一种交通控制优化方法及装置与流程

本发明涉及交通控制技术领域，具体地说涉及一种交通控制优化方法及装置。

背景技术：

随着城市化进程的不断推进以及城市人口密度和汽车保有量的迅速增加，交通拥堵现象时常发生，城市交通问题日益严峻，严重影响了城市的高效运转和居民的工作生活。

城市交通拥堵的主要原因就是交叉口发生了拥堵。交叉口上的行车道如果没有控制方向的设施和标线，就会破坏交通流通道的明确性，降低行车安全。因此，为使驾驶员在路口能按正确路线行车，减少随意性，多采用“交叉口渠化”的方法，即在行车道上设置各种交通岛将部分交叉封闭起来，并用标线将禁行区分隔开，尽可能分散车流相交的冲突点。实践证明，交叉口渠化是非常重要的一种安全措施。然而，与车流方向和交通量不相适应的渠化方案，也会扰乱交通秩序，降低通行能力，并可能导致交通事故的增加。

根据实际的交通状况对交叉口进行渠化优化改造有助于缓解交通拥堵。目前常采用人工调查和计算机辅助的方式进行渠化改造方案的设计。而对于交通信号控制方案的优化，一般基于传统理论方法进行计算机辅助计算，或者应用当前的商用软件进行。

但现有的交通控制优化方法都只是针对交叉口渠化设计或者交通信号控制的单一方面的优化，不能同时对二者进行综合优化，导致交叉口渠化设计与交通信号控制两者间的匹配性较低，不能有效缓解交通拥堵的状况。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有的交通控制优化方法不能同时对交叉口渠化设计和交通信号控制进行综合优化，导致两者之间匹配性较低，不能有效缓解交通拥堵的状况。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种交通控制优化方法，包括：获取道路交叉口的交通数据，所述交通数据包括表示该道路交叉口的几何特征和动态特征的数据，所述动态特征包括交通信号控制方案和该交通信号控制方案下的交通状况；根据所述交通数据获取所述交叉口的道路交通饱和度；比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标；根据所述交通数据和所述最终交通优化目标获取交叉口渠化设计和交通信号控制的综合优化方案。

可选地，所述交通数据还包括表示该道路交叉口的交通问题的数据。

可选地，所述获取道路交叉口的交通数据的步骤包括根据用户输入的选择条件获取道路交叉口在该输入的选择条件下的交通数据。

可选地，所述根据用户输入的选择条件获取道路交叉口在该输入的选择条件下的交通数据包括：当用户选择一特定的时段进行优化时，获取该特定的时段内的道路交叉口的交通数据；当用户选择多个特定的时段进行优化时，获取该多个特定的时段内的道路交叉口的交通数据。

可选地，所述比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标的步骤包括：当所述道路交通饱和度小于或等于预设的判断阈值范围中的最小值时，确定最终交通优化目标包括缩短延误、减少排放当量和降低能源消耗；当所述道路交通饱和度大于或等于所述预设的判断阈值范围中的最大值时，确定最终交通优化目标包括降低道路交通饱和度和缩短排队长度；当所述道路交通饱和度处于所述预设的判断阈值范围内时，确定最终交通优化目标包括缩短延误、降低道路交通饱和度和缩短排队长度。

可选地，所述比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标的步骤被替换为：比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定推荐的交通优化目标；根据用户的实际选择对所述推荐的交通优化目标进行筛选，将筛选后的交通优化目标确定为最终的交通优化目标。

可选地，所述比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定推荐的交通优化目标的步骤包括：当所述道路交通饱和度小于或等于预设的判断阈值范围中的最小值时，确定推荐的交通优化目标包括缩短延误、减少排放当量和降低能源消耗；当所述道路交通饱和度大于或等于所述预设的判断阈值范围中的最大值时，确定推荐的交通优化目标包括降低道路交通饱和度和缩短排队长度；当所述道路交通饱和度处于所述预设的判断阈值范围内时，确定推荐的交通优化目标包括缩短延误、降低道路交通饱和度和缩短排队长度。

可选地，所述根据所述交通数据和所述最终交通优化目标获取交叉口渠化设计和交通信号控制的综合优化方案的步骤包括：当用户选择一特定的时段进行优化或多个特定的时段且在允许车道设计方案可变的情况下进行优化时，根据所述交通数据以及所述交通优化目标从预先构建的优化模型中获取用户选择的每个特定的时段内效益最大的综合优化方案输出，所述综合优化方案中包括对道路交叉口的各个流向的车道数量和通行的绿灯时间的设定；当用户选择多个特定的时段且在不允许车道设计方案可变的情况下进行优化时，根据所述交通数据以及所述交通优化目标从预先构建的优化模型中获取用户选择的多个特定的时段下综合效益最大的综合优化方案输出，所述综合优化方案中包括对道路交叉口的各个流向的车道数量和通行的绿灯时间的设定；所述车道设计方案包括所述道路交叉口的各个流向的车道功能设定、车道数量和宽度设定。

可选地，所述优化模型的决策变量包括道路交叉口的各个流向的车道数量和通行的绿灯时间，所述优化模型的约束条件包括道路交叉口在不同相位模式下不同流向间的绿灯时序、所述道路交叉口中的进口道的最大数量限制以及各个流向最短绿灯时间限制。

可选地，所述比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标的步骤之后还包括：根据所述交通数据和所述交通优化目标生成交通现状评价报告。

可选地，所述根据所述交通数据和所述交通优化目标确定交叉口渠化设计和交通信号控制的综合优化方案的步骤之后，还包括：根据所述综合优化方案从预先建立的渠化设计模板库中选出与所述综合优化方案对应的渠化设计模板。

可选地，所述根据所述综合优化方案从预先建立的渠化设计模板库中选出与所述综合优化方案对应的渠化设计模板的步骤之后还包括：根据交叉口实际情况，对所述渠化设计模板中的交通工程设计进行修改，所述交通工程设计包括对导流线、安全岛、隔离带、交通标志、车道渐变的设计。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种交通控制优化装置，包括：第一获取模块，用于获取道路交叉口的交通数据，所述交通数据包括表示该道路交叉口的几何特征和动态特征的数据，所述动态特征包括交通信号控制方案和该交通信号控制方案下的交通状况；第二获取模块，用于根据所述交通数据获取所述交叉口的道路交通饱和度；确定模块，用于比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标；第三获取模块，用于根据所述交通数据和所述最终交通优化目标获取交叉口渠化设计和交通信号控制的综合优化方案。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明提供了一种交通控制优化方法及装置，先获取道路交叉口的交通数据，所述交通数据包括表示该道路交叉口的几何特征和动态特征的数据，所述动态特征包括交通信号控制方案和该交通信号控制方案下的交通状况；再根据所述交通数据获取所述交叉口的道路交通饱和度；之后比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标，根据所述交通数据和所述最终交通优化目标获取交叉口渠化设计和交通信号控制的综合优化方案。因此本发明所述交通控制优化方法及系统能同时对交叉口渠化设计和交通信号控制进行综合优化，提高了两者之间的匹配性，有效缓解了交通拥堵的状况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的使用的研究对象交叉口现状渠化图；

图2是根据本发明实施例的交通控制优化方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的交通控制优化系统结构图；

图4是根据本发明实施例的交通控制优化系统的效果评价图；

图5是根据本发明实施例的交通控制优化装置的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1是根据本发明实施例的使用的研究对象交叉口现状渠化图，下面结合图2和图3对交通控制优化方法进行详细说明，如图2所示，包括：

S1.获取道路交叉口的交通数据，所述交通数据包括表示该道路交叉口的几何特征和动态特征的数据，所述动态特征包括交通信号控制方案和该交通信号控制方案下的交通状况。具体地，道路交叉口的几何特征可以包括各个进口道的车道属性与组成、车道宽度、进口道与出口道宽度(当前宽度、经过简单交通工程可接受宽度，经过较为复杂交通工程可接受宽度)等，用户可以通过列表式输入、AutoCAD、ArcGIS等底图导入与自动识别、辅助列表式的人工操作等方式将上述数据输入用于交通控制优化的处理器作为交通控制优化的参考数据；道路交叉口的动态特征中，交通信号控制方案下的交通状况可以包括分流向的流量、重车系数、高峰小时系数、排队长度等，用户可以通过人工输入、电子表格导入等方式将上述数据输入用于交通控制优化的处理器作为交通控制优化的参考数据。优选地，所述交通数据还可以包括表示该道路交叉口的交通问题的数据。具体地，道路交叉口的交通问题可以包括专向人工交通调查、警察和市民发现的综合问题等，可以为文字、图片等格式，用户可以通过人工输入、多源数据共享(如警察手持终端、互联网)等方式将上述数据输入用于交通控制优化的处理器作为交通控制优化的参考数据。

S2.根据所述交通数据获取所述交叉口的道路交通饱和度。具体地，可以选用现有技术中的任意一种能够计算出道路交通饱和度的算法，根据所述交通数据计算出交叉口的道路交通饱和度。

S3.比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标。具体地，道路交通饱和度是反映道路交通状况的一个重要指标,也是评判道路服务水平的一个重要基准，以道路交通饱和度作为评判标准，可以选取出符合道路交叉口实际路况的交通优化目标进行优化，能够最大程度缓解交通压力。

S4.根据所述交通数据和所述最终交通优化目标获取交叉口渠化设计和交通信号控制的综合优化方案。通过步骤S1-S4的处理，可以同时对交叉口渠化设计和交通信号控制进行综合优化，提高了两者之间的匹配性，有效缓解了交通拥堵的状况。

优选地，所述步骤S1可以包括步骤S11.根据用户输入的选择条件获取道路交叉口在该输入的选择条件下的交通数据。优选地，所述步骤S11可以包括：

S111.当用户选择一特定的时段进行优化时，获取该特定的时段内的道路交叉口的交通数据。

S112.当用户选择多个特定的时段进行优化时，获取该多个特定的时段内的道路交叉口的交通数据。能够根据用户的需求提供个性化的服务，用户体验度高。

作为一种可选的实施方式，所述步骤S3可以包括：

S31.当所述道路交通饱和度小于或等于预设的判断阈值范围中的最小值时，确定最终交通优化目标包括缩短延误、减少排放当量和降低能源消耗；

S32.当所述道路交通饱和度大于或等于所述预设的判断阈值范围中的最大值时，确定最终交通优化目标包括降低道路交通饱和度和缩短排队长度；

S33.当所述道路交通饱和度处于所述预设的判断阈值范围内时，确定最终交通优化目标包括缩短延误、降低道路交通饱和度和缩短排队长度。

具体地，所述预设的判断阈值范围可以为0.8至0.9，道路交通饱和度小于或等于0.8时，认为是畅通状态，此时将缩短延误(旅行感受方面)、减少排放当量和降低能源消耗(环境影响方面)这三个交通优化目标赋予最高权重对其进行优化，其它交通优化目标暂不考虑，提高了优化效率，可以在保障交通顺畅的情况下，进一步提升驾驶员和乘客的旅行感受，并减少对环境的污染；道路交通饱和度大于或等于0.9时，认为是拥堵状态，此时要优先解决交通拥堵问题，通过将降低道路交通饱和度和缩短排队长度(交通管理效率方面)赋予最高权重对其进行优化，其它交通优化目标暂不考虑，提高了交通管理效率，能够以最短的时间解决交通拥堵问题；道路交通饱和度在0.8至0.9之间时，认为是缓行状态，此时将缩短延误、降低道路交通饱和度和缩短排队长度这三个交通优化目标赋予最高权重对其进行优化，其它交通优化目标暂不考虑，兼顾了驾驶员和乘客的旅行感受和交通管理效率，能够使交通控制优化方法在解决最急需解决的交通问题的同时，尽可能多的满足多方面的需求。延误、排放当量、能源消耗均可转化为交通流量、车道数量、绿灯通行时间的函数，在确定综合优化方案过程中，需要建立非线性优化模型，模型的输入为各流向的交通流量，模型决策变量为车道数量、绿灯通行时间，模型的限制条件为各进口道车道总数的限制、交叉口进口道与出口道的车道数量匹配关系、所选相位模式下各流向绿灯通行时间的数值关系、各流向的最小绿灯时间、交叉口信号控制最大周期。

作为另一种可选的实施方式，所述步骤S3可以被替换为：

S3a.比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定推荐的交通优化目标；所述步骤S3a可以进一步包括：

S31a.当所述道路交通饱和度小于或等于预设的判断阈值范围中的最小值时，确定推荐的交通优化目标包括缩短延误、减少排放当量和降低能源消耗。

S32a.当所述道路交通饱和度大于或等于所述预设的判断阈值范围中的最大值时，确定推荐的交通优化目标包括降低道路交通饱和度和缩短排队长度。

S33a.当所述道路交通饱和度处于所述预设的判断阈值范围内时，确定推荐的交通优化目标包括缩短延误、降低道路交通饱和度和缩短排队长度。

S3b.根据用户的实际选择对所述推荐的交通优化目标进行筛选，将筛选后的交通优化目标确定为最终的交通优化目标。允许用户自主选择，提高了可操作性，适用范围更广，提升了用户体验。

优选地，所述步骤S4可以包括：

S41.当用户选择一特定的时段进行优化或多个特定的时段且在允许车道设计方案可变的情况下进行优化时，根据所述交通数据以及所述交通优化目标从预先构建的优化模型中获取用户选择的每个特定的时段内效益最大的综合优化方案输出，所述综合优化方案中包括对道路交叉口的各个流向的车道数量和通行的绿灯时间的设定。

S42.当用户选择多个特定的时段且在不允许车道设计方案可变的情况下进行优化时，根据所述交通数据以及所述交通优化目标从预先构建的优化模型中获取用户选择的多个特定的时段下综合效益最大的综合优化方案输出，所述综合优化方案中包括对道路交叉口的各个流向的车道数量和通行的绿灯时间的设定。

所述车道设计方案包括所述道路交叉口的各个流向的车道功能设定、车道数量和宽度设定，效益即为交通优化目标的值，根据推荐的交通优化目标选取相对应的指标。

优选地，所述优化模型的决策变量包括道路交叉口的各个流向的车道数量和通行的绿灯时间，所述优化模型的约束条件包括道路交叉口在不同相位模式下不同流向间的绿灯时序、所述道路交叉口中的进口道的最大数量限制以及各个流向最短绿灯时间限制。

优选地，所述优化模型通过如下步骤建立：

首先，根据选取的交通优化目标，设计优化目标的函数；其次，确定优化模型的限制条件，包括：最短绿灯时间约束；信号周期约束；饱和度约束(各个流向饱和度的平均差小于一个预设的阈值；各个流向饱和度的值小于一个预设的阈值)；进口道最大车道数约束(交叉口进口道可用于车道设置的宽度除以车道宽度的最小值，然后取整)；然后，通过优化获得决策变量的值，包括：交叉口各个流向绿灯时间，每个进口道车道的数量和属性；最后，将交叉口进口道可用于车道设置的宽度平均到每一个车道上，获得车道的宽度。

优选地，所述步骤S3之后还包括根据所述交通数据和所述交通优化目标生成交通现状评价报告的步骤。具体地，交通现状评价报告可以以表格形式列举最终确定的交通优化目标的评价指标，便于用户查看。

优选地，所述步骤S4之后，还可以包括根据所述综合优化方案从预先建立的渠化设计模板库中选出与所述综合优化方案对应的渠化设计模板的步骤。具体地，可以从渠化设计模板库中选取出与优化生成的道路交叉口的各个流向的车道数量相匹配的渠化设计模板呈现给用户。

优选地，所述根据所述综合优化方案从预先建立的渠化设计模板库中选出与所述综合优化方案对应的渠化设计模板的步骤之后还可以包括：根据交叉口实际情况，对所述渠化设计模板中的交通工程设计进行修改，所述交通工程设计包括对导流线、安全岛、隔离带、交通标志、车道渐变的设计的步骤。可以使最终的渠化设计模板更符合交叉口的实际路况。

为了更好的理解本方案，本实施例还提供了一个具体的案例，如下所述：

表1：早高峰优化方案

其中，i为车道组的编码，按照NEMA编码的标准。本可选实施例由于进口道最大车道数约束,车道宽度未发生变化，只改变车道属性(例如，左转车道改为直行车道)。

评价结果为如图4所示Saturation为饱和度，Delay为延误，PS为现状设计，OS为优化方案，ave为平均值。从评价结果看，本发明提出的一种城市交叉口综合优化方案智能生成系统可以进行有效的交叉口优化。

实施例2

在本实施例中还提供了一种交通控制优化装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图5是根据本发明实施例的交通控制优化装置的结构框图，如图5所示，该装置包括：第一获取模块51，用于获取道路交叉口的交通数据，所述交通数据包括表示该道路交叉口的几何特征和动态特征的数据，所述动态特征包括交通信号控制方案和该交通信号控制方案下的交通状况；第二获取模块52，用于根据所述交通数据获取所述交叉口的道路交通饱和度；确定模块53，用于比较所述道路交通饱和度与预设的判断阈值范围，根据比较结果确定最终交通优化目标；第三获取模块54，用于根据所述交通数据和所述最终交通优化目标获取交叉口渠化设计和交通信号控制的综合优化方案。

上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。