专利名称：一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法
技术领域：
本发明涉及一种交通信号控制技术领域，尤其是涉及一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法。
背景技术：
为了解决日益严重的城市交通拥堵问题，城市交通的管理者和相关研究者提出了很多种解决方法，其中最直接的方法就是通过在城市中修建完善更多的道路来解决问题。 可是，由于城市空间容量的限制，这种方法在现代城市中越来越难以适用了。随着信息技术、通信技术、控制技术、传感器技术和系统综合技术等多种技术的发展，智能交通控制技术越来越受到城市管理者的重视，并在不少城市取得了很多有益的成果。而对于智能交通控制技术，交叉路口的交通信号控制则是其中重要的一环。
根据控制方法实时性的不同，交通信号控制方法可以划分为定时控制方法和自适应控制方法，这两种方法又可以根据控制区域细分为单路口信号控制方法、干线交通信号控制方法和区域交通信号控制方法。不论是哪种交通信号控制方法，最终的优化结果只有周期、绿信比和相位差(单路口信号控制不需要优化相位差)三个参数，通过这三个参数对各个交叉口的交通信号灯进行配置就可以实现交叉路口的交通信号控制。在交通信号控制领域，单路口信号控制方法和干线交通信号控制方法的各项技术已经比较成熟，而区域交通信号控制则还有相当的发展空间。
目前比较著名的区域交通信号控制方法有TRANSYT (Traffic Network Study Tool :交通网络学习工具系统)、SCOOT (Split, Cycle and Offset Optimization Technique :绿信比、周期和相位差优化技术)和 SCATS (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System:悉尼协调自适应交通系统)。TRANSYT是一种定时控制系统，SC00T是基于TRANSYT模型的交通自适应控制方法，而SCATS则是一种没有建立交通模型的实时自适应交通控制系统。
上述方法都是由国外发达国家的研究机构提出的，应用于国外成熟的道路交通设施会有良好的控制效果。但是，由于我国城市还在发展当中，城市的道路交通设施及交通法规也还大多处于发展完善的过程中，无论是道路状况还是实际复杂的混合交通流都与国外存在很大的差异，不能满足这些方法良好运行所需要的比较严苛的交通条件，这些方法不能很好地适应我国城市的交通现状。发明内容
本发明主要是解决现有技术中区域交通控制方法不适应我国城市道路交通设施现状的问题，提供了一种能够适应我国城市道路交通设施现状的，解决城市中存在的不均衡交通流的合理优化问题，同时提高区域交通信号配时优化的效率的基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，所述区域为一个包括若干连续相邻交叉口的城市道路交通区域，该方法包括以下步骤
a.根据交通流量数据确定区域内某一交叉口为关键交叉口，并以关键交叉口为基准，确定区域内由若干连续交叉口组成的主干道；
b.预先设定若干交叉口四相位配置方案，根据交叉口的特征对区域内各交叉口分别选用不同的配置方案；
c.依次对区域内主干道和非主干道交叉口进行相位差优化，根据干线相位差优化的方法依次计算出相邻的主干道交叉口之邻的相位差和区域内相邻非主干道交叉口之间的相位差；
d.根据区域内交叉口相位差优化先后顺序以及各交叉口配置的相位方案，依次确定各个交叉口的相位绿灯启动时间，完成区域交通信号配时。
本发明将复杂的区域交通面控系统的优化问题转化为线控系统的优化问题，降低了区域交通信号优化过程的复杂度，大幅提高区域交通信号控制的效率；本发明重点考虑了区域中交通流量较大的主干道，主次分明的优化顺序使得整个区域交通能够得到更为优越的控制效果。
作为一种优选方案，相邻的主干道交叉口之间的相位差和区域内相邻非主干道交叉口之间的相位差通过供
权利要求
1.一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，所述区域为一个包括若干连续相邻交叉口的城市道路交通区域，其特征在于该方法包括以下步骤 a.根据交通流量数据确定区域内某一交叉口为关键交叉口，并以关键交叉口为基准，确定区域内由若干连续交叉口组成的主干道； b.预先设定若干交叉口四相位配置方案，根据交叉口的特征对区域内各交叉口分别选用不同的配置方案； c.依次对区域内主干道和非主干道交叉口进行相位差优化，根据干线相位差优化的方法依次计算出相邻的主干道交叉口之间的相位差和区域内相邻非主干道交叉口之间的相位差； d.根据区域内交叉口相位差优化先后顺序以及各交叉口配置的相位方案，依次确定各个交叉口的相位绿灯启动时间，完成区域交通信号配时。
2.根据权利要求I所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是相邻的主干道交叉口之间的相位差和区域内相邻非主干道交叉口之间的相位差通过 —^vx(Py T =K ==计算得出，其中为两个相邻交叉口 X和交叉口 y之间的相对相位’V(0 y,xy,x差， 为从交叉口 x到相邻交叉口 y行程的时间平均值，Sy，xS相应的两个相邻交叉口之间的距离,Vj '为车辆从交叉口 X到相邻交叉口 I之间的平均行驶速度。
3.根据权利要求I所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是所述确定区域内主干道的步骤包括 1).根据区域内各个交叉口的交通流量统计数据，确定其中流量最大的交叉口为关键交叉口 iB1，并建立主干道交叉口集合，将该关键交叉口加入到主干道交叉口集合中UbJ ； 2).根据关键交叉口四个方向上的路段入口流量，找出流量最大的支路，把该流量最大的支路的上游相邻交叉口标记为从属关键交叉口 iBi并加入到主干道交叉口集合UB1，…，iBi}，根据最新标记的从属关键交叉口 iBi剩余三个方向上的入口路段流量，找出流量最大的支路并把该支路的上游相邻交叉口标记为新的从属关键交叉口 iBi+1并加入到主干道交叉口集合{iB1，…，iBi，iBi+1}，遍历重复上述过程直至新的从属关键交叉口到达区域的边界出口 ； 3).在关键交叉口上找出入口流量次大的支路，把该流量次大的支路的上游相邻交叉口标记为从属关键交叉口 IBi并加入到主干道交叉口集合{IB1，…，IBi}，根据最新标记的从属关键交叉口 IBi剩余三个方向上的入口路段流量，找出流量最大的支路IBi+1并把该支路的上游相邻交叉口标记为新的从属关键交叉口并加入到主干道交叉口集合{IB1，…，IBi，IBi+1}，遍历重复上述过程直至新的从属关键交叉口到达区域的边界出口 ； 4).主干道交叉口集合{IB1，…，IBi，.. . , IbnI遍历区域的主干道，其中N为主干道包含的交叉口总数，将主干道上所有交叉口 {IB1，. . ，IBi，. . .，IBN}按先后顺序依次编号，对于在步骤2)中标记的从属关键交叉口按后进先出原则编号，即最后标记的从属关键交叉口编号为I1，直到关键交叉口，对于在步骤3)中标记的从属关键交叉口则按先进先出原则编号，即最后标记的从属关键交叉口编号为In经上述交叉口编号后主干道可表示为U1, I2,工3， ，°
4.根据权利要求2所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是所述路段流量是由所在路段方向上交叉口相应支路入口流量均值计算得出，即 I "L) = Sh，其中P为路段上交叉口的数目，I为所在路段方向上第i个交叉口相应支路 P /=1的入口流量。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是交叉口四相位配置方案包括标准的四相位配置方案、西南转向的四相位配置方案、西北转向的四相位配置方案、东北转向的四相位配置方案和东南转向的四相位配置方案，将区域内非主干道交叉口和主干道上直行的交叉口采用标准的四相位配置，将主干道上存在转向的交叉口根据转向分别采用对应的转向的四相位配置方案。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是对区域内主干道和非主干道交叉口进行相位差优化的步骤为 1).对主干道交叉口进行相位差优化，根据干线相位差优化的方法，由主干道第一个交叉口开始，依次计算两个相邻主干道交叉口之间的相位差，直到主干道最后一个交叉口 ； 2).对主干道外交叉口进行相位差优化，由主干道第一个交叉口开始，遍历与主干道第一个交叉口相邻的非主干道交叉口，计算主干道第一个交叉口与非主干道交叉口之间的相位差，然后对主干道下一个交叉口相邻的所有非主干道交叉口重复相同的计算，直到主干道最后一个交叉口； 3).若上一步骤结束仍然有非主干道交叉口没有参与相位差优化，则从最先经历相位差优化的非主干道交叉口开始，继续遍历与其相邻的所有非主干道交叉口，直到区域内所有非主干道交叉口优化完毕，所有非主干道交叉口均按其参加优化计算的顺序编号。
7.根据权利要求6所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是主干道交叉口相位差优化为只对主干道所在协调方向进行相位差优化。
8.根据权利要求6所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是将经过相位差优化的交叉口标记为Is，若后续计算中涉及的相邻的两个交叉口均被标记为Is，跳过对该相邻交叉口的相位差优化计算。
9.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法，其特征是各个交叉口的绿灯启动时间确定的步骤包括 1).调整主干道各交叉口的相位方案，使得沿着主干道的协调方向的相位设定为第一相位，设定主干道第一个交叉口第一相位的信号灯绿灯启动时间，并根据该交叉口的相位顺序和各相位绿灯持续时间计算出其他几个相位绿灯的启动时间； 2).沿着主干道方向，依此计算下一交叉口第一个相位的启动时间，即 I =tx,l + iPy^x，其中I1和ty,i分别表示上下相邻两个交叉口的第一相位绿灯启动时间，并根据该第一相位的绿灯启动时间计算出该交叉口其他几个相位绿灯的启动时间，重复操作直到主干道最后一个交叉口； 3).对于非主干道交叉口，按照进行相位差优化的顺序，根据已经确定信号灯启动时间的交叉口的第一相位绿灯启动时间计算出其相邻非主干道交叉口相位绿灯启动时间，即ty，j - t (py x，其中X和y表示相邻的交叉口，tx,k为交叉口 X的第k个相位的绿灯启动时间，tyjJ为邻交叉口 I的第j个相位绿灯启动时间，X交叉口第k个相位和y交叉口的第j个相位是同一方向上相位差优化的协调相位，下一相邻交叉口 I的第一相位的绿灯启动时间可根据ty>1 = ty,j-A ty计算得到，其中A ty为相邻交叉口 y第一相位与第j相位之间的时间差，同理依次计算出剩余各个非主干道交叉口的第一相位的绿灯启动时间。
全文摘要
本发明涉及一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法。解决现有技术中区域交通控制方法不适应我国城市道路交通设施现状的问题。其包括以下步骤确定区域内主干道；根据交叉口的特征对区域内各交叉口分别选用不同的相位配置方案；依次对区域内主干道和非主干道交叉口进行相位差优化；依次确定各个交叉口的相位绿灯启动时间，完成区域交通信号配时。本发明优点是将复杂的区域交通面控系统的优化转化为线控系统的优化，降低了区域交通信号优化的复杂度，大幅提高区域交通信号控制的效率；重点考虑了区域中交通流量较大的主干道，主次分明的优化顺序使得整个区域交通能够得到更优的控制效果。
文档编号G08G1/081GK102982688SQ20121030242
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者章如峰, 魏勇, 杨永耀, 张伯立, 吴维敏, 沈国江, 吴昊旻 申请人:浙江浙大中控信息技术有限公司