一种信号灯配时方法与流程

本发明涉及交通技术领域，尤其是指一种信号灯配时方法。

背景技术：
现有的很多信号灯配时方案不具有自适应性，原因是这些信号灯配时方案的制定准则大多是来源于道路通行经验或者理论计算的方式得出几组固定时间段的配时方案，不能适用于多种道路环境；有一部分信号灯配时方案具有自适应性，但由于原有的初始配置方案不具有自适应性，导致这类配时方案的自适应性不是非常好。

技术实现要素：
为了解决现有的信号灯配时方案不具有自适应性或自适应性差的问题，本发明提出了一种信号灯配时方法，通过分析交通车流量历史数据，设置道路上一组信号灯初始配置方案，以便信号灯自适应调整配时，有利于道路畅行。本发明所采用的技术方案是：一种信号灯配时方法，包括如下步骤：S1，获取历史流量数据：选定一条有若干个十字路口的道路，其中第n个路口记为Nn，路口Nn的4个方向分别标示为Nn1、Nn2、Nn3和Nn4，从历史流量数据库中获取该路口每个方向在设定时间段内的左转、右转和直行三种行驶方向的车流量以及道路的拥堵率β；S2，绘制直方图：根据步骤S1获得的历史流量数据，选择一个路口，将每一路口方向的每个行驶方向的周期时间段内车流量绘制成直方图，周期时间内每30秒钟时间为横轴x，对应的车流量数据为纵轴y，并将直方图拟合成曲线；S3，信号灯配时设置：每一个路口方向，针对行驶方向为左转的，若路口方向左转车流量>θ1且该路口方向的反方向的直行流量>θ2，则左转需单独设置绿灯，否则则不需单独设置绿灯；针对行驶方向为直行的，由函数f(k,h,l)计算得到绿灯的配时，通过信号灯相位设置原则得到相应红灯的配时，其中f(k,h,l)＝α1k+α2h+α3l，k为步骤S2中直方图计算所得周期时间内的平均车流量，h为最高车流量，l为最低车流量，α1、α2、α3为常数参量；S4，数据校准：根据步骤S3所得配时方案，统计车流量数据计算拥堵率β1，将拥堵率β1与拥堵率β比较，若则配时合理，其中γ为经验百分数，否则需优化常数参量α1、α2、α3；S5，确定最终配时方案：重复步骤S3计算和步骤S4校准，获得整条道路最终的配时方案。作为优选，所述的步骤S2中，直方图拟合成曲线采用最小二乘法，具体方法是：设函数y＝f(x)，平面上有i个互不相同的点(x,y)，点到函数曲线的距离为di，使i个点与函数y＝f(xi)的距离的平方和最小，即作为优选，所述的经验百分数γ为8％。本发明的有益效果是：具有自适应性和实时性，每个周期时间段甚至每天的信号灯时长都不相同，能有效优化道路原有或者新增信号灯的配时时长问题。附图说明图1是本发明的处理流程图；图2是十字路口N11行驶方向的流量数据示例图；图3是十字路口N11行驶方向为直行时的车流量数据；图4是十字路口N11左转绿灯配时设置的相位分析。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。一种信号灯配时方法，具体步骤如图1所示：第一步，获取历史流量数据。选定一条有若干个十字路口的道路，其中第n个路口记为Nn，路口Nn的4个方向分别标示为Nn1、Nn2、Nn3和Nn4，从历史流量数据库中获取该路口每个方向在设定时间段内的左转、右转和直行三种行驶方向的车流量以及道路的拥堵率β。如图2是十字路口的N11行驶方向的流量数据，该路口左转、右转和直行的时间是T左转，T右转和T直行，对应时间段的各方向车流量表示为D左转，D右转和D直行。第二步，绘制直方图。根据步骤S1获得的历史流量数据，选择一个路口，将每一路口方向的每个行驶方向的周期时间段内车流量绘制成直方图，周期时间内每30秒钟时间为横轴x，对应的车流量数据为纵轴y，并将直方图拟合成曲线。对应图2的路口N11，行驶方向为直行时，车辆正常行驶，通常周期时间为1小时，在一定周期时间T直行内，研究每30秒钟车流量数据D直行。以周期时间T直行内每30秒钟为横轴x，对应的车流量数据为纵轴y建立直方图，直方图上的数据分布表示周期时间段内对应的车流量，通过最小二乘法将直方图拟合成曲线，方法如下：设函数y＝f(x)，平面上有i个互不相同的点(x,y)，点到函数曲线的距离为di，使i个点与函数y＝f(xi)的距离的平方和最小，即N11路口方向的行驶方向为直行时，通过最小二乘法将直方图拟合成曲线的结果如图3所示。同理可得N11路口方向的行驶方向为左转和右转的直方图。第三步，信号灯配时设置。每一个路口方向，针对行驶方向为左转的，判断某十字路口左转是否需要单独设置绿灯，若路口方向左转车流量>θ1且该路口方向的反方向的直行流量>θ2，则左转需单独设置绿灯，否则则不需单独设置绿灯。如图4所示，十字路口N11方向的车流量记为D左转，N14方向的车流量记为D，直行。根据信号灯设置的相位原则，当左转的车流量和对面方向直行的车流量较大时会影响交交通状况，所以根据实际车流量情况设置阈值θ1和θ2，当D左转＞θ1且D，直行＞θ2，此时左转应单独设置绿灯。针对行驶方向为直行的，由函数f(k,h,l)计算得到绿灯的配时，通过信号灯相位设置原则得到相应红灯的配时，其中f(k,h,l)＝α1k+α2h+α3l，k为步骤S2中直方图计算所得周期时间内的平均车流量，h为最高车流量，l为最低车流量，α1、α2、α3为常数参量。针对N11路口方向的行驶方向为直行时的直方图数据分析，通过直方图计算可得周期时间内的平均车流量为k1，最高车流量为h1，最低车流量为l1，则绿灯的配时计算方式由函数f(k1,h1,l1)得到：N11T绿＝f(k1,h1,l1)＝α1k1+α2h1+α3l1(α1、α2、α3为常数参量)。同理可得方向N12、N13和N14的绿灯配时，分别是N12T绿、N13T绿和N14T绿。由于信号灯相位设置原则，N11T红＝N12T绿，同理可得方向N12、N13和N14的红灯配时，分别是N12T红、N13T红和N14T红。第四步，数据校准。根据步骤S3所得配时方案，统计车流量数据计算拥堵率β1，将拥堵率β1与拥堵率β比较，若则配时合理，其中γ为经验百分数，可以取γ＝8％，否则需优化常数参量α1、α2、α3。第五步，最终确定配时方案：重复第三步的计算和第四步的校准，获得整条道路最终的配时方案。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明的保护范围之内。