，将交通流量差值作归一化处理，得到处理后的交通流量差值
Figure GDA0003510680080000022
绘制出交通流量全天差值变化趋势图；
S3、基于步骤S1获取的交通流量数据，对交通流量数据分析整合，采用Fisher最优分割法初步划分时段，得到划分的方案时段，绘制控制时段初始划分图；
S4、基于步骤S2的交通流量全天差值变化趋势图中交通流量差值
Figure GDA0003510680080000023
进行降噪分析，再基于处理后的交通流量差值
Figure GDA0003510680080000024
增加搭接相位，确定控制时段下的信号方案相序，叠加至步骤S3所得划分的方案时段，得到优化调整的信号控制时段；
S5、基于步骤S4所得优化调整的信号控制时段，对各时段下交通信号方案求解，并基于通行能力再次对控制时段和信号方案优化，得到最优控制时段和最终的交通信号控制方案。
进一步地，步骤S1中，获取路口渠化信息、交通流量数据以及交通信号控制方案基础信息，具体为，
S11、针对路口完成路口渠化信息采集，包括进口道i、流向j信息；
S12、获取各单位时间段内各进口道流向的交通流量数据
Figure GDA0003510680080000025
表示第n个单位时间段内i进口道j流向的交通流量，其中n＝{1,2,…,N}，N表示全天单位时间段的总个数；并对所获取的各单位时间段内各进口道流向的交通流量数据
Figure GDA0003510680080000026
进行清洗处理；
S13、获取交通信号控制方案基础信息，包括基础相序方案及各基础相位的最小绿灯时长、黄灯时长、全红时长。
进一步地，步骤S2中，确定同一相位阶段下同一流向不同进口道的流量差值
Figure GDA0003510680080000027
对比流量差值阈值范围，将交通流量差值作归一化处理，具体为，
S21、确定同一相位阶段下同一流向不同进口道的流量差值
Figure GDA0003510680080000031
Figure GDA0003510680080000032
其中，
Figure GDA0003510680080000033
表示n单位时间段内同一相位阶段i和i’两进口道j流向之间的交通流量
Figure GDA0003510680080000034
与
Figure GDA0003510680080000035
的差值；
S22、根据流量差值
Figure GDA0003510680080000036
和流量差阈值[-U,U]对流量差值做归一化处理，处理完的交通流量差值记为
Figure GDA0003510680080000037
Figure GDA0003510680080000038
其中若流量差值
Figure GDA0003510680080000039
大于流量差阈值U则将其差值设为1；若流量差值
Figure GDA00035106800800000310
小于流量差阈值-U则将其差值设为-1；否则将其差值设为0，即：
Figure GDA00035106800800000311
其中，流量差阈值范围[-U,U]根据路口渠化特征和路口历史交通流量确定。
进一步地，步骤S3中，得到划分的方案时段，绘制控制时段初始划分图；具体为，
S31、针对单位时间段，汇总路口的交通流量数据，即
Figure GDA00035106800800000312
若交通总流量qn小于最低流量阈值则将其数据剔除，得到路口交通总流量时间序列；
S32、基于步骤S31的交通总流量时间序列数据，利用Fisher最优分割法进行聚类分析，实现信号控制初步时段划分，得到划分的方案时段，叠加至全天差值变化趋势图中，绘制得到控制时段初始划分图。
进一步地，步骤S4中，对信号控制时段进行优化；具体为，
S41、基于步骤S2得到的交通流量全天差值变化趋势图中交通流量差值
Figure GDA00035106800800000313
对临界差值变化点的数据进行修正，确定修正后全天各单位时段交通流量差值，调整交通流量全天差值趋势图；
S42、在步骤S1获取的交通信号控制方案基础信息中的基础相序方案基础上，根据步骤S3调整确定的各单位时间段交通流量差值，在基础相序方案上增加搭接相位；具体为，若同相位阶段两个通行方向的交通流量差值非零，同进口道下一相位阶段不同流向差值与上一相位阶段交通流量差值相等，且持续时间段超过失衡阈值时长，则调整该单位时段下的交通信号相序方案，增加交通流量大进口道的单放搭接相位；
S43、汇总步骤S42得到的全天相序方案，确定全天相序方案变动节点，与步骤S3初步划分结果相叠加，优化调整交通信号方案划分时段。
进一步地，步骤S41中，基于步骤S2得到的差值变化趋势图对临界差值变化点的数据进行修正，具体为，
S411、若单个单位时间段或连续两个单位时间段内交通流量差值
Figure GDA0003510680080000041
为-1或1，其前后两个单位时间段交通流量差值
Figure GDA0003510680080000042
均为零，则将
Figure GDA0003510680080000043
修正为0，并转到下一步骤S412；
S412、若连续N个滑动时间段内M个交通流量差值
Figure GDA0003510680080000044
为零，则将N个时间段的交通流量差值
Figure GDA0003510680080000045
均取为0。
进一步地，步骤S5中，得到最终的时段划分和信号方案，具体为，
S51、确定各单位时间段内各流向的绿时需求
Figure GDA0003510680080000046
同时基于步骤S1的各流向最小绿灯时长基础信息以及步骤S4的相序方案确定各单位时间段内交通信号控制方案，包括相序方案及各阶段绿灯时长
Figure GDA0003510680080000047
从而确定此方案下的通行能力
Figure GDA0003510680080000048
S52、针对步骤S4划分的交通信号控制时段对各时段内通行能力比较分析，合并或拆分控制时段，确定最优控制时段和最终的交通信号控制方案。
进一步地，步骤S52中，针对步骤S4划分的交通信号控制时段对各时段内通行能力比较分析，合并或拆分控制时段，确定最优控制时段和交通信号控制方案，具体为，
S521、若划分的控制时段时长小于等于最短控制时段时长T，则转到下一步骤S522；否则转到步骤S523；
S522、分析该控制时段内各单位时间段的路口通行能力cn，选取出该控制时间段的最大通行能力cm，即：cm＝max(cn)，其中，cm表示第m个控制时段内最大路口通行能力；cn表示第n个单位时间段内交叉路口的通行能力，其为路口各进口道通行能力之和，即
Figure GDA0003510680080000051
将控制时段内最大通行能力cm与上一个控制时间段内的通行能力
Figure GDA0003510680080000052
和下一控制时间段内
Figure GDA0003510680080000053
的通行能力相比较，将本控制时段归纳至最大控制时间段内，并转到步骤S524；
S523、比较单位时间段的绿时需求
Figure GDA0003510680080000054
与其对应相位阶段的交通信号控制方案绿灯时长
Figure GDA0003510680080000055
若绿时需求与对应相位阶段绿灯时长差值之和大于方案失衡阈值，即
Figure GDA0003510680080000056
式中，
Figure GDA0003510680080000057
表示n时间段下i进口道j流向的绿时需求；
Figure GDA0003510680080000058
表示n时间段下第l个相位阶段的绿灯时长；t表示方案失衡阈值，则将该单位时间段作为交通信号控制时段划分节点，并重新转回至步骤S521，否则转到下一步骤S524；
S524、对比分析控制时间段内各单位时间的路口通行能力cn，选取max(cn)时间段下的交通信号控制方案为该控制时间段内的交通信号控制方案，包括相序方案和各相位阶段绿灯时长
Figure GDA0003510680080000059
本发明的有益效果是：
一、该种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，考虑相序方案对交通信号控制方案的影响，在传统Fisher交通信号控制方案时段划分的基础上，以路口交通流量失衡问题为研究对象，基于同相位阶段不同流向交通流量差值变化进行分析，进一步根据各时段信号方案通行能力对控制时段微调，最终确定最优划分时段及其信号控制方案，对比传统方案中路口流量失衡导致绿灯时长过长绿灯空放浪费或过短路口拥堵的问题，本发明提供了一种以数据为导向的搭接相位配置方法和相位方案配置方法，能够有效提高绿灯利用效率。
二、对于传统时段划分后进行相序配置和信号相位绿时优化设置的模式，本发明在时段划分的同时考虑到交通流量失衡的问题，以搭接相位为手段进行相序配置，实现了时段、相序和交通信号相位的同时智能化优化配置，有效提高了交通信号控制方案的管控效率。
三、该种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，以传统四阶段相位为基础比较路口交通流量失衡情况，在传统Fisher时段划分的基础上，对于失衡时段配置搭接相位，实现交通信号控制方案时段划分优化，进一步对比各时段交通信号配时方案，基于方案的通行能力再次对划分时段节点进行优化调整，最终实现信号控制时段划分和方案优化。
附图说明
图1是本发明实施例考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法的流程示意图。
图2是实施例中步骤S42中根据交通流量差值情况增加搭接相位的流程示意图。
图3是实施例中步骤S52中针对步骤S43划分的交通信号控制时段对各时段内通行能力比较分析的流程示意图。
图4是实施例中绘制出的交通流量全天差值变化趋势图；其中，图4(a)是步骤S2绘制出交通流量全天差值变化趋势图；图4(b)是步骤S3绘制的控制时段初始划分图；图4(c)是步骤S4调整交通流量全天差值趋势图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例
一种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，如图1，包括以下步骤，
S1.获取路口渠化信息、交通流量数据以及交通信号控制方案基础信息。
S11.针对路口完成路口渠化信息采集，包括进口道i、流向j等信息；
S12.获取各单位时间段内各进口道流向的交通流量数据
Figure GDA0003510680080000061
对数据进行清洗处理。式中，
Figure GDA0003510680080000062
表示第n个单位时间段内i流向j流向的交通流量，其中n＝{1,2,…,N}，单位时间段的时长根据路口特征和交通流特性确定，一般选取5min或15min，N优选取值为288或96。一般情况下，数据清洗包括异常数据剔除(一般情况下，异常数据包括交通流量为零、超出现实最大值、日期时间不一致等情况)及缺省数据估计。
S13.获取交通信号控制方案基础信息，包括基础相序方案及各基础相位的最小绿灯时长、黄灯时长、全红时长。一般情况下，对于十字路口，其基础相序方案即为传统的四阶段相位方案。
S2.根据步骤S1获取的交通流量数据，基于步骤S1获取的交通信号控制方案基础信息中的基础相序方案对同一相位阶段通行方向的交通流量进行规整对比，确定同一相位阶段下同一流向不同进口道的流量差值
Figure GDA0003510680080000071
对比流量差值阈值范围，将交通流量差值作归一化处理，绘制出交通流量全天差值变化趋势图。具体来说，
Figure GDA0003510680080000072
式中
Figure GDA0003510680080000073
表示n单位时间段同一相位阶段内i和i’两进口道j流向之间的交通流量差值。
根据流量差值
Figure GDA0003510680080000074
和流量差阈值[-U,U]对流量差值做归一化处理，处理完的交通流量差值记为
Figure GDA0003510680080000075
Figure GDA0003510680080000076
其中若流量差值
Figure GDA0003510680080000077
大于流量差阈值U则将其差值设为1；若流量差值
Figure GDA0003510680080000078
小于流量差阈值-U则将其差值设为-1；否则将其差值设为0，即：
Figure GDA0003510680080000079
其中流量差阈值范围[-U,U]根据路口渠化特征和路口历史交通流量确定。
一般情况下，以一个十字路口为例，其基础相序方案为传统的四阶段相位，即东西直行、东西左转、南北直行、南北左转，其中南北直行相位阶段则将南直行和北直行的交通流量进行差值比较和计算，归一化为-1,0,1三个数值之一。
S3.基于步骤S1的交通流量数据，对交通流量数据分析整合，采用Fisher最优分割法初步划分时段，得到划分的方案时段。
S31.针对单位时间段，汇总路口的交通流量数据，即
Figure GDA00035106800800000710
若交通总流量qn小于最低流量阈值则将其数据剔除，得到路口交通总流量时间序列；一般情况下，最低流量阈值可根据历史夜间交通流量确定；
S32.基于步骤S31的交通总流量时间序列数据，利用Fisher最优分割法进行聚类分析，实现信号控制初步时段划分。
S4、基于步骤S2的交通流量全天差值变化趋势图中交通流量差值
Figure GDA00035106800800000711
进行降噪分析，再基于处理后的交通流量差值
Figure GDA00035106800800000712
增加搭接相位，确定控制时段下的信号方案相序，叠加至步骤S3所得划分的方案时段，得到优化调整的信号控制时段；
S41、基于步骤S2得到的交通流量全天差值变化趋势图中交通流量差值
Figure GDA0003510680080000081
对临界差值变化点的数据进行修正，确定修正后全天各单位时段交通流量差值，调整交通流量全天差值趋势图。
S411.若单个单位时间段或连续两个单位时间段内交通流量差值
Figure GDA0003510680080000082
为-1或1，其前后两个单位时间段交通流量差值
Figure GDA0003510680080000083
均为零，则将
Figure GDA0003510680080000084
修正为0，并转到下一步骤S412；
S412.若连续N个滑动时间段内M个交通流量差值
Figure GDA0003510680080000085
为零，则将N个时间段的交通流量差值
Figure GDA0003510680080000086
均取为0。
S42.在步骤S1获取的交通信号控制方案基础信息中的基础相序方案基础上，根据步骤S3调整确定的各单位时间段交通流量差值，在基础相序方案上增加搭接相位；具体为，若同相位阶段两个通行方向的交通流量差值非零，同进口道下一相位阶段不同流向差值与上一相位阶段交通流量差值相等，且持续时间段超过失衡阈值时长，则调整该单位时段下的交通信号相序方案，增加交通流量大进口道的单放搭接相位；确定各控制时段下的交通信号方案；
也就是说，如图2，若同相位阶段两个通行方向的交通流量差值为1/-1，同进口道下一相位阶段不同流向差值为1/-1且持续时间段超过失衡阈值时长，则调整该单位时段下的交通信号相序方案，增加交通流量大进口道的单放搭接相位。
一般情况下，失衡阈值时长取30min。以7:00-7:30时间段为例，其时间段内东西直行的交通流量差值为1且东西左转交通流量差值为1，则可在该时间段内调整相序，增加东单放的搭接相位。
S43.汇总步骤S42得到的全天相序方案，确定全天相序方案变动节点，与步骤S3初步划分结果相叠加，优化调整交通信号方案划分时段。
S5.基于步骤S4优化调整的信号控制时段对各时段下交通信号方案求解，并基于通行能力再次对控制时段和信号方案优化，得到最优控制时段和最终的交通信号控制方案。
S51.确定各单位时间段内各流向的绿时需求
Figure GDA0003510680080000091
同时基于步骤S1的各流向最小绿灯时长基础信息以及步骤S4的相序方案确定各单位时间段内交通信号控制方案，包括相序方案及各阶段绿灯时长
Figure GDA0003510680080000092
从而确定此方案下的通行能力
Figure GDA0003510680080000093
其中，
Figure GDA0003510680080000094
表示第n个单位时段中i进口道j流向的绿时需求，一般情况下，其可根据交通流量求解，也可通过排队长度和饱和车头时距获得，所有绿时需求算法均可；
Figure GDA0003510680080000095
表示第n个单位时段i进口道j流向的通行能，
Figure GDA0003510680080000096
表示第n个单位时间段下交通信号控制方案第l个阶段的绿灯时长。
S52.针对步骤S43划分的交通信号控制时段对各时段内通行能力比较分析，合并或拆分控制时段，确定最优控制时段和最终的交通信号控制方案；如图3，具体为，
S521.若划分的控制时段时长小于等于最短控制时段时长T，则转到下一步骤，否则转到S523步骤；其中最短控制时段时长T一般取值为15-30分钟；
S522.分析本控制时段内各单位时间段的路口通行能力cn，选取出本控制时间段的最大通行能力cm，即
cm＝max(cn)
式中，cm表示第m个控制时段内最大路口通行能力；cn表示第n个单位时间段内交叉路口的通行能力，其为路口各进口道通行能力之和，即
Figure GDA0003510680080000097
将控制时段内最大通行能力cm与上一个控制时间段内的通行能力
Figure GDA0003510680080000098
和下一控制时间段内
Figure GDA0003510680080000099
的通行能力相比较，将本控制时段归纳至最大控制时间段内，并转到步骤S524；
S523.比较单位时间段的绿时需求
Figure GDA00035106800800000910
与其对应相位阶段的交通信号控制方案绿灯时长
Figure GDA00035106800800000911
若绿时需求与对应相位阶段绿灯时长差值之和大于方案失衡阈值，即
Figure GDA00035106800800000912
式中，
Figure GDA00035106800800000913
表示n时间段下i进口道j流向的绿时需求；
Figure GDA00035106800800000914
表示n时间段下第l个相位阶段的绿灯时长；t表示方案失衡阈值，一般取值为15-30秒，则将该单位时间段作为交通信号控制时段划分节点，并重新转回至S521步骤，否则转到下一步骤S524；
S524.对比分析控制时间段内各单位时间的路口通行能力cn，选取max(cn)时间段下的交通信号控制方案为本控制时间段内的交通信号控制方案，包括相序方案和各相位阶段绿灯时长
Figure GDA0003510680080000101
该种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，考虑相序方案对交通信号控制方案的影响，在传统Fisher交通信号控制方案时段划分的基础上，以路口交通流量失衡问题为研究对象，基于同相位阶段不同流向交通流量差值变化进行分析，进一步根据各时段信号方案通行能力对控制时段微调，最终确定最优划分时段及其信号控制方案，对比传统方案中路口流量失衡导致绿灯时长过长绿灯空放浪费或过短路口拥堵的问题，实施例方法是一种以数据为导向的搭接相位配置方法和相位方案配置方法，能够有效提高绿灯利用效率。
对于传统时段划分后进行相序配置和信号相位绿时优化设置的模式，本发明在时段划分的同时考虑到交通流量失衡的问题，以搭接相位为手段进行相序配置，实现了时段、相序和交通信号相位的同时智能化优化配置，有效提高了交通信号控制方案的管控效率。
该种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，针对基础四阶段相位方案存在交通流量失衡的问题提出流量差值分析，以此实现控制时段划分的优化管理。
该种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，以传统四阶段相位为基础比较路口交通流量失衡情况，在传统Fisher时段划分的基础上，对于失衡时段配置搭接相位，实现交通信号控制方案时段划分优化，进一步对比各时段交通信号配时方案，基于方案的通行能力再次对划分时段节点进行优化调整，最终实现信号控制时段划分和方案优化。
实施例的一个具体示例如下：
S1、获取路口渠化信息、交通流量数据以及交通信号控制方案基础信息。
某十字路口，其东、南、西、北四个进口道各有四个车道，分别为左转、直行、直行和右转。依托车辆检测器采集获取的全天交通流量数据，对交通流量数据进行数据清洗分析，实现5min单位时间段内交通流量汇集，建立5min交通流量数据表。
早高峰7:30-8:30交通流量表
Figure GDA0003510680080000111
S2、交通流量归一化分析。
基于南北直行-南北左转-东西直行-东西左转传统四阶段相位对同一相位阶段不同流向的交通流差值进行分析，确定各时间段内的流量差值。
时间段 南北直行 南北左转 东西直行 东西左转
07:30 -8 2 -5 -7
07:35 2 5 -3 8
07:40 -2 7 -19 -10
07:45 3 8 -12 -8
07:50 -13 -4 -12 3
07:55 -29 -13 -2 -5
08:00 -9 -13 -4 -1
08:05 -6 -3 2 -3
08:10 -6 4 -6 -8
08:15 -11 1 -12 5
08:20 -17 -3 -7 4
08:25 -13 5 -1 15
将流量差阈值范围取为[-8,8]，若流量差值小于-8则默认为-1，流量差值大于8默认为1，否则为0，同时绘制出交通流量全天差值变化趋势图，如图4(a)，其中横坐标为全天单位时间段的个数，因单位时间段取5min，则为288个单位时间段个数。
S3、控制时段初步划分。
基于步骤S1获取的交通流量数据，设定最低流量阈值为10，即将5min内交通总流量小于10的数据剔除，基于Fisher方法对交通流量数据划分，实现初步交通流量划分，划分结果为00:00-06:30；06:30-08:30；08:30-09:30；09:30-11:45；11:45-16:30；16:30-21:45；21:45-00:00。进一步叠加至交通流量全天差值变化趋势图中，得到控制时段初始划分图，如图4(b)，其中横坐标为全天单位时间段的个数，因单位时间段取5min，则为288个单位时间段个数。
S4、结合相序方案优化时段划分节点。
将单个时间段凸变的数据规整，重新输入交通流量差值变化趋势图，如图4(c)，其中横坐标为全天单位时间段的个数，因单位时间段取5min，则为288个单位时间段个数。
进一步，基于调整的交通流量差值确定相序方案，其中16:55-17:40时间段需要北方向单放的搭接相位，则交通信号控制时间段重新划分为00:00-06:30；06:30-08:30；08:30-09:30；09:30-11:45；11:45-16:30；16:30-16:55；16:55-17:40；17:40-21:45；21:45-00:00。
S5、确定最优时段和信号方案。
求解出各流向的绿时需求得到优化的交通信号控制方案，确定各方案下通行能力。
选取最短控制时段时长T为15分钟；方案失衡阈值t为30秒。本信号控制时段下未有控制时段低于15分钟，且各单位时间段绿时需求与对应相位阶段绿灯时长差值之和小于方案失衡阈值30秒，则无需另外划分，进一步将各时段内单位时间(15min)求解的通行能力最大的时段信号控制方案作为本时段信号方案。

Claims (6)

1.一种考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、获取路口渠化信息、交通流量数据以及交通信号控制方案基础信息，其中，路口渠化信息包括进口道i、流向j信息；
S2、根据步骤S1获取的交通流量数据，基于步骤S1获取的交通信号控制方案基础信息中的基础相序方案对同一相位阶段通行方向的交通流量进行规整对比，确定同一相位阶段下同一流向不同进口道的流量差值
Figure FDA0003536898060000011
对比流量差值阈值范围，将交通流量差值作归一化处理，得到处理后的交通流量差值
Figure FDA0003536898060000012
绘制出交通流量全天差值变化趋势图；
S3、基于步骤S1获取的交通流量数据，对交通流量数据分析整合，采用Fisher最优分割法初步划分时段，得到划分的方案时段，绘制控制时段初始划分图；
S4、基于步骤S2的交通流量全天差值变化趋势图中交通流量差值
Figure FDA0003536898060000013
进行降噪分析，再基于处理后的交通流量差值
Figure FDA0003536898060000014
增加搭接相位，确定控制时段下的信号方案相序，叠加至步骤S3所得划分的方案时段，得到优化调整的信号控制时段；
S41、基于步骤S2得到的交通流量全天差值变化趋势图中交通流量差值
Figure FDA0003536898060000015
对临界差值变化点的数据进行修正，确定修正后全天各单位时段交通流量差值，调整交通流量全天差值趋势图；步骤S41中，基于步骤S2得到的差值变化趋势图对临界差值变化点的数据进行修正，具体为，
S411、若单个单位时间段或连续两个单位时间段内交通流量差值
Figure FDA0003536898060000016
为-1或1，其前后两个单位时间段交通流量差值
Figure FDA0003536898060000017
均为零，则将
Figure FDA0003536898060000018
修正为0，并转到下一步骤S412；
S412、若连续N个滑动时间段内M个交通流量差值
Figure FDA0003536898060000019
为零，则将N个时间段的交通流量差值
Figure FDA00035368980600000110
均取为0；
S42、在步骤S1获取的交通信号控制方案基础信息中的基础相序方案基础上，根据步骤S3调整确定的各单位时间段交通流量差值，在基础相序方案上增加搭接相位；具体为，若同相位阶段两个通行方向的交通流量差值非零，同进口道下一相位阶段不同流向差值与上一相位阶段交通流量差值相等，且持续时间段超过失衡阈值时长，则调整该单位时段下的交通信号相序方案，增加交通流量大进口道的单放搭接相位；
S43、汇总步骤S42得到的全天相序方案，确定全天相序方案变动节点，与步骤S3初步划分结果相叠加，优化调整交通信号方案划分时段；
S5、基于步骤S4所得优化调整的信号控制时段，对各时段下交通信号方案求解，并基于通行能力再次对控制时段和信号方案优化，得到最优控制时段和最终的交通信号控制方案。
2.如权利要求1所述的考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，其特征在于：步骤S1中，获取路口渠化信息、交通流量数据以及交通信号控制方案基础信息，具体为，
S11、针对路口完成路口渠化信息采集；
S12、获取各单位时间段内各进口道流向的交通流量数据
Figure FDA0003536898060000021
Figure FDA0003536898060000022
表示第n个单位时间段内i进口道j流向的交通流量，其中n＝{1,2,…,N}，N表示全天单位时间段的总个数；并对所获取的各单位时间段内各进口道流向的交通流量数据
Figure FDA0003536898060000023
进行清洗处理；
S13、获取交通信号控制方案基础信息，包括基础相序方案及各基础相位的最小绿灯时长、黄灯时长、全红时长。
3.如权利要求1所述的考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，其特征在于：步骤S2中，确定同一相位阶段下同一流向不同进口道的流量差值
Figure FDA0003536898060000024
对比流量差值阈值范围，将交通流量差值作归一化处理，具体为，
S21、确定同一相位阶段下同一流向不同进口道的流量差值
Figure FDA0003536898060000025
Figure FDA0003536898060000026
其中，
Figure FDA0003536898060000027
表示n单位时间段内同一相位阶段i和i’两进口道j流向之间的交通流量
Figure FDA0003536898060000028
与
Figure FDA0003536898060000029
的差值；
S22、根据流量差值
Figure FDA0003536898060000031
和流量差阈值[-U,U]对流量差值做归一化处理，处理完的交通流量差值记为
Figure FDA0003536898060000032
其中若流量差值
Figure FDA0003536898060000033
大于流量差阈值U则将其差值设为1；若流量差值
Figure FDA0003536898060000034
小于流量差阈值-U则将其差值设为-1；否则将其差值设为0，即：
Figure FDA0003536898060000035
其中，流量差阈值范围[-U,U]根据路口渠化特征和路口历史交通流量确定。
4.如权利要求2所述的考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，其特征在于：步骤S3中，得到划分的方案时段，绘制控制时段初始划分图；具体为，
S31、针对单位时间段，汇总路口的交通流量数据，即
Figure FDA0003536898060000036
若交通总流量qn小于最低流量阈值则将其数据剔除，得到路口交通总流量时间序列；
S32、基于步骤S31的交通总流量时间序列数据，利用Fisher最优分割法进行聚类分析，实现信号控制初步时段划分，得到划分的方案时段，叠加至全天差值变化趋势图中，绘制得到控制时段初始划分图。
5.如权利要求1-4任一项所述的考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，其特征在于：步骤S5中，得到最终的时段划分和信号方案，具体为，
S51、确定各单位时间段内各流向的绿时需求
Figure FDA0003536898060000037
同时基于步骤S1的各流向最小绿灯时长基础信息以及步骤S4的相序方案确定各单位时间段内交通信号控制方案，包括相序方案及各阶段绿灯时长
Figure FDA0003536898060000038
从而确定此方案下的通行能力
Figure FDA0003536898060000039
S52、针对步骤S4划分的交通信号控制时段对各时段内通行能力比较分析，合并或拆分控制时段，确定最优控制时段和最终的交通信号控制方案。
6.如权利要求5所述的考虑路口流量失衡状况的交通信号控制方案时段划分方法，其特征在于：步骤S52中，针对步骤S4划分的交通信号控制时段对各时段内通行能力比较分析，合并或拆分控制时段，确定最优控制时段和交通信号控制方案，具体为，
S521、若划分的控制时段时长小于等于最短控制时段时长T，则转到下一步骤S522；否则转到步骤S523；
S522、分析该控制时段内各单位时间段的路口通行能力cn，选取出该控制时间段的最大通行能力cm，即：cm＝max(cn)，其中，cm表示第m个控制时段内最大路口通行能力；cn表示第n个单位时间段内交叉路口的通行能力，其为路口各进口道通行能力之和，即
Figure FDA0003536898060000041
将控制时段内最大通行能力cm与上一个控制时间段内的通行能力
Figure FDA0003536898060000042
和下一控制时间段内
Figure FDA0003536898060000043
的通行能力相比较，将本控制时段归纳至最大控制时间段内，并转到步骤S524；
S523、比较单位时间段的绿时需求
Figure FDA0003536898060000044
与其对应相位阶段的交通信号控制方案绿灯时长
Figure FDA0003536898060000045
若绿时需求与对应相位阶段绿灯时长差值之和大于方案失衡阈值，即
Figure FDA0003536898060000046
式中，
Figure FDA0003536898060000047
表示n时间段下i进口道j流向的绿时需求；
Figure FDA0003536898060000048
表示n时间段下第l个相位阶段的绿灯时长；t表示方案失衡阈值，则将该单位时间段作为交通信号控制时段划分节点，并重新转回至步骤S521，否则转到下一步骤S524；
S524、对比分析控制时间段内各单位时间的路口通行能力cn，选取max(cn)时间段下的交通信号控制方案为该控制时间段内的交通信号控制方案，包括相序方案和各相位阶段绿灯时长
Figure FDA0003536898060000049
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