CN113299080B - 一种基于路***通通行状态的信号实时优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于路***通通行状态的信号实时优化方法，根据路口渠化信息和历史车流信息，确定路口信号配时参数。根据路口所有流向的交通通行状态，计算相位运行过程中每一秒的相位切换分。根据每一秒的相位切换分以及路口绿灯流向的交通通行状态，判断是否结束当前相位。根据本发明信号优化方法能够达到路口信号实时优化，最大化利用路口时空资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于路***通通行状态的信号实时优化方法，属于路口信号配时技术领域。
背景技术
路口是城市交通流在路网中的集散地，同时也是产生车辆延误、额外燃油消耗和尾气排放的主要场所，而路口信号控制是调节和管理城市交通流的直接手段和主要措施。采用科学高效的路口信号控制策略能够有效提高路口的通行能力和服务水平，进一步地，对提升干线信号控制效率和路网车辆承载力具有重要意义。
我国的交通信号控制***研究从20世纪70年代开始，目前我国城市采用的信号控制方式包括固定配时、感应式和自适应控制三大类。固定配时信号控制是信号路口最早采用的控制方式，仍是现如今我国绝大部分城市路口采用的信号配时方式。由于交通流具有随机性，定时信号控制虽然可以基于路口运行状态进行，但不能根据交通流的实时变化实时调整配时方案，控制普适性和鲁棒性都处于一个较低的水平。感应式信号控制是基于车辆检测器和相位切换规则的控制方法，其本质上仍属一种被动响应式控制方法，目前只在未达到饱和状态的路口适用性较好。自适应信号控制能实时响应交通流的变化情况，依赖于准确的交通预测模型和控制策略，目前应用于实地的案例较少。
目前路口信号控制策略存在如下问题：
(1)路口信号配时以固定配时为主，人工经验调整为辅，数据利用率低，科学化、精细化程度低；
(2)路口信号优化多以单一交通流指标为依据，主要是断面流量和进口道排队长度，不能精确适用路***通通行状态；
(3)路口信号优化未充分考虑路口不同交通通行状态下的优化目标差异性，不满足实际路口的真实控制需求；
(4)现有信号实时优化方法多在仿真路网进行测试，未在真实路口验证其准确性和可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于路***通通行状态的信号实时优化方法，基于路口实时采集数据，在不同的交通通行状态下设置不同的相位切换条件，充分利用路口时空资源。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于路***通通行状态的信号实时优化方法，包括如下步骤：
步骤1，根据路口渠化信息和历史车流信息，确定路口信号配时包含的相位个数N，同时确定每个相位对应的信号配时参数，每个相位对应的基准绿灯时长、最大绿灯时长和最小绿灯时长；
步骤2，针对当前相位，根据路口所有流向的交通通行状态，计算当前相位运行过程中每一秒的相位切换分；
步骤3，根据每一秒的相位切换分以及路口绿灯流向的交通通行状态，判断是进入当前相位的下一秒还是结束当前相位，切换到下一相位；
步骤4，如果是进入当前相位的下一秒，则根据下一秒的相位切换分以及路口绿灯流向的交通通行状态继续判断；如果是结束当前相位，切换到下一相位，则切换到下一相位并返回步骤2。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2的具体过程如下：
设定当前相位包括至少一个流向，计算每个流向对应的流向切换分，将所有的流向切换分求和得到相位切换分；
当某个流向为绿灯时，该流向在当前相位运行过程中每一秒的流向切换分均为0；
当某个流向为红灯时，根据路***通通行状态计算该流向在当前相位运行过程中每一秒的流向切换分，路***通通行状态包括车辆到达状态和车辆排队长度，其中，车辆到达状态由车辆到达状态检测器确定，车辆排队长度由车辆排队长度检测器确定；
流向为红灯时的流向切换分具体为：在当前相位运行的第1秒，该流向的流向切换分为0；在当前相位运行的第t秒，若车辆排队长度检测器的占有率等于1且第t-1秒的流向切换等于0，则第t秒的流向切换分等于1，否则第t秒的流向切换分仍等于0；在当前相位运行的第t秒，若车辆到达状态检测器的占有率大于0.8且第t-1秒的流向切换分大于等于1，则第t秒的流向切换分等于2，否则第t秒的流向切换分仍等于1，t≥2。
作为本发明的一种优选方案，所述车辆到达状态检测器位于路口进口道渠化段起始点，车辆排队长度检测器位于路口进口道渠化段中间点。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤3的具体过程如下：
步骤31，当实时绿灯时间等于最小绿灯时长时，开始判断实时绿灯时间是否小于最大绿灯时长，若是，进入步骤32，否则，进入步骤39；
步骤32，判断实时相位切换分是否大于1.5N，若是，进入步骤33，否则，进入步骤34；
步骤33，判断车辆排队长度检测器的占有率是否大于0.8，若是，进入步骤38，否则，进入步骤39；
步骤34，判断实时绿灯时间是否小于基准绿灯时长，若是，进入步骤35，否则，进入步骤36；
步骤35，判断车辆排队长度检测器的占有率是否大于0.6或车辆到达状态检测器的占有率是否大于0.6，若是，进入步骤38，否则，进入步骤39；
步骤36，判断实时相位切换分是否大于等于N，若是，进入步骤39，否则，进入步骤37；
步骤37，判断车辆排队长度检测器的占有率是否等于1，若是，进入步骤38，否则，进入步骤39；
步骤38，继续当前相位，进入下一秒，返回步骤31；
步骤39，结束当前相位，切换到下一相位。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明将实时绿灯时间分为大于基准绿灯时间和小于基准绿灯时间两种情况，基于车辆排队长度和车辆到达状态，设置不同的实时相位切换条件，充分利用路口时空资源。
2、本发明提出流向切换分和相位切换分的概念，将待放行相位的放行需求进行量化，为当前放行相位的切换动作提供实时可靠的依据。
3、本发明利用路口进口道两种实时采集数据，包括车辆排队长度和车辆到达状态，更加真实全面地反映路***通通行状态，在此基础上地信号实时优化更加符合实际路口配时需求。
附图说明
图1是本发明的流程框图。
图2是本发明相位切换逻辑图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明根据路口进口道真实渠化情况和检测器布设情况，输入路口信号配时参数。在每个相位的红灯阶段，根据相位包含车道的车辆排队长度和车辆到达状态，计算相位包含的各个流向的流向切换分，全部流向切换分相加得到相位切换分。在相位的绿灯阶段，每一秒钟判断一次是否切入到下一相位，判断依据是实时绿灯时间、相位切换分和车辆到达状态。从而达到路口信号实时优化，最大化利用路口时空资源。
术语解释：
路***通通行状态：路口进口道的通行状态，由路口进口道检测器实时监测数据得到。
相位，在一个信号周期内，一股或几股车流在任何时刻都获得完全相同的信号灯色显示，那么就把它们获得不同灯色(绿灯、黄灯、全红)的连续时序称作一个信号相位。
流向切换分，根据路口流向所在红灯、绿灯阶段，由该流向所在路口进口道的交通通行状态得到。
相位切换分，由路口所有流向切换分相加得到，作为路口信号配时是否切换到下一个相位的依据。
如图1所示，为本发明一种基于路***通通行状态的信号实时优化方法的流程框图，具体如下：
S1根据路口渠化信息和历史车流信息，确定路口信号配时包含的相位个数N，同时确定每个相位对应的信号配时参数，每个相位对应的基准绿灯时长、最大绿灯时长和最小绿灯时长。具体为：
S11根据路口渠化信息和历史车流信息，设计路口信号配时，确定路口信号配时包含的相位个数N，输入相应的基准配时参数，包括每个相位的基准绿灯时长，最大绿灯时长和最小绿灯时长，作为路口信号实时优化的约束。
S12路***通通行状态通过路口进口道的检测器得到，反应路***通通行状态的指标包括车辆到达状态和车辆排队长度，其中检测车辆到达状态的检测点位于路口进口道渠化段起始点附近，检测车辆排队长度的检测点位于路口进口道渠化段中间点附近。
S2针对当前相位，根据路口所有流向的交通通行状态，计算当前相位运行过程中每一秒的相位切换分。包括以下内容：
S21设定当前相位包括至少一个流向，计算每个流向对应的流向切换分，将所有的流向切换分求和得到相位切换分。
S22当某个流向为绿灯时，该流向在当前相位运行过程中每一秒的流向切换分均为0。
S23当某个流向为红灯时，根据路***通通行状态计算该流向在当前相位运行过程中每一秒的流向切换分，路***通通行状态包括车辆到达状态和车辆排队长度，其中，车辆到达状态由车辆到达状态检测器确定，车辆排队长度由车辆排队长度检测器确定。
流向为红灯时的流向切换分具体为：在当前相位运行的第1秒，该流向的流向切换分为0；在当前相位运行的第t秒，若车辆排队长度检测器的占有率等于1且第t-1秒的流向切换等于0，则第t秒的流向切换分等于1，否则第t秒的流向切换分仍等于0；在当前相位运行的第t秒，若车辆到达状态检测器的占有率大于0.8且第t-1秒的流向切换分大于等于1，则第t秒的流向切换分等于2，否则第t秒的流向切换分仍等于1，t≥2。
S3根据每一秒的相位切换分以及路口绿灯流向的交通通行状态，判断是进入当前相位的下一秒还是结束当前相位，切换到下一相位。相位切换逻辑如图2所示，包括以下内容：
S31当实时绿灯时间等于相位最小绿灯时间，开始判断实时绿灯时间是否小于相位最大绿灯时间，若是，进入S32，否则，进入S39；
S32判断实时相位切换分是否大于1.5N，若是，进入S33，否则，进入S34；
S33判断车辆排队长度检测器的占有率是否大于0.8，若是，进入S38，否则，进入S39；
S34判断相位运行时间是否小于基准绿灯时长时，若是，进入S35，否则，进入S36；
S35判断车辆排队长度检测器的占有率是否大于0.6或车辆到达状态检测器的占有率是否大于0.6，若是，进入S38，否则，进入S39；
S36判断实时相位切换分是否大于等于N，若是，进入S39，否则，进入S37；
S37判断车辆排队长度检测器的占有率是否等于1，若是，进入S38，否则，进入S39；
S38继续当前相位，进入下一秒，返回S31；
S39结束当前相位，切换到下一相位。
S4如果是进入当前相位的下一秒，则继续根据下一秒的相位切换分以及路***通通行状态，并继续判断；如果是结束当前相位，切换到下一相位，则切换到下一相位并返回S2。
实施例：
本实施例中，以江苏省无锡市梁清路-景宜路路口为对象，路***通通行状态由路口进口道视频检测器监测的车辆排队状态和车辆抵达状态得到。采用本发明提出的基于路***通通行状态的信号实时优化方法，得到的优化效果与原有固定配时方案对比如表1所示。
表1实时优化方案与固定配时方案指标对比表
从表1给出的结果可以看出，基于路***通通行状态的信号实时优化方法各个指标均优于固定配时方案。车辆绿灯损失时间显著减少；路口实际通行能力在高峰时增加8.6％，平峰时增加11.7％；路口单位绿灯时间放行效率在高峰时增加6.8％，平峰时增加14.3％；路口最大排队长度(m)在高峰时减少21.5％，平峰时减少24.6％。
本发明根据提出的基于路***通通行状态地信号实时优化方法，基于路口实时采集数据，在不同的交通通行状态下设置不同的相位切换条件，充分利用路口时空资源。与固定固定配时方案相比，路口信号控制效果明显提高，具体体现在：相位损失时间显著减小，实际通行能力大幅增加，单位绿灯时间放行效率大幅增加，最大排队长度明显减少。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于路***通通行状态的信号实时优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据路口渠化信息和历史车流信息，确定路口信号配时包含的相位个数N，同时确定每个相位对应的信号配时参数，每个相位对应的基准绿灯时长、最大绿灯时长和最小绿灯时长；
步骤2，针对当前相位，根据路口所有流向的交通通行状态，计算当前相位运行过程中每一秒的相位切换分；具体过程如下：
设定当前相位包括至少一个流向，计算每个流向对应的流向切换分，将所有的流向切换分求和得到相位切换分；
当某个流向为绿灯时，该流向在当前相位运行过程中每一秒的流向切换分均为0；
当某个流向为红灯时，根据路***通通行状态计算该流向在当前相位运行过程中每一秒的流向切换分，路***通通行状态包括车辆到达状态和车辆排队长度，其中，车辆到达状态由车辆到达状态检测器确定，车辆排队长度由车辆排队长度检测器确定；
流向为红灯时的流向切换分具体为：在当前相位运行的第1秒，该流向的流向切换分为0；在当前相位运行的第t秒，若车辆排队长度检测器的占有率等于1且第t-1秒的流向切换等于0，则第t秒的流向切换分等于1，否则第t秒的流向切换分仍等于0；在当前相位运行的第t秒，若车辆到达状态检测器的占有率大于0.8且第t-1秒的流向切换分大于等于1，则第t秒的流向切换分等于2，否则第t秒的流向切换分仍等于1，t≥2；
步骤3，根据每一秒的相位切换分以及路口绿灯流向的交通通行状态，判断是进入当前相位的下一秒还是结束当前相位，切换到下一相位；具体过程如下：
步骤31，当实时绿灯时间等于最小绿灯时长时，开始判断实时绿灯时间是否小于最大绿灯时长，若是，进入步骤32，否则，进入步骤39；
步骤32，判断实时相位切换分是否大于1.5N，若是，进入步骤33，否则，进入步骤34；
步骤33，判断车辆排队长度检测器的占有率是否大于0.8，若是，进入步骤38，否则，进入步骤39；
步骤34，判断实时绿灯时间是否小于基准绿灯时长，若是，进入步骤35，否则，进入步骤36；
步骤35，判断车辆排队长度检测器的占有率是否大于0.6或车辆到达状态检测器的占有率是否大于0.6，若是，进入步骤38，否则，进入步骤39；
步骤36，判断实时相位切换分是否大于等于N，若是，进入步骤39，否则，进入步骤37；
步骤37，判断车辆排队长度检测器的占有率是否等于1，若是，进入步骤38，否则，进入步骤39；
步骤38，继续当前相位，进入下一秒，返回步骤31；
步骤39，结束当前相位，切换到下一相位；
步骤4，如果是进入当前相位的下一秒，则根据下一秒的相位切换分以及路口绿灯流向的交通通行状态继续判断；如果是结束当前相位，切换到下一相位，则切换到下一相位并返回步骤2。
2.根据权利要求1所述基于路***通通行状态的信号实时优化方法，其特征在于，所述车辆到达状态检测器位于路口进口道渠化段起始点，车辆排队长度检测器位于路口进口道渠化段中间点。
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