CN112309147A - 基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法及系统。所述交通信号灯控制方法包括：根据实测车流量，以绿灯时长和信号状态作为可控变量，确定目标车流方向以及对应的绿灯持续时长、确定各车流方向的路段饱和度、确定各车流方向的车流量、确定各车流方向的红灯等待时长，并根据这些条件改变目标车流方向。本发明提供的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法及系统实现了在不同的交通情况下选择适应的信号控制策略，自动适应流量情况。该方法能够及时处理紧急情况，提升了交叉口通行效率，使得交叉口信号达到精细化和智能化控制，解决了交叉口拥堵现象频发，信号灯控制方法的精确性、灵活性较差等问题。

Description

基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法及系统

技术领域

本发明涉及交通信号灯控制技术领域，特别是涉及一种基于实测车流量和组合控制策略的交通信号灯实时开环控制方法及系统。

背景技术

随着城市的快速发展，车辆数量与日俱增，大量的交通需求与有限的交通供应之间存在严重的不平衡从而导致了交通拥堵，交通拥堵不仅制约城市的运转速度和经济发展，同时也带来环境和噪声污染等一系列问题。治理交通拥堵是城市进一步健康发展的基础，也是关乎公众切身利益的迫切需求，加强交叉口交通管理与控制是减少交通拥堵的关键部分之一。

对于交叉口这一交通关键节点研究者们也考虑了不同的方法来提升其效率。利用交通信号控制系统调节交叉口信号灯配时来控制交通流，可以实现车辆的安全通行与有效地降低车辆在交叉口的等待时间，提高通行效率，对缓解城市交通拥堵有着极其重要的现实意义。传统的交通信号灯控制方法是根据统计到的各路口历史车流量数据而分配相对比较合理的固定配时方案，往往存在车流多的路口绿灯通行时间短，无车或少车的路口却亮着绿灯的问题，一定程度上造成了道路资源的浪费。

长久以来，由于人们的交通习惯，城市交通信号的控制都是建立在固定的相位和相序基础之上的，国内对基于实时交通信号控制的相位组合和可变相序的研究较少。很多学者把研究的重心放在人工智能上，比如神经网络、模糊控制、强化学习等，基于以上这些算法的交通控制虽然大大提高了通行效率，但是仍然是针对单一相位进行绿时优化，其相位组合或相位顺序是不变的，但由于交叉口交通流到达的随机性较强，信号控制的灵活性略显不足，不能根据路网的实际车流量进行动态调节，造成交叉口拥堵现象频发，信号灯控制方法的精确性、灵活性较差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于实测车流量和组合控制策略的交通信号灯实时开环控制方法及系统，以实现在不同的交通情况下选择适应的信号控制策略，自动适应流量情况的信号灯实时控制方法。该方法能够处理紧急情况，提升了交叉口通行效率，使得交叉口信号达到精细化和智能化控制，进而有效控制交通流，保证车辆的安全通行和降低车辆在交叉口的等待时间，解决交叉口拥堵现象频发、信号灯控制方法的精确性、灵活性较差等问题，对缓解城市交通拥堵有着极其重要的现实意义。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，具体包括：

确定目标车流方向以及对应的绿灯持续时长；所述目标车流方向为路段中绿色信号灯控制的两个车流方向；所述目标车流方向包括第一车流方向和第二车流方向；所述路段包括八个车流方向，分别为向东直行、向南直行、向北直行、向西直行、向东左转、向西左转、向北左转和向南左转；

判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；若所述第二判断结果为是，则确定各车流方向的路段饱和度，并判断所有的路段饱和度中是否存在大于或等于第一设定阈值的路段饱和度，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再执行更改后车流方向确定过程；

若所述第三判断结果为否，则确定各车流方向的红灯等待时长，并判断所有的红灯等待时长中是否存在大于或等于最长设定红灯等待时长的红灯等待时长，得到第十二判断结果；

若所述第十二判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

若所述第十二判断结果为否，则确定所述目标车流方向的排队车流数量，并根据所述排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

所述更改后车流方向确定过程为：

根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、所述最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，并确定更改后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制系统，包括：

第一确定模块，用于确定目标车流方向以及对应的绿灯持续时长；所述目标车流方向为路段中绿色信号灯控制的两个车流方向；所述目标车流方向包括第一车流方向和第二车流方向；所述路段包括八个车流方向，分别为向东直行、向南直行、向北直行、向西直行、向东左转、向西左转、向北左转和向南左转；

第一时长判断模块，用于判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长，得到第二判断结果；

第一结果确定模块，用于若所述第二判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；若所述第二判断结果为是，则确定各车流方向的路段饱和度，并判断所有的路段饱和度中是否存在大于或等于第一设定阈值的路段饱和度，得到第三判断结果；

第二结果确定模块，用于若所述第三判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再执行更改后车流方向确定过程；

第三结果确定模块，用于若所述第三判断结果为否，则确定各车流方向的红灯等待时长，并判断所有的红灯等待时长中是否存在大于或等于最长设定红灯等待时长的红灯等待时长，得到第十二判断结果；

第四结果确定模块，用于若所述第十二判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

第五结果确定模块，用于若所述第十二判断结果为否，则确定所述目标车流方向的排队车流数量，并根据所述排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

第一车流方向确定模块，用于根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、所述最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，并确定更改后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法及系统，所述控制方法根据实时监测的各个流向的交通流量情况、最小绿灯时长、最大绿灯时长、最大红灯等待时长等完善的约束条件，设立合适的信号控制策略和优先级序列，在不同的交通情况下能够自动适应流量情况选择适应的信号控制策略，来达到提升交叉口的通行效率的目标，实现交叉口信号灯的精细化和智能化控制，进而有效控制交通流，保证车辆的安全通行和降低车辆在交叉口的等待时间，对缓解城市交通拥堵有着极其重要的现实意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法的流程图；

图2为本发明实施例2提供的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法的流程图；

图3为本发明实施例2提供的交叉口模型图；

图4为本发明实施例2提供的交叉口信号控制相位图；

图5为本发明实施例2提供的选定交叉口的模型示意图；

图6为本发明实施例2提供的控制方法对选定的交叉口和时段进行控制得到的信号配时方案示意图；其中，图6(a)表示15:15-17:15时段的配时方案示意图，图6(b)表示17:15-20:30时段的配时方案示意图；

图7为本发明实施例3提供的基于组合控制策略的交通信号灯实时控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，根据实测车流量，以绿灯时长和信号状态作为可控变量，具体包括：

S1：确定目标车流方向以及对应的绿灯持续时长。目标车流方向为路段中绿色信号灯控制的两个车流方向；目标车流方向包括第一车流方向和第二车流方向(第一方向和第二方向的绿灯持续时间相同)；路段包括八个车流方向，分别为向东直行、向南直行、向北直行、向西直行、向东左转、向西左转、向北左转和向南左转。

S2：判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长，得到第二判断结果。

S3：若第二判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

S4：若第二判断结果为是，则确定各车流方向的路段饱和度，并判断所有的路段饱和度中是否存在大于或等于第一设定阈值的路段饱和度，得到第三判断结果。

S5：若第三判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再执行更改后车流方向确定过程。更改后车流方向确定过程为：根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，并确定更改后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

S6：若第三判断结果为否，则确定各车流方向的红灯等待时长，并判断所有的红灯等待时长中是否存在大于或等于最长设定红灯等待时长的红灯等待时长，得到第十二判断结果。

S7：若第十二判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

S8：若第十二判断结果为否，则确定目标车流方向的排队车流数量，并根据排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

其中，根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，具体为：

将所有的红灯等待时长中红灯等待时长最长的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

其中，根据排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，具体为：

判断目标车流方向的排队车流数量是否均大于0。

若目标车流方向的排队车流数量均大于0，则更新当前绿灯持续时长后，返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

若目标车流方向的排队车流数量均不大于0，则确定各车流方向的车流量，并将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有车流量中车流量第二的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

若目标车流方向的排队车流数量中存在一个车流方向的排队车流数量大于0，则根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向。

其中，确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，具体为：

确定各车流方向的车流量，将所有的路段饱和度中路段饱和度最大的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有车流方向中车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

其中，根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向，具体为：

若仅第一车流方向的排队车流数量大于0，则判断第一车流方向的排队车流数量是否大于第二设定阈值，得到第十五判断结果。

若第十五判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

若第十五判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并将车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向，并确定改变后的第二车流方向的绿灯持续时长(第一车流方向不变，改变后的第二车流方向的绿灯持续时长为两个方向的绿灯持续时长)，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

其中，根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向，具体为：

若仅第二车流方向的排队车流数量大于0，则判断第二车流方向的排队车流数量是否大于第二设定阈值，得到第十七判断结果。

若第十七判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

若第十七判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并将第二车流方向确定为改变后的第一车流方向，将车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向，并确定改变后的第一车流方向和改变后的第二车流方向的绿灯持续时长，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

其中，根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，具体为：

当改变后的目标车流方向的绿灯持续时长小于最小设定绿灯时长时，则保持更改后的目标车流方向。

当改变后的目标车流方向的绿灯持续时长大于最小设定绿灯时长并小于最大设定绿灯时长时，则确定改变后的目标车流方向的排队车流数量，并根据改变后的目标车流方向的排队车流数量对改变后的目标车流方向进行更改。

当改变后的目标车流方向的绿灯持续时长大于最大设定绿灯时长时，则确定各车流方向的路段饱和度，并根据各车流方向的路段饱和度对改变后的目标车流方向进行更改。

下面提供了一个更为具体的实施例。

实施例2

如图2所示，一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，控制方法包括如下步骤：

步骤101，实时采集研究区域交叉口进口道的各方向车流量q'以及交通信号灯的配置信息(包括信号灯的安装位置、方位、信号配时周期等)，如图3所示，画出选定交叉口的结构示意图，按一定顺序将各方向信号灯两两组合为一种相位S_a,b，a为相位的其中一个方向，b为相位除a外的另一方向，定义S_a,b＝1表示信号灯切换为a和b方向亮绿灯的相位。

步骤102，将上述组合好的所有相位状态S进行编码，0为红灯，1为绿灯，一一列出某一相位处于绿灯其余相位处于红灯的编码。

步骤103，由于车流量大小与路段容量是相关的，结合两者之间的关系，定义路段饱和度R来判断不同的车流情况，计算公式为：R_u＝q'_u/r’_u，

其中q'为区域内某一车流方向的车流量，u表示某一车流方向，r'为路段容量。

步骤104，为了避免短暂的绿灯时间无法满足行人通行需要，参照行人步行速度和研究区域的人行道实际长度设置绿灯配时下限，即最小绿灯时长g_min；在某车流方向的路段饱和度较高时，会导致该相位绿灯配时不断增长，造成其他相位车辆无法通行，因此为保障各相位间的公平性，限制每个相位允许通行的最大绿灯时长g_max；同时，为了避免某一方向长时间处于红灯等待状态，在不超过驾驶员的红灯等待极限下设置最大红灯时长t_max。

步骤105，根据车流量q'和路段饱和度R实时调整相位中包含的方向组合来提高各相位上的车辆通行效率，令j为能够与a方向重新组成相位的车流方向，由于有最小绿灯时长g_min的限制，为了避免未清空的车流能通过交叉口的时间远小于最小绿灯时长的情况，设置车道排队车流数量l大于3辆时才进行相位的重新组合。

步骤106，对于相位的实时调整，设定优先级策略，在存在多个车流方向的路段饱和度R_u≥1的情况下，优先选取R_i最大的车流方向所在的相位；在存在多个车流方向的红灯等待时间t'_u大于最大红灯时长t'_max的情况下，优先选取红灯时长t'最大的车流方向所在的相位；其他一般情况选择车流量q’最大的车流方向所在的相位。

步骤107，设定控制结束时间T'，初始化控制时间T＝0和绿灯时间g＝0，随机选择某一相位S_a,b＝1，令j＝b。

步骤108，控制时间和绿灯时间过1秒加1，即T＝T+1，g＝g+1。

步骤109，判断控制时间T的数值是否大于控制结束时间T'，得到第一判断结果。

步骤110，若第一判断结果为“是”，则转到步骤171。

步骤111，若第一判断结果为“否”，则转到步骤112。

步骤112，检测区域内各方向车流q_i。

步骤113，判断绿灯通行方向的绿灯时间g的值是否大于最小绿灯时长g_min，得到第二判断结果。

步骤114，若第二判断结果为“是”，则转到步骤116。

步骤115，若第二判断结果为“否”，则返回步骤108。

步骤116，判断是否存在车流方向的路段饱和度R_i的值大于或等于1，得到第三判断结果。

步骤117，若第三判断结果为“是”，则转到步骤119。

步骤118，若第三判断结果为“否”，则转到步骤149。

步骤119，选取路段饱和度R_i最大的车流方向为a，选取车流量最大的方向q_i为b，重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0。

步骤120，控制时间和绿灯时间过1秒加1：T＝T+1，g＝g+1。

步骤121，判断控制时间T的数值是否大于控制结束时间T'，得到第四判断结果。

步骤122，若第四判断结果为“是”，则转到步骤171。

步骤123，若第四判断结果为“否”，则转到步骤124。

步骤124，检测区域内各方向车流q_i。

步骤125，判断绿灯通行方向的绿灯时间g的值是否大于最小绿灯时长g_min，得到第五判断结果。

步骤126，若第五判断结果为“是”，则转到步骤128。

步骤127，若第五判断结果为“否”，则返回步骤120。

步骤128，判断绿灯通行方向的绿灯时间g的值是否大于或等于最大绿灯时长g_max，得到第六判断结果。

步骤129，若第六判断结果为“是”，则转到步骤141。

步骤130，若第六判断结果为“否”，则返回步骤131。

步骤131，判断方向a上的排队车流数量l_a的值是否等于0，得到第七判断结果。

步骤132，若第七判断结果为“是”，则转到步骤141。

步骤133，若第七判断结果为“否”，则返回步骤134。

步骤134，判断方向b上的排队车流数量l_b的值是否等于0，得到第八判断结果。

步骤135，若第八判断结果为“是”，则转到步骤137。

步骤136，若第八判断结果为“否”，则返回步骤120。

步骤137，判断方向a上的排队车流数量l_a的值是否大于3，得到第九判断结果。

步骤138，若第九判断结果为“是”，则转到步骤140。

步骤139，若第九判断结果为“否”，则返回步骤120。

步骤140，选取车流量最大的方向q_i为b，与a重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0，返回步骤120。

步骤141，判断是否存在车流方向的路段饱和度R_i的值大于或等于1，得到第十判断结果。

步骤142，若第十判断结果为“是”，则返回步骤119。

步骤143，若第十判断结果为“否”，则转到步骤144。

步骤144，判断是否存在车流方向的红灯时长t_i的值大于或等于最大红灯时长t_max，得到第十一判断结果。

步骤145，若第十一判断结果为“是”，则转到步骤148。

步骤146，若第十一判断结果为“否”，则转到步骤147。

步骤147，选取车流量最大的两个方向q_i、q_j为a、b，重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0，返回步骤108。

步骤148，选取红灯等待时间最长的车流方向为a，选取车流量最大的方向q_i为b，重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0，返回步骤108。

步骤149，判断是否存在车流方向的红灯时长t_i的值大于或等于最大红灯时长t_max，得到第十二判断结果。

步骤150，若第十二判断结果为“是”，则转到步骤152。

步骤151，若第十二判断结果为“否”，则转到步骤153。

步骤152，选取红灯等待时间最长的车流方向为a，选取车流量最大的方向q_i为b，重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0，返回步骤108。

步骤153，判断方向a上的排队车流数量l_a的值是否等于0，得到第十三判断结果。

步骤154，若第十三判断结果为“是”，则转到步骤163。

步骤155，若第十三判断结果为“否”，则转到步骤156。

步骤156，判断方向b上的排队车流数量l_b的值是否等于0，得到第十四判断结果。

步骤157，若第十四判断结果为“是”，则转到步骤159。

步骤158，若第十四判断结果为“否”，则返回步骤108。

步骤159，判断方向a上的排队车流数量l_a的值是否大于3，得到第十五判断结果。

步骤160，若第十五判断结果为“是”，则转到步骤162。

步骤161，若第十五判断结果为“否”，则返回步骤108。

步骤162，选取车流量最大的方向q_i为b，与a重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0，返回步骤108。

步骤163，判断方向b上的排队车流数量l_b的值是否等于0，得到第十六判断结果。

步骤164，若第十六判断结果为“是”，则转到步骤170。

步骤165，若第十六判断结果为“否”，则转到步骤166。

步骤166，判断方向b上的排队车流数量l_a的值是否大于3，得到第十七判断结果。

步骤167，若第十七判断结果为“是”，则转到步骤169。

步骤168，若第十七判断结果为“否”，则返回步骤108。

步骤169，选取b所指的车流方向为a，选取车流量最大的方向q_i为b，重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0，返回步骤108。

步骤170，选取车流量最大的两个方向q_i、q_j为a、b，重新组合为新的相位S_a,b，并设置为绿灯方向，即S_a,b＝1，更新绿灯时间g＝0，返回步骤108。

步骤171，控制时间T的值大于或等于控制结束时间T'的值，结束控制，完成整个信号灯控制过程。

选定交叉口的结构示意图和信号控制相位图，如图4和图5所示，参考文献中的可接受时长，设置最小绿灯时长g_min＝7秒，最大绿灯时长g_max＝60秒，最大红灯时长t_max＝80秒，利用的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法实现交叉口的通行控制，采用车辆平均延误时间D和车辆平均排队长度P来验证上述控制方法的有效性，具体包括：

步骤201，采集获取研究区域交叉口单位时间内各方向停止线前的排队车辆数l'、单位时间内通过交叉口的方向车流量q”、单位时间内交叉口各方向停止线前的排队车辆的停驶时长d、单位时间内交叉口各方向车辆的平均排队长度p，Z'为实施的种交通信号灯控制方法的单位时间段数，u为交叉口某一车流方向，u＝{南直,北直,东直,西直,南左,北左,东左,西左}。

步骤202，定义车辆平均延误时间D，计算公式为：

其中，l'_u为单位时间内交叉口u方向停止线前的排队车辆数，d_u为单位时间内交叉口u方向停止线前的排队车辆的停驶时长，Z'为仿真单位时间段数，u为交叉口某一车流方向，u＝{南直，北直，东直，西直，南左，北左，东左，西左}。

步骤203，定义车辆平均排队长度P，计算公式为：

其中，p_u为单位时间内交叉口u方向上车辆的平均排队长度，Z'为仿真单位时间段数，u为交叉口某一车流方向，u＝{南直，北直，东直，西直，南左，北左，东左，西左}。

步骤204，根据步骤203、204中的计算公式，计算出实施的种交通信号灯控制方法后所得的车辆平均延误时间和车辆平均排队长度，与实施控制方法前作对比，评价本发明提出的控制方法的有效性。

采用本实施例提出的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，在平峰时段和高峰时段的车辆平均延误时间和车辆平均排队长度结果见表1所示。此外，本实施例还与实际的固定信号配时方法进行了对比。

表1交叉口控制结果

以泉州市丰泽街-田安路交叉口为实验对象。该交叉口在不同的时段采用了不同的信号配时，其中15:15-20:30时段的信号配时方案如图6所示。选择两个不同信号配时的时段15:30-16:30和18:00-19:00，比较实施本实施例提供的控制方法和真实交通情况的交通流量情况，如表2所示。

表2实际与实施本发明提供的控制方法后的交通流量情况

本实施例公开了以下技术效果：

本实施例公开了一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，所述控制方法包括如下步骤：实时采集研究区域交叉口进口道的各方向车流量q’以及交通信号灯的配置信息(包括信号灯的安装位置、方位、信号配时周期等)，按一定顺序将各方向信号灯两两组合为一种相位状态，并进行编码；定义路段饱和度R来衡量各车道的车流量情况；根据实时监测的各个流向的交通流量情况，考虑可变的相位、可变的相序、可变的绿灯时长和最小绿灯时长g_min、最大绿灯时长g_max、最大红灯等待时长t_max等完善的约束条件，设立合适的信号控制策略和优先级序列，自动更新优化不同交通流构成的相位组合；在不同的交通情况下能够自动适应流量情况选择适应的信号控制策略，减少空白绿灯时间的出行来达到提升交叉口的通行效率的目标，实现交叉口信号灯的精细化和智能化控制，进而有效控制交通流，保证车辆的安全通行和降低车辆在交叉口的等待时间，对缓解城市交通拥堵有着极其重要的现实意义。

实施例3

如图7所示，一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制系统，根据实测车流量，以绿灯时长和信号状态作为可控变量，包括：

第一确定模块A1，用于确定目标车流方向以及对应的绿灯持续时长；目标车流方向为路段中绿色信号灯控制的两个车流方向；目标车流方向包括第一车流方向和第二车流方向；路段包括八个车流方向，分别为向东直行、向南直行、向北直行、向西直行、向东左转、向西左转、向北左转和向南左转。

第一时长判断模块A2，用于判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长，得到第二判断结果。

第一结果确定模块A3，用于若第二判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；若第二判断结果为是，则确定各车流方向的路段饱和度，并判断所有的路段饱和度中是否存在大于或等于第一设定阈值的路段饱和度，得到第三判断结果。

第二结果确定模块A4，用于若第三判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再执行更改后车流方向确定过程。

第三结果确定模块A5，用于若第三判断结果为否，则确定各车流方向的红灯等待时长，并判断所有的红灯等待时长中是否存在大于或等于最长设定红灯等待时长的红灯等待时长，得到第十二判断结果。

第四结果确定模块A6，用于若第十二判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

第五结果确定模块A7，用于若第十二判断结果为否，则确定目标车流方向的排队车流数量，并根据排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

第一车流方向确定模块A8，用于根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，并确定更改后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

第四确定模块包括：

第二车流方向确定单元，用于将所有的红灯等待时长中红灯等待时长最长的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

第五结果确定模块包括：

排队车流数量判断单元，用于判断目标车流方向的排队车流数量是否均大于0。

第一更新单元，用于若目标车流方向的排队车流数量均大于0，则更新当前绿灯持续时长后，返回判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

第二更新单元，用于若目标车流方向的排队车流数量均不大于0，则确定各车流方向的车流量，并将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有车流量中车流量第二的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

第三更新单元，用于若目标车流方向的排队车流数量中存在一个车流方向的排队车流数量大于0，则根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向。

本实施例提供了一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制系统，以绿灯时长和信号状态作为可控变量，采用开环控制的方法以实现在不同的交通情况下选择适应的信号控制策略，自动适应流量情况，使得交叉口信号达到精细化和智能化控制。该方法能够处理紧急情况，提升了交叉口通行效率，有效控制交通流，保证车辆的安全通行和降低车辆在交叉口的等待时间，解决交叉口拥堵现象频发、信号灯控制方法的精确性、灵活性较差等问题，对缓解城市交通拥堵有着极其重要的现实意义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：

确定目标车流方向以及对应的绿灯持续时长；所述目标车流方向为路段中绿色信号灯控制的两个车流方向；所述目标车流方向包括第一车流方向和第二车流方向；所述路段包括八个车流方向，分别为向东直行、向南直行、向北直行、向西直行、向东左转、向西左转、向北左转和向南左转；

判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；若所述第二判断结果为是，则确定各车流方向的路段饱和度，并判断所有的路段饱和度中是否存在大于或等于第一设定阈值的路段饱和度，得到第三判断结果；

若所述第三判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再执行更改后车流方向确定过程；

若所述第三判断结果为否，则确定各车流方向的红灯等待时长，并判断所有的红灯等待时长中是否存在大于或等于最长设定红灯等待时长的红灯等待时长，得到第十二判断结果；

若所述第十二判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

若所述第十二判断结果为否，则确定所述目标车流方向的排队车流数量，并根据所述排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

所述更改后车流方向确定过程为：

根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、所述最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，并确定更改后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

2.根据权利要求1所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，其特征在于，所述根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，具体为：

将所有的红灯等待时长中红灯等待时长最长的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，其特征在于，所述根据所述排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，具体为：

判断所述目标车流方向的排队车流数量是否均大于0；

若所述目标车流方向的排队车流数量均大于0，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

若所述目标车流方向的排队车流数量均不大于0，则确定各车流方向的车流量，并将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有车流量中车流量第二的车流方向确定为改变后的第二车流方向；

若所述目标车流方向的排队车流数量中存在一个车流方向的排队车流数量大于0，则根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向。

4.根据权利要求1所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，其特征在于，所述确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，具体为：

确定各车流方向的车流量，将所有的路段饱和度中路段饱和度最大的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有车流方向中车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

5.根据权利要求3所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，其特征在于，所述根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向，具体为：

若仅所述第一车流方向的排队车流数量大于0，则判断所述第一车流方向的排队车流数量是否大于第二设定阈值，得到第十五判断结果；

若所述第十五判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

若所述第十五判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并将所述车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向，并确定改变后的第二车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

6.根据权利要求3所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，其特征在于，所述根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向，具体为：

若仅所述第二车流方向的排队车流数量大于0，则判断所述第二车流方向的排队车流数量是否大于第二设定阈值，得到第十七判断结果；

若所述第十七判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

若所述第十七判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并将所述第二车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所述车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向，并确定改变后的第一车流方向和改变后的第二车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

7.根据权利要求1所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制方法，其特征在于，所述根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、所述最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，具体为：

当所述改变后的目标车流方向的绿灯持续时长小于所述最小设定绿灯时长时，则保持更改后的目标车流方向；

当所述改变后的目标车流方向的绿灯持续时长大于所述最小设定绿灯时长并小于所述最大设定绿灯时长时，则确定所述改变后的目标车流方向的排队车流数量，并根据所述改变后的目标车流方向的排队车流数量对改变后的目标车流方向进行更改；

当所述改变后的目标车流方向的绿灯持续时长大于所述最大设定绿灯时长时，则确定各车流方向的路段饱和度，并根据各车流方向的路段饱和度对改变后的目标车流方向进行更改。

8.一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制系统，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于确定目标车流方向以及对应的绿灯持续时长；所述目标车流方向为路段中绿色信号灯控制的两个车流方向；所述目标车流方向包括第一车流方向和第二车流方向；所述路段包括八个车流方向，分别为向东直行、向南直行、向北直行、向西直行、向东左转、向西左转、向北左转和向南左转；

第一时长判断模块，用于判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长，得到第二判断结果；

第一结果确定模块，用于若所述第二判断结果为否，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；若所述第二判断结果为是，则确定各车流方向的路段饱和度，并判断所有的路段饱和度中是否存在大于或等于第一设定阈值的路段饱和度，得到第三判断结果；

第二结果确定模块，用于若所述第三判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的路段饱和度和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再执行更改后车流方向确定过程；

第三结果确定模块，用于若所述第三判断结果为否，则确定各车流方向的红灯等待时长，并判断所有的红灯等待时长中是否存在大于或等于最长设定红灯等待时长的红灯等待时长，得到第十二判断结果；

第四结果确定模块，用于若所述第十二判断结果为是，则确定各车流方向的车流量，并根据所有的红灯等待时长和所有的车流量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

第五结果确定模块，用于若所述第十二判断结果为否，则确定所述目标车流方向的排队车流数量，并根据所述排队车流数量改变目标车流方向，并确定改变后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

第一车流方向确定模块，用于根据改变后的目标车流方向的绿灯持续时长、所述最小设定绿灯时长和最大设定绿灯时长对改变后的目标车流方向进行更改，并确定更改后的目标车流方向的绿灯持续时长，再返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长。

9.根据权利要求8所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制系统，其特征在于，所述第四确定模块包括：

第二车流方向确定单元，用于将所有的红灯等待时长中红灯等待时长最长的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第二车流方向。

10.根据权利要求8所述的一种基于组合控制策略的交通信号灯实时控制系统，其特征在于，所述第五结果确定模块包括：

排队车流数量判断单元，用于判断所述目标车流方向的排队车流数量是否均大于0；

第一更新单元，用于若所述目标车流方向的排队车流数量均大于0，则更新当前绿灯持续时长后，返回所述判断当前绿灯持续时长是否大于最小设定绿灯时长；

第二更新单元，用于若所述目标车流方向的排队车流数量均不大于0，则确定各车流方向的车流量，并将所有的车流量中车流量最大的车流方向确定为改变后的第一车流方向，将所有车流量中车流量第二的车流方向确定为改变后的第二车流方向；

第三更新单元，用于若所述目标车流方向的排队车流数量中存在一个车流方向的排队车流数量大于0，则根据排队车流数量大于0的排队车流数量改变目标车流方向。

Images