CN114360265A - 一种基于电子地图api的自适应交通信号灯控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子地图API的自适应交通信号灯控制方法，其步骤包括：1、访问电子地图API获得数据；2、将获得的数据传输到信号控制系统；3、通过算法判断绿灯的相位；4、通过算法确定绿灯的配时；5、循环上述步骤，确定下一周期的绿灯相位和配时。本发明通过访问电子地图API获得交叉口的实时交通量和车辆的等待时间数据，然后以获得的交通量和等待时间等参数为依据，控制绿灯的相位和时长，对交通流进行实时控制，从而能提高信号灯的控制效率，减少绿灯等待时间，避免交叉口的交通拥挤，进而提高了道路运输的效率。

Description

一种基于电子地图API的自适应交通信号灯控制方法

技术领域

本发明涉及智能交通控制技术领域，具体来说是一种基于电子地图API的自适应交通信号灯控制方法。

背景技术

随着城市车辆数量的迅速增加，现有的道路网和传统交通控制系统在处理快速增加的交通负荷方面效率低下，运输系统的效率直接影响到原材料、货物、工业设备和产品、机械、人力、环境、旅行时间和能源消耗的运输。这些交通系统的安全性、效率和生态友好性直接关系到人民的健康、福祉和生活，因为交通系统是人民日常生活的重要组成部分。而提高交通效率的一种方法是使用交通信号灯控制道路交叉口，因为道路交叉口时城市道路的重要组成部分，往往承载着城市道路较大的交通量。

传统的交通信号灯控制方式是根据历史交通数据预先设置好配时方案的，大多数都是基于固定时长控制，不管交叉口各方向道路上有无车辆都是按照设定好的时长对信号灯进行控制，但是当一条车道有大量车辆等待绿灯，而另一条车道只有少量车辆或没有车辆时，这种方法是不够的，这给国家带来了能源浪费、污染源和增加了司机的驾驶压力。即使一些交叉口使用了动态的信号控制方法，该动态的信号控制方法的主要步骤是从受控的交叉口收集实际情况的数据，他们使用不同的采集数据的方法，例如使用传感器技术、雷达技术和视屏技术。这些现有的数据采集方法还有一些缺点，例如安装和设备维护需要大量的成本。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足之处，提出了一种基于电子地图API的自适应交通信号灯控制方法，能提高交通灯的控制效率，减少绿灯等待时间，避免交叉口的交通拥挤，从而提高道路运输的效率。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于电子地图API的自适应交通信号灯控制方法的特点在于，包括以下步骤：

步骤1、通过访问电子地图API获得不同相位在周期t的交通量和车辆的等待时间，其中，交通量记为{Q_i(t)|t＝1,2,...,n}，Q_i(t)表示第i流向相位在周期t的交通量，i表示不同的流向相位，n表示周期的总数，车辆的等待时间记为{T_i(t)|t＝1,2,...,n}，T_i(t)示第i流向相位在周期t的车辆的等待时间；

步骤2、将步骤1采集的数据传输至交叉口信号灯控制系统，用于动态确定绿灯流向相位；

步骤2.0、定义目标十字交叉口的各个相位为{WN,WE,SN,SW,EW,ES,NS,NE}，其中，WN表示由西向北左转的流向相位，WE表示由西向东直行的流向相位，SN表示由南向北直行的流向相位，SW表示由南向西左转的流向相位，EW表示东向西直行的流向相位，ES表示由东向南左转的流向相位，NS表示由北向南直行的流向相位，NE表示由北向东左转的流向相位；令i和j表示任意一种流向相位；i,j∈[1,8]；i≠j；

根据目标十字交叉口的各个流向相位，得到8个非冲突方向相位组合{temp_k|k＝1,2,…,8}，包括：temp₁＝(WE,WN)、temp₂＝(SW,SN)、temp₃＝(EW,WE)、temp₄＝(ES,WN)、temp₅＝(ES,EW)、temp₆＝(NS,SN)、temp₇＝(NE,SW)、temp₈＝(NE,NS)；其中，temp_k表示第k个非冲突方向相位组合；

步骤2.1、初始化t＝1，定义变量m；定义评估变量S；

步骤2.2、初始化m＝0、k＝1、S＝0；

步骤2.3、根据式(1)计算第k个非冲突方向相位组合temp_k中的两个流向相位在周期t为绿灯相位时的评估值S_k(t)：

式(1)中，T_i ^k(t)和

分别表示第k个非冲突方向相位组合temp_k中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的车辆的等待时间；

和

分别表示第k个非冲突方向相位组合temp_k中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的交通量，α和β分别是等待时间加权参数和交通量加权参数；

步骤2.4、判断S_k(t)是否满足式(2)，若满足，则将S_k(t)赋值给S，将k赋值给m后，并执行步骤2.5；否则，执行步骤2.5；

S_k(t)＞S (2)

步骤2.5、判断k<8是否成立，若成立，将k+1赋值给k后，并返回步骤2.3；否则，则输出m的值，m表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t为绿灯流向相位；

步骤3、根据式(3)计算第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的绿灯时间T_G(t)：

式(3)中，T_s表示车辆的平均启动时间，

和

分别表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的平均通过时间，其中，

和

分别表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的交通量；

步骤4、如果

则将

赋值给T_G(t)，否则，执行步骤5；其中，

表示绿灯的最大时长；

步骤5、将t+1赋值给t，并返回步骤2.2；从而计算下一周期的绿灯流向相位和绿灯时长。

与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：

1、本发明访问电子地图API获得交叉口的实时交通量和车辆的等待时间，并以获得的交通量和等待时间等参数为依据，控制绿灯的相位和时长，对交通流进行实时控制，从而提高了交通灯的控制效率，减少了绿灯等待时间，避免了交叉口的交通拥挤，进而提高了道路运输的效率。

2、本发明采用访问电子地图API获得交叉口的实时交通量和车辆的等待时间数据，然后将采集的数据传输至交叉口信号灯控制系统，减少了设备的安装和维护的费用，减少了外部因素对数据采集时的干扰，提高了数据的准确性，进而提高了自适应交通信号灯的准确性。

3、本发明采用交通量和等待时间两个指标作为依据，避免了交通量很少但是等待时间长和等待时间短但是交通量很大等现象，更加符合出行意愿，提高了自适应交通信号灯的适用性。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为本发明冲突方向矩阵；

图3为本发明的绿灯相位控制流程图；

图4为本发明的交叉口自适应控制示意图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，一种基于电子地图API的自适应交通信号灯控制方法，包括以下步骤：

步骤1、通过访问电子地图API获得不同相位在周期t的交通量和车辆的等待时间，其中，交通量记为{Q_i(t)|t＝1,2,...,n}，Q_i(t)表示第i流向相位在周期t的交通量，i表示不同的流向相位，n表示周期的总数，车辆的等待时间记为{T_i(t)|t＝1,2,...,n}，T_i(t)示第i流向相位在周期t的车辆的等待时间；

步骤2、将步骤1采集的数据传输至交叉口信号灯控制系统，用于动态确定绿灯流向相位；

如图2所示，为冲突方向矩阵，表中的每列和每行都表示交叉口的方向及其状态，1表示两个相位可以同时选择，而不再交叉口造成阻塞，0表示两个相位同时选择，那么交叉口内部会发生冲突，从而增加交叉口的等待时间，本实施例中，将数字1的两个相位定义成非冲突方向相位组合；

步骤2.0、定义目标十字交叉口的各个相位为{WN,WE,SN,SW,EW,ES,NS,NE}，其中，WN表示由西向北左转的流向相位，WE表示由西向东直行的流向相位，SN表示由南向北直行的流向相位，SW表示由南向西左转的流向相位，EW表示东向西直行的流向相位，ES表示由东向南左转的流向相位，NS表示由北向南直行的流向相位，NE表示由北向东左转的流向相位；令i和j表示任意一种流向相位；i,j∈[1,8]；i≠j；

根据目标十字交叉口的各个流向相位，得到8个非冲突方向相位组合{temp_k|k＝1,2,…,8}，包括：temp₁＝(WE,WN)、temp₂＝(SW,SN)、temp₃＝(EW,WE)、temp₄＝(ES,WN)、temp₅＝(ES,EW)、temp₆＝(NS,SN)、temp₇＝(NE,SW)、temp₈＝(NE,NS)；其中，temp_k表示第k个非冲突方向相位组合；

如图3所示，本发明中的信号控制系统通过实时获得非冲突相位的交通量和等待时间作为绿灯相位的依据，然后通过计算到S_k(t)最大值，输出此时的k的值作为下一周期绿灯相位，其绿灯相位选择的具体步骤如下:

步骤2.1、初始化t＝1，定义变量m；定义评估变量S；

步骤2.2、初始化m＝0、k＝1、S＝0；

步骤2.3、根据式(1)计算第k个非冲突方向相位组合temp_k中的两个流向相位在周期t为绿灯相位时的评估值S_k(t)：

式(1)中，T_i ^k(t)和

分别表示第k个非冲突方向相位组合temp_k中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的车辆的等待时间；

和

分别表示第k个非冲突方向相位组合temp_k中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的交通量，α和β分别是等待时间加权参数和交通量加权参数；

步骤2.4、判断S_k(t)是否满足式(2)，若满足，则将S_k(t)赋值给S，将k赋值给m后，并执行步骤2.5；否则，执行步骤2.5；

S_k(t)＞S (2)

步骤2.5、判断k<8是否成立，若成立，将k+1赋值给k后，并返回步骤2.3；否则，则输出m的值，m表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t为绿灯流向相位；

步骤3、根据式(3)计算第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的绿灯时间T_G(t)：

式(3)中，T_s表示车辆的平均启动时间，

和

分别表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的平均通过时间，其中，

和

分别表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的交通量；

步骤4、如果

则将

赋值给T_G(t)，否则，执行步骤5；其中，

表示绿灯的最大时长；

步骤5、将t+1赋值给t，并返回步骤2.2；从而计算下一周期的绿灯流向相位和绿灯时长。

如图4所示，本实施例中，以α＝β＝0.5为例，通过访问电子地图API获得数据，其中WN流向相位的交通量为100辆，等待时间90秒；WE流向相位的交通量为50辆，等待时间60秒；SN流向相位的交通量为80辆，等待时间60秒；SW流向相位的交通量为50辆，等待时间60秒；EW流向相位的交通量为50辆，等待时间60秒；ES流向相位的交通量为100辆，等待时间90秒；NS流向相位的交通量为50辆，等待时间60秒；NE流向相位的交通量为80辆，等待时间60秒，T_s为2.3秒，各个流向相位的平均通过时间都是T_h为2.65秒，

为150秒。

根据已有条件计算下一个绿灯的相位和绿灯时长：

如图3所示，本实施例中可以选择的非冲突方向相位组合有：[WE,WN],[SW,SN],[EW,WE],[ES,WN],[ES,EW],[NS,SN],[NE,SW],[NE,NS]八种组合。

根据已有条件利用式(1)计算确定绿灯的相位：

S(WE,WN)＝0.5×(50+100)+0.5×(60+90)＝150；

S(SW,SN)＝0.5×(50+80)+0.5×(60+60)＝125；

S(EW,WE)＝0.5×(50+50)+0.5×(60+60)＝110；

S(ES,WN)＝0.5×(100+100)+0.5×(90+90)＝190；

S(ES,EW)＝0.5×(100+50)+0.5×(90+60)＝150；

S(NS,SN)＝0.5×(80+50)+0.5×(60+60)＝125；

S(NE,SW)＝0.5×(80+50)+0.5×(60+60)＝125；

S(NE,NS)＝0.5×(80+50)+0.5×(60+60)＝125；

计算得出最大S＝S(ES,WN)＝190，所以将绿灯相位指定给ES和WN两个相位。

根据已有条件利用式(3)计算绿灯的时长：

求得T_G＝2.3+2.5×100＝252.3；

因为

此时

所以此时绿灯时长为150秒。

Claims (1)

1.一种基于电子地图API的自适应交通信号灯控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过访问电子地图API获得不同相位在周期t的交通量和车辆的等待时间，其中，交通量记为{Q_i(t)|t＝1,2,...,n}，Q_i(t)表示第i流向相位在周期t的交通量，i表示不同的流向相位，n表示周期的总数，车辆的等待时间记为{T_i(t)|t＝1,2,...,n}，T_i(t)示第i流向相位在周期t的车辆的等待时间；

步骤2、将步骤1采集的数据传输至交叉口信号灯控制系统，用于动态确定绿灯流向相位；

步骤2.0、定义目标十字交叉口的各个相位为{WN,WE,SN,SW,EW,ES,NS,NE}，其中，WN表示由西向北左转的流向相位，WE表示由西向东直行的流向相位，SN表示由南向北直行的流向相位，SW表示由南向西左转的流向相位，EW表示东向西直行的流向相位，ES表示由东向南左转的流向相位，NS表示由北向南直行的流向相位，NE表示由北向东左转的流向相位；令i和j表示任意一种流向相位；i,j∈[1,8]；i≠j；

根据目标十字交叉口的各个流向相位，得到8个非冲突方向相位组合{temp_k|k＝1,2,…,8}，包括：temp₁＝(WE,WN)、temp₂＝(SW,SN)、temp₃＝(EW,WE)、temp₄＝(ES,WN)、temp₅＝(ES,EW)、temp₆＝(NS,SN)、temp₇＝(NE,SW)、temp₈＝(NE,NS)；其中，temp_k表示第k个非冲突方向相位组合；

步骤2.1、初始化t＝1，定义变量m；定义评估变量S；

步骤2.2、初始化m＝0、k＝1、S＝0；

步骤2.3、根据式(1)计算第k个非冲突方向相位组合temp_k中的两个流向相位在周期t为绿灯相位时的评估值S_k(t)：

式(1)中，T_i ^k(t)和

分别表示第k个非冲突方向相位组合temp_k中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的车辆的等待时间；

和

分别表示第k个非冲突方向相位组合temp_k中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的交通量，α和β分别是等待时间加权参数和交通量加权参数；

步骤2.4、判断S_k(t)是否满足式(2)，若满足，则将S_k(t)赋值给S，将k赋值给m后，并执行步骤2.5；否则，执行步骤2.5；

S_k(t)＞S (2)

步骤2.5、判断k<8是否成立，若成立，将k+1赋值给k后，并返回步骤2.3；否则，则输出m的值，m表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t为绿灯流向相位；

步骤3、根据式(3)计算第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的绿灯时间T_G(t)：

式(3)中，T_s表示车辆的平均启动时间，

和

分别表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的平均通过时间，其中，

和

分别表示第m个非冲突方向相位组合temp_m中的第i流向相位和第j流向相位在周期t的交通量；

步骤4、如果

则将

赋值给T_G(t)，否则，执行步骤5；其中，

表示绿灯的最大时长；

步骤5、将t+1赋值给t，并返回步骤2.2；从而计算下一周期的绿灯流向相位和绿灯时长。

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