一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，包括以下步驟：1)通過全息測量系統(tǒng)獲得交叉口的實時車輛信息；2)根據(jù)獲得交叉口的實時車輛信息，基于NEMA雙環(huán)相位結(jié)構(gòu)，按照設(shè)定的時間間隔對交叉口信號控制策略進行全局優(yōu)化；3)在所述設(shè)定時間間隔內(nèi)，進行交叉口控制策略進行局部優(yōu)化；4)重復(fù)步驟1)-步驟3)，進行交叉口信號的實時控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有實時性高、降低延誤效果好、方法先進等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信 號控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 交叉口的運行效率很大程度上決定了城市道路交通系統(tǒng)的整體運行效率，其控制 和管理的效率直接影響城市交通環(huán)境質(zhì)量以及機動車能源消耗。
[0003] 在自適應(yīng)控制策略中，根據(jù)相位決策依據(jù)的不同，將自適應(yīng)控制策略分為3類： (1)基于模型的控制策略；（2)基于規(guī)則的控制策略；（3)基于規(guī)則和優(yōu)化模型的混合控制 策略。常用的自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要有美國的0PAC和RHODES系統(tǒng)，法國的PR0DYN系統(tǒng)，意 大利的SP0Y/UT0PIA系統(tǒng)。RHODES是一個實時自適應(yīng)區(qū)域交通控制系統(tǒng)，測試表明該系統(tǒng) 對半擁擠的交通網(wǎng)絡(luò)比較有效。RHODES以相位可控化、有效綠波帶和預(yù)測算法為核心技術(shù)， 能夠使延誤和停車次數(shù)最小。PRODYN(Dynamic Programming)系統(tǒng)是一種實時交通控制系 統(tǒng)，是一個分布式系統(tǒng)，系統(tǒng)中的每個路口都要在滑動時間窗上求解一個向前動態(tài)規(guī)劃問 題以獲得最優(yōu)控制方案；SP0T/UT0PIA是分布式實時交通控制系統(tǒng)，設(shè)計目標(biāo)是同時改善 私人和公共運輸效率，由SPOT (本地）和UTOPIA (區(qū)域）兩部分組成，其中，SPOT是一個小 型的分布式交通控制系統(tǒng)，在每個交通控制器上使用微觀模型完成本地最優(yōu)化工作即使總 費用函數(shù)最??；它可以獨立工作，單個SPOT系統(tǒng)最多管理6個路口。UTOPIA是一個面控軟 件，可協(xié)調(diào)組織多個SPOT系統(tǒng)（作為子區(qū)）以組成區(qū)域控制系統(tǒng)；它使用基于歷史數(shù)據(jù)的 宏觀交通模型來優(yōu)化控制策略，每個子區(qū)使用相同的周期長度。
[0004] 總結(jié)國內(nèi)外自適應(yīng)控制的研究，目前單點自適應(yīng)控制主要存在以下問題：
[0005] (1)信息的可靠性有待提高
[0006] 通過線圈檢測來進行數(shù)據(jù)的采集，受布設(shè)位置的限制，檢測器只能采集定點車輛 信息，采集到的信息本身就不全面，同時還要考慮檢測誤差。
[0007] (2)對相位結(jié)構(gòu)的研究不夠
[0008] 很少對相位結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，而是假設(shè)相位結(jié)構(gòu)固定的條件下進行控制。對于不沖 突的車流，采用同啟同斷的方式，視為同一個相位處理，即單環(huán)控制的形式。而實際中，對于 直左分離的交叉口，常常要求進行相位搭接，即雙環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0009] (3)檢測數(shù)據(jù)沒有被充分利用
[0010] 早期自適應(yīng)控制受線圈檢測器檢測能力的影響，僅以流量數(shù)據(jù)來計算控制方案， 而近年來基于新型檢測手段的控制，雖然能檢測到充足的信息，但是由于簡化模型加快運 算速度，大多只采用集計的數(shù)據(jù)進行模型計算。
[0011] (4)參數(shù)設(shè)置依賴交通工程師的經(jīng)驗
[0012] 涉及到的參數(shù)，大多需要根據(jù)實際路口的調(diào)查情況，由交通工程師來事先確定，一 方面降低了策略對實時交通狀況反應(yīng)的靈敏程度，另一方面增加了實際應(yīng)用中的工作量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種實時性高、降低 延誤效果好、方法先進的基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法。
[0014] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0015] 一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，包括以下步驟：
[0016] 1)通過全息測量系統(tǒng)獲得交叉口的實時車輛信息；
[0017] 2)根據(jù)獲得交叉口的實時車輛信息，基于NEMA雙環(huán)相位結(jié)構(gòu)，按照設(shè)定的時間間 隔對交叉口信號控制策略進行全局優(yōu)化；
[0018] 3)在所述設(shè)定時間間隔內(nèi)，進行交叉口控制策略進行局部優(yōu)化；
[0019] 4)重復(fù)步驟1)-步驟3)，進行交叉口信號的實時控制。
[0020] 所述的步驟2)具體包括以下步驟：
[0021] 21)計算交叉口實時總流量比Y，Y的計算式為：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 通過全息測量系統(tǒng)獲得交叉口的實時車輛信息； 2) 根據(jù)獲得交叉口的實時車輛信息，基于NEMA雙環(huán)相位結(jié)構(gòu)，按照設(shè)定的時間間隔對 交叉口信號控制策略進行全局優(yōu)化； 3) 在所述設(shè)定時間間隔內(nèi)，進行交叉口控制策略進行局部優(yōu)化； 4) 重復(fù)步驟1)-步驟3)，進行交叉口信號的實時控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，其特 征在于，所述的步驟2)具體包括以下步驟： 21) 計算交叉口實時總流量比Y，Y的計算式為： Y
其中，Y為組成周期的全部信號各相位中流量比t或預(yù)測流量比y' ^之和，j為一個 周期內(nèi)的相位數(shù)，h為NEMA雙環(huán)相位結(jié)構(gòu)包含的相位數(shù)； 22) 確定交叉口信號控制策略的實時周期C， 當(dāng)實時流量比Y小于分界點0. 75時，C的計算式為：
當(dāng)實時流量比Y大于分界點0. 75且小于0. 9時，C取值為120 ; 23) 計算實時飽和指數(shù)x'和各相位時長g，按照x'從大到小的順序來確定交叉口信 號控制全局策略的相位順序，計算式為：
其中，L為損失時間，包括啟動損失時間、黃燈時長和綠燈間隔時間，y為相位流量比，隊 為當(dāng)前相位進口道前停止排隊的車輛數(shù)，g為各相位時長，s為交叉口的飽和流率； 24) 根據(jù)預(yù)測流量比y'，調(diào)整各相位時長g，預(yù)測流量比y'計算式為：
其中，nt為預(yù)測的綠燈結(jié)束時刻的到達車輛數(shù)； 25) 判斷實時周期C是否結(jié)束，若為否，則重復(fù)步驟21)-步驟24)，若為是，則結(jié)束本次 全局優(yōu)化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，其特 征在于，所述的步驟23)中預(yù)測的綠燈結(jié)束時刻的到達車輛數(shù)nt的計算方法包括以下步 驟： 231) 計算當(dāng)前相位車輛的實時到達率q，q取最近10分鐘內(nèi)統(tǒng)計車輛數(shù)的平均值；
其中，nk為每分鐘的統(tǒng)計車輛數(shù)； 232) 獲取停止線上游150m處的車輛行駛到停車線所需時間t15Qm : tlSOm = 150/V 其中，V為交叉口的設(shè)計速度； 233) 計算預(yù)測綠燈結(jié)束時刻的到達車輛數(shù)nt，nt的計算式為： f 一
其中，Si為第i輛車到停止線的距離，S i為中間變量，m為從停止線到停止線上游150m 處運行車輛的數(shù)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，其特 征在于，所述的步驟3)具體包括以下步驟： 31) 對交叉口信號控制全局策略的相位滾動切換時間barrier進行調(diào)整； 32) 對在同一個barrier時間內(nèi)的沖突的相鄰相位進行調(diào)整。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，其特 征在于，所述的步驟31)中具體包括以下步驟： 311) 計算當(dāng)前相位預(yù)測的飽和度X，按照雙環(huán)相位結(jié)構(gòu)，根據(jù)實時飽和指數(shù)從大到小 來確定相位順序，當(dāng)前相位預(yù)測的飽和度x計算式為：
其中，K為當(dāng)前時刻滯留車輛數(shù)和到綠燈結(jié)束時刻的到達車輛數(shù)之和，為當(dāng)前時刻 剩余的綠燈時間； 312) 確定一個barrier時間內(nèi)相鄰的沖突相位間的調(diào)整量為：barrier的調(diào)整步距為 (-4,0,4)，各相位的調(diào)整步距為（-4,-2,0, 2,4); 調(diào)整方法為：如果在1個barrier時間內(nèi)的一對相鄰的沖突相位的飽和度均大于1， 則barrier調(diào)整度為+4,如果1個barrier時間內(nèi)的一對相鄰的沖突相位的飽和度均小于 0. 8,則barrier調(diào)整-4,否則不調(diào)整barrier。對于1個barrier時間內(nèi)的另外一對沖突 的相鄰相位做相同處理，如果兩者對barrier的調(diào)整量不一致，取較大值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于實時車輛軌跡的交叉口自適應(yīng)信號控制方法，其特 征在于，所述的步驟32)中具體包括以下步驟： 321)計算當(dāng)前時刻到一個周期結(jié)束時的延誤時間delay,當(dāng)當(dāng)前時刻h為相位紅燈時 刻且當(dāng)tk小于t3時，延誤時間delay的計算式為：
其中，為等待車輛離開時間之和，/廠w為車輛的到達時間之和，i的取值范圍為 1-3, h為150m處車輛到達停止線的時刻，t2為綠燈開始時刻，t3為綠燈結(jié)束時刻，C為周 期結(jié)束時刻，tk為飽和流率與自由達到流率的分界點時刻； 當(dāng)4大于扒時，的計算式為：
當(dāng)當(dāng)前時間h為相位綠燈時刻時，根據(jù)定向逐步試探的方法獲得tk的時間點，離開車 輛按照飽和流量計算，從當(dāng)前時刻開始，當(dāng)離開車輛數(shù)首次大于達到車輛數(shù)的時刻即為tk， 然后根據(jù)上述步驟計算延誤時間delay ; 322)以延誤時間最小作為目標(biāo)函數(shù)，對在同一個barrier時間內(nèi)的沖突的相鄰相位進 行調(diào)整。
【文檔編號】G08G1/08GK104282162SQ201410513799
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】唐克雙, 孔濤, 李克平 申請人:同濟大學(xué)