本發(fā)明涉及交通信號(hào)控制技術(shù)，尤其涉及一種車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的信控交叉口動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模日益擴(kuò)大，城市交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)峻。道路交叉口作為城市道路交通的主要集散點(diǎn)，是交通擁堵的主要發(fā)生節(jié)點(diǎn)。對(duì)交叉路口交通流線進(jìn)行合理的分析、動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化是一種低成本、高成效緩解城市交通擁堵的方法，受到越來(lái)越多的關(guān)注與深入研究。

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，先進(jìn)的通訊技術(shù)不斷更新，先進(jìn)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，為信控交叉口進(jìn)口流線車(chē)輛的信息及狀態(tài)的獲取提高了很好的技術(shù)支持。由此基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)信號(hào)控制交叉口進(jìn)行動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化，能夠很好的提升信號(hào)控制交叉口的時(shí)空效率。

目前，城市道路交叉口信號(hào)控制依然普遍采用固定配時(shí)固定相位的固定信號(hào)控制方式，部分交叉口設(shè)置為感應(yīng)控制方式(固定相位動(dòng)態(tài)配時(shí))，極少交叉口采用自適應(yīng)感應(yīng)信號(hào)控制(固定相位動(dòng)態(tài)配時(shí))；而現(xiàn)有的一些信控交叉口優(yōu)化方法研究中，包括配時(shí)優(yōu)化和相位順序優(yōu)化，隨有對(duì)控制方案相位順序優(yōu)化，但未考慮相位流線的優(yōu)化組合，更未涉及周期相位流線動(dòng)態(tài)優(yōu)化組合。不管是實(shí)際控制方法的應(yīng)用，還是交叉口信號(hào)控制方法的研究，均未涉及交叉口空間和時(shí)間的整體動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的信控交叉口動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的信控交叉口動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化方法，包括以下步驟：

1)基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，周期采集交叉口各流線車(chē)輛參數(shù)，包括車(chē)輛位置、車(chē)速和車(chē)輛變道信息；

2)根據(jù)采集的信息計(jì)算當(dāng)前周期各流線車(chē)輛排隊(duì)和到達(dá)數(shù)量，依據(jù)各流線車(chē)輛數(shù)確定交叉口各進(jìn)口車(chē)道分配，確定當(dāng)前周期各流線所需車(chē)道數(shù)；

3)在確定的交叉口車(chē)道布局基礎(chǔ)上，基于流線相容性確定所有流線之間的相容關(guān)系；

4)通過(guò)所確定好的各流線相容關(guān)系，依據(jù)信號(hào)控制交叉口周期相位方案的設(shè)置要求，獲取當(dāng)前周期信號(hào)控制可行相位組合方案；

5)結(jié)合最優(yōu)配時(shí)模型，對(duì)所有可行相位組合方案進(jìn)行流線信號(hào)配時(shí)，通過(guò)比選每一可行相位組合方案配時(shí)模型目標(biāo)函數(shù)值，從中選取最優(yōu)控制方案作為當(dāng)前周期交叉口信控方案。

6)當(dāng)前周期最優(yōu)控制方案確定后，下一周期控制方案的確定采用同種方式獲取，從而實(shí)現(xiàn)信控交叉口動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化。

按上述方案，所述步驟3)中流線之間的相容關(guān)系包括三類(lèi)：對(duì)向相容、分流相容和合流相容；要確定流線相容關(guān)系，首先必須確定流線之間的對(duì)向關(guān)系、分流關(guān)系和合流關(guān)系，具體如下：

對(duì)向關(guān)系是處于對(duì)向兩個(gè)進(jìn)口且流向相反的流線之間關(guān)系；分流關(guān)系是處于同一進(jìn)口內(nèi)流線之間的關(guān)系；對(duì)于合流相容則是處于不同進(jìn)口但流向同一進(jìn)口的流線之間的關(guān)系；

當(dāng)所有進(jìn)口均不存在流線車(chē)道共用時(shí)，對(duì)向關(guān)系與分流關(guān)系均為相容關(guān)系；而對(duì)于合流關(guān)系，當(dāng)2流線的進(jìn)口車(chē)道數(shù)<＝出口車(chē)道數(shù)，即進(jìn)出口車(chē)道數(shù)相匹配時(shí)，車(chē)輛依次遵循交通規(guī)則行駛，此時(shí)合流2流線不存在沖突點(diǎn)，可視為相容關(guān)系，否則為沖突關(guān)系。

當(dāng)進(jìn)口存在流線車(chē)道共用時(shí)，該進(jìn)口內(nèi)流線僅互為分流相容關(guān)系，與其他流線均為不相容關(guān)系，即沖突關(guān)系。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

(1)本發(fā)明基于先進(jìn)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)信息，了解車(chē)輛實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)交叉口進(jìn)口車(chē)道布局進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，提升交叉口車(chē)道空間使用率；

(2)本發(fā)明將流線的合流關(guān)系進(jìn)行細(xì)分，增設(shè)流線合流相容組合，大大提升了可行相位的流線組合數(shù)，從而更加提升了信號(hào)相位控制方案數(shù)；

(3)本發(fā)明獲取多數(shù)信號(hào)相位控制方案后，對(duì)方案一一優(yōu)化配時(shí)，最后選取最優(yōu)的信號(hào)相位控制方案。由此控制方案進(jìn)一步與交叉口流線實(shí)時(shí)狀態(tài)相適應(yīng)，大大優(yōu)化交叉口信號(hào)控制的時(shí)空效率。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下交叉口進(jìn)口交通流線流量示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中合流流線相容關(guān)系說(shuō)明圖

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下獲取車(chē)輛信息后所確定交叉口車(chē)道布局圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中交叉口部分信號(hào)相位控制方案；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中交叉口部分信號(hào)相位控制方案配時(shí)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的信控交叉口動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化方法，該方法包括以下幾個(gè)步驟：

首先基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，動(dòng)態(tài)獲取交叉口各流線車(chē)輛參數(shù)，包括車(chē)輛位置、車(chē)速、車(chē)輛變道等信息。根據(jù)所獲取的車(chē)輛信息，計(jì)算當(dāng)前周期各流線車(chē)輛數(shù)，依據(jù)各流線車(chē)輛數(shù)對(duì)交叉口進(jìn)口車(chē)道轉(zhuǎn)向功能進(jìn)行布局，從而確定當(dāng)前周期各流線所需車(chē)道數(shù)；在確定的交叉口車(chē)道布局基礎(chǔ)上，基于流線相容性確定所有流線之間的相容關(guān)系，所謂相容關(guān)系包括對(duì)向相容關(guān)系、分流相容關(guān)系以及合流相容關(guān)系。通過(guò)所確定好的各流線相容關(guān)系，依據(jù)信號(hào)控制交叉口周期相位方案的設(shè)置要求，獲取當(dāng)前周期信號(hào)控制可行相位組合方案；根據(jù)所確定的流線車(chē)輛參數(shù)以及選定的一些信號(hào)控制相位組合方案，結(jié)合最優(yōu)配時(shí)模型，對(duì)各流線進(jìn)行配時(shí)，通過(guò)選取最優(yōu)控制方案作為當(dāng)前周期交叉口信控方案；交叉口流線車(chē)流具有周期時(shí)變性，通過(guò)對(duì)不同周期設(shè)置不同流線車(chē)道分配及不同最優(yōu)信號(hào)控制方案，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制交叉口動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化。

基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)，能夠獲取流線車(chē)輛信息參數(shù)，本發(fā)明中主要是獲取車(chē)輛位置及轉(zhuǎn)向信息，從而確定交叉口各流線車(chē)輛數(shù)，如圖2所示。

圖2中：第k周期進(jìn)入西進(jìn)口車(chē)輛數(shù)；ρw(k)第k周期西進(jìn)口路段車(chē)輛密度；vw(k)第k周期西進(jìn)口路段車(chē)輛平均車(chē)速；為第k周期西進(jìn)口車(chē)輛到達(dá)車(chē)隊(duì)隊(duì)尾數(shù)；為車(chē)輛左轉(zhuǎn)、直右比例；車(chē)輛左轉(zhuǎn)流線、直右流線到達(dá)車(chē)輛數(shù)；流線原有排隊(duì)車(chē)輛數(shù)；流線總車(chē)輛數(shù)；qwn(k)、qwe(k)、qws(k)流線進(jìn)入北、東、南進(jìn)口車(chē)輛數(shù)。

參數(shù)存在如下關(guān)系：

式6、式7中，取小于時(shí)，表示當(dāng)前周期該進(jìn)口未完全消散，有車(chē)輛滯留。當(dāng)某一車(chē)道存在車(chē)輛滯留時(shí)，下一周期該車(chē)道的轉(zhuǎn)向功能不變。因?yàn)槿绻?chē)道轉(zhuǎn)向功能發(fā)生變化，可能會(huì)使該車(chē)道的滯留車(chē)輛無(wú)法滿足自身轉(zhuǎn)向需求，以此同時(shí)，其他車(chē)道進(jìn)行功能分配時(shí)也必須嚴(yán)格依據(jù)車(chē)道轉(zhuǎn)向設(shè)置規(guī)則進(jìn)行設(shè)置，以避免流線車(chē)輛沖突，保障車(chē)輛通行安全。

交叉口車(chē)道功能布局確定后，交叉口各流線的相容關(guān)系也對(duì)應(yīng)確定。流線之間的相容關(guān)系包括三類(lèi)：對(duì)向相容、分流相容和合流相容。

要確定流線相容關(guān)系，首先必須確定流線之間的對(duì)向關(guān)系、分流關(guān)系和合流關(guān)系。對(duì)向關(guān)系是處于對(duì)向兩個(gè)進(jìn)口且流向相反的流線之間關(guān)系；分流關(guān)系是處于同一進(jìn)口內(nèi)流線之間的關(guān)系；對(duì)于合流相容則是處于不同進(jìn)口但流向同一進(jìn)口的流線之間的關(guān)系。顯然當(dāng)所有進(jìn)口均不存在流線車(chē)道共用時(shí)，對(duì)向關(guān)系與分流關(guān)系均為相容關(guān)系；而對(duì)于合流關(guān)系，一般被視為沖突關(guān)系，本文進(jìn)行細(xì)化，即當(dāng)2流線的進(jìn)口車(chē)道數(shù)<＝出口車(chē)道數(shù)(進(jìn)出口車(chē)道數(shù)相匹配)時(shí)，車(chē)輛依次遵循交通規(guī)則行駛，此時(shí)合流2流線不存在沖突點(diǎn)，可視為相容關(guān)系，否則為沖突關(guān)系。因此，合流關(guān)系可作為相容關(guān)系考慮，同時(shí)也不存在交通安全隱患。如圖3：nwl+nst＝nnc，其中，nwl為西進(jìn)口左轉(zhuǎn)流線車(chē)道數(shù)，nst為南進(jìn)口直行流線車(chē)道數(shù)，nnc為北出口車(chē)道數(shù)，通過(guò)此關(guān)系式可以說(shuō)明西進(jìn)口左轉(zhuǎn)流線與南進(jìn)口直行流線合流相容，否則不相容。再有，當(dāng)進(jìn)口存在流線車(chē)道共用時(shí)，該進(jìn)口內(nèi)流線僅互為分流相容關(guān)系，與其他流線均為不相容關(guān)系，即沖突關(guān)系。

通過(guò)對(duì)相容流線組合為可行相位，增加了相位的流線組合形式，從而信號(hào)控制交叉口周期相位組合方案數(shù)大大增加，進(jìn)而能夠更好的選取最優(yōu)信號(hào)控制相位方案。

確定流線相容關(guān)系之后，能夠得到一些可行相位組合，即由相容關(guān)系的2條流線構(gòu)成的組合。信控交叉口控制相位方案即是由這些可行相位組合構(gòu)成的，根據(jù)流線優(yōu)先權(quán)、流線車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度、特殊車(chē)輛優(yōu)先通行等等優(yōu)先規(guī)則，能夠組合出很多種信號(hào)控制相位方案。根據(jù)不同優(yōu)先規(guī)則及流線相容關(guān)系，可利用matlab軟件進(jìn)行編程，得到所有的交叉口信號(hào)相位控制方案。

利用基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所獲取的車(chē)輛信息及確定的一些可行相位控制方案，基于最優(yōu)配時(shí)模型，對(duì)每一相位控制方案進(jìn)行流線配時(shí)，最后選取最優(yōu)的信號(hào)控制相位方案作為當(dāng)前周期的控制方案。下一周期采用同樣的流程獲取最優(yōu)控制方案，從而實(shí)現(xiàn)交叉口信號(hào)控制方案的動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化。

一個(gè)具體的實(shí)施例：

本發(fā)明用于在車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)狀態(tài)信息以及交叉口進(jìn)口交通流線流量(圖2)，對(duì)交叉口車(chē)道進(jìn)行重新布局，圖4即為車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下獲取車(chē)輛信息后所確定交叉口車(chē)道布局圖；圖5為當(dāng)前交叉口車(chē)道布局形式對(duì)應(yīng)的部分信號(hào)相位控制方案。

交叉口當(dāng)前周期布局圖中，僅有東進(jìn)口直左流線存在車(chē)道共用，其他進(jìn)口均為一條流線對(duì)應(yīng)一個(gè)車(chē)道，對(duì)此可以確定所有流線的相容關(guān)系(存在車(chē)道共用流線互為相容關(guān)系，與其他流線均不相容，合流兩流線存在進(jìn)出口車(chē)道匹配可視為合流相容)，則所有可行相位流線組合數(shù)如表1所示。

表1

表1中符合定義：j代表流線；k代表周期；代表第k周期東進(jìn)口直行流線；代表第k周期東進(jìn)口左轉(zhuǎn)流線；代表第k周期北進(jìn)口直行流線；代表第k周期北進(jìn)口左轉(zhuǎn)流線；代表第k周期西進(jìn)口直行流線；代表第k周期西進(jìn)口左轉(zhuǎn)流線；代表第k周期南進(jìn)口直行流線；代表第k周期南進(jìn)口左轉(zhuǎn)流線。

根據(jù)表1中確定的可行相位流線組合，將其進(jìn)行信號(hào)相位控制方案組合，采用matlab軟件進(jìn)行編程，可得到所有的交叉口信號(hào)相位控制方案。由于可組合控制方案較多，本發(fā)明中就不逐一列出，為了便于說(shuō)明，僅列出部分信號(hào)相位控制方案(圖5)，控制方案的相位流線組合見(jiàn)表2，本發(fā)明中雖信號(hào)相位較多，但信號(hào)階段僅為4個(gè)，這樣能保證信號(hào)控制方案不會(huì)因?yàn)橄辔粩?shù)過(guò)多而增加周期綠燈損失。

表2

確定控制相位方案后，根據(jù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所獲取的車(chē)輛信息，采用常規(guī)的最優(yōu)配時(shí)模型，對(duì)各信號(hào)相位控制方案進(jìn)行配時(shí)，具體參數(shù)如表3所示。

表3

表3中參數(shù)的單位全為s，車(chē)輛平均延誤為vel/s，流線信號(hào)配時(shí)參數(shù)包括黃燈時(shí)間3s，流線最小綠燈時(shí)間為7s，故滿足要求，各方案采用常規(guī)信號(hào)相位配時(shí)圖進(jìn)行表示，如圖6。每一控制方案配時(shí)參數(shù)確定之后，對(duì)所有方案所對(duì)應(yīng)的車(chē)輛平均延誤進(jìn)行比較，選取車(chē)輛平均延誤最小的控制方案作為當(dāng)前周期的控制方案，每一周期均采用如此計(jì)算方法，從而實(shí)現(xiàn)信控交叉口的動(dòng)態(tài)時(shí)空優(yōu)化。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。