CN115206105B - 一种区域交通信号协同控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种区域交通信号协同控制系统及方法，涉及智慧交通技术领域。所述系统包括：交通控制决策中心，根据预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和预定时间段内预定区域内的交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值；智能信号机，用于基于当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案；以及，根据当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，调整初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案。本发明便于优化交通信号配时方案，从而可以在一定程度上提升道路通行能力；适用于交通信号灯控制场景中。

Description

一种区域交通信号协同控制系统及方法

技术领域

本发明属于智慧交通技术领域，更具体地，涉及一种区域交通信号协同控制系统及方法。

背景技术

目前主要的大中城市主要使用单点(指的是单个交叉口)定周期式交通信号控制器控制交通信号灯，采用的控制系统主要是SCOOT、SCATS等基于车辆检测器的感应控制系统，但是由于现阶段城市发展比较迅速、各种城市规划改造层出不穷，例如雨污分流、海绵城市，导致道路改造频繁，检测设备完好性低，控制效果比较差，且难以根据实时交通状况对配时方案进行调整，导致道路通行能力难以提升。

本申请的发明人在实现本发明创造的过程中发现：虽然有少数交叉口能够根据交叉口交通状况优化调整信号机配时方案，但仅仅考虑了当前交叉口的交通状况，配时方案还有待优化，以最大程度提升道路通行能力。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种区域交通信号协同控制系统及方法，便于优化交通信号配时方案，从而可以在一定程度上提升道路通行能力。

为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种区域交通信号协同控制系统，所述系统包括：交叉口监拍单元，用于获取当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口监拍区域内的交通目标的交通参数信息，并发送所述交通参数信息；路侧单元，至少用于获取预定交通区域内相邻交叉口间的道路交通状况信息，并发送所述道路交通状况信息；交通控制决策中心，根据所述预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和获取的预定时间段内所述预定区域内的所述交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值；智能信号机，用于基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案；所述初步配时方案包含：各相位时长；以及，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，调整所述初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案。

可选地，所述交通参数信息和道路交通状况信息包括：平均交通量、车流密度、平均车流速度、平均车头时距、平均车头间距和排队长度。

可选地，所述交叉口拍摄单元分别根据如下公式获取所述交通参数信息和道路交通状况信息；所述平均交通流量其中，Q_i为预定时间段内各单位时间的交通流量，n为预定时间段内的单位时间总数；车流密度：其中，N为某车道上的车辆数，L为车道长度；平均车流速度：平均车头时距：平均车头间距：

可选地，所述智能信号机，具体用于基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据深度强化学习训练得到的单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案。

可选地，所述交通控制决策中心，具体用于根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息、预定时间段内实时交通参数信息及道路状况信息与互联网交通目标运行轨迹数据进行数据融合分析，至少得到各交叉口各相位交通流量及排队长度；根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口之间的上、下游交通拓扑关系及相应交叉口的交通流量及排队长度，协同确定各交叉口各相位时长阈值，并下发至各交叉口智能信号机；所述智能信号机，还用于在确定出初步配时方案之后，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，协同联动调整所述预定区域内各交叉口的初步配时方案，得到相应交叉口的最终配时方案。

可选地，所述交叉口监拍单元为设置于交叉口的高清智能相机；所述智能信号机，还用于在得到当前交叉口的最终配时方案之后，根据所述最终配时方案控制当前交叉口的交通信号灯的相位动作及相位时长。

第二方面，本发明还实施例提供了一种区域交通信号协同控制方法，所述方法包括：获取当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口监拍区域内的交通目标的交通参数信息，并发送所述交通参数信息；获取预定交通区域内相邻交叉口间的道路交通状况信息，并发送所述道路交通状况信息；根据所述预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和获取的预定时间段内所述预定区域内的所述交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值；基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案；所述初步配时方案包含：各相位时长；根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，调整所述初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案。

可选地，所述交通参数信息和道路交通状况信息包括：平均交通量、车流密度、平均车流速度、平均车头时距、平均车头间距和排队长度；根据如下公式获取所述交通参数信息和道路交通状况信息；所述平均交通流量

其中，Q_i为预定时间段内各单位时间的交通流量，n为预定时间段内的单位时间总数；车流密度：其中，N为某车道上的车辆数，L为车道长度；平均车流速度：平均车头时距：平均车头间距：

可选地，所述基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案包括：基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据深度强化学习训练得到的单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案。

可选地，所述根据所述预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和获取的预定时间段内所述预定区域内的所述交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值包括：根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息、预定时间段内实时交通参数信息及道路状况信息与互联网交通目标运行轨迹数据进行数据融合分析，至少得到各交叉口各相位交通流量及排队长度；

根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口之间的上、下游交通拓扑关系及相应交叉口的交通流量及排队长度，协同确定各交叉口各相位时长阈值，并下发至各交叉口智能信号机；所述智能信号机，还用于在确定出初步配时方案之后，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，协同联动调整所述预定区域内各交叉口的初步配时方案，得到相应交叉口的最终配时方案。

本发明实施例提供的区域交通信号协同控制系统及方法，通过交叉口监拍单元和路侧单元获取当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口监拍区域内的交通目标的交通参数信息及道路交通状况信息，智能信号机在接收到当前交叉口的交通参数信息之后，根据预设身单点自适应配时算法计算初步配时方案的基础上，再根据交通控制决策中心确定的当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，联动调整所述初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案。不仅考虑了单点交叉路口的交通情况，还综合考虑了预定区域内上、下游交叉路口交通参数信息和区域内道路交通状况信息，对单点自适应配时算法确定的初步配时方案按照各交叉口相位时长阈值进行调整，优化了交通信号配时方案，实现了区域内交通信号的协同控制。由此便于优化交通信号配时方案，从而可以在一定程度上提升道路通行能力。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一实施例区域交通信号协同控制系统的架构示意图；

图2为本发明一实施例区域交通信号协同控制系统的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供的区域交通信号协同控制系统，可应用于智慧交通(Intelligent Transport System,简称ITS)信号灯控制场景中，实现区域内各交叉口配时方案的协同联动调整，优化交叉口信号配时方案。

需要说明的是，该系统执行的方法步骤，可以以软件的形式固化于某一制造的实体产品中，当用户在相关场景中使用该产品时，可以再现本申请系统的工作步骤流程。

图1为本发明一实施例区域交通信号协同控制系统的架构示意图；图2为本发明一实施例区域交通信号协同控制系统的工作流程示意图。请参看图1及图2所示，在一些实施例中，所述区域交通信号协同控制系统可以包括：交叉口监拍单元，用于获取当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口监拍区域内的交通目标的交通参数信息，并发送所述交通参数信息。

在一些实施例中，所述交叉口监拍单元为设置于交叉口的高清智能相机；所谓“高清”在本文中是指支持1080i/1080P甚至更高的数字高清晰度标准。

路侧单元(Road Side Unit，简称RSU)，至少用于获取预定交通区域内相邻交叉口间的道路交通状况信息，并发送所述道路交通状况信息；

其中，交通参数信息和道路交通状况信息分别可以包括：平均交通量、车流密度、车流密度、平均车流速度、平均车头时距、平均车头间距和排队长度等信息。

具体的，交叉口监拍单元可以将获取的当前交叉口的上述交通参数信息发送至智能信号机，以使智能信号机根据预设自适应配时算法进行单点配时计算。

交叉口监拍单元和路侧单元将该预定区域内的所有交叉口交通参数信息和道路交通状况信息发送至交通控制决策中心。

所述交通目标可以包括车辆，所述路侧单元可以与机动车车载单元OBU(On BoardUnit)通讯以获取所述交通状况信息。另外，路侧单元还可以与机动车车载单元通讯，以获取车辆身份信息和运行轨迹信息，用于实现其它的车辆监拍功能。

交通控制决策中心，根据所述预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和获取的预定时间段内所述预定区域内的所述交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值；

其中，相位在交通行业中，是指对于一组互不冲突的交通流同时获取交通权所对应的信号显示状态，准确说，应该称为信号相位。相位时长通俗理解即指信号灯的绿信时长。

智能信号机，用于基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案；所述初步配时方案包含：各相位时长；以及，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，调整所述初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案。

本实施例中的智能信号机，可用于控制交叉口信号灯状态。支持固定配时、感应控制、单点自适应等信号控制模式。能够接收高清智能相机、路侧单元RSU的交通数据信息和交通控制决策中心的控制指令，以执行上述功能，达到自适应优化配时方案的目的。

本发明实施例，通过交叉口监拍单元和路侧单元获取当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口监拍区域内的交通目标的交通参数信息及道路交通状况信息，智能信号机在接收到当前交叉口的交通参数信息之后，根据预设身单点自适应配时算法计算初步配时方案的基础上，再根据交通控制决策中心确定的当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，联动调整所述初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案。相比于现有的单点自适应控制方法，不仅考虑了单点交叉路口的交通情况，还综合考虑了预定区域内上、下游交叉路口交通参数信息和区域内道路交通状况信息，对单点自适应配时算法确定的初步配时方案按照各交叉口相位时长阈值进行调整，优化了交通信号配时方案，实现了区域内交通信号的协同控制。由此便于优化交通信号配时方案，从而可以在一定程度上提升道路通行能力。

在一些实施例中，所述交叉口拍摄单元分别根据如下公式获取所述交通参数信息和道路交通状况信息；

所述平均交通流量

其中，Q_i为预定时间段内各单位时间的交通流量，n为预定时间段内的单位时间总数；

车流密度：其中，N为某车道上的车辆数，L为车道长度；

平均车流速度：

平均车头时距：平均车头间距：

排队长度：L_p＝P_s-P_v；其中，P_s为某车道停止线位置，P_v为某车道内距离停止线最远的连续静止车辆位置，连续静止是指队列内任意两车间距不超过20米且队列内无运动车辆。

在本发明的一些实施例中，所述智能信号机，具体用于基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据深度强化学习(Deep Reinforcement Learning)训练得到的单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案。

本发明实施例，通过采用深度强化学习训练得到单点自适应配时算法，引入深度神经网络端到端地拟合Q(奖励)值，使其具有较为准确的预测能力。

可以理解的是，在以往的信号配时控制方案中，仅考虑当前路口交通情况，存在一定的局限性；或者，仅依赖历史交通信息对当前路口交通进行优化具有一定的滞后性。

因此，在本发明的一些实施例中，所述交通控制决策中心，具体用于根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息、预定时间段内实时交通参数信息及道路状况信息与互联网交通目标运行轨迹数据进行数据融合分析，至少得到各交叉口各相位交通流量及排队长度；

根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口之间的上、下游交通拓扑关系及相应交叉口的交通流量及排队长度，协同确定各交叉口各相位时长阈值，并下发至各交叉口智能信号机；

所述智能信号机，还用于在确定出初步配时方案之后，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，协同联动调整所述预定区域内各交叉口的初步配时方案，得到相应交叉口的最终配时方案。

具体的，请参看图2所示，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，协同联动调整所述预定区域内各交叉口的初步配时方案，得到相应交叉口的最终配时方案包括：判断当前交叉口初步配时方案各相位时长是否超过该交叉口对应的相位时长阈值；若是，则根据该相位时长阈值和上下游交叉口各相位时长阈值调整初步配时方案，限制对应交叉口的相位时长，得到最终配时方案；若否，则根据当前初步配时方案(即将其作为最终配时方案)控制信号灯。

示例性地，如果决策控制中心监测到下游交叉路口比较拥堵，排队长度比较长，则设置相位时长阈值联动调整上游路口的初步配时方案，以对上游路口通行进行限制，避免给下游放过去太多的车，致使拥堵现象更加严重。

本实施例中，通过利用交通控制决策中心，汇总预定区域内各交叉口交通参数信息及道路交通状况信息并和互联网轨迹数据进行融合，使用融合后的信息预估各交叉口各相位交通流量、排队长度等参数，再结合各交叉口上下游拓扑关系，为各交叉口各相位设置时长阈值，并下发至各交叉口智能信号机，以使智能信号机根据相应交叉口的相位时长阈值，进行联动调整配时方案，实现了在对各交叉口智能信号机在自身单点自适应控制的基础上，通过交通控制决策中心进行相应交叉口的相位时长阈值控制，从而实现区域信号协同联动控制，解决了以往技术中存在的上述技术问题，可以进一步优化信号配时方案，从而在一定程度上提升道路通行能力。

进一步地，交叉口监拍单元，还用于获取交叉口渠化信息，并发送至交通控制决策中心，以使决策控制决策中心可以汇总更多预定区域内的交通参数信息，确定出相对更优化的相位时长阈值。

所述智能信号机，还用于在得到当前交叉口的最终配时方案之后，根据所述最终配时方案控制当前交叉口的交通信号灯的相位动作及相位时长。

本实施例中，根据预定区域内交叉口拓扑关系，综合考虑当前交叉口及其上下游交叉口及道路状况信息，对单点自适应算法得到的信号机配时方案记性优化调整，兼顾了上下游交叉口等交通流量及配时方案，有利于提升道路最大的通行能力。

综上，本发明实施例公开的区域交通信号协同控制系统及方法，主要是针对城市道路连续区域交叉路口，构建区域信号协同联动配时控制策略，根据各交叉口交通数据实时优化路口交通信号配时方案，减小交叉口车辆排队长度，在一定程度上可以提升交叉口通行能力。

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。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质还可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Oily Memory，ROM)或随机存储记忆体(Raidom AccessMemory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种区域交通信号协同控制系统，其特征在于，所述系统包括：

交叉口监拍单元，用于获取当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口监拍区域内的交通目标的交通参数信息，并发送所述交通参数信息；

路侧单元，至少用于获取预定交通区域内相邻交叉口间的道路交通状况信息，并发送所述道路交通状况信息；

交通控制决策中心，根据所述预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和获取的预定时间段内所述预定区域内的所述交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值；

智能信号机，用于基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案；所述初步配时方案包含：各相位时长；

以及，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，调整所述初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案；

所述交通参数信息和道路交通状况信息包括：平均交通量、车流密度、平均车流速度、平均车头时距、平均车头间距和排队长度；

所述交叉口拍摄单元分别根据如下公式获取所述交通参数信息和道路交通状况信息；

所述平均交通流量；

其中，为预定时间段内各单位时间的交通流量，n为预定时间段内的单位时间总数；

车流密度：；其中，N为某车道上的车辆数，L为车道长度；

平均车流速度：；

平均车头时距：；

平均车头间距：；

排队长度：；其中，为某车道停止线位置，为某车道内距离停止线最远的连续静止车辆位置，连续静止是指队列内任意两车间距不超过20米且队列内无运动车辆。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述智能信号机，具体用于基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据深度强化学习训练得到的单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述交通控制决策中心，具体用于根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息、预定时间段内实时交通参数信息及道路状况信息与互联网交通目标运行轨迹数据进行数据融合分析，至少得到各交叉口各相位交通流量及排队长度；

根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口之间的上、下游交通拓扑关系及相应交叉口的交通流量及排队长度，协同确定各交叉口各相位时长阈值，并下发至各交叉口智能信号机；

所述智能信号机，还用于在确定出初步配时方案之后，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，协同联动调整所述预定区域内各交叉口的初步配时方案，得到相应交叉口的最终配时方案。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述交叉口监拍单元为设置于交叉口的高清智能相机；所述智能信号机，还用于在得到当前交叉口的最终配时方案之后，根据所述最终配时方案控制当前交叉口的交通信号灯的相位动作及相位时长。

5.一种区域交通信号协同控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口监拍区域内的交通目标的交通参数信息，并发送所述交通参数信息；

获取预定交通区域内相邻交叉口间的道路交通状况信息，并发送所述道路交通状况信息；

根据所述预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和获取的预定时间段内所述预定区域内的所述交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值；

基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案；所述初步配时方案包含：各相位时长；

根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，调整所述初步配时方案，得到当前交叉口的最终配时方案；

所述交通参数信息和道路交通状况信息包括：平均交通量、车流密度、平均车流速度、平均车头时距、平均车头间距和排队长度；

根据如下公式获取所述交通参数信息和道路交通状况信息；

所述平均交通流量；

其中，为预定时间段内各单位时间的交通流量，n为预定时间段内的单位时间总数；

车流密度：；其中，N为某车道上的车辆数，L为车道长度；

平均车流速度：；平均车头时距：；平均车头间距：；排队长度：；其中，为某车道停止线位置，为某车道内距离停止线最远的连续静止车辆位置，连续静止是指队列内任意两车间距不超过20米且队列内无运动车辆。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据预设单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案包括：基于所述当前交叉口的交通参数信息，根据深度强化学习训练得到的单点自适应配时算法计算得到当前交叉口的初步配时方案。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述预定区域内当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息和获取的预定时间段内所述预定区域内的所述交通参数信息及道路交通状况信息进行数据融合分析，得到当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值包括：根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口的历史交通数据信息、预定时间段内实时交通参数信息及道路状况信息与互联网交通目标运行轨迹数据进行数据融合分析，至少得到各交叉口各相位交通流量及排队长度；

根据当前交叉口及预定交通区域内上、下游各交叉口之间的上、下游交通拓扑关系及相应交叉口的交通流量及排队长度，协同确定各交叉口各相位时长阈值，并下发至各交叉口智能信号机；

所述智能信号机，还用于在确定出初步配时方案之后，根据所述当前交叉口和上下游交叉口的各相位时长阈值，协同联动调整所述预定区域内各交叉口的初步配时方案，得到相应交叉口的最终配时方案。