一种冰雪天气下交叉口交通信号优化方法及系统

本发明涉及城市交通信号控制技术领域，具体涉及一种冰雪天气下交叉口交通信号优化方法及系统。

背景技术：

随着我国国民经济的高速发展，机动车保有量迅速增加，进而使得城市交通出现交通拥堵问题。冰雪天气是我国北方普遍会遇到的天气现象，在冰雪天气下，由于路面积雪、能见度和驾驶员等因素，城市交通交叉口的交通拥堵问题尤为突出。

针对冰雪天气下交叉口交通拥堵的问题，许多学者对冰雪天气下的信号周期展开了相关研究，并取得了一定成果。例如，使用仿真算法求解路网容量可靠性，得出冰雪天气交通流参数变化的主要原因是降雪量的变化，随着降雪量的增加，道路通行能力也会相应降低。但是，并没有对现有交叉口配时方案进行调整并形成一种符合冰雪天气的信号配时方法。其次，并未实现通过对冰雪天气下环境因素的检测，对信号周期进行实时控制。

因此，对于目前我国北方的冬季冰雪天气对交通的影响，有必要采用针对于冰雪天气特定的配时法来解决交通问题，缓解冰雪天气下的交通压力。

技术实现要素：

本发明是为解决现有处理方案中的不足，而提供一种包涵更多影响因素的冰雪天气下交叉口交通信号优化方法及系统。本发明提出的一种冰雪天气下交叉口交通信号优化方法及系统，包括降雪信息采集单元、交通流参数采集单元、信号配时优化单元、交通控制中心以及信号配时方案输出单元，其总体工作流程如图1所示。

本发明提出的一种雪天气下交叉口信号配时优化系统，其特征主要包括：

1)降雪信息采集单元

降雪信息采集单元由温湿度传感器和超声波检测器组成，温湿度传感器用于检测交叉口降雪状态，并实时控制超声波检测器的工作状态，当温湿度传感器检测到有降雪时，超声波检测器对交叉口降雪量进行实时检测。

2)交通流参数采集单元

交通流参数采集单元由若干个上游和下游传感器组成，上游传感器用于检测对应车道的交通流量，下游传感器用于检测对应车道的饱和流率。

3)交通控制中心

交通控制中心由上位机和云处理器组成，负责接收和传输降雪信息和交通流参数。

4)信号配时优化单元

信号配时优化单元由单片机构成，负责对交叉口信号配时方案进行优化，输出适用于交叉口的信号配时方案。

5)信号配时方案输出单元

信号配时方案输出单元由oled显示屏和交通信号灯组组成，负责交通信号配时方案的输出和交叉口交通信号灯状态的显示和转换。

附图说明

图1：系统工作流程图

具体实施方式

本发明采用方案具体实施步骤如下：

1)降雪信息采集单元

降雪信息采集单元由温湿度传感器和超声波检测器组成，温湿度传感器用于检测交叉口降雪状态，并实时控制超声波检测器的工作状态，当温湿度传感器检测到有降雪时，超声波检测器对交叉口降雪量进行实时检测。

step1：温湿度传感器实时采集周围环境的温度与湿度数据；

step2：温湿度数据符合降雪需求时，启用超声波检测器对交叉口降雪量进行实时检测。

2)交通流参数采集单元

交通流参数采集单元由若干个上游和下游传感器组成，上游传感器用于检测对应车道的交通流量，下游传感器用于检测对应车道的饱和流率。

3)交通控制中心

交通控制中心由上位机和云处理器组成，负责接收和传输降雪信息和交通流参数。

4)信号配时优化单元

信号配时优化单元由微型处理器构成，负责对交叉口信号配时方案进行优化，将适用于交叉口的信号配时方案通过单片机传递给信号配时方案输出单元。其具体工作步骤如下：

step1：当从oled显示屏观察到的温湿度处于降雪状态时，由操作人员负责通过串口从上位机以文本格式输入该交叉口的损失时间l，流量比y，某进口车道的流量比y1。

step2：单片机收到数据后放到缓存中，与此同时计算有效长度，将文本数据转化为浮点型数据。

step3：采用状态轮询机制，每收完一个数据就准备好接收下一个数据，重复step2。

step4：当数据接收完毕后，进行交叉口周期c的计算以及输入进口车道的绿灯时间g1和红灯时间r1。c，g1，r1的计算公式为：

c＝3(l-5)*e^yh/3

r1＝c-g1-a

式中：黄灯时间a设置为3s，l为损失时间，h为降雪厚度。

5)信号配时方案输出单元

信号配时方案输出单元由oled显示屏和交通信号灯组组成，负责交通信号配时方案的输出和交叉口交通信号灯状态的显示和转换。其具体工作步骤如下：

step1：当周期等参数计算完毕后，将计算结果转化为字符串以文本形式发送给上位机。

step2：定时器0的中断中设置有第二个状态机，用于倒计时与更换灯色。

step2.1：定时器倒计时结束后，以绿灯-黄灯-红灯的顺序更新灯色状态。

step2.2：为防止乱码，oled显示器每20s更新一次屏幕。

该系统周期时长的推导过程如下：

根据韦氏计算方法，其延误计算公式为：

其中：c为周期时长，λ为绿信比，y为流量比，x为饱和度，q为交叉口流量。

随着降雪厚度的增加，韦氏计算延误明显低于实际延误；对增加的延误δd进行拟合，得：

式中：h为降雪厚度。

因此，冰雪天气下的车均延误公式为：

式中：n为车流数，qi为第i股车流的流量，λi为第i股车流的绿信比，xi为第i股车流的饱和度，yi为第i股车流的流量比。

将饱和度和绿信比带入上式可得：

式中：y为交叉口的总流量比。

依次将实际交通流数据代入延误公式中，得到对应降雪量的最佳周期时长公式为：

d＝dq

将所得周期时长回归拟合，便可得到其周期时长c＝3(l-5)*e^yh/3。