基于车头时距的交叉口动态信号配时优化方法与流程

本发明涉及交通规划设计领域，具体而言涉及一种基于车头时距的交叉口动态信号配时优化方法。

背景技术：

交通系统是城市繁荣、有序和高速发展的主要支撑条件之一，交通拥堵已成为众多城市面临的最严重的问题之一，而导致交通拥堵的主要原因是交通信号灯时间分配不合理。在现代交通管理中，每个道路交叉口都实行红、黄、绿三色灯信号控制，且每一组灯对应一条街道。然而，车辆延误和平均停车次数会随着信号灯周期的增长而增多。因此，如何配置信号灯时间使车辆延误和平均停车次数最小化以及满足车辆通行能力最大化是解决交通问题的关键所在。

合理科学的信号配时方案可以有效提高城市交通系统的运营效率和缓解城市交通拥堵两难问题。而信号配时方案的不合理的设置会导致停车换乘系统总体性能更差，不仅会造成一些交叉口时间资源的浪费，更是对整个交通系统的损失。因此，一种基于车头时距的交叉口动态信号配时优化问题的研究，不仅对城市交通控制实施的效果起着重要作用，而且对于提高整个交通系统的运行效率具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基于车头时距的交叉口动态信号配时优化方法，包括以下步骤：

步骤1、根据监控过车数据，获取路口相位ID；

步骤2、定义车道组，即在某一个相位下，同一路段上具备通行权的所有车道被定位一个车道组；

步骤3、在车道组中查找相位的核心放行车道，其中如果车道在所有相位都具备通行权的情况下，从车道组中去除该车道；

步骤4、计算车道组中各个车道的流量；

步骤5、获取一个周期内相位关键车道的车头时距；

步骤6、计算相位浪费时间，并对绿灯时间相应的调整。

进一步的实施例中，前述步骤1获取路口相位ID具体包括：

步骤1-1、由时间戳和路口ID读取实时的信号配时方案表中读取信号配时方案编号；

步骤1-2、根据信号配时方案与相位组关系表获取信号配时方案对应的相位组；

步骤1-3、根据相位表获取相位下的所有相位ID。

进一步的实施例中，在前述步骤2定义车道组时，判定为车道组的条件为：获取某一相位下所有的具备通行权的车道，并且将这些车道按照路段进行分组，具备相同路段ID的为一组。

进一步的实施例中，前述步骤4计算车道流量具体包括：

步骤4-1、根据车道编号ID查询15分钟车道流量表获取对应车道的前15min的交通流量q_i；

步骤4-2、以上述15分钟车道流量分别计算获取相位下车道对应最大交通流量所对应的车道:

q_max＝max{q₁,q₂,...q_i}

4.3、计算并记录相位为q_max所对应的车道为关键车道。

进一步的实施例中，前述步骤5中计算关键车道车头时距具体包括：

步骤5-1、从设备ID查询当前时间下车道的过车数据表中的车牌实时数据表中获取过车数据；

5.2、假设一个周期的过车数据为(t₁,t₂,...,t_j-1,t_j)，考虑到启动延误时间，从第三辆车开始计算，则过车数据为(t₃,t₄,...,t_j-1,t_j)，则计算车头时距h_j＝t_j-t_j-1，即相邻两个时间差，得到连续的车头时距(h₃，h₄，...，h_j-1)。

进一步的实施例中，前述步骤6的实现包括：

6.1、设置合理的车头时距为求该周期的该相位浪费时间，即该相位车头时距与合理的车头时距之差

6.3、计算该相位一个周期的平均浪费时间W:

$W=\underset{i=1}{\overset{i=j-1}{\Σ}}{\mathrm{\Δh}}_i$

6.4、如果路口相位ID的绿灯时间增加周期同样增加

如果路口相位ID的绿灯时间增加周期同样增加

如果不变信号配时方案，绿灯时间调整0s；

如果路口相位ID的绿灯时间减少周期同样减少

如果路口相位ID的绿灯时间减少周期同样减少

如果路口相位ID的绿灯时间减少周期同样减少

并且保证调整后的绿灯时间在最小周期与最大周期的时间之间以及调整后的周期在最小周期与最大周期的时间之间；

6.5、重复前述步骤4-步骤6直到所有相位优化结束，并将相应的数据保存。

由以上技术方案，本发明的显著优点在于：本发明的配时优化方法通过对信号控制的交叉口中同一通行相位中的不均衡车流对交叉口时间资源的浪费的突出问题进行分析，并且通过在一个周期内的车头时距变化分析交叉口通行信号配时方案，给出相应配时方案加以实时动态优化，即给当前相位的绿灯时间对应的调整建议，对于提高整个交通系统的运行效率具有十分重要的意义。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是根据本发明某些实施例的基于车头时距的交叉口动态信号配时优化方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1所示，根据本发明的实施例，一种基于车头时距的交叉口动态信号配时优化方法，包括以下步骤：步骤1、根据监控过车数据，获取路口相位ID；步骤2、定义车道组，即在某一个相位下，同一路段上具备通行权的所有车道被定位一个车道组；步骤3、在车道组中查找相位的核心放行车道，其中如果车道在所有相位都具备通行权的情况下，从车道组中去除该车道；步骤4、计算车道组中各个车道的流量；步骤5、获取一个周期内相位关键车道的车头时距；步骤6、计算相位浪费时间，并对绿灯时间相应的调整。通过一个周期内的车头时距变化分析了交叉口通行信号配时方案，并且给出相应配时方案加以实时动态优化，给当前相位的绿灯时间对应的调整建议。

应当了解，前述的过车数据，更多是指交通电子警察监控所获得的交通监测数据，包括但不限于UTCSTATUS信号配时方案表、相位表、车牌实时数据、车道15分钟流量等。

下面结合附图所示，更加具体地描述前述各个步骤的示例性实现。

第1步：获取相位ID

1.1、由时间戳和路口ID读取实时的信号配时方案表中读取信号配时方案编号

1.2、由信号配时方案与相位组关系表获取信号配时方案对应的相位组。

1.3、读相位表获取该相位下的所有PHASE_ID

第2步：定义车道组

某一个相位下，同一路段上具备通行权的所有车道定义为一个车道组。判定条件为，

1.获取相位A下所有的具备通行权的车道。

2.将这些车道按照路段进行分组，具备相同路段ID的为一组。

2.1、查车道与相位关系表MD_LANES_OF_PHASE获取相位PHASE_ID关联的车道编号。

假设如下：设相位A对应的车道分别为｛L01，L02，L03，L04，L05｝

2.2、以该相位下车道编号查表MD_LANE。将这些车道按照路段进行分组，具备相同路段ID的为一组。此时相位A对应的分组为｛L01，(L02，L03)，L04，L05｝

第3步：找出相位的核心放行车道

如果：车道在所有相位都具备通行权的情况下，车道组中去除该车道。

第4步：计算车道组各车道流量

4.1、根据车道编号ID查15分钟车道流量表AY_RESULT_LANEVOL_BY15MIN获取对应车道的前15min的交通流量q_i

4.2、以上述15分钟车道流量分别计算获取相位下车道对应最大交通流量所对应的车道。

q_max＝max{q₁,q₂,...q_i}

4.3、计算并记录相位为q_max所对应的车道为关键车道。

第5步：获取一个周期内相位关键车道车头时距

获取相位的车头时距(设备ID统计的数据)即获取相位设备的15min数据。

5.1、并从设备ID查当前时间下车道的过车数据表中AY_RESULT_SEGMENT_LICENSE表中获取过车数据。

5.2、假设一个周期的过车数据为(t₁,t₂,…,t_j-1,t_j)，考虑到启动延误时间，一般可以从第三辆车开始计算，则过车数据为(t₃,t₄,…,t_j-1,t_j)。则计算车头时距h_j＝t_j-t_j-1：(即相邻两个时间差)，即得到连续的车头时距(h₃，h₄，...，h_j-1)。

第6步：计算相位浪费时间，并对绿灯时间相应的调整

6.1、合理的车头时距为求该周期的该相位浪费时间，即该相位车头时距与合理的车头时距之差

6.3、计算该相位一个周期的平均浪费时间W:(所有累加/周期数)

$W=\underset{i=1}{\overset{i=j-1}{\Σ}}{\mathrm{\Δh}}_i$

6.4、如果PHASE_ID的绿灯时间增加周期同样增加

如果PHASE_ID的绿灯时间增加周期同样增加

如果不变信号配时方案，绿灯时间调整0s；

如果PHASE_ID的绿灯时间减少周期同样减少

如果PHASE_ID的绿灯时间减少周期同样减少

如果PHASE_ID的绿灯时间减少周期同样减少

并且保证调整后的绿灯时间在在最小周期与最大周期的时间之间以及调整后的周期在最小周期与最大周期的时间之间

6.5、重复第4步的4.1～第6步的6.3直到所有相位优化结束。并相应的数据保存。

综上所示，本发明提出的一种基于车头时距的交叉口动态信号配时优化方法针对交通拥堵原因的信号灯配时规划问题，展开交叉口动态信号配时优化问题的研究，通过本发明的方案实施，不仅对城市交通控制实施的效果起着重要作用，而且对于提高整个交通系统的运行效率具有十分重要的意义。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。