路网交通优化控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通领域，尤其涉及一种基路网交通优化控制系统和方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着城市道路用地资源的枯竭，汽车保有量的持续攀升，城市交通问题日 趋严重，对交通管控技术要求不断提高。其中，交通信号控制系统在我国经过几十年的发 展，已成为我国智能交通管控系统的重要子系统；国内各大城市的交通信号控制系统，在维 护道路交通秩序，缓解城市拥挤方案发挥着重要作用。然而，随着城市交通管控的范围不断 扩张，交通复杂度不断提升，交通管控在时间、空间上精细化需求迫切。
[0003] 现有的文献及应用研宄中，道路交通信号控制系统由：路口控制单元、交通数据检 测单元、远程中心控制单元及中心与路口数据、命令通信单元。按照控制范围，可分为单点 自适应信号控制，干线自适应信号控制，区域协调的自适应信号控制。单点自适应控制，每 个路口独立优化，以单路口的控制效果最优为目标，利用实时检测数据获取交叉口的交通 需求，在路口控制机或远程中心单元计算优化路口的信号配时方案，下发到信号机执行；干 线自适应控制，将主干路上流量接近、相对距离接近的划分一个协调子区，在单点方案的基 础上，统一协调路口的公共周期，计算协调相位差，以实现干线上多个路口的绿波控制为目 标，减少停车次数；区域的协调自适应控制，把区域划分成多个协调控制子区，通过各子区 的独立协调控制，实现区域协调控制，以区域内多条干线协调子区的绿波控制为目标。
[0004] 其不足在于：路口的自适应依赖于道路上固定检测器获取的交通数据，但检测器 的损坏率高，检测器一旦故障，自适应优化控制中断，且交通检测的覆盖范围有限，对路网 交通状态全局监测能力弱；从点控制外推到线协调控制，再到区域协调控制的控制模式，即 以关键交叉口核心的控制优化方法，未充分考虑交通运行的连通特性，在关键交叉口通行 能力提升同时，其周边交叉口通行效率急剧下降。现有的交叉口信号控制，从交通流运行特 性出发的控制建模方法属于被动感知模型，只能实现对交通流的后发控制，对于大规模路 网上的交通拥堵防御控制能力弱。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有的技术存在的缺陷，本发明利用车载GPS/北斗定位数据作为路网 交通信息补充，降低交叉口的自适应控制对固定检测器的绝对依赖性，提高对路网交通状 态的全局监测能力；提供一种基于道路上下游通行能力分析，在优化路网关键交叉口时， 充分考虑其对周边路口交通影响的信号联动优化方法，可实现区域路网交通整体优化的目 标；提供一种从用户出行需求、出行时间体验的角度出发，形成一种主动、可有效防御拥堵 的交叉口信号自适应优化控制方法。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种路网交通优化控制方法，包括：
[0007] 路网交通优化控制系统，通过车载GPS/北斗定位数据、固定检测器数据融合分 析，提取路网的交通数据，尤其是交叉口转向流量、路段的分向流量数据；建立了一种以旅 行延时指数二维坐标为表征参数，进行路网交通状态的检测方法，通过面域区间表征路网 状态；基于车载GPS/北斗定位数据，建立一种基于用户出行路径分析的交通协调控制小区 的动态划分方法；采用道路上下游的通行能力分析技术，以区域路网交通优化为控制目标， 建立区域关键交叉口周边路口信号控制方案的联动优化方法；提供了一种基于旅行延时指 数的，交叉口信号控制自适应优化方法。
[0008] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种路网交通优化控制系统，包括：
[0009] 上端路网交通优化控制中心系统，一般部署在交通管控指挥中心；路口信号控制 器，即路口信号机，一般安装在需要信号控制的路口或路段行人过街处；交通数据检测设 备，分为固定检测器和外部系统的浮动检测器。固定检测器包括线圈、地磁、视频等，一般安 装在距停车线0-30米进口道上，可将检测到的交通流数据输入到信号机，再由信号机传输 汇入上端控制中心；外部系统浮动检测器，即从车载GPS/北斗导航定位终端，系统从外部 系统实时获取大量车载终端的数据，从中提取路网交通流数据，系统向外部系统提供数据 传输接口适配器（一种数据传输协议）。外部系统如各种出行导航系统、出租车运营监管系 统、公交车运营调度系统等。
[0010] 本发明技术方案中基于固定检测数据、车载GPS/北斗终端定位数据的融合分析， 提取交通状态数据，将车载GPS/北斗定位数据作为路网交通信息的补充，降低交叉口的自 适应控制对固定检测器的绝对依赖性，提高对路网交通状态的全局监测能力；且提供了一 种可识别是否需要继续维护固定检测器的方法。一种基于道路上下游通行能力分析，在优 化路网关键交叉口时，充分考虑其对周边路口交通影响的信号联动优化方法，可实现区域 路网交通整体优化的目标，可有效防御应信号配时不合理导致的常发性拥堵、信号绿灯空 放现象。一种信号的自适应控制优化方法，该方法从用户出行需求角度出发，通过分析用户 日常出行路径，进行路网交通控制小区的动态划分，从出行时间体验的角度出发，采用旅行 延时指数变化来快速平稳的优化交叉口信号配时，是一种主动、可有效缓解拥堵的交叉口 信号的自适应优化控制方法。
[0011] 综上，本发明技术方案中介绍的路网交通优化控制系统，将车载GPS/北斗终端定 位数据应用于路网交通状态数据的提取，有效的提高了路网全局交通状态的监测能力，降 低交通检测设备投入成本的同时，为交通管控措施的实施提供了更加详实的数据支持；基 于道路上下游通行能力分析、出行路径分析，及出行时间体验，实现路网交通信号的联动优 化控制，提高了控制系统对路网拥堵的主动防控能力，为城市交通流的平稳畅通运行提供 了有力保障。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明路网交通优化控制系统结构图
[0013] 图2为本发明路网交通优化控制系统设备组成图
[0014] 图3为本发明基于车载GPS/北斗定位终端数据获取车辆出行路径图
[0015] 图4为本发明基于车载终端数据提取流量数据处理流程图
[0016] 图5为本发明区域路网交通状态划分图
[0017] 图6为本发明区域路网交叉口信号控制优化主流程图
[0018] 图7为本发明关键交叉口与下游交叉口通行能力匹配分析图
[0019] 图8为本发明关键交叉口周边信号联动优化流程图
[0020] 图9为本发明基于旅行延时指数的信号控制自适应优化流程图 具体实施方案
[0021] 以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保 护的范围。
[0022] 本发明的一种路网交通优化控制系统主要包括以下模块：交通数据处理模块、交 通状态监测模块，交叉口信号优化控制模块，如图1所示。
[0023] 交通数据处理模块，通过车载GPS/北斗定位数据、固定检测器数据融合分析，提 取路网的交通数据，尤其是交叉口转向流量、路段的分向流量数据；交通状态监测模块，实 现区域路网交通状态数据提取、干线交通状态数据提取、交叉口交通状态数据提取、交叉口 交通需求数据提取；交叉口信号优化控制模块，实现交叉口基础方案生成、交通协调控制小 区的动态划分、关键交叉口周边路口信号控制的联动优化、交叉口的自适应优化方案生成。
[0024] 该系统的设备组成，如图2所示：上端路网交通优化控制中心系统，一般部署在交 通管控指挥中心；路口信号控制器，即路口信号机，一般安装在需要信号控制的路口或路段 行人过街处；交通数据检测设备，分为固定检测器和外部系统的浮动检测器。固定检测器包 括线圈、地磁、视频等，一般安装在距停车线0-30米进口道上，可将检测到的交通流数据输 入到信号机，再由信号机传输汇入上端控制中心；外部系统浮动检测器，即从车载GPS/北 斗导航定位终端，系统从外部系统实时获取大量车载终端的数据，从中提取路网交通流数 据，系统向外部系统提供数据传输接口适配器（一种数据传输协议）。外部系统如各种出行 导航系统、出租车运营监管系统、公交车运营调度系统等。
[0025] 下面将结合各四个模块包含的内容进一步对本发明提出的一种路网交通优化控 制方法进行描述。具体步骤如下：
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