CN103093633B

CN103093633B - 交通信号灯调整***和方法

Info

Publication number: CN103093633B
Application number: CN201110341944.1A
Authority: CN
Inventors: 段后利; 高鹏; 雷震; 曹荣增; 丁伟; 曹朝
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN103093633A; US20130106620A1; US8830086B2

Abstract

本发明涉及对交通信号灯进行调整的方法和***。本发明通过交通信号灯调整解决方案可以根据道路拥堵情况进行小区的动态划分并且根据划分的控制区域调整区域内的交通信号从而有针对性的解决交通拥堵问题。本发明的交通信号灯调整***，包括：拥堵确定模块，控制区域确定模块以及调整模块。其中控制区域确定模块被配置于根据第一相位的放行需求以及相邻路口对应相位的消化能力确定控制区域，所述调整模块被配置为为缓解所述第一路口的第一相位处的交通拥堵情况对所述控制区域中的至少一个相邻路口的对应相位的交通信号灯进行调整。本发明还提供了相应的对交通信号灯进行调整的方法。

Description

交通信号灯调整***和方法

技术领域

本发明总体上涉及对交通数据进行处理的方法和***，特别的本发明涉及对交通信号灯进行调整的方法和***。

背景技术

交通控制是指在道路交叉口为了把可能发生冲突的车流从时空上分离通过交通信号对交通流进行有效的引导和调度。传统的交通控制方法主要包括定时控制、多时段控制、感应或半感应控制、绿波带控制和区域静态控制。定时控制的基础是韦伯斯特(Webster)车辆延误公式，由此公式可得到最佳周期的近似值。多时段控制实际上是一种分段定时控制。通常，城市居民的出行呈现明显的规律性，例如交通流量的高峰往往发生在一天的早晨7:00-8:00、中午11:00-12:00和傍晚5:30-6:30，因此，可以为每一个时段选择一个最优配时方案，实施多时段控制。

目前已经获得大规模应用的自适应控制***之一是SCOOT***。它通过车辆检测器实时检测交通量数据，利用交通模型来优化信号配时参数，并依靠通信网络、信号控制机等硬件设备来实施控制。该模型除了用于制定配时方案外，还可提供其它信息如：延误、停车次数和阻塞数据，为交通管理和规划服务。SCOOT***通常将所要控制的整个区域划分为若干相互独立的子区。同一子区内的交叉路口采用相同的信号周期。周期优化的目标是将子区内平均车辆等待时间控制在一定范围之内。为了避免信号参数突变对交通流产生的不利影响，SCOOT在优化调整过程中均采用小增量方式。

SCOOT***的不足是SCOOT***小区的划分方式是静态的。静态的小区划分往往是根据道路专家最初的经验指定的，其难以适应快速的道路变化需求。并且SCOOT***中信号周期优化的目标是使静态小区内平均的车辆等待时间减小，其重点在于整个小区的整体控制。并且SCOOT***以小步长变化对其进行调整，因此有可能不足以及时响应每个周期的交通需求。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新的交通信号灯调整解决方案，该解决方案可以根据道路拥堵情况进行小区的动态划分并且根据划分的控制区域调整区域内的交通信号从而有针对性的解决交通拥堵问题。

本发明提供了一种交通信号灯调整***，包括：拥堵确定模块，被配置于确定在第一路口的第一相位处是否发生交通拥堵；控制区域确定模块，被配置于响应于所述第一路口的第一相位处发生交通拥堵，获取所述第一路口的第一相位的放行需求以及相邻路口的对应相位的消化能力，并且根据所述第一相位的放行需求以及所述对应相位的消化能力确定控制区域，其中所述控制区域包括至少一个相邻路口的对应相位；以及调整模块，被配置为为缓解所述第一路口的第一相位处的交通拥堵情况对所述控制区域中的至少一个相邻路口的对应相位的交通信号灯进行调整。

本发明还提供了一种交通信号灯调整方法，包括：确定在第一路口的第一相位处是否发生交通拥堵；响应于所述第一路口的第一相位处发生交通拥堵，获取所述第一路口的第一相位的放行需求以及相邻路口的对应相位的消化能力，并且根据所述第一相位的放行需求以及所述对应相位的消化能力确定控制区域，其中所述控制区域包括至少一个相邻路口的对应相位；以及为缓解所述第一路口的第一相位处的交通拥堵情况对所述控制区域中的至少一个相邻路口的对应相位的交通信号灯进行调整。

利用本发明中的交通信号灯调整方案可以快速、有效的解决拥堵路段的交通拥堵问题。

附图说明

本说明中所参考的附图只用于示例本发明的典型实施例，不应该认为是对本发明范围的限制。

图1示出了适于用来实现本发明的一种实施方式的示例性计算***的框图。

图2示出了几个相邻路口的示意图。

图3示出了道路上的感应线圈示意图。

图4示出了按照本发明的一个实施例的交通信号灯调整***框图。

图5示出了按照本发明的另一个实施例的交通信号灯调整***框图。

图6示出了按照本发明的一个实施例的交通信号灯调整***应用示意图。

图7示出了按照本发明的一个实施例的交通信号灯调整方法流程图。

图8A示出了按照本发明的一个实施例的确定控制区域中的上游路口的方法流程图。

图8B示出了按照本发明的另一个实施例的确定控制区域的下游路口的方法流程图。

具体实施方式

本文中所用的术语，仅仅是为了描述特定的实施例，而不意图限定本发明。本文中所用的单数形式的“一”和“该”，旨在也包括复数形式，除非上下文中明确地另行指出。还要知道，“包含”一词在本说明书中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，以及/或者它们的组合。

权利要求中的对应结构、材料、操作以及所有功能性限定的装置(means)或步骤的等同替换，旨在包括任何用于与在权利要求中具体指出的其它单元相组合地执行该功能的结构、材料或操作。所给出的对本发明的描述其目的在于示意和描述，并非是穷尽性的，也并非是要把本发明限定到所表述的形式。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不偏离本发明范围和精神的情况下，显然可以做出许多修改和变型。对实施例的选择和说明，是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，使所属技术领域的普通技术人员能够明了，本发明可以有适合所要的特定用途的具有各种改变的各种实施方式。

所属技术领域的技术人员知道，本发明的多个方面可以体现为***、方法或计算机程序产品。因此，本发明的多个方面可以具体实现为以下形式，即，可以是完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)、或者本文一般称为“电路”、“模块”或“***”的软件部分与硬件部分的组合。此外，本发明的多个方面还可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可用的程序码。

可以使用一个或多个计算机可读的介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电的、磁的、光的、电磁的、红外线的、或半导体的***、装置、器件或任何以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括以下：有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任何合适的组合。在本文件的语境中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形的介质，该程序被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可包括在基带中或者作为载波一部分传播的、其中体现计算机可读的程序码的传播的数据信号。这种传播的信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或任何以上合适的组合。计算机可读的信号介质可以是并非为计算机可读存储介质、但是能发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序的任何计算机可读介质。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者任何合适的上述组合。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者任何合适的上述组合。

用于执行本发明的操作的计算机程序码，可以以一种或多种程序设计语言的任何组合来编写，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如Java、Smalltalk、C++之类，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如”C”程序设计语言或类似的程序设计语言。程序码可以完全地在用户的计算上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户的计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中，远程计算机可以通过任何种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)-连接到用户的计算机，或者，可以(例如利用因特网服务提供商来通过因特网)连接到外部计算机。

以下参照按照本发明实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明的多个方面。要明白的是，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理装置执行的这些指令，产生实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在能指令计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令产生一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置(instruction means)的制造品。

也可以把计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理装置上，使得在计算机或其它可编程数据处理装置上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而在计算机或其它可编程装置上执行的指令就提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。

本发明附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

图1示出了适于用来实现本发明的一种实施方式的示例性计算***100的框图。如所示，计算机***100可以包括：CPU(中央处理单元)101、RAM(随机存取存储器)102、ROM(只读存储器)103、***总线104、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行接口控制器107、并行接口控制器108、显示控制器109、硬盘110、键盘111、串行外部设备112、并行外部设备113和显示器114。在这些设备中，与***总线104耦合的有CPU101、RAM 102、ROM 103、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行控制器107、并行控制器108和显示控制器109。硬盘110与硬盘控制器105耦合，键盘111与键盘控制器106耦合，串行外部设备112与串行接口控制器107耦合，并行外部设备113与并行接口控制器108耦合，以及显示器114与显示控制器109耦合。应当理解，图1所述的结构框图仅仅为了示例的目的而示出的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根据具体情况而增加或者减少某些设备。

图2示出了几个相邻路口的示意图。图2中示意性的包含了三个路口：路口I、路口J以及路口K，每个路口包含四个相位：路口I包含相位I_a、I_b、I_c、I_d，路口J包含相位J_a、J_b、J_c、J_d，路口K包含相位K_a、K_b、K_c、K_d。假设来自相位I_a、I_b、I_d的车辆都可以到达相位J_a，来自相位J_a的车辆可以到达K_a，因此路口I是路口J的上游路口，路口K是路口J的下游路口，相位I_a、I_b、I_d是相位J_a的上游相位，相位K_a是相位J_a的下游相位。本发明仅以图2中的地图进行示例性说明，现实中，每个路口所包含的相位数量是由实际道路状况决定的。

图3示出了道路上的感应线圈示意图。感应线圈通过电磁感应原理可以感知在某一时刻是否有车辆通过，并由此计算出车辆通过的速度以及单位时间内的车辆通过率q。

图4示出了按照本发明的一个实施例的交通信号灯调整***框图。图4中的交通信号灯调整***，包括：拥堵确定模块，被配置于确定在第一路口的第一相位处是否发生交通拥堵；控制区域确定模块，被配置于响应于所述第一路口的第一相位处发生交通拥堵，获取所述第一路口的第一相位的放行需求以及相邻路口的对应相位的消化能力，并且根据所述第一相位的放行需求以及所述对应相位的消化能力确定控制区域，其中所述控制区域包括至少一个相邻路口的对应相位；以及调整模块，被配置为为缓解所述第一路口的第一相位处的交通拥堵情况对所述控制区域中的至少一个相邻路口的对应相位的交通信号灯进行调整。

按照本发明的一个实施例，所述拥堵确定模块根据警察接管对第一路口的控制权确定第一路口的第一相位是否发生交通拥堵。图6示出了按照本发明的一个实施例的交通信号灯调整***应用示意图。图6示意性的包含三个路口，路口I、路口J、路口K，每个路口都包含感应线圈和信号控制装置，所述感应线圈用于测量某一路口的至少一个相位的车速，所述信号控制装置用于控制交通信号灯的配时，如果路口J的第一相位发生拥堵并且警察达到路口J进行手动的交通管理，则警察可以通过手工的方式实施对信号控制装置的控制，比如手工调整交通信号灯的配时，在这种情况下，警察就接管了对路口J的控制权。一旦路口J的控制权被警察所接管，就可以认为路口J发生了交通拥堵状况。

按照本发明的另一个实施例，所述拥堵确定模块根据道路上的感应线圈所检测的车速或车辆排队数量自动确定交通拥堵。

按照本发明的又一个实施例，所述拥堵确定模块还可以通过安装在路口的摄像头确定交通拥堵和排队车辆数量。如，可以对摄像头所捕获的图片数据进行车辆识别，从而确定相位J_a上是否出现交通拥堵以及排队车辆数量。此外，本发明并不排除使用其它的方法确定交通拥堵。

在相位J_a上包括多个车道的情况下，所述拥堵确定模块根据最拥堵的车道确定相位J_a处是否发生交通拥堵。

值得说明的是，至于交通状况拥堵到什么程度算作拥堵，本发明对此不作限定，可以根据具体应用设置具体标准。

图2中的控制区域确定模块响应于相位J_a发生交通拥堵，获取相位J_a的放行需求以及相邻路口的对应相位的消化能力。下面分别以上游路口和下游路口为例描述确定控制区域的具体过程。

确定上游控制区域

对于上游相邻路口I而言，相位J_a的放行需求为上游路口I的上游相位(相位I_a、I_b、I_d)在其绿灯放行时间内最多能够放行的车辆数量，上游相位的消化能力为所述上游相位最少需要在其绿灯放行时间内放行的车辆数量，比如在保证所述上游相位不发生溢出的情况下或保证所述上游相位不发生拥堵的情况下保证所述上游相位最少能够在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。

具体而言，对上游路口而言，相位J_a的放行需求至少取决于相位J_a的排队车辆数量以及相位J_a的通行能力。举例而言，可以用公式1表示相位J_a的放行需求：

R_Ja-I＝L_Ja-(D_Ja-G_JaS_Ja) 公式1

公式1中D_Ja表示相位J_a的排队车辆数量(有关排队车辆数量的计算将在下文中进行更加详细的描述)。G_Ja为相位J_a的绿灯时间，S_Ja为相位J_a的放行流率(有关放行流率的计算将在下文中进行更加详细的描述)，G_JaS_Ja表示在一个绿灯放行时间内相位J_a能够放行的车辆数量，即相位J_a的通行能力，L_Ja表示相位J_a内最多容纳的车辆数量。R_Ja-I表示为上游路口I的上游相位在其绿灯放行时间内最多能够放行的车辆数量，即路口I最多能放行多少辆车而不会导致相位J_a溢出。

公式1可以进一步变形为下面公式2：

R_Ja-I＝S_JaG_Ja-(D_Ja-S_JaG_Ja) 公式2

公式2中D_Ja、G_Ja、S_Ja与公式4中的含义相同。公式2中的R_Ja-I表示上游路口I最多能放行多少辆车使得相位Ja中的排队车辆数量能够在一个绿灯放行周期内全部放完。

公式1还可以进一步变形为下面公式3：

R_Ja-I＝2×S_JaG_Ja-(D_Ja-S_JaG_Ja) 公式3

公式3中D_Ja、G_Ja、S_Ja与公式1中的含义相同。公式3中的R_Ja-I表示上游路口I最多能放行多少辆车使得相位Ja中的排队车辆数量能够在两个绿灯放行周期内全部放完。

实际应用时，可以根据不同需求对相位J_a的放行需求进行不同的定义。当然本发明并不排除对公式1进行其它的变形来定义放行需求，即上游路口I在其绿灯放行时间内最多能够放行的车辆数量。

假设相位J_a的车辆可能来自于上游路口的不同相位I_a、I_b、I_d，即假设相位I_c上的车辆不能调头驶向相位J_a，那么相位J_a对上游相位的放行需求R_Ja-I可以被进一步在三个上游相位上按比例进行分配。下面公式4、5、6示出了相位J_a对三个不同上游相位的放行需求R_Ja-Ia、R_Ja-Ib、R_Ja-Id：

R_{J_{a} - I_{a}} = \frac{P_{I_{a} - J_{a}}}{P_{I_{a} - J_{a}} + P_{I_{b} - J_{a}} + P_{I_{d} - J_{a}}} R_{J_{a} - I}

公式4

R_{J_{a} - I_{b}} = \frac{P_{I_{b} - J_{a}}}{P_{I_{a} - J_{a}} + P_{I_{b} - J_{a}} + P_{I_{d} - J_{a}}} R_{J_{a} - I}

公式5

R_{J_{a} - I_{d}} = \frac{P_{I_{d} - J_{a}}}{P_{I_{a} - J_{a}} + P_{I_{b} - J_{a}} + P_{I_{d} - J_{a}}} R_{J_{a} - I}

公式6

公式4中的P_Ia-Ja表示由相位I_a向相位J_a的交通流量，即单位时间内有多少辆车从相位I_a驶向相位J_a。同理，P_Ib-Ja表示由相位I_b向相位J_a的交通流量，P_Id-Ja表示由相位I_d向相位J_a的交通流量。

按照本发明的一个实施例，所述上游相位的消化能力能够通过下面公式7进行计算：

Z_Ia-Ja＝Max[0，D_Ia+q_IaT_Ia-L_Ia] 公式7

上述公式中D_Ia表示上游路口I的相位I_a的排队车辆数量。假设相位I_a为直行车道，车辆在相位I_a上既不能左转也不能右转，这样q_Ia表示相位I_a到相位J_a的车辆通过率，所述车辆通过率可以有感应线圈测得。如果相位I_a为直行车道和左转车道的混合，那么在计算q_Ia时还应考虑相位I_a上直行车辆占所有通行车辆的比例。T_Ia表示信号周期，q_IaT_Ia表示在一个信号周期内到达相位I_a的车辆数量。L_Ia表示相位I_a内最多容纳的车辆数量，L_Ia可以通过相位I_a的道路长度除以道路上平均车长获得，所述道路上平均车长为车身本身长度(比如5米)加上两车之间的合理车距(比如3米)之和。进一步，可以在计算L_Ia时预留一定空间(buffer)，比如按照上述算法算出来的L_Ia＝100，则可以将L_Ia进一步缩减10辆车，从而得到L_Ia＝90。D_Ia+q_IaT_Ia-L_Ia表示在一个信号周期内不放行任何车辆可能导致相位I_a发生车辆溢出的数量。如果D_Ia+q_IaT_Ia-L_Ia大于0，说明相位I_a上的车辆已经比较多，如果D_Ia+q_IaT_Ia-L_Ia小于或等于0，说明相位I_a上的车辆还比较少。Max表示求最大值。Z_Ia-Ja表示在保证所述上游相位I_a不发生溢出的情况下所述上游相位I_a最少能够在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。Z_Ia-Ja等于0，表示在一个绿灯周期内可以不放行任何车辆。同理，可以按照相同的方法计算出相位I_b的消化能力Z_Ib-Ja和相位I_d的消化能力Z_Id-Ja。

在上述实施例中，上游相位的消化能力为在保证所述上游相位不发生溢出的情况下所述上游相位最少需要在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。按照本发明的另一个实施例，上游相位的消化能力为在保证所述上游相位不发生拥堵的情况下所述上游相位最少需要在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。具体而言，可以将公式7中的L_Ia替换为一个拥堵阈值，比如50辆车，这样Z_Ia-Ja表示在不使上游相位I_a排队车辆超过拥堵阈值的情况下上游相位I_a最少能够在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。

图4中的所述控制区域确定模块被配置为判断所述上游相位的消化能力是否能够满足所述相位J_a的放行需求，并且响应于所述上游相位的消化能力能够满足相位J_a的放行需求，确定所述控制区域包括所述上游路口；以及响应于所述上游相位的消化能力不能够满足相位J_a的放行需求，确定所述控制区域包括所述上游路口I，并继续判断所述上游相位的再上游相位的消化能力是否能够满足所述上游相位的放行需求直到所述上游相位的再上游相位的消化能力能够满足所述上游相位的放行需求为止。

按照本发明的一种实施例，通过下面公式8判断上游相位I_a的消化能力是否能够满足相位J_a的放行需求：

Z_Ia-Ja＜R_Ja-Ia 公式8

如果公式8成立，则认为相位I_a对相位J_a的消化能力能够满足相位J_a对相位I_a的放行需求。

同理，通过下面公式9和公式10可以判断上游相位I_b和I_d的消化能力是否能够满足相位J_a的放行需求：

Z_Ib-Ja＜R_Ia-Ib 公式9

Z_Ib-Ja＜R_Ia-Ib 公式10

如果三个上游相位I_a、I_b、I_d都能够满足相位J_a的放行需求，则所述控制区域包括路口I，并且所述控制区域不需要扩大到上游路口I的再上游路口，也就是说利用后面将要详细描述的调整模块调整路口I的交通信号就可以解决路口J的交通拥堵问题。如果三个上游相位中的任何一个相位不能够满足相位J_a的放行需求(比如I_a的消化能力不能够满足相位J_a的放行需求)，则将路口I划入控制区域，并且还需要进一步扩大控制区域到I_a的上游路口，也就是说利用调整模块调整路口I的交通信号并不能完全解决路口J的交通拥堵问题，还需要对上游路口I的再上游路口进行联动调整。具体办法就是进一步判断相位I_a的再上游相位的消化能力是否能够满足相位I_a的放行需求，依此类推直到某一路口的某一个相位的上游路口的所有相位都能满足所述某一个相位的消化能力为止。

确定下游控制区域

对于下游相邻路口K而言，所述相位J_a的放行需求为相位J_a在其绿灯放行时间内放行的车辆数量，所述消化能力为从相位J_a最多能向所述下游相位放行的车辆数量，比如在保证所述下游相位K_a不发生溢出的情况下或在保证所述下游相位K_a不发生拥堵的情况下从相位J_a最多能向所述下游相位放行的车辆数量。

对于下游相邻路口K而言，相位J_a的放行需求至少取决于所述相位J_a的通行能力，并且相位J_a的通行能力至少取决于其绿灯放行时间与所述第一相位的放行流率。

假设相位J_a为直行车道，相位J_a上的所有车辆都将到达相位K_a。相位J_a的放行需求可以表达为下面公式11：

R_Ja-Ka＝G_JaS_Ja 公式11

公式11中，G_Ja为相位J_a的绿灯时间。S_Ja为相位J_a的放行流率。R_Ja-Ka表示相位J_a向下游路口K相位K_a的放行需求。在一个实施例中，可以增加G_Ja的大小，比如将G_Ja增加为原来的1.5倍等，因为警察在接管路口J后，为了解决相位J_a的拥堵问题，往往会增加相位J_a上的绿灯时间，因此从相位J_a到相位K_a的放行需求也应相应增加。

如果相位J_a为直行车道与非直行车道的混合，则相位J_a的放行需求中应当进一步考虑相位J_a上的车辆到达相位K_a上的车辆的百分比。

按照本发明的一个实施例，所述下游相位的消化能力能够通过下面公式12进行计算：

Z_Ja-Ka＝L_ka-(D_ka-G_kaS_Ka) 公式12

公式12中G_ka为相位K_a的绿灯时间。S_Ka为相位K_a的放行流率，G_Ka S_Ka表示在一个绿灯放行时间内相位K_a能够放行的车辆数量。D_ka表示相位K_a上的车辆排队数量。L_Ka表示相位K_a内最多容纳的车辆数量。Z_Ja-Ka表示在保证所述下游相位K_a不发生溢出的情况下从相位J_a最多能向所述下游相位K_a放行的车辆数量。同样可以在计算L_Ka时预留一定空间(buffer)。

在上述实施例中，下游相位的消化能力为在保证所述下游相位不发生溢出的情况下从相位J_a最多能向所述下游相位放行的车辆数量。按照本发明的另一个实施例，下游相位的消化能力为在保证所述下游相位不发生拥堵的情况下从相位J_a最多能向所述下游相位放行的车辆数量。具体而言，可以将公式12中的L_ka替换为一个拥堵阈值，这样Z_Ja-Ka表示在不使下游相位K_a排队车辆超过拥堵阈值的情况下从相位J_a最多能向所述下游相位K_a放行的车辆数量。

图4中的所述控制区域确定模块进一步判断所述下游相位的消化能力是否能够满足相位J_a的放行需求，并且响应于所述下游相位的消化能力能够满足相位J_a的放行需求，确定所述控制区域包括所述下游路口K；以及响应于所述下游相位的消化能力不能够满足相位J_a的放行需求，确定所述控制区域包括所述下游路口K，并判断所述下游相位K_a的再下游相位的消化能力是否能够满足下游相位K_a的放行需求直到所述再下游相位的消化能力能够满足下游相位的放行需求为止。

按照本发明的一种实施例，通过下面公式13判断下游相位的消化能力是否能够满足相位J_a的放行需求：

Z_Ja-Ka＞R_Ja-Ka 公式13

如果上面公式13成立则认为下游相位的消化能力能够满足相位J_a的放行需求，从而确定控制区域包括下游路口K，并不再继续判断下游路口K的再下游路口的消化能力。如果上面公式13不成立，则认为下游相位的消化能力不能满足相位J_a的放行需求，因此需要继续扩大控制区域的范围，继续判断所述下游路口K的再下游路口的相应相位的消化能力是否能够满足所述下游相位的放行需求，直到再下游路口的相应相位的消化能力能够满足所述下游相位的放行需求为止。

排队车辆数量的计算

下面对如何计算出相位J_a的排队车辆数量D_Ja进行详细说明。

参考图2，如果在路口J的相位J_a的上游位置(靠近路口I的位置)与下游位置(靠近路口J的位置)分别安装有两套感应线圈，那么可以根据这两套感应线圈检测出两套感应线圈之间的车辆数量D_Ja，通过比较相位J_a内最多容纳的车辆数量L_Ja与实际检测出的两套感应线圈之间的车辆数量D_Ja，可以确定J_a上是否发生拥堵。例如，如果下面公式14成立，则确定J_a上发生拥堵：

|D_Ja-L_Ja|＜delta 公式14

其中delta表示一个阈值，如果两套感应线圈之间的车辆数量D_Ja在一定长时间内逼近L_Ja，则说明在相位J_a上发生了拥堵。

出于节省成本的考虑，经常在一个相位上只安装一套感应线圈。通常，单套感应线圈会安装在相位J_a的上游位置，比如距离路口I 100米处。通过单套感应线圈仍然可以确定J_a的拥堵情况以及排队车辆数量。

首先感应线圈检测出通过感应线圈的车速，并且将所述车速信息发送给图4的拥堵确定模块，所述拥堵确定模块可以进一步判断相位J_a的拥堵情况。如果车速为0或近似于0，则可以认为则相位J_a上的拥堵程度大于一定阈值，即相位J_a上排队的车辆已经拥堵到感应线圈的位置，进而需要估算出感应线圈之后的车辆数量，才能获得相位J_a上的总体的车辆排队数量。如果车速大于0，则可以认为相位J_a上的拥堵程度小于一定阈值，即相位J_a上排队的车辆还没有拥堵到感应线圈的位置，进而可以通过到在一个信号周期内到达的车辆数量估算相位J_a上的排队车辆数量。

如果相位J_a上排队的车辆已经拥堵到感应线圈的位置，则可以根据下面公式15估算相位J_a上的排队车辆数量。公式15中通过估算上游路口的车辆到达情况来估算在相位J_a上的排队车辆数量。

D_n＝D_n-1+∑G_IS_IR_I-G_JaS_Ja 公式15

其中，D_n-1为上一信号周期相位J_a上的车辆排队数量。D_n为本信号周期相位J_a上的车辆排队数量。G_Ja为相位J_a的绿灯时间。S_Ja为相位J_a的放行流率。通常情况下，如果感应线圈所检测出的车速大于0，则所述放行流率为饱和流率，所述饱和流率是指饱和流量除以绿灯时间，所述饱和流率是由经验值估算得到的，在一种实施例中，所述饱和流量是根据路口的规划，如各车道的宽度、路面条件、有无机动车非机动车隔离带等因素根据模型来估算的。在另一种实施例中，所述饱和流量是通过在路口进行实测，即实际测量绿灯时间内路口的车流量获得的。

如果感应线圈在一定长时间内检测出的车速一直为0或近似于0，则可以认为相位上的车辆完全处于停滞状态，此时的放行流率为感应线圈处实际测得的流率q。

此外，公式15中G_I表示J_a的上游路口I的一个上游相位在一个信号周期内的绿灯时间，S_I表示所述一个上游相位的放行流率(通常情况下，可以用路口I的饱和流率计算放行流率除非路口I的某个相位已经处于停滞状态)，R_I表示从所述一个上游相位进入相位J_a的比例。∑表示对所有的上游相位求和，从而估算出在一个信号周期内从上游相位达到相位J_a的所有车辆的总和。以图2为例进行说明，路口I为路口J相位J_a的上游路口，路口I包含相位I_a、I_b、I_c、I_d，但是并非相位I_a、I_b、I_c、I_d上的所有车辆都会到达相位J_a。假设相位I_a上仅有50％的车辆到达相位J_a，那么R_I则为50％。R_I可以根据历史数据的统计分析获得，并且R_I在不同的时间段内其取值可能不同，对每个上游路口相位的G_IS_IR_I求和可以得到在一个信号周期内从各个上游相位到达相位J_a的所有车辆数量。

如果相位J_a上排队的车辆还没有拥堵到感应线圈的位置，则按照本发明的一个实施例可以通过迭代的方式计算在某一时刻相位J_a上的排队长度。假定上一个信号周期绿灯放行开始时J_a上的排队长度为D_n-1，这个时候的排队车辆长度是最长的，则本信号周期绿灯放行开始时相位J_a上的排队长度D_n可以通过下面公式16进行计算：

D_n＝Min[0，D_n-1+q_nT-G_JaS_Ja] 公式16

其中，q_n是本信号周期通过相位J_a上的感应线圈的车流率，即感应线圈上的车辆通过率，T为相位J_a的信号周期长度，G_Ja为相位J_a的绿灯时间。S_Ja为相位J_a的放行流率。Min为求最小值。D_n-1的初始值可以设定为0。公式16表示在本信号周期绿灯开始时间相位J_a上的车辆排队数量。通过不断检测，可以比较准确的掌握D_n的值。

对上游相位实施调整

下面具体描述如何利用调整模块对控制区域中的上游相位的交通信号进行调整。

为了解决相位J_a上的拥堵问题，可以减少上游相位上的放行车辆，因此所述调整模块可以调整所述上游相位的绿信比以减少上游相位的放行车辆。

按照本发明的一个实施例，可以利用下面公式来减少上游相位的放行车辆数量：

G_Ia＝Min(R_Ja-Ia/S_Ia，G_Ia-original) 公式17

上述公式中R_Ja-Ia为相位J_a向上游路口I_a的放行需求。S_Ia为相位I_a的放行流率。R_Ja-Ia/S_Ia表示相位J_a允许上游相位I_a所能采用的最长绿灯放行时间。G_Ia-original表示相位I_a原来设定的绿灯放行时间。因此如果原来设定的相位I_a的绿灯放行时间比相位J_a所能够允许的相位I_a采用的最长绿灯放行时间R_Ja-Ia/S_Ia长，则采用相位J_a所能够允许的相位I_a采用的最长绿灯放行时间，如果原来设定的相位I_a的绿灯放行时间比相位J_a所能够允许的相位I_a采用的最长绿灯放行时间R_Ja-Ia/S_Ia短，则采用相位I_a原来设定的绿灯放行时间。

公式17可以被进一步变形为下面公式18，从而进一步考虑相位I_a的实际车辆排队数量来设置相位I_a的绿灯放行时间：

G_Ia＝Min[R_Ja-Ia/S_Ia，(D_Ia+q_IaT_Ia)/S_Ia] 公式18

上述公式中R_Ja-Ia、S_Ia的含义与公式17中的相同。D_Ia表示相位I_a上的排队车辆数量，q_Ia表示相位I_a上的车辆通过率。T_Ia表示相位I_a的信号周期。q_IaT_Ia表示在一个信号周期内经过相位I_a的车辆数量。(D_Ia+q_IaT_Ia)/S_Ia表示要在一个绿灯放行周期内放行完原有排队车辆以及新到达的车辆数量所需要的绿灯时间。如果相位I_a的车辆排队数量很少并且到达车辆也很少，即在一个绿灯放行周期内相位I_a放行完原有排队车辆以及新到达的车辆数量所需要的绿灯时间比相位J_a允许上游相位I_a所能采用的最长绿灯放行时间还短，则不需要设置较长的绿灯放行时间，只要根据相位I_a上的实际车辆排队数量设置绿灯时间就可以。

同理，可以根据类似的方法调整相位I_b和I_d的绿灯放行时间。如果按照交通规则，车辆从相位I_d到相位J_a的右转行驶过程中不需要等待交通信号灯的指示，在这种情况下，可以不调整G_Id。

对下游相位实施调整

下面具体描述如何利用调整模块对控制区域中的下游相位的交通信号进行调整。

在一种实施例中，为了解决相位J_a上的拥堵问题，可以调整下游相位的相位差从而使得来自所述第一相位的车辆尽快通过所述下游相位。

所述相位差为下游相位的绿灯放行时间比相位J_a的绿灯放行时间滞后的时间，可以利用下述公式计算相位差：

O_Ja-Ka＝(L_Ka-D_Ka)×L_v/v_Ka 公式19

上述公式中L_Ka为相位K_a最多能够容纳的车辆数量。D_Ka为相位K_a上的排队车辆数量。L_v表示道路上平均车长，所述道路上平均车长为车身本身长度(比如5米)加上两车之间的合理车距(比如3米)之和。V_Ka表示相位K_a上的平均车速(所述平均车速可以通过相位K_a上的感应线圈测得)。0_Ja-Ka表示相位K_a上绿灯开始时间比相位J_a上的绿灯开始时间的延迟。公式19保证从相位J_a到相位K_a的车辆在到达相位K_a排队车辆末尾时，相位K_a上的绿灯开始放行，这样从相位J_a到相位K_a的车辆能够尽快通过下游相位K_a。

在另一种实施例中，为了解决相位J_a上的拥堵问题，可以适当延长相位J_a的下游相位K_a的绿信比(或绿灯放行时间)，从而使得更多的来自相位J_a的车辆能够在一个信号周期内通过下游相位K_a。通常情况下，为了防止某一个相位绿灯放行时间过长给其它相位造成交通压力，因此除非警察人工干预，交通信号灯绿灯放行时间会有上限限制(比如相位K_a的绿灯放行时间的最大值为G_ka-max)。在相位J_a发生拥堵的情况下，可以将下游相位K_a的绿灯放行时间延长，最长可以延长致G_ka-max。

图5示出了按照本发明的另一个实施例的交通信号灯调整***框图。图5中的拥堵确定模块、控制区域确定模块、调整模块与图4中的相应模块功能相同，在此不再赘述。图5中第一检测装置，被配置为检测所述控制区域内的相位是否发生溢出，以及响应于发生溢出触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。在一种实施例中第一检测装置检测控制区域内的各个相位是否发生溢出，只要一个相位发生溢出则触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。在另一种实施例中第一检测装置检测控制区域内的各个相位是否发生溢出，如果发生溢出的相位数量超过预定阈值则触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。其中第一检测装置通过比较某一相位上排队车辆的数量D和该相位上最多能够容纳的车辆数量L来判断该相位上是否发生溢出。

图5中的第一检测装置可以被替换为第二检测装置，所述第二检测装置被配置为检测所述控制区域内相位的车辆排队情况是否发生实质性变化，以及响应于发生实质性变化触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。在一种实施例中第二检测装置检测控制区域内的各个相位是否发生实质性变化，只要一个相位发生实质性变化则触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。在另一种实施例中第二检测装置检测控制区域内的各个相位是否发生实质性变化，如果发生实质性变化的相位数量超过预定阈值则触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。第二检测装置可以通过比较某一相位上排队车辆的数量D的变化是否大于一定阈值来判断该相位上车辆排队情况是否发生实质性变化。

在又一种实施例中，图5中的第一检测装置可以被替换为定时器使得所述控制区域确定模块每隔一定时间(比如15分钟)自动重新确定控制区域。

按照本发明的一个实施例，重新确定控制区域将不再符合条件的相位排除出所述控制区域，从而最终使得控制区域内的拥堵情况得到解决，控制区域内不再包含任何路口的任何相位。

图6示出了按照本发明的一个实施例的交通信号灯调整***应用示意图。图6中的交通信号调整***设在中央服务器端，并且收集从各个路口的感应线圈和信号控制装置(比如红绿灯配时控制装置)发来的各种信号，从而实施对交通信号灯的调整。

按照本发明的另一个实施例，所述交通信号调整***可以被设置在本地路口，并且各个本地路口的交通信号***保持同步，从而实施对交通信号灯的调整。

在同一个发明构思下，图7示出了按照本发明的一个实施例的交通信号灯调整方法流程图。所述交通信号灯调整方法包括：在步骤701确定在第一路口的第一相位处是否发生交通拥堵；在步骤703响应于所述第一路口的第一相位处发生交通拥堵，获取所述第一路口的第一相位的放行需求以及相邻路口的对应相位的消化能力，并且根据所述第一相位的放行需求以及所述对应相位的消化能力确定控制区域，其中所述控制区域包括至少一个相邻路口的对应相位；以及在步骤705为缓解所述第一路口的第一相位处的交通拥堵情况对所述控制区域中的至少一个相邻路口的对应相位的交通信号灯进行调整。

按照本发明的一种实施例，所述相邻路口为所述第一路口的上游路口，所述上游路口的对应相位为所述第一相位的上游相位，所述第一相位的放行需求为所述上游相位在其绿灯放行时间内最多能够放行的车辆数量，所述消化能力为所述上游相位最少能够在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。

图8A示出了按照本发明的一个实施例的确定控制区域中的上游路口的方法流程图。在步骤801判断所述上游相位的消化能力是否能够满足所述第一相位的放行需求，并且在步骤803响应于所述上游相位的消化能力能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述上游路口；以及在步骤805响应于所述上游相位的消化能力不能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述上游路口，并将所述上游相位作为另一第一相位继续判断所述另一第一相位的上游相位的消化能力是否能够满足所述另一第一相位的放行需求直到所述另一第一相位的上游相位的消化能力能够满足所述另一第一相位的放行需求为止。

按照本发明的一个实施例，对于上游相位，对交通信号灯进行调整进一步包括调整所述上游相位的绿信比以减少上游相位的放行车辆。

按照本发明的一个实施例，所述相邻路口还包括所述第一路口的下游路口，所述下游路口的对应相位为所述第一相位的下游相位，所述第一相位的放行需求为所述第一相位在其绿灯放行时间内放行的车辆数量，所述消化能力为从所述第一相位最多能向所述下游相位放行的车辆数量。

图8B示出了按照本发明的另一个实施例的确定控制区域的下游路口的方法流程图。在步骤811，判断所述下游相位的消化能力是否能够满足所述第一相位的放行需求，并且在步骤813响应于所述下游相位的消化能力能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述下游路口；以及在步骤815响应于所述下游相位的消化能力不能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述下游路口，并将所述下游相位作为另一第一相位继续判断所述另一第一相位的下游相位的消化能力是否能够满足所述另一第一相位的放行需求直到所述另一第一相位的下游相位的消化能力能够满足所述另一第一相位的放行需求为止。

按照本发明的一个实施例，对于下游相位，对交通信号灯进行调整进一步包括调整所述下游相位的相位差从而使得来自所述第一相位的车辆尽快通过所述下游相位。

本发明的各种实施例可以提供许多优点，包括已经在发明内容中列举的，和能够从技术方案本身推导出来的。但是无论一个实施例是否取得全部优点，并且也无论这样的优点是否被认为是取得实质性提高，都不应构成对本发明的限制。同时，上文中提到的各种实施方式，仅仅是出于说明的目的，本领域的普通技术人员可以对上述实施方式做出各种修改和变更，而不偏离本发明的实质。本发明的范围完全由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种交通信号灯调整***，包括：

拥堵确定模块，被配置于确定在第一路口的第一相位处是否发生交通拥堵；

控制区域确定模块，被配置于响应于所述第一路口的第一相位处发生交通拥堵，获取所述第一路口的第一相位的放行需求以及相邻路口的对应相位的消化能力，并且根据所述第一相位的放行需求以及所述对应相位的消化能力确定控制区域，其中所述控制区域包括至少一个相邻路口的对应相位；以及

调整模块，被配置为为缓解所述第一路口的第一相位处的交通拥堵情况对所述控制区域中的至少一个相邻路口的对应相位的交通信号灯进行调整。

2.一种如权利要求1所述的***，其中所述相邻路口包括所述第一路口的上游路口，所述上游路口的对应相位为所述第一相位的上游相位，所述第一相位的放行需求为所述上游相位在其绿灯放行时间内最多能够放行的车辆数量，所述消化能力为所述上游相位最少需要在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。

3.一种如权利要求1所述的***，其中所述第一相位的放行需求至少取决于第一相位的通行能力以及第一相位上的排队车辆数量，其中所述第一相位的通行能力至少取决于所述第一相位的绿灯放行时间与所述第一相位的放行流率，所述第一相位上的排队车辆数量至少取决于上一个信号周期的排队长度，以及在本信号周期内新到达第一相位的车辆数量。

4.一种如权利要求2所述的***，其中所述控制区域确定模块进一步被配置为：

判断所述上游相位的消化能力是否能够满足所述第一相位的放行需求，并且

响应于所述上游相位的消化能力能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述上游路口；以及

响应于所述上游相位的消化能力不能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述上游路口，并将所述上游相位作为另一第一相位继续判断所述另一第一相位的上游相位的消化能力是否能够满足所述另一第一相位的放行需求，直到所述另一第一相位的上游相位的消化能力能够满足所述另一第一相位的放行需求为止。

5.一种如权利要求2所述的***，其中所述调整模块进一步被配置为调整所述上游相位的绿信比以减少上游相位的放行车辆。

6.一种如权利要求1所述的***，其中所述相邻路口包括所述第一路口的下游路口，所述下游路口的对应相位为所述第一相位的下游相位，所述第一相位的放行需求为所述第一相位在其绿灯放行时间内放行的车辆数量，所述消化能力为从所述第一相位最多能向所述下游相位放行的车辆数量。

7.一种如权利要求6所述的***，其中所述第一相位的放行需求至少取决于第一相位的通行能力，其中所述第一相位的通行能力至少取决于所述第一相位的绿灯放行时间与所述第一相位的放行流率。

8.一种如权利要求6所述的***，其中所述控制区域确定模块进一步被配置为：

判断所述下游相位的消化能力是否能够满足所述第一相位的放行需求，并且

响应于所述下游相位的消化能力能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述下游路口；以及

响应于所述下游相位的消化能力不能够满足所述第一相位的放行需求，确定所述控制区域包括所述下游路口，并将所述下游相位作为另一第一相位继续判断所述另一第一相位的下游相位的消化能力是否能够满足所述另一第一相位的放行需求，直到所述另一第一相位的下游相位的消化能力能够满足所述另一第一相位的放行需求为止。

9.一种如权利要求6所述的***，其中所述调整模块进一步被配置为调整所述下游相位的相位差从而使得来自所述第一相位的车辆尽快通过所述下游相位。

10.一种如权利要求3或7所述的***，其中所述拥堵确定模块进一步被配置为确定第一相位上的车辆是否处于停滞状态，在第一相位的车辆处于停滞状态的情况下，所述第一相位的放行流率为第一相位的实测流率，而在第一相位的车辆并未处于停滞状态的情况下，所述第一相位的放行流率是由经验值估算得到的。

11.一种如权利要求1所述的***，其中进一步包括：

第一检测装置，被配置为检测所述控制区域内第一路口的第一相位或相邻路口的对应相位是否发生溢出，以及响应于发生溢出触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。

12.一种如权利要求1所述的***，其中进一步包括：

第二检测装置，被配置为检测所述控制区域内第一路口的第一相位或相邻路口的对应相位的车辆排队情况是否发生实质性变化，以及响应于发生实质性变化触发所述控制区域确定模块重新确定控制区域。

13.一种如权利要求1所述的***，其中当所述第一相位中包括多个车道的情况下，所述拥堵确定模块根据最拥堵的车道确定第一相位处是否发生交通拥堵。

14.交通信号灯调整方法，包括：

确定在第一路口的第一相位处是否发生交通拥堵；

响应于所述第一路口的第一相位处发生交通拥堵，获取所述第一路口的第一相位的放行需求以及相邻路口的对应相位的消化能力，并且根据所述第一相位的放行需求以及所述对应相位的消化能力确定控制区域，其中所述控制区域包括至少一个相邻路口的对应相位；以及

为缓解所述第一路口的第一相位处的交通拥堵情况，对所述控制区域中的至少一个相邻路口的对应相位的交通信号灯进行调整。

15.一种如权利要求14所述的方法，其中所述相邻路口包括所述第一路口的上游路口，所述上游路口的对应相位为所述第一相位的上游相位，所述第一相位的放行需求为所述上游相位在其绿灯放行时间内最多能够放行的车辆数量，所述消化能力为所述上游相位最少需要在其绿灯放行时间内放行的车辆数量。

16.一种如权利要求15所述的方法，其中所述确定控制区域进一步包括：

17.一种如权利要求15所述的方法，其中所述对交通信号灯进行调整进一步包括调整所述上游相位的绿信比以减少上游相位的放行车辆。

18.一种如权利要求14所述的方法，其中所述相邻路口包括所述第一路口的下游路口，所述下游路口的对应相位为所述第一相位的下游相位，所述第一相位的放行需求为所述第一相位在其绿灯放行时间内放行的车辆数量，所述消化能力为从所述第一相位最多能向所述下游相位放行的车辆数量。

19.一种如权利要求18所述的方法，其中所述确定控制区域进一步包括：

20.一种如权利要求18所述的方法，其中所述对交通信号灯进行调整进一步包括调整所述下游相位的相位差从而使得来自所述第一相位的车辆尽快通过所述下游相位。