基于信号机的自适应优化控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于城市智能交通管理技术领域，具体涉及一种基于信号机的自适应优化 控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着全国城市建设步伐的加快，道路和车辆基数越发庞大，算上老旧改造项目，城 市交通压力巨大，实时智能疏导车辆已经势在必行。传统的拥堵节点的优化策略中，大都以 针对该拥堵节点而建设下穿通道来作为主要手段。然而，下穿通道的设置固然能够起到对 当前拥堵节点的缓和效果，但是其项目周期大、成本高以及破坏现有路面基础设施等一系 列缺点却不可避免，从而在加剧了道路建设成本的同时，在建设过程中也会对现有路面交 通产生巨大影响。如何能够在目前信号机的控制系统的基础上，利用路面检测设备处的检 测数据，从而能对道路拥堵状况作出合理评估，进而在实现对路面交通流量进行实时监控 的同时，亦可实现对于该路面交通的在线管制及疏通效果，从而达到在交通严重拥堵前的 疏导目的，为本领域在目前国家科技强警的大背景下所亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种基于信号机的自适应优化控 制系统，其能够在对路面交通流量进行实时监控的同时，亦可实现对于该路面交通的在线 管制及疏通效果，以达到智能和实时的做到疏导控制交通效果，进而可合理的分配交通资 源，来满足以科技强警实现智慧城市这一主旨。
[0004] 本发明所应用的技术方案为：
[0005] -种基于信号机的自适应优化控制系统，其特征在于：本系统至少由交通流量数 据采集服务、交通流量计算分析服务、交通信号机控制服务和区域交通控制平台四部分组 成，其中：
[0006] 交通流量数据采集服务：用于在收集区域内所有交叉口各分支车道以及交叉口与 交叉口之间的流量检测器和视频检测器信息后，传回区域控制指挥中心进行处理；
[0007] 交通流量计算分析服务：在接收到交通流量数据采集服务采集到的流量数据后， 对传回中心的流量数据进行分析处理，以获得整体的优化控制方案；
[0008] 上述交通流量计算分析服务的分析处理过程至少包括根据路口的饱和度进行优 化的单点自适应优化步骤，包括：
[0009] a、通过该路口的车道宽度参数b，以直行车道饱和流量公式获得直行车道饱和流 量值S :
[0010] S = 3990-1564b+241b2
[0011] 式中：b-车道宽度，单位m;
[0012] 左转车道饱和流量比直行车道饱和流量小1 % -2 % ;
[0013] b)、设置计算统计周期，通过以下公式计算相位饱和度；
[0014]
[0015] A屮：
[0016] x-相位饱和度；
[0017] N-车道通行能力；
[0018] Q-车道实际流量折算值，单位pcu/h ;
[0019] q- -次相位绿灯时间内的最大车道流量值；
[0020] S-车道饱和流量值，指在一次连续绿灯时内，交叉口进口道上连续车队能够通过 进口道停车线换算为小客车的最多车辆数，单位pcu/h ;
[0021] C-周期时长（s);
[0022] g-相位绿灯时间（S)。
[0023] 并通过公式换算获得相位绿灯时间计算公式：
[0024]
[0025] c)、由步骤b)中的相位饱和度公式，获得相位平均饱和度值Xp:
[0026] Xp= 3600 (q ^q2+... +qn) /S fe+g；；+... +gn)
[0027] d)、由上述相位平均饱和度值XP，进行一次判断调整，具体为：
[0028] 若相位平均饱和度值Xp在（80%，90% )以内，则不作调整，以保持信号连续性；
[0029] 若相位平均饱和度值Xp不在（80 %，90 % )以内，则把X = 80 %代入2)步骤的相 位绿灯时间计算公式中，得出优化后的下一次周期的相位绿灯配时gP，gPe (g_，g_);
[0030] 交通信号机控制服务：负责各个子系统与信号机的通讯，并对信号机的状态进行 实时监控以及对信号机的方案进行优化修改；交通流量计算分析服务根据流量数据计算出 的整体优化方案可以通过交通信号机控制服务直接下发到区域信号机来实现区域优化管 理；
[0031] 区域交通控制平台：通过对上述三种服务的综合控制，以实现对收集区域内的区 域信号机的控制和管理，并对区域整体交通流进行宏观监控，在发现拥堵点后可以及时调 整区域优化方案，同时可根据交通流状况对方案进行效益评价。
[0032] 上述交通流量计算分析服务的分析处理过程还包括对干线绿波方案的绿信比、周 期以及相位差进行优化的干线动态绿波带优化步骤，包括：
[0033] a、根据上述单点自适应优化方法，优化计算干道上各个交叉口的信号配时，并获 得干道上各个交叉口的周期时间（C1，C2，···，〇0和绿信比（rl，r2，…，rn);
[0034] b、选取信号周期最大的交叉口为关键交叉口，取信号周期最大值Cmax为干道上 各个交叉口的公用周期；
[0035] c、把公用周期Cmax与其他非关键交叉口的信号周期Ci的差值加在非关键交叉口 的协调相位绿灯时间上，得出经调整后的非关键交叉口的绿信比；
[0036] d、将协调方向的各路口流量相加，计算得出干道上各路口协调相位正、反两个方 向的交通流量总值q正和q反，若q正〉q反，则取正向相位差，以疏导正向交通；若q正<q 反，则取反向相位差，以疏导反向交通；
[0037] e、系统每隔指定时间调整干道交叉口的信号周期、绿信比和相位差，以平衡干道 上正、反两个方向的交通效益；
[0038] f、系统的调整时间T大于车队以指定车速从干道上第一个路口到达最后一个路 口所花费的时间，即系统的调整时间应大于最后一个路口的绝对相位差与协调相位时间之 和。
[0039] 所述步骤f中，系统的调整时间T = 30min。
[0040] 本发明的主要优点在于：
[0041] 1)、通过将构成本系统的四个部分有机组合在一起，每个部分各司其职、缺一不 可，其中机动车辆流量数据采集使用高伸缩的Hadoop处理实时卡口数据；交通流量计算分 析服务是建立在智能交通决策顾问的决策范畴下采用优化粒子群算法和蚁群算法为核心， 提供数据分析支撑；交通信号机控制服务和区域交通控制平台则分别在软件和硬件两个方 面对路面交通流量进行实时管制，从而达到疏导拥堵的目的。
[0042] 本系统不再遵循传统的如地下穿行等硬性处理方式，而是以数据化和智能化处理 平台作为基体，在目前的已有信号机系统的基础上，以机动车辆流量计算分析为核心，来达 到预防交通拥挤和尽快消散交通拥挤为最优先的设计目的。一方面，本系统以计算并控制 下一次周期的相位绿灯配时，从而得到更为高效和精确的道路通行疏通效果；另一方面，则 依靠干线动态绿波带优化步骤，来保证监测区域内正反向交通的适时疏导目的。经仿真实 验验证，在拥挤交通状态下，本系统的处理方式更接近交通实际情况，其具有更强的交通拥 堵预警性和可操作性。本系统能够在对路面交通流量进行实时监控的同时，亦可实现对于 该路面交通的在线管制及疏通效果，以达到智能和实时的做到疏导控制交通效果，进而可 合理的分配交通资源，最终满足以科技强警实现智慧城市这一主旨。
【附图说明】
[0043] 图1为本发明的系统设计框图。
【具体实施方式】
[0044] 为便于理解，此处结合图1对本发明的具体实施过程作以下进一步描述：
[0045] 本系统至少由以下四部分组成：
[0046] 1)、交通流量数据采集服务
[0047] 信号机的区域自适应控制主要是根据区域内流量数据来对交通状况进行评估和 优化，因此就需要经过交通流量数据采集服务把流量检测器采集到的数据通过网络传回区 域控制指挥中心来进行处理。
[0048] 2)、交通流量计算分析服务
[0049] 流量数据通过交通流量数据采集服务采集到指挥中心后，就需要交通流量计算分 析服务对传回中心的流量数据进行分析处理，并计算出一个整体的优化控制方案。
[0050] 3)、交通信号机控制服务
[0051] 交通信号控制通讯服务主要负责各个子系统与信号机的通讯，其他系统可以通过 信号机控制通讯服务来对信号机的状态进行实时监控以及对信号机的方案进行优化修改。 交通流量计算分析服务根据流量数据计算出的整体优化方案可以通过信号机控制通讯服 务直接下发到区域信号机来实现区域优化。
[0052] 4)、区域交通控制平台
[0053] 区域交通控制平台主要功能是对区域信号机的控制和管理，并对区域整体交通流 进行宏观监控，在发现拥堵点后可以及时的调整区域优化方案，并根据交通流状况对方案 进行效益评价。
[0054] 1、交通流量数据采集服务：
[0055] 1)、数据来源：
[0056] 本系统的主要数据来源是流量检测器和视频检测器，而流量检测器又分为两部 分，一种为区域内所有交叉口各分支车道上的路口检测器，另一种是交叉口与交叉口之间 的路段检测器。
[0057] 视频检测器除了流量数据检测功能外，还具有事件监测的功能，可以用于路口或 者路段事故、拥堵检测。
[0058] 路口检测器和路段检测器都是通过网络把过车信息传回指挥中心，以对过车信息 进行解析、统计和存储。
[0059] a、路口检测器
[0060] 因为路口检测器数据不仅用于统计分析，还需要用于对路口信号方案的评估以及 区域自适应协调控制，所以路口检测器上传数据不仅仅需要包括过车数据，还要包含当前 路口相位状态信息。
[0061] 后台接收主机与通讯机之间采用以太网接口，应用层采取Socket连接。
[0062] 主要回报协议：实时回传车道检测信息；
[0063] 当车辆检测器检测到车辆进入时，立即上报车辆到来信息。
[0064] 检测器接收到路口检测器（停车线后2米处）上报的车辆到来信息后，数据帧类 型为4个字节：
[0065] OxFO lane Pn 0x5C
[0066] 其中：0xF0为固定的帧头字节，表示本帧为感应控制上报数据；
[0067] lane为车道编号；
[0068] Pn表不该车道在信号机里所属相位编号
[0069] 0x5C为固定的帧尾字节。
[0070] b、路段检测器
[0071] 路段检测器数据主要用于流量统计分析以及交通通行状况的各项指标计算。
[0072] 后台接收主机与通讯机之间采用以太网接