一種基于粒子群算法的相鄰路口間人行道信號(hào)燈控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，尤其是一種交通信號(hào)燈控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市車輛的不斷增多，行人過(guò)街的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。在解決城市干道橫向行 人過(guò)街問(wèn)題時(shí)，為了方便行人過(guò)街，需要在兩個(gè)相鄰交叉口中間設(shè)置人行道方便行人過(guò)街。 而行人過(guò)街與干道車輛的通行是相互矛盾的，為保證人行過(guò)街與干道車輛的通行，需要對(duì) 行人過(guò)街進(jìn)行管理。
[0003] 行人過(guò)街的管理措施主要有三種：1)定時(shí)信號(hào)控制；2)行人按鈕式信號(hào)控制；3) 無(wú)信號(hào)控制。人行道信號(hào)控制方法一般是根據(jù)路段歷史行人、車輛交通量情況或控制經(jīng)驗(yàn) 制定定時(shí)控制方案，此種控制方法在交通量變化較為穩(wěn)定的狀況下較為適用，交通變化量 較大時(shí)則難以適應(yīng)交通需求，影響交通運(yùn)行效率。行人按鈕式信號(hào)控制方法，由于行人過(guò)街 分布的不確定性，經(jīng)常影響車輛正常通行，導(dǎo)致干道擁堵。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮?00710130953. X的中國(guó)專利公開(kāi)了一種行人過(guò)街交通信號(hào)控制的系統(tǒng) 及方法，其通過(guò)信號(hào)處理器綜合行人過(guò)街請(qǐng)求與上游交叉口車輛過(guò)人行道所需時(shí)間，給出 行人過(guò)街通行權(quán)。該種方法在交通量較小時(shí)較為適用，當(dāng)出現(xiàn)上游交叉口車流量對(duì)通過(guò)人 行道的需求較大，而行人等待時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，信號(hào)處理器對(duì)該種情況處理較不適用。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)枮?01010121624. 0的中國(guó)專利公開(kāi)了一種自適應(yīng)式智能交通燈及其控制 方法，其使用攝像機(jī)獲取各方向道路的視頻圖像，對(duì)圖像進(jìn)行信息提取，根據(jù)等待排隊(duì)車輛 的密度以及等待過(guò)街行人的密度，對(duì)交通燈進(jìn)行切換控制。該種方法在交通流量較小時(shí)效 果并不理想，切換控制約束較少，而計(jì)算機(jī)對(duì)車輛和行人雙重識(shí)別及密度分析，計(jì)算量大、 可靠性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服已有交通燈控制方法的無(wú)法兼顧車輛和行人通行效率、可靠性較低的不 足，本發(fā)明提供一種兼顧路口車輛和行人通行效率、可靠性較高、提升交通效率的基于粒子 群算法的相鄰路口間人行道信號(hào)燈控制方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種基于粒子群算法的相鄰路口間人行道信號(hào)燈控制方法，所述控制方法包括如 下步驟：
[0009] 1)參考?xì)v史交通數(shù)據(jù)的時(shí)間段劃分；
[0010] 采集歷史交通數(shù)據(jù)中，按交通流量變化劃分時(shí)間段，將流量變化較小時(shí)間段的劃 在一塊，區(qū)分交通流量高峰段和平緩段；
[0011] 2)人行道信號(hào)燈相位設(shè)置及相位變換設(shè)置
[0012] 信號(hào)燈相位：Rl人行道綠燈，機(jī)動(dòng)車道紅燈
[0013] R2人行道紅燈，機(jī)動(dòng)車道紅燈
[0014] R3人行道紅燈，機(jī)動(dòng)車道綠燈
[0015] R4人行道紅燈，機(jī)動(dòng)車道紅燈
[0016] 相位R2、R4保證相位變換后，通行一半的行人或車輛順利通行，其時(shí)間設(shè)置為固 定值，R2時(shí)間TR2 =人行道長(zhǎng)度/人平均速度，R4時(shí)間TR4 =人行道寬度/機(jī)動(dòng)車平均速 度；
[0017] 相位變換設(shè)置：
[0018] 2. 1)當(dāng)人行道沒(méi)有行人，機(jī)動(dòng)車道沒(méi)有車輛時(shí)，機(jī)動(dòng)車道綠燈相位；
[0019] 2. 2)當(dāng)機(jī)動(dòng)車道出現(xiàn)車輛而人行道未出現(xiàn)行人時(shí)，機(jī)動(dòng)車道綠燈相位；
[0020] 2. 3)當(dāng)人行道出現(xiàn)行人而機(jī)動(dòng)車道未出現(xiàn)車輛時(shí)，人行道綠燈相位；
[0021] 2.4)當(dāng)人行道有行人、機(jī)動(dòng)車道有車輛時(shí)，計(jì)算人行道和機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求 程度，此時(shí)，信號(hào)燈循環(huán)變換順序?yàn)镽U R2、R3、R4,因?yàn)镽2、R4的時(shí)間設(shè)置為固定值，RU R3 的相位時(shí)間根據(jù)人行道和機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求程度是否滿足信號(hào)燈相位變換條件進(jìn)行 確定；
[0022] 3)實(shí)時(shí)采集人行道和機(jī)動(dòng)車道交通數(shù)據(jù)，計(jì)算人行道和機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求程 度
[0023] 人行道綠燈相位需求程度包括前一相位狀態(tài)R3和當(dāng)前相位狀態(tài)Rl的行人通過(guò)人 行道流量、行人等候數(shù)量、行人等候時(shí)間和行人流量波動(dòng)情況；機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求程度 包括前一相位狀態(tài)Rl和當(dāng)前相位狀態(tài)R3的車輛通過(guò)人行道流量、車輛等候的排隊(duì)長(zhǎng)度、車 輛等候時(shí)間和車輛流量波動(dòng)情況；
[0024] 計(jì)算公式如下：
[0030] gran (t)、⑴分別為t時(shí)人行道、機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求程度；a d (d = 1，2,. . .，6)為人行道、機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求程度系數(shù)，根據(jù)歷史交通數(shù)據(jù)和粒子群算 法尋優(yōu)求解得出；Tkl為上一個(gè)相位狀態(tài)的狀態(tài)起點(diǎn)時(shí)間，Tk當(dāng)前相位狀態(tài)的狀態(tài)起點(diǎn)時(shí) 間，t為當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)；R(Tkl)為Tkl時(shí)相位狀態(tài)，同一個(gè)相位狀態(tài)在gran(t)、gjt)中的 效果不同，因而取值不同，當(dāng)前相位為Rl時(shí)，R(Tkl)在8_(〇的值設(shè)置為1，在g^(t) 值設(shè)置為-1，當(dāng)前相位為R3時(shí)，R(Tk D在g_(t)的值設(shè)置為-1，在g^(t)值設(shè)置為1 ; ^分別為J時(shí)間段內(nèi)的車輛流量、行人流量歷史數(shù)據(jù)均值，J為步驟1劃分的時(shí) 間段，J e T_NEW ;亂、Qr(TkAj)分別為Tk i~t之間的車輛流量、行人流量當(dāng)前采集 數(shù)據(jù)均值；Q(s)、Q1Xs)分別為s時(shí)的車輛流量、行人流量；L(s)、N(S)分別為s時(shí)的車輛 排隊(duì)長(zhǎng)度、行人數(shù)，由檢測(cè)行人過(guò)人行道的攝像機(jī)、車輛檢測(cè)器等檢測(cè)裝置獲得；Q_、Q"ax、 Nmax、Lmax、Taiiax分別為車輛流量、行人流量、行人數(shù)量、車輛排隊(duì)長(zhǎng)度、相位狀態(tài)維持時(shí)間的i: 限值，參考?xì)v史交通數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)獲得；
[0031] 4)判斷當(dāng)前人行道和機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求程度是否滿足信號(hào)燈相位變換條件， 過(guò)程如下：
[0032] 4. 1)當(dāng) gren(t) = gche(t)時(shí)，此時(shí)標(biāo)記為 T0;
[0033] 4. 2)與T。最接近的，路口 A、B信號(hào)下一相位變化時(shí)間點(diǎn)分別為T A。、TB。，
[0034] max (TAQ，TJ K TX，信號(hào)變換時(shí)間為 max (T AQ，TJ
[0035] max (TA。，TJ -T?！礣X 并且 min (T A。，TJ -T0< TX，信號(hào)變換時(shí)間為 min (T A。，TJ
[0036] min (TA。，TJ -T?！礣X，信號(hào)變換時(shí)間為 T Q
[0037] 其中，TX為信號(hào)燈相位變換時(shí)間閾值;max (TA。，TJ、min (TA。，TJ分別為TA。、Tb。中 的較大值、較小值；當(dāng)人行道綠燈相位需求程度和機(jī)動(dòng)車道綠燈相位程度滿足閾值條件時(shí)， 判斷當(dāng)前時(shí)間是否滿足路口 A、B信號(hào)周期及相位變化的時(shí)間切換閾值；此時(shí)標(biāo)記為T。。；
[0038] 4. 3)信號(hào)燈狀態(tài)維持時(shí)間，當(dāng)前相位狀態(tài)的狀態(tài)起點(diǎn)時(shí)間Tk~T。。，是否在 [Τ_，Τ_Χ]范圍，1'。_、1'。_分別相位狀態(tài)維持時(shí)間的下限值和上限值，當(dāng)1'。。-1；<1'。_時(shí)， 信號(hào)變換時(shí)間為TfTailin，否則信號(hào)變換時(shí)間為Τ。。，這是為了防止信號(hào)燈根據(jù)行人、車輛情 況反復(fù)變化；
[0039] 5)當(dāng)滿足信號(hào)燈相位變換條件時(shí)，信號(hào)燈變換相位。
[0040] 進(jìn)一步，所述步驟3)中，人行道、機(jī)動(dòng)車道綠燈相位需求程度系數(shù)ad(d = 1，2, ...，6)采用粒子群算法進(jìn)行求解，過(guò)程如下：
[0041] I)輸入交通參數(shù)及模型參數(shù)；
[0042] 交通參數(shù)包括時(shí)間間隔DT、機(jī)動(dòng)車道數(shù)NN、從路口 A、B行駛到人行道的車輛流量， 人行道兩端C、D的行人流量；模型參數(shù)包括α (1取值范圍[a Jiiiin, a dmax]，粒子群規(guī)模數(shù)NUM， 迭代次數(shù)kk，學(xué)習(xí)因子cl、c2,慣性權(quán)重因子w，[0, 1]之間的隨機(jī)數(shù)rl、r2,粒子空間搜索 維度D = 6 ;
[0043] II)產(chǎn)生初始族群，以隨機(jī)方式產(chǎn)生族群每個(gè)粒子的初始位置和速度；
[0044] 隨機(jī)產(chǎn)生NUM個(gè)粒子，D維空間中第d維的粒子i的速度表示為vld，D維空間中 第d維的粒子i的位置表示為xid，d維表示{ α η α 2、α 3、α 4、α 5、a 6}中的某一維度， 義^取值范圍[a d_, adnax]，Vid取值范圍在[0, a dnax-admn]，第i個(gè)粒子個(gè)體最優(yōu)位置為 A = Ofi，心)，所有A中的最優(yōu)為4 ;
[0045] III)計(jì)算適應(yīng)度，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值，以此判斷粒子的好 壞；適應(yīng)度函數(shù)為
[0047] j為時(shí)間間隔計(jì)數(shù)，β為車輛流量比重；
[0048] 當(dāng)人行道