復雜天氣條件下路口交通信號控制優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及應用在道路交通信號配時優(yōu)化技術，它適用于復雜天氣條件下的 路口交通的信號優(yōu)化控制。
【背景技術】
[0002] 研究表明，在復雜天氣條件下（雪、雨、霧等），信號控制路口的交通往往較晴陰天 更加擁擠，交通事故也會增多，這反映出目前普遍采用在預假定路口飽和交通流量條件下 計算得到并實施的交通信號配時存在明顯的不適應，導致交通控制效率顯著下降。采用復 雜天氣條件下路口交通信號優(yōu)化技術，可使路口交通信號配時動態(tài)自適應復雜天氣條件， 從而提高路口每個交通信號周期內的機動車通過流量，達到減少交通擁堵、保障交通安全 目的。
[0003] 目前，美國已經開展惡劣天氣條件下道路路口交通控制的研究應用，但未見公開 發(fā)表的信號優(yōu)化配時技術，在我國則還未見開展此項研究與實踐的報道。在復雜天氣條件 下，因路口能見度變差或者下雪下雨，會導致機動車通過路口的速度降低、前后車的間距增 大，最終表現(xiàn)為車頭時距增加，路口飽和交通流量下降，若此時仍舊預假定的飽和流量進 行信號配時（美國、英國等道路交通通行條件好，路口飽和流量一般會在1800-2100輛車 /小時/車道之間選取一個常數(shù)；中國道路交通通行條件相對較差，路口飽和流量一般在 1400-1600輛車/小時/車道之間選取一個常數(shù)），則會帶來綠燈放行時間的不足或浪費， 交通控制效率隨之將明顯下降。因此，很有必要研究提出復雜天氣條件下路口交通信號優(yōu) 化技術，實現(xiàn)交通信號的動態(tài)最優(yōu)控制。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種復雜天氣條件下路口交 通信號控制優(yōu)化方法，在綜合檢測與衡量路口不同雪、雨、霧等天氣狀況及交通流量基礎 上，通過對路口交通信號的動態(tài)最優(yōu)控制，減少交通擁堵，保障交通安全。本發(fā)明采用的技 術方案是：
[0005] -種復雜天氣條件下路口交通信號控制優(yōu)化方法，包括下述步驟：
[0006] 通過道路路口設置的交通流檢測器，動態(tài)檢測并獲得道路路口各車道的交通流數(shù) 據(jù)；
[0007] 通過道路路口設置的天氣狀態(tài)檢測器，動態(tài)檢測并獲得道路路口的天氣狀況；
[0008] 根據(jù)檢測到的天氣狀態(tài)和交通流數(shù)據(jù)，通過交通信號控制機進行交通信號動態(tài)優(yōu) 化，得到針對現(xiàn)場復雜天氣條件和交通流量的最佳信號配時，交替點亮道路路口的各個入 口的信號燈，實現(xiàn)路口交通流在時間上的最優(yōu)分配控制。
[0009] 進一步地，交通信號控制機交替點亮道路路口的各個入口的信號燈的信號配時采 用下述方法優(yōu)化得到：
[0010] SL對天氣狀況劃分天氣條件等級；
[0011] S2.利用交通流檢測器采集的歷史樣本數(shù)據(jù)，并結合天氣條件等級，根據(jù)公式（2) 計算路口各車道的飽和流量；
[0012]
(2)
[0013] 其中，QJP T j別表示，在一個天氣條件等級下，路口第i個車道的飽和流量和路 口第i個車道的平均車頭時距；
[0014] S3.交通信號控制機進行與天氣條件等級相關的交通信號配時：
[0015] 路口的交通信號設置成4個控制相位:六3、(：、0，其中4、8分別控制東西方向的直 行、左轉彎車流，C、D分別控制南北方向的直行、左轉彎車流；
[0016] 信號周期設定為Ct秒，A、B、C、D相位的綠燈時間依次設定為G A、GB、G。、Gd;相鄰相 位間過渡時間統(tǒng)一設定為Y秒；以兌為參數(shù)，根據(jù)路口實時交通流量來計算信號周期及4個 控制相位的綠燈時間。
[0017] 進一步地，步驟Sl中，具體綜合能見度、降雨強度、降雪強度輸入等級，按照就高 不就低原則得到復雜天氣輸出等級，共分為五級，從〇級、一級、二級、三級、至四級。
[0018] 進一步地，步驟S2具體包括：在約束條件下，在交通信號控制機內建立車頭時距 樣本數(shù)據(jù)庫：
[0019] 首先按照天氣條件等級，然后針對每個天氣條件等級，每車道各建立車頭時距樣 本M個；
[0020] 對每個天氣條件等級，計算路口各車道各自的平均車頭時距。
[0021] 更進一步地，所述約束條件包括：
[0022] 車頭時距樣本量M彡1000 ;
[0023] 超出約束值的車頭時距作為無效樣本刪除；
[0024] 采集樣本時，每個綠燈時段只把放行的第二輛車與第三輛車的車頭時距、第三輛 車與第四輛車的車頭時距，直至本綠燈時段結束時放行的倒數(shù)第二輛車與最后一輛車的車 頭時距作為采集樣本，但只有不超出約束值的車頭時距才作為有效樣本進行相應存儲。 [0025] 更進一步地，天氣條件等級每隔一個時長更新一次，其后相同時長的時段內采集 的所有有效的車頭時距樣本按照相應的天氣條件等級、對應的車道進行順序存儲。
[0026] 進一步地，步驟S3具體包括：
[0027] 步驟S301，計算路口的交通流量比；
[0028] 每個車道的交通流量比是指在某一時段內該車道的實際到達交通流量與通行能 力即飽和流量之比，每個相位的交通流量比則取該相位所對應的各車道的交通流量比的最 大值；設F A、FB、Fc、Fd依次代表相位A、B、C、D的交通流量比，那么路口的交通流量比F = Fa+Fb+Fc+Fd ； 「00291
[0030] 式（4)中：
[0031] f\、f2、f3、f4、f5、f6、f 7、&分別表示車道1、2、3、4、5、6、7、8的實際到達交通流量；
[0032] Qp Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q 7、(>)8分別表不車道 1、2、3、4、5、6、7、8 的飽和流量；
[0033] 車道1、2、3、4、5、6、7、8分別表示路口的四個入口的直行和左轉車道，共八個車 道；
[0034] 步驟S302,計算信號周期；
[0035]
[0036] 式（5)中：CT為信號周期；L為信號周期的總損失時間，即4Y ;F為路口的交通流量 比；
[0037] 步驟S303，計算各相位綠燈時間； 「00381
[0039] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明能夠針對天氣變化，自動調整控制路口交通信號，實現(xiàn) 了對路口交通信號的動態(tài)最優(yōu)控制，可減少交通擁堵，保障交通安全。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)設置圖。
[0041] 圖2是本發(fā)明車頭時距采集流程圖。
[0042] 圖3是本發(fā)明控制相位設置圖。
[0043] 圖4是本發(fā)明路口入口車道設置圖。
【具體實施方式】
[0044] 下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0045] 本發(fā)明提供的復雜天氣條件下路口交通信號控制優(yōu)化方法，基于如圖1所示的一 套路口交通信號控制系統(tǒng)；它包括在道路路口設置的交通流檢測器，雪、雨、霧等天氣狀態(tài) 檢測器以及交通信號控制機。交通流檢測器、天氣狀態(tài)檢測器均與交通信號控制機連接。針 對1個十字交叉路口，在路口設置1臺交通信號控制機、1套天氣狀態(tài)檢測器和4套交通流 檢測器。交通流檢測器采用視頻檢測器，4套交通流檢測器分別設置在四個入口的車道停車 線后30-50米，每套檢測器最多可對四個車道的駛離車道停車線的機動車流量、速度以及 車頭時距等交通流數(shù)據(jù)進行動態(tài)檢測，檢測數(shù)據(jù)通過有線網絡RS422接口輸出給交通信號 控制機。天氣狀態(tài)檢測器設置在交通信號控制機附近，動態(tài)對路口的下雪、下雨、霧等天氣 狀況進行綜合檢測，檢測數(shù)據(jù)通過有線網絡RS422接口輸出給交通信號控制機。根據(jù)檢測 到的天氣狀態(tài)和交通流數(shù)據(jù)，交通信號控制機進行交通信號動態(tài)優(yōu)化，得到針對現(xiàn)場復雜 天氣條件和交通流量的最佳信號配時，交替點亮道路路口的各個入口的紅綠燈，實現(xiàn)路口 交通流在時間上的最優(yōu)分配控制。
[0046] 路口交通信號控制機交替點亮各個方向紅綠燈的信號配時由下述方法優(yōu)化得 到：
[0047] SI.對天氣狀況劃分天氣條件等級；
[0048] 路口交通信號控制機接受路口天氣狀態(tài)檢測器輸出的檢測數(shù)據(jù)并進行分級。參照 國家有關技術標準以及公安部、交通運輸部等有關要求，將能見度、降雨、降雪等輸入?yún)?shù) 綜合歸類為五個等級，如表1所示：
[0049]
[0050] 綜合能見度、降雨、降雪等輸入等級，按照就高不就低原則得到復雜天氣輸出等 級，如公式（1)所示：
[0051] Vlx= {0，1，2,3,4}，V2x= {0，1，2,3,4}，V3x= {0，1，2,3,4};
[0052] Vx= Max (V lx，V2x，V3x) 公式（I)
[0053] 式中，X = 0、1、2、3、4，分別表示晴陰天、一級、二級、三級、四級％是指復雜天氣 輸出等級，Vlx，V 2x，V3x分別表示能見度、降雨、降雪輸入等級。
[0054] S2.復雜天氣條件下通行能力計算：利用交通流檢測器采集的歷史樣本數(shù)據(jù)，并 結合天氣條件等級，根據(jù)公式（2)計算路口各車道的飽和流量；
[0055]
[0056] 其中，QJP T j別表示，在一個天氣條件等級下，路口第i個車道的飽和流量和路 口第i個車道的平均車頭時距說和T i與天氣條件等級有關，通常上述天氣級別越