专利名称：一种交通信号相位优化方法
技术领域：
本发明涉及交通信号控制领域，特别是涉及一种用于交通领域的交通信号相位的优化方法。
背景技术：
信号相位设计，是根据交叉口的几何条件、交通流的构成、是否允许存在冲突交通流以及满足某股交通流优先通行权等约束条件，通过合理的优化交通流组合，以满足各股车流的通行需求，合理分配各股交通流通行权的次序。相位设计是交叉口信号控制的第一个步骤，它直接影响交叉口的安全性和通行能力。已有文献对交通信号控制方面的研究，都是对信号配时算法进行优化，忽略了信号相位本身的优化。
发明内容
为解决信号相位设计的优化问题，本发明将交叉口交通流的运行特征通过图论进行表示，根据交通流的兼容关系得到交通流兼容图，以此获得交叉口可行的信号相位方案集合，进而采用剪枝法对该信号相位方案集合中众多的信号相位方案进行优选，旨在得到最少的相位数和对应的相位组合方式。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种交通信号相位优化方法，主要包括以下步骤(I)运用图论的知识，阐述了交通流、兼容图、信号灯组各自的定义及相互之间的关系;(2)采用剪枝法设定了三种判断状态以对算法设计过程中进行必要的回溯；(3)剪枝法分两步给出了最小相位数及相应的相位组合方式的求解方法。所述的交通流主要包括机动车流、非机动车流和人流。所述的兼容图定义为如果在同一时刻，任意两股交通流，在获得通行权的情况下，通过交叉口不会产生交通冲突，则认为相互兼容。所述的信号灯组定义为交通流中同时受红灯或绿灯控制的一股或多股交通流组成的子集合。其中，一个由信号灯组组成的集合包含了所有交通流，且交通流中任意一股交通流当且仅当属于一个信号灯组，则这个信号灯组集合是一个信号灯组完全集。所述的剪枝法定义为回溯和试探求解问题的过程中，当遇到的状态与问题所求解产生矛盾时，不再继续往下试探，即在遍历过程中剪去不必要的分枝。所述的三种判断状态为(I)判断信号灯组中的任意一股车流是否已经包含在已试探的信号灯组集合；(2)判断已试探的信号灯组集合中每个信号灯组和信号灯组所含的车流股数总和是否大于交通流中车流总数；(3)判断如果加入信号灯组后是否构成一个信号灯组完全集。其中，剪枝法确定最少相位数的方法
(I)根据给定的兼容图，寻找所有可能的信号灯组，并得到有序的信号灯组集合；(2)根据给定的兼容图和有序信号灯组集合，确定最少相位数及对应的信号灯组完全集的集合。由以上本发明提供的技术方案可见，本发明根据图论的知识，结合交通信号控制中的信号相位设计原则，从交通流的兼容关系出发，设计了交通流的兼容图和信号灯组，进而采用剪枝法从信号灯组集合中筛选出包含信号灯组数最少的信号灯组完全集，从而优化了相位个数，起到了缩短周期、提高道路通行能力的目的。
图I是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的最少相位数确定方法的算法流程图；图2是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的有序信号灯组集合确定方法的算法流程图；图3是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的十字交叉口车流示意图；图4是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的兼容图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面对技术方案的具体实施方法作进一步的详细说明。I)交通流、兼容图以及信号灯组的关系通常意义上，交通流包括机动车流、非机动车流和人流。若一个信号控制的交叉口在时间[h，t]内，有I股交通流，则构成的交通流集合为J= { ο j, O2,..., Oi,..., O J其中i e T，T为交通流的下标，T = {1，2，...，1}。如果在同一时刻，集合 J中的任意两股交通流Qi, ，在获得通行权的情况下，通过交叉口不会产生交通冲突，则认为Oi, Oj相互兼容，记为C。根据图论的知识以及各股交通流及其之间的兼容关系，则可以确定某一个交叉口各股交通流的兼容图G。，其中G。的顶点为所有的交通流σ i e J，如果任意两股交通流σ i; Oj之间相互兼容，顶点Qi, 0j之间有一条无向边，而Gc中顶点Oi具有自反性，所以(^中每个顶点都至少包含一个回路，Gc是一个有穷且包含回路的无向边图，记为Gc = {J, C}兼容图Gc的矩阵为B = LbijJixi其中，I为T中的最大下标。b =\[Uj^T)兼容图GC中，每股交通流与其它交通流都有对应的关系Γ O , - C(0 ,), OiSJ,则 Gc = {J，C} = {J，Γ }。
根据交通流兼容图中的兼容关系，分别定义信号灯组和信号灯组完全集。定义I交通流J中同时受红灯或绿灯控制的一股或多股交通流组成的子集合称为一个信号灯组，记为DpDp — { ο ρ1 σ ρ2, · · · , σ pe, · · · , σ pE(P)}其中，σ pe e J, e e Ep, Ep是信号灯组Dp的下标，Ep = (1,2, · · · , e, · · · , E(p))定义2 —个由信号灯组组成的集合包含了所有交通流J，且交通流J中任意一股交通流当且仅当属于一个信号灯组DP，则这个信号灯组集合是一个信号灯组完全集，记为D:Dma ={D, Dm2 ,...,Dmp,..., Dmpm}其中m是信号灯组完全集的上标，Pm = {1，2，. . .，p，. .，PJ是信号灯组完全集中信号灯组的下标。2)剪枝法剪枝法即是在回溯和试探求解问题的过程中，当遇到的状态与问题所求解产生矛盾时，不再继续往下试探，即在遍历过程中剪去不必要的分枝。给定一个有序的信号灯组集合D :D = (D1, D2, , D1, D1+1, . . . , Dj D1 = (Qi,..., Oj, σ k, . . . , σ J即信号灯组集合D满足以下两个条件(I)信号灯组集合D中的任意一个信号灯组D1所含的交通流数小于或等于信号灯组D1+1所含的交通流数；(2) 一个信号灯组D1中的任意两股车流％_，σ k的下标满足j < k。为根据有序的信号灯组集合D，采用剪枝法确定信号灯组完全集最小的信号灯组数，及对应的所有信号完全集，关键是确定剪枝法中的判断状态。本发明在剪枝法的设计中，根据在已试探的信号灯组集合{Di; . . . , Dj, . . . , Dj中加入信号灯组Dk时,米用以下三种条件作为判断状态(I)判断信号灯组Dk中的任意一股车流是否已经包含在已试探的信号灯组集合， 即是否满足A门仏*0。(2)判断已试探的信号灯组集合中每个信号灯组和信号灯组Dk所含的车流股数总和是否大于交通流J中车流总数。(3)判断如果加入信号灯组Dk后是否构成一个信号灯组完全集。如果满足以上任何一种情况都将回溯，不在继续往下试探。3)确定最小相位数结合附图1、2可知，基于上述的三种判断状态，为采用剪枝法确定最少相位数，将分两步说明第一步，根据给定的兼容图G。= {J，Γ }，根据附图I的算法流程，寻找所有可能的信号灯组，并得到有序的信号灯组集合D，即
.[￡>,/(σ( € ),)Λ(σ, eD,)]d\Gc) = D = \> = {0^02,...,D1,...,Dl]
μ(^€Γσ,),/ε€4 J需要说明的是在不脱离本发明技术原理的前提下，可以做若干改进，这些改进也
5可以视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种交通信号相位优化方法，其特征在于，包括以下步骤1)确定城市道路信号交叉口的各股交通流σi，构成交通流集合见式(I)所示J — { O I，O 2，· · ·，O i，· · ·，O j} (I)2)确定所述交通流集合中相互兼容的交通流C，所述相互兼容的交通流是指任意两股交通流Qi, %_，在获得通行权的情况下，通过交叉口不会产生交通冲突；3)确定所述交叉口各股交通流的兼容图G。，所述兼容图G。中每个顶点包含一个或数个回路，G。是一个有穷且包含回路的无向图；4)确定信号灯组，所述的信号灯组是指交通流集合J中同时受红灯或绿灯控制的一股或多股交通流组成的子集合，记为Dp Dp — { 0 pi，0 p2，· · ·，0 pe，· · ·，0 pE(P)}⑵5)确定信号灯组完全集，所述的信号灯组完全集是指包含了所有交通流J，且交通流J 中任意一股交通流当且仅当属于一个信号灯组DP，则所述的这个信号灯组集合是一个信号灯组完全集，记为D: = \Pi , D2，…,Dp,…，Dp) ( 3 )6)确定一个有序的信号灯组集合D:D = (D1, D2, , D1, D1+1, . . . , Dj (4)所述的信号灯组集合D是指任意一个信号灯组D1所含的交通流数小于或等于信号灯组D1+1所含的交通流数，且任意两股车流σ」，σ k的下标满足j < k ;7)采用剪枝法确定信号灯组完全集中最小的信号灯组数为优化的信号相位数。
2.如权利要求I所述一种交通信号相位优化方法，其特征在于，所述的交通流包括机动车流、非机动车流和人流。
3.权利要求I所述的一种交通信号相位优化方法，其特征在于，所述剪枝法确定最少相位数的方法包括以下步骤(1)根据给定的兼容图，寻找所有可能的信号灯组，并得到有序的信号灯组集合；(2)根据给定的兼容图和有序信号灯组集合，确定最少相位数及对应的信号灯组完全集的集合。
全文摘要
本发明公开了一种交通信号相位优化方法，首先通过无向图描述交通流、兼容图、信号灯组各自的定义及相互之间的关系；其次为采用剪枝法设定三种判断状态以对算法设计过程中进行必要的回溯；进而使用剪枝法分两步给出了最小相位数及相应的相位组合方式的求解方法和流程。本发明采用剪枝法优化了相位设计，结合实际的案例分析，对信号相位方案集合中众多的信号相位方案进行优选，从信号灯组集合中筛选出包含信号灯组数最少的信号灯组完全集，最终得到最少的相位数和对应的相位组合方式，优化了相位个数，起到了缩短周期、提高道路通行能力的作用。
文档编号G08G1/07GK102610110SQ20121010520
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者何尚秋, 郭海锋 申请人:郭海锋