一種基于卡口數(shù)據(jù)的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于卡口的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法，用于城市道路交 通控制，屬于智能交通研宄領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 單點交叉口信號配時是指利用從檢測器獲取的交通流參數(shù)，根據(jù)交通流流量、時 間占有率等數(shù)據(jù)的變化情況，實時對交叉口的信號配時參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提升交叉口通行能 力，減少交叉口車輛延誤。單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化是干線及區(qū)域交通協(xié)調(diào)控制的前 提與基礎(chǔ)，是城市交通管控的基礎(chǔ)，能夠有效提升路網(wǎng)運(yùn)行效率。傳統(tǒng)的單點交叉口信號配 時參數(shù)都是采用布設(shè)在交叉口進(jìn)口道停車線之后的環(huán)形線圈檢測器所獲取的交通流數(shù)據(jù) 進(jìn)行進(jìn)行優(yōu)化，如著名的SCOOT、SCATS以及我國的HiCon交通信號控制系統(tǒng)等。由于固定 的線圈檢測器易于損壞且難以維修，一旦環(huán)形線圈檢測器損壞，將對單點交叉口信號配時 優(yōu)化產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同時，利用固定檢測器獲取的交通流參數(shù)不能有效反映整個交叉口區(qū) 域的交通運(yùn)行狀況，因而會存在信號配時優(yōu)化滯后的現(xiàn)象?？谑诫娮泳焓且环N安裝在 交叉口停車線前用以抓拍闖紅燈車輛的一種裝置，它能夠?qū)崟r檢測過車數(shù)據(jù)，記錄通過停 車線車輛的類型、時刻、速度、車牌等信息，在我國許多城市交叉口都安裝有這種設(shè)備。利用 卡口式電子警察提供的車牌信息數(shù)據(jù)可以有效獲得交叉口區(qū)間行程時間等數(shù)據(jù)，通過這種 區(qū)間數(shù)據(jù)建立一種新的交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法。這種方法可以有效利用現(xiàn)有設(shè)備的 交通數(shù)據(jù)，減少不必要的投資，同時能夠更加精確地預(yù)測車輛延誤與行程時間，大大提升交 叉口信號配時優(yōu)化的效果，為改善城市交通擁堵狀態(tài)，提升交叉口運(yùn)行效率提供技術(shù)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于卡口式電子警察數(shù)據(jù)的單點交叉口信號配時參 數(shù)優(yōu)化方法。該方法的基本思想是通過城市交叉口設(shè)置的卡口式電子警察所獲取的數(shù)據(jù)， 建立一種單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法，實現(xiàn)交叉口的實時信號控制。為實現(xiàn)上述目 的，本發(fā)明提出的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法包括：獲取卡口式電子警察的數(shù)據(jù)、計 算得到交叉口不同車流的行程時間及延誤數(shù)據(jù)、建立交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化流程、對交 叉口信號配時參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0004] 本發(fā)明的基本步驟如下：
[0005] C1、采集并獲取交叉口卡口式電子警察數(shù)據(jù)。
[0006] c2、計算得到交叉口各股交通流的行程時間及延誤。
[0007] c3、優(yōu)化得到下一個時段的交叉口信號配時參數(shù)。
[0008] 步驟cl的過程包括：
[0009] Cll、選取需要進(jìn)行單點信號配時的交叉口及各個進(jìn)口道上游相鄰交叉口。
[0010] C12、獲取這五個交叉口的卡口式電子警察數(shù)據(jù)以及相關(guān)路段長度等數(shù)據(jù)。
[0011] 獲取的數(shù)據(jù)包括：交叉口i所有相位的流量qk(t);交叉口i通過停車線的卡口記 錄數(shù)據(jù)，包括車輛類型、通過停車線時間、車牌識別結(jié)果。
[0012] 步驟c2的過程包括：
[0013] c21、進(jìn)行車牌匹配獲得交叉口相位車輛的行程時間。
[0014]設(shè)tk(j，t)為交叉口i的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)第j輛車通過停車線的 時刻；\1(」，〇、\3〇,〇31^〇,〇分別為交叉口1的第1^個相位的上游交叉口左轉(zhuǎn)車、直 行車和右轉(zhuǎn)車進(jìn)入該相位的車輛通過上游交叉口停車線的時刻。qtl(t)、qk，s(t)、qk，，(t)分 別為交叉口i的第k個相位的上游交叉口左轉(zhuǎn)車、直行車和右轉(zhuǎn)車進(jìn)入該相位的流量（veh/ 11)，其中915(1:)=915，1(1:)+915，；3(1:)+91^(1：)。則交叉口1的第1^個相位在第1:個采樣間隔內(nèi)的 上游交叉口不同方向車輛的平均行程時間為：
【主權(quán)項】
1. 一種基于卡口數(shù)據(jù)的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于該方法包括以 下步驟： cl、采集并獲取交叉口卡口式電子警察數(shù)據(jù)；c2、計算得到交叉口各股交通流的行程時間及延誤； c3、優(yōu)化得到下一個時段的交叉口信號配時參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟cl的 過程包括： cll、選取需要進(jìn)行單點信號配時的交叉口及各個進(jìn)口道上游相鄰交叉口；c12、獲取這五個交叉口的卡口式電子警察數(shù)據(jù)以及相關(guān)路段長度等數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟c2的 過程包括： c21、進(jìn)行車牌匹配獲得交叉口相位車輛的行程時間； 設(shè)tk(j，t)為交叉口i的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)第j輛車通過停車線的時刻；t)、tk，s(j，t)、t)分別為交叉口i的第k個相位的上游交叉口左轉(zhuǎn)車、直行車 和右轉(zhuǎn)車進(jìn)入該相位的車輛通過上游交叉口停車線的時刻；qtl(t)、qk，s(t)、qu(t)分別為 交叉口i的第k個相位的上游交叉口左轉(zhuǎn)車、直行車和右轉(zhuǎn)車進(jìn)入該相位的流量（veh/h)， 其中qk(t) =quf^+qj^O+qkJt);貝交叉口i的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)的上 游交叉口不同方向車輛的平均行程時間為：
式中，TuahT^ahTua)分別為交叉口i的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)由上 游交口左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)進(jìn)入車輛的行程時間； 相位k所有車輛平均行程時間為：
式中，Tk(t)為交叉口i的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)從上游交叉口停車線到該交 叉口停車線的所有車輛的平均行程時間； c22、計算交叉口相位車輛的延誤； 設(shè)1^1、1^3、11^分別為交叉口1的第1^個相位上游交叉口左轉(zhuǎn)、直行及右轉(zhuǎn)停車線到該 交叉口k相位停車線的距離，vk為車輛在該路段不受信號影響下的自由流速度；則交叉口i 的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)的上游交叉口不同方向車輛在該交叉口的平均延誤為： Dk,i(t) =Tk；1(t)-Lk；1/vk Dk，s(t) =Tk，s(t)-Lk，s/vk Dk，r ⑴=Tk，r(t)-Lk，r/vk 式中，DuahD^ahDua)分別為交叉口i的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)從上 游交叉口左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)方向車輛在該交叉口的平均延誤；若Dtl(t)、Dk，s(t)或Dk^(t) 出現(xiàn)小于零的情況，則令其等于零； 相位k所有車輛的平均延誤為：
式中，Dk(t)為交叉口i的第k個相位在第t個采樣間隔內(nèi)從上游交叉口停車線到該交 叉口停車線所有車輛的平均延誤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟c3的 過程包括： c31、定義交叉口的相位結(jié)構(gòu)與初始相位信號方案 交叉口i采用標(biāo)準(zhǔn)的雙環(huán)八相位結(jié)構(gòu)，不考慮右轉(zhuǎn)車信號控制；設(shè)初始信號周期時長 為Q，第t個優(yōu)化間隔內(nèi)的信號周期時長為C⑴，最大和最小信號周期分別為(：_和Cmin; gk (〇)表示交叉口相位k的初始有效綠燈時間，gk (t)表示相位k在第t個優(yōu)化間隔內(nèi)的有 效綠燈時間，k= 1，2, ...，8 ;根據(jù)雙環(huán)八相位結(jié)構(gòu)，各相位的有效綠燈時間需滿足如下公 式： gi(t) +g2 (t) +g3 (t) +g4 (t) =C(t)g5 (t) +g6 (t) +g7 (t) +g8 (t) =C(t) g: (t) +g2 (t) =g5 (t) +g6 (t) g3 ⑴+g4 (t) =g7 (t)+g8 (t) c32、確定下一個優(yōu)化間隔的信號周期 第t+1個優(yōu)化間隔內(nèi)的信號周期優(yōu)化分為如下幾個步驟： ① 計算得到每個相位的飽和度：
式中，xk (t)為相位k在第t個優(yōu)化間隔內(nèi)的飽和度；Sk為相位k所有車道的飽和流率； ② 判斷相位飽和度最大值是否大于臨界最大飽和度，如果是，則需要增大信號周 期；當(dāng)信號周期大于最大信號周期(：_時，信號周期就等于最大信號周期； C(t+1) =min[C(t) +AC,Cmax] ③ 判斷相位飽和度最小值是否小于臨界最小飽和度1_，如果是，則需要減小信號周 期；當(dāng)信號周期小于最小信號周期(：_時，信號周期就等于最小信號周期； C(t+1) =max[C(t) -AC,Cmin] c33、確定下一個優(yōu)化間隔的相位有效綠燈時間 第t+1個優(yōu)化間隔內(nèi)的有效綠燈時間優(yōu)化分為如下幾個步驟： ①分別計算左邊或右邊的兩個半環(huán)中最大延誤值所在的相位； Dr(t) =max[D: (t) +D2 (t),D5 (t) +D6 (t)] D1 (t) =max[D3 (t) +D4 (t)，D7 (t) +D8 (t)] 式中，Dr(t)和Dl(t)分別為左右半環(huán)中延誤加和較大相位的平均延誤之和； ② 分別計算兩個半環(huán)的優(yōu)化有效綠燈時間總和； gr(t+l) =int{C(t+1)Dr(t) /[Dr(t)+D1 (t) ]} gl(t+l) =C(t+l)-gr(t+1) 式中，gr(t+1)和gl(t+1)分別為左右半環(huán)優(yōu)化后的有效綠燈時間總和； ③ 對相位1和2第t+1優(yōu)化間隔的有效綠燈時間進(jìn)行優(yōu)化；首先計算得到相位1的有 效綠燈時間，當(dāng)綠燈時間小于相位最小值時，等于最小值；當(dāng)綠燈時間大于相位最大值時， 等于最大值； gj(t+1) =min(max(int{gr(t+1)Dj(t) /[D1 (t) +D2 (t) ]},glmin),glmax)g2(t+l) =gr(t+l)-g1(t+l) ④ 對相位5和6第t+1優(yōu)化間隔的有效綠燈時間進(jìn)行優(yōu)化；首先計算得到相位5的有 效綠燈時間，當(dāng)綠燈時間小于相位最小值時，等于最小值；當(dāng)綠燈時間大于相位最大值時， 等于最大值； g5 (t+1) =min(max(int{gr(t+1)D5 (t) / [D5 (t) +D6 (t) ]},g5min),g5max)g6(t+l) =gr(t+l)-g5(t+l) ⑤ 對相位3和4第t+1優(yōu)化間隔的有效綠燈時間進(jìn)行優(yōu)化；首先計算得到相位3的有 效綠燈時間，當(dāng)綠燈時間小于相位最小值時，等于最小值；當(dāng)綠燈時間大于相位最大值時， 等于最大值； g3 (t+1) =min(max(int{gl(t+1)D3 (t) / [D3 (t) +D4 (t) ]},g3min),g3max)g4(t+l) =gl(t+l)-g3(t+l) ⑥ 對相位7和8第t+1優(yōu)化間隔的有效綠燈時間進(jìn)行優(yōu)化；首先計算得到相位7的有 效綠燈時間，當(dāng)綠燈時間小于相位最小值時，等于最小值；當(dāng)綠燈時間大于相位最大值時， 等于最大值； g7 (t+1) =min(max(int{gl(t+1)D7 (t) / [D7 (t) +D8 (t) ]},g7min),g7max)g8(t+l) =gl(t+l)-g7(t+l)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于卡口數(shù)據(jù)的單點交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化方法?，F(xiàn)有城市交叉口信號控制大多基于設(shè)置在停車線后的環(huán)形線圈檢測器的斷面數(shù)據(jù)，檢測器損壞嚴(yán)重且無法獲取行程時間、延誤等交通流評價參數(shù)用于交通控制。本發(fā)明的基本思想是利用卡口式電子警察系統(tǒng)獲取的車輛車牌識別數(shù)據(jù)，通過上下游車輛車牌匹配得到所有相位車流從上游交叉口到達(dá)本交叉口的行程時間及延誤，通過相位飽和度優(yōu)化得到信號周期，通過不同相位的延誤變化情況優(yōu)化得到各個相位的有效綠燈時間。本發(fā)明提供了一種利用現(xiàn)有電子警察數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉口信號配時的方法，能夠減少交叉口檢測器布設(shè)的投資，有效提升交叉口交通控制的效率。
【IPC分類】G08G1-08
【公開號】CN104575034
【申請?zhí)枴緾N201510025259
【發(fā)明人】金盛, 劉美岐, 王殿海, 付鳳杰, 馬東方, 祁宏生
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月19日