CN108133604A - 一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法，应用于交通流量调度领域，针对交通路口车辆流量的动态特性，本发明的方法在交通路口各方向的放行时间比例、红绿灯切换周期两个方面协同调度，形成基于时间比例与切换周期的二元实时动态调度方法，实时优化红绿灯切换时间，提高交通路口通行能力，降低单车等待时间，极大的减少由于交通混乱引起的各种事故的发生，节约车辆出行时间成本。

Description

一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法

技术领域

本发明属于交通流量调度领域，特别涉及一种红绿灯实时调度技术。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，我国机动车辆发展迅速，而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，交通拥挤和堵塞现象时常出现。如何利用当今计算机和自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是一个很重要的问题。

然而，交通路口红绿灯由于历史原因及技术限制，当前对于交通流量的管控相对粗放。其红绿灯切换周期、各方向通行时间比例相对固定，不能很好的适应交通流量实时、动态的变化需求，常出现部分方向放行过多，其他方向放行过少的情况，严重降低交通路口的通行效率，提高了车辆的通行时间，影响了社会效率的提高与能源节约型社会的建设。

为了解决这个问题，学术界、产业界和交通管理部门进行了大量红绿灯通行策略的研究。但是，当前的研究与应用还存在一些局限，主要集中在两个方面。(1)研究路***通流量模型，选择最优红绿灯切换时间，一旦确定最优切换时间，则针对特定路口的红绿灯***进行静态切换部署。这种方式不能适应交通流量的动态变化。(2)根据交通路口动态流量模型，调整各方向通行时间比例。这种方式对于不同方向的流量变化具有一定的适应性，但是忽略了切换周期对于通行效率的影响。

发明内容

针对交通路口车辆流量的动态特性，本发明提出一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法，在交通路口各方向的放行时间比例、红绿灯切换周期两个方面协同调度，形成基于时间比例与切换周期的二元实时动态调度方法，对于提高交通路口通行效率具有重要的意义。

本发明采用的技术方案为：一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法，在满足车辆通行需求的前提下，利用传感器采集交通流量数据，分析流量特征，实时优化红绿灯切换时间，提高交通路口通行能力，降低单车等待时间，极大的减少由于交通混乱引起的各种事故的发生，节约车辆出行时间成本。包括以下步骤：

A1、初始化交通路口红绿灯***参数；具体为：设定当前各方向车辆等候绿灯的排队长度，当前一次绿灯各方向能够通行的车辆数量，以及当前各方向绿灯通行时间；所述个方向具体为：东、南、西、北四个方向；

A2、交通路口红绿灯***记录最近的n次红绿灯切换时各方向的排队长度和通行数量；

A3、根据步骤A2记录的最近n次红绿灯切换时各方向的排队长度和通行数量，对交通路口各方向通行时间比例与切换频率进行动态优化。

进一步地，步骤A3具体为：

A31、根据步骤A2记录的最近n次红绿灯周期中各方向的排队长度和通行数量，计算南北方向与东西方向的放行时间比例；

A32、根据步骤A31的n次红绿灯周期中南北方向与东西方向的放行时间比例，计算下一次红绿灯周期中南北方向与东西方向的放行时间比例；

A33、根据各方向车辆到达速度、排队长度变化、车辆平均等待时间，调整下一次红绿灯周期中最佳切换频率；

A34、根据补正A32中计算得到的下一次红绿灯周期中南北方向与东西方向的放行时间比例、以及步骤A33中的下一次红绿灯周期中最佳切换频率，得到下一次红绿灯周期中各方向时间分配。

本发明的有益效果：本发明的一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法，在满足车辆通行需求的前提下，利用传感器采集交通流量数据，分析流量特征，实时优化红绿灯切换时间，提高交通路口通行能力，降低单车等待时间，极大的减少由于交通混乱引起的各种事故的发生，节约车辆出行时间成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的十字路***通信号灯示意图；

图2为本发明实施例提供的红绿灯切换周期时间轴；

图3为本发明实施例提供的第i+1轮最佳切换频率和最短等待时间。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。

本发明的技术方案为：一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法，包括：

A1、初始化交通路口红绿灯***参数；具体为：设定当前各方向车辆等候绿灯的排队长度，当前一次绿灯各方向能够通行的车辆数量，以及当前各方向绿灯通行时间；所述个方向具体为：东、南、西、北四个方向；

初始化算法环境，包括交通路口车辆排队长度Q(S,N,E,W)，每次绿灯通行数量P(S,N,E,W)，当前各方向绿灯通行时间T(S,N,E,W)，以及当前一次完整的红绿灯切换频率f。其中，S、N、E、W分别代表南、北、东、西四个方向(以车辆行进方向为准，如图1所示)。为表述方便，Q^S表示当前南向车辆等候绿灯的排队长度，P^S表示当前一次绿灯能够通行的车辆数量，以此类推。排队长度和通行数量信息可采用传感器实时收集。根据当前车辆交通实际情况，设置T^S＝T^N，T^E＝T^W。

A2、交通路口红绿灯***记录最近的n次红绿灯切换时各方向的排队长度和通行数量；

交通路口红绿灯***需要记录最近n次红绿灯切换时各方向的排队长度和通行数量。n值的大小可以根据路***通流量变化剧烈程度动态调整，根据应用经验一般取值可以在3到15之间取值。根据红绿灯切换记录时间轴(如图2所示)，当前时间设为t_i，上一次切换时间表示为t_i-1，第i-1次切换的排队长队、通行数量、各方向绿灯通行时间分别记为Q_i-1(S,N,E,W)、P_i-1(S,N,E,W)、T_i-1(S,N,E,W)，第i-1次完整的红绿灯切换频率f_i-1，某个方向(如南向)车辆在第i-1次切换周期中的排队长度和通行数量记为和以此类推。

A3、根据步骤A2记录的最近n次红绿灯切换时各方向的排队长度和通行数量，对交通路口各方向通行时间比例与切换频率进行动态优化。

(1)各方向通行时间比例动态设置

设每个红绿灯周期中，南北方向与东西方向的放行时间比例记为根据最近n次的α值，则下一次红绿灯周期中南北方向与东西方向的放行时间比例应该设置为：

其中，γ为市政规划中南北方向道理与东西方向道路的优先权重。如果γ＞1，则南北向比东西向重要，反之亦然。默认情况下γ＝1，即南北向与东西向放在同等重要的位置上进行调度。函数其中中的x在式(1)中可以替换为Q^S、P^N等值。

由式(1)得到的α_i+1，即为根据历史记录动态计算得到的下一次红绿灯周期中，南北方向与东西方向的放行时间比例。

(2)红绿灯切换频率动态设置

红绿灯切换频率过高或者过低，都会影响通行效率。本发明根据各方向车辆到达速度、排队长度变化、车辆平均等待时间，调整切换频率。设第i轮的车辆平均等待时间为D_i，切换频率为f_i，则需要求出第i+1轮最佳切换频率从而获得第i+1轮最短平均等待时间(如图3所示)。即：

解上述线性规划，可得

(3)第i+1轮红绿灯各方向时间分配

根据前述方法，我们可以得到第i+1轮各方向通行时间，即：

其中，表示第i+1轮红绿灯南向通行时间、表示第i+1轮红绿灯北向通行时间、表示第i+1轮红绿灯东向通行时间、表示第i+1轮红绿灯西向通行时间。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法，其特征在于，包括：

A1、初始化交通路口红绿灯***参数；具体为：设定当前各方向车辆等候绿灯的排队长度，当前一次绿灯各方向能够通行的车辆数量，以及当前各方向绿灯通行时间；所述个方向具体为：东、南、西、北四个方向；

A2、交通路口红绿灯***记录最近的n次红绿灯切换时各方向的排队长度和通行数量；

A3、根据步骤A2记录的最近n次红绿灯切换时各方向的排队长度和通行数量，对交通路口各方向通行时间比例与切换频率进行动态优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于流量特征的红绿灯动态实时调度方法，其特征在于，步骤A3具体为：

A31、根据步骤A2记录的最近n次红绿灯周期中各方向的排队长度和通行数量，计算南北方向与东西方向的放行时间比例；

A32、根据步骤A31的n次红绿灯周期中南北方向与东西方向的放行时间比例，计算下一次红绿灯周期中南北方向与东西方向的放行时间比例；

A33、根据各方向车辆到达速度、排队长度变化、车辆平均等待时间，调整下一次红绿灯周期中最佳切换频率；

A34、根据补正A32中计算得到的下一次红绿灯周期中南北方向与东西方向的放行时间比例、以及步骤A33中的下一次红绿灯周期中最佳切换频率，得到下一次红绿灯周期中各方向时间分配。