CN115311857B - 一种道路信息组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路信息组网方法，包括步骤为：使用动态目标检测模型提取监控探头捕捉画面中的车辆信息并绘制车道热力图；当前路口发生拥堵时，拥堵方向上与当前路口紧邻的第一级路口若为红灯，则立即转为绿灯，并延长绿灯持续时间；判断第一级路口是否发生拥堵，若是，则拥堵方向上与第一级路口紧邻的第二级拥堵路口会受到当前路口与第一级路口两个路口的影响，相应延长第二级拥堵路况的绿灯持续时间；若第一级路口未发生拥堵，则与第一级路口紧邻的第二级非拥堵路口只受到当前路口的单独影响，相应延长第二级非拥堵路口的绿灯持续时间。本发明方法可对多路口红绿灯进行时长调控，当某一路口发生拥堵时，降低周围路口所受到的路况影响。

Description

一种道路信息组网方法

技术领域

本发明涉及交通优化算法领域，尤其涉及一种道路信息组网方法。

背景技术

随着科技的发展，人民生活水平的逐渐提高，越来越多的人拥有私家车，交通拥堵问题已经成为人们不得不去面对的难题。为了马路上的交通有序顺畅，路口的红绿灯是必不可少的，现在的红绿灯基本都是根据当前马路早高峰、晚高峰、平峰、低谷等不同时间段的实时车流来调整当前路口的红绿灯时间，以缓解当前路口的交通压力。但城市的交通网络错综复杂而且环环相扣，单独缓解某一个路口的拥堵状况，势必会造成大量车流涌入其他路口造成连锁反应。若不能对相邻路口的红绿灯时长进行提前规划和调整，辐射状的连锁反应很可能会造成更多路口拥堵，不能有效缓解多个路口交通压力。

发明内容

本发明提供一种道路信息组网方法，以克服传统红绿灯调整算法无法提前对相邻路口红绿灯进行调整，导致其他路口受到影响而产生拥堵的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

提供一种道路信息组网方法，其步骤包括：

步骤1、通过构建动态目标检测模型，提取各路口监控探头捕捉画面中的车辆信息；

步骤2、根据统计出的车辆信息，绘制车道热力图，根据热力图上的车道位置区分车辆的预行驶方向；

步骤3、基于车辆的预行驶方向判断当前路口在直行、左转或右转的任意一个方向是否发生拥堵，若是，识别拥堵方向的车道，并执行步骤4，若否，重新执行步骤3；

步骤4、在拥堵方向上与当前路口紧邻的下一个路口为第一级路口，获取第一级路口的红绿灯状态，若为红灯，转为绿灯后执行步骤5，若为绿灯，则直接执行步骤5；

步骤5、延长第一级路口的绿灯持续时间；

步骤6、判断第一级路口是否发生拥堵，若是，识别拥堵方向的车道，并执行步骤7，若否，执行步骤8；

步骤7、延长拥堵方向上的第二级路口的绿灯持续时间，延长非拥堵方向上的第二级路口的绿灯持续时间；

步骤8、延长非拥堵方向上的第二级路口的绿灯持续时间。

进一步地，所述步骤5包括以下步骤：

步骤5.1、根据动态目标检测模型，统计当前路口在拥堵方向车道上放行的车辆数量；

步骤5.2、使用地图工具计算第一级路口与当前路口之间的车道距离；

步骤5.3、获取第一级路口与当前路口之间的红绿灯个数；

步骤5.4、计算第一级路口的绿灯延长时间，公式如下：

公式(1)中：N₁为当前路口在拥堵方向车道上放行的车辆数量，λ₁为第一级路口与当前路口之间的车道距离，a₁为第一级路口与当前路口之间的红绿灯个数，上述公式中a₁＝0。

进一步地，所述步骤6中，第二级路口的路况分为两种情况：

若第一级路口发生拥堵，则第一级路口的下一级路口区分为：第二级拥堵路口和第二级非拥堵路口；第二级拥堵路口将受到第一级路口与当前路口的共同影响，而第二级非拥堵路口只会受到当前路口的单独影响；

若第一级路口不发生拥堵，则第一级路口的下一级路口均为第二级非拥堵路口，且第二级非拥堵路口的路况只受到当前路口的影响。

进一步地，所述步骤7包括以下步骤：

步骤7.1、根据动态目标检测模型，分别统计第一级路口在拥堵方向车道上和非拥堵方向车道上放行的车辆数量；

步骤7.2、使用地图工具分别计算第二级拥堵路口与第一级路口之间的车道距离、第二级非拥堵路口与第一级路口之间的车道距离；

步骤7.3、获取第二级路口与第一级路口之间的红绿灯个数、第二级路口与当前路口之间的红绿灯个数；

步骤7.4、计算第二级拥堵路口受第一级路口的影响需延长的绿灯时间，其公式如下：

步骤7.5、计算第二级拥堵路口受当前路口的影响需延长的绿灯时间，其公式如下：

步骤7.6、计算第二级拥堵路口总共需要延长的绿灯时间：

T₂＝T₂₁+T₂₂； (4)

步骤7.7、计算第二级非拥堵路口所需延长的绿灯时间，其公式如下：

公式(2)(3)(5)中：N₂为第一级路口在拥堵方向车道上放行的车辆数量，N₃为第一级路口在非拥堵方向车道上放行的车辆数量；λ₁为第一级路口与当前路口之间的车道距离，λ₂为第二级拥堵路口与第一级路口之间的车道距离，λ₃为第二级非拥堵路口与第一级路口之间的车道距离；a₂为第二级路口与第一级路口之间的红绿灯个数，a₂＝0；a₃为第二级路口与当前路口之间的红绿灯个数，a₃＝1。

进一步地，所述步骤8包括以下步骤：

步骤8.1、根据动态目标检测模型，统计第一级路口在每个车道方向上放行的车辆数量；

步骤8.2、使用地图工具计算第二级非拥堵路口与当前路口之间的车道距离；

步骤8.3、获取第二级非拥堵路口与当前路口之间的红绿灯个数；

步骤8.4、计算第二级非拥堵路口受当前路口的影响需延长的绿灯时间，其公式如下：

公式(6)中：N₄为第一级路口在每个车道方向上放行的车辆数量，λ₄为第二级非拥堵路口与当前路口之间的车道距离，a₄为第二级非拥堵路口与当前路口之间的红绿灯个数，a₄＝1。

有益效果：本发明提供了一种道路信息组网方法，通过提前对拥堵路口相邻其他路口的红绿灯时长调整，解决了常规红绿灯调整算法中，单独调整拥堵路口的红绿灯时长可能会造成相邻其他路口拥堵的问题，让相邻路口尽早清空车道，以迎接拥堵路口流入的大量车流，保证各路口通畅。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明方法总体流程图；

图2为本发明方法中步骤7所述情况的路口示意图；

图3为本发明方法中步骤8所述情况的路口示意图；

图4为步骤5中计算第一级路口的绿灯延长时间的流程图；

图5为步骤7中计算第二级路口的绿灯延长时间的流程图；

图6为步骤8中计算第二级路口的绿灯延长时间的流程图；

图7为仅考虑单路口与采用本发明方法的车辆等待时间仿真对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种道路信息组网方法，如图1所示，其步骤包括：

步骤1、通过构建动态目标检测模型，提取各路口监控探头捕捉画面中的车辆信息；

具体地，系统调取某一路口C₀在高峰期某一时段的监控探头视频画面，通过常规现有技术构建动态目标检测模型，将调取的视频画面进行逐帧处理，具体处理流程为：将初始背景图像信息作为初始化背景；对背景图中每个像素点分别建立样本集；根据各像素点的背景模型样本集，将当前帧的每个像素点分别与对应的背景模型样本集进行比较，并判断该像素是否为前景目标，从而完成目标检测。然后通过动态目标检测模型，提取进入该路口C₀的车辆信息，车辆类型限定为小型轿车与公交车，车辆信息包括车速变化、车辆所在的车道位置等，构建动态目标检测模型为现有技术，可参考专利文件CN112561946A《一种动态目标检测方法》，此处不多赘述。

步骤2、根据统计出的车辆信息，绘制车道热力图，根据热力图上的车道位置区分车辆的预行驶方向；

具体地，根据提取出的进入该路口C₀的车辆信息，使用常规现有技术绘制车道热力图，绘制方法为使用MATLAB对GPS数据进行模拟处理、划分等高线、颜色渲染，此方法为常规现有技术，此处不过多赘述。绘制完成的车道热力图上可以明确分辨车道位置，由于每个路口的车道划分情况通常都是固定不变的，因此一次学习，长期有效。根据中国交通右侧行驶的规则，可以根据每个车辆所在的车道位置判断其预行驶方向。

步骤3、根据车道热力图中车辆的实时行驶情况，分别判断当前路口C₀在直行、左转、右转三个方向是否拥堵，若未发生拥堵，重复执行此步骤；若发生拥堵，进入步骤4；

具体地，判断方法为：根据车道热力图中车辆的数量、速度变化以及停车等待时间等指标，进行组合判断。具体数值可根据不同路口的具体情况调整初始赋值，且调整方法为现有技术，此处不过多赘述；在本实施例中，判断结果为当前路口C₀在直行方向上拥堵，而在左转和右转方向上不拥堵。

步骤4、判断当前路口C₀在直行方向上紧邻的第一级路口C₁的红绿灯状态，若为红灯，则立即转为绿灯并进入步骤5；若为绿灯，则直接进入步骤5；

具体地，考虑到不能因为当前路口C₀的拥堵影响到相邻路口的交通，此时系统将自动获取当前路口C₀在直行方向上紧邻的下一个路口C₁的红绿灯状态，获取信息为红灯时将立即转为绿灯。

步骤5、系统将第一级路口C₁的绿灯持续时间延长T₁；

具体地，如图4所示，计算绿灯延长时间的具体方法包括以下步骤：

步骤5.1、根据动态目标检测模型，统计出当前路口C₀在直行方向上放行的车辆数量N₁为36辆；

步骤5.2、使用地图工具计算出第一级路口C₁与当前路口C₀之间的车道距离λ₁为1.5km；

步骤5.3、系统自动获取第一级路口C₁与当前路口C₀之间的红绿灯数量a₁，由于两路口紧邻，故a₁＝0；

步骤5.4、将上述数据代入到下列公式(1)中，即可求出第一级路口C₁的绿灯持续时间延长T₁，

代入数据得：

单位:秒。

步骤6、使用与步骤3相同的方法，对第一级路口C₁进行拥堵判断，若第一级路口C₁发生拥堵，进入步骤7；若未发生拥堵，则进入步骤8；

具体地，在本实施例中，将继续判断第一级路口C₁在直行、左转、右转三个方向上是否拥堵，方法与判断当前路口C₀是否拥堵相同，如图3所示，判断结果为：如图2所示，第一级路口C₁在直行方向上拥堵，而在左转和右转方向上不拥堵，此时系统将分别延长第一级路口C₁在直行方向上紧邻的下一个路口C₂的绿灯持续时间、第一级路口C₁在左转和右转方向上紧邻的下一个路口C₃的绿灯持续时间，由于路口C₂与路口C₃受到的拥堵影响情况不同，所以延长时间的方案应分别计算。

步骤7、设定在拥堵方向K₂上，与第一级路口C₁紧邻的下一级路口为第二级拥堵路口C₂，在不拥堵方向上，与第一级路口C₁紧邻的每个下一级路口为第二级非拥堵路口C₃，将第二级拥堵路口C₂的绿灯持续时间延长T₂，将每个第二级非拥堵路口C₃路口的绿灯持续时间延长T₃；如图5所示，绿灯延长时间的具体方法包括以下步骤：

步骤7.1、根据动态目标检测模型，统计出当前路口C₁在直行方向上放行的车辆数量N₂为30辆，当前路口C₁在左转和右转方向上放行的车辆数量N₂均为20辆；

步骤7.2、使用地图工具然后使用地图工具计算出第二级拥堵路口C₂与第一级路口C₁之间的车道距离λ₂为2km，第二级非拥堵路口C₃与第一级路口C₁之间的车道距离均为λ₃为1km；

步骤7.3、系统自动获取第二级拥堵路口C₂或第二级非拥堵路口C₃与第一级路口C₁之间的红绿灯数量a₂，由于路口相邻，故a₂＝0；获取第二级拥堵路口C₂或第二级非拥堵路口C₃与当前路口C₀之间的红绿灯数量a₃，由于路口间相隔第一级路口C₁，故a₃＝1；

步骤7.4、将上述数据代入公式(2)中，可求出第二级拥堵路口C₂在只受第一级路口C₁影响下需要延长的绿灯持续时间：

代入数据得：

单位：秒。

步骤7.5、将上述数据代入公式(3)中，可求出第二级拥堵路口C₂在只受当前路口C₀影响下需要延长的绿灯持续时间：

代入数据得：

单位：秒。

步骤7.6、将上述T₂₁与T₂₂代入公式(4)中，可求出第二级拥堵路口C₂总共需要延长的绿灯持续时间：

T₂＝T₂₁+T₂₂＝7.5+2.1＝9.6，单位：秒。

步骤7.7、将上述数据代入公式(5)中，可求出第二级非拥堵路口C₃在只受到当前路口C₀影响下需要延长的绿灯持续时间：

单位：秒。

步骤8、若第一级路口C₁未发生拥堵，如图3所示，与第一级路口C₁紧邻的每个下一级路口均为第二级非拥堵路口C₄，三个方向上的第二级非拥堵路口C₄的绿灯延长时间方案相同，均为只受到当前路口C₀的拥堵影响，如图6所示，所述第二级非拥堵路口的绿灯延长时间的具体计算方法包括以下步骤：

步骤8.1、根据动态目标检测模型，统计第一级路口C₁在每个车道方向上放行的车辆数量N₄；

步骤8.2、使用地图工具计算第二级非拥堵路口C₄与当前路口C₀之间的车道距离λ₄；

步骤8.3、设定a₄为第二级非拥堵路口C₄与当前路口C₀之间的红绿灯个数，由于第二级非拥堵路口C₄与当前路口C₀之间有第一级路口C₁，故a₄＝1；

步骤8.4、将上述数据代入公式(6)中，可求出第二级非拥堵路口C₄在只受到当前路口C₀影响下需要延长的绿灯持续时间：

由于三个路口的数据统计情况不同，分别代入数值即可求出每个第二级非拥堵路口C₄的绿灯延长时间，这里不做具体计算。

在本实施例中，采用计算机软件模拟的方法验证道路信息组网方法的实施可行性，这里面选用PTV-Vissim-7软件产生车流量，并配合COM接口进行二次开发，采用Python3编写红绿灯控制算法。

由Vissim产生符合现实情况的交通流量，并构建交叉路口组网示意图，如图2和图3所示，图2为步骤7所述情况的路口示意图，图3为步骤8所述情况的路口示意图。交通流量的统计分布服从泊松分布，设定拥堵路口的交通流量为2000PCU/h，普通路口的交通流量为1200PCU/h，直行相位最大绿灯时间G₁＝60s，左转相位最大绿灯时间G₂＝30s，每个信号周期时长内损失的绿灯时间为7.2s，车辆直行和左右转的交通流量比例为5:3:2。

衡量车辆通行流畅度的标准为：车辆在路口的平均等待时间，等待时间越短，则说明车辆通行越通畅。如图7所示，展示了仿真实验中的车辆等待时间，虚线代表仅考虑单个路口情况下，调整红绿灯时长后的车辆等待时间；实线代表采用本发明方法结合多路口情况下，调整红绿灯时长后的车辆等待时间，采用本方法可使车辆在路口的平均等待时间减少34.23％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种道路信息组网方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过构建动态目标检测模型，提取各路口监控探头捕捉画面中的车辆信息；

步骤2、根据统计出的车辆信息，绘制车道热力图，根据热力图上的车道位置区分车辆的预行驶方向；

步骤3、基于车辆的预行驶方向判断当前路口在直行、左转或右转的任意一个方向是否发生拥堵，若是，识别拥堵方向的车道，并执行步骤4，若否，重新执行步骤3；

步骤4、在拥堵方向上与当前路口紧邻的下一个路口为第一级路口，获取第一级路口的红绿灯状态，若为红灯，转为绿灯后执行步骤5，若为绿灯，则直接执行步骤5；

步骤5、延长第一级路口的绿灯持续时间；

步骤6、判断第一级路口是否发生拥堵，若是，识别拥堵方向的车道，并执行步骤7，若否，执行步骤8；

步骤7、延长拥堵方向上的第二级路口的绿灯持续时间，延长非拥堵方向上的第二级路口的绿灯持续时间；

步骤8、延长非拥堵方向上的第二级路口的绿灯持续时间。

2.根据权利要求1所述的一种道路信息组网方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：

步骤5.1、根据动态目标检测模型，统计当前路口在拥堵方向车道上放行的车辆数量；

步骤5.2、使用地图工具计算第一级路口与当前路口之间的车道距离；

步骤5.3、获取第一级路口与当前路口之间的红绿灯个数；

步骤5.4、计算第一级路口的绿灯延长时间，公式如下：

公式(1)中：N₁为当前路口在拥堵方向车道上放行的车辆数量，λ₁为第一级路口与当前路口之间的车道距离，a₁为第一级路口与当前路口之间的红绿灯个数，上述公式中a₁＝0。

3.根据权利要求1所述的一种道路信息组网方法，其特征在于，所述步骤6中，若第一级路口发生拥堵，则第一级路口的下一级路口区分为：第二级拥堵路口和第二级非拥堵路口；第二级拥堵路口将受到第一级路口与当前路口的共同影响，而第二级非拥堵路口只会受到当前路口的单独影响；

若第一级路口不发生拥堵，则第一级路口的下一级路口均为第二级非拥堵路口，且第二级非拥堵路口的路况只受到当前路口的影响。

4.根据权利要求3所述的一种道路信息组网方法，其特征在于，所述步骤7包括以下步骤：

步骤7.1、根据动态目标检测模型，分别统计第一级路口在拥堵方向车道上和非拥堵方向车道上放行的车辆数量；

步骤7.2、使用地图工具分别计算第二级拥堵路口与第一级路口之间的车道距离、第二级非拥堵路口与第一级路口之间的车道距离；

步骤7.3、获取第二级路口与第一级路口之间的红绿灯个数、第二级路口与当前路口之间的红绿灯个数；

步骤7.4、计算第二级拥堵路口受第一级路口的影响需延长的绿灯时间，其公式如下：

步骤7.5、计算第二级拥堵路口受当前路口的影响需延长的绿灯时间，其公式如下：

步骤7.6、计算第二级拥堵路口总共需要延长的绿灯时间：

T₂＝T₂₁+T₂₂； (4)

步骤7.7、计算第二级非拥堵路口所需延长的绿灯时间，其公式如下：

公式(2)(3)(5)中：N₂为第一级路口在拥堵方向车道上放行的车辆数量，N₃为第一级路口在非拥堵方向车道上放行的车辆数量；λ₁为第一级路口与当前路口之间的车道距离，λ₂为第二级拥堵路口与第一级路口之间的车道距离，λ₃为第二级非拥堵路口与第一级路口之间的车道距离；a₂为第二级路口与第一级路口之间的红绿灯个数，a₂＝0；a₃为第二级路口与当前路口之间的红绿灯个数，a₃＝1。

5.根据权利要求3所述的一种道路信息组网方法，其特征在于，所述步骤8包括以下步骤：

步骤8.1、根据动态目标检测模型，统计第一级路口在每个车道方向上放行的车辆数量；

步骤8.2、使用地图工具计算第二级非拥堵路口与当前路口之间的车道距离；

步骤8.3、获取第二级非拥堵路口与当前路口之间的红绿灯个数；

步骤8.4、计算第二级非拥堵路口受当前路口的影响需延长的绿灯时间，其公式如下：

公式(6)中：N₄为第一级路口在每个车道方向上放行的车辆数量，λ₄为第二级非拥堵路口与当前路口之间的车道距离，a₄为第二级非拥堵路口与当前路口之间的红绿灯个数，a₄＝1。