车联网下基于宏观基本图的主通道交通流快速疏导方法与流程

本发明属于城市交通管理控制领域，尤其涉及车联网下基于宏观基本图的主通道交通流快速疏导方法。

背景技术：

随着社会经济飞跃发展，汽车保有量剧增，城市交通拥堵问题恶化，已成为城市发展的瓶颈之一。为了减少车辆延误时间和排队长度，缓解交通拥堵，部分大城市采用先进的交通控制技术，实施了智能化交通信号控制系统。但随着车流不断增多，部分城市交通出现了过饱和想象，原有交通控制系统效果不明显。

近期Daganzo和Geroliminis两位学者研究了大量实际交通数据，发现城市交通路网中具有一定客观规律性，即路网的交通运行状态和移动的车辆数之间的联系，该关系其称之为宏观基本图，它亦能够反映路网中加权流量与总交通量的普遍关系，以及车流在整个路网中的行驶距离与消耗时间之间的关系。后续多位学者通过大量实际数据，也证实了宏观基本图的普通性。因此基于宏观基本图对交通控制进行深入研究是很有必要的，它能够有效帮助了解道路交通拥挤的情况。但现阶段对它的运用还不够深入，考虑交通控制的因素不够全面，很多研究都未提出具体的控制思路。

专利申请号为‘201410317760.5’的专利‘一种区域交通动态调控方法及系统’，它公开了方法包括选取一定路口设置反馈门控制路口，对路口进行排序，然后获得路口的车流量，再建立区域宏观基本图，当网络宏观净流量达到阈值时，对路口进行调节。虽然该专利能够基于宏观基本图将交通控制与交通诱导相结合进行车流调控，但是调控技术过于宏观，仅注重调控减缓外围车辆进行保障区域和仅提及延长绿灯加大保障区域的车流排出，而没有具体去研究保障区域内是如何做到调控降低车流量拥堵状态，实操性、可行性还不足，而且车路协同作用不明显，车联网技术应用不多，车主获知车辆自身信息或者道路情况信息少。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种车联网下基于宏观基本图的主通道交通流快速疏导方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种车联网下基于宏观基本图的主通道交通流快速疏导方法，所述主通道交通流快速疏导方法包括步骤如下：

S1、一定时间内采集城市中心区域路网的车流数据；

S2、基于所述步骤S1中采集的车流数据建立宏观基本图模型；

S3、根据所述宏观基本图模型确定区域路网的最大加权流量和临界车辆数；

S4、判断区域路网交通的实际车辆数和实际加权流量，并依据实际车辆数、实际加权流量、临界车辆数和最大加权流量之间的关系对主通道车辆进行联网疏导和对区域路网外的车辆进行联网诱导。

进一步地，所述步骤S4中对主通道车辆进行联网疏导的过程具体如下：

在实际车辆数达到临界车辆数的90％时，依据最大加权流量和区域的实际加权流量确定区域内的车流疏导量，并依据车流疏导量动态调整区域路网内的主通道驶出方向的信号灯的周期和绿信比，对主通道驶出流量实施快速疏导。

进一步地，所述车流疏导量为最大加权流量与实际加权流量之差，且动态调整过程包括：当车流疏导量越小则加大主通道驶出方向的绿信比。

进一步地，所述加大主通道驶出方向的绿信比具体为：通过分配得到更多的优先绿灯时间，且其中t_max表示主通道分配得到的优先绿灯时间，t_r表示主通道依据Webster方法原分配得到的绿灯时间，N_c表示主通道的临界车辆数。

进一步地，所述加大主通道驶出方向的绿信比的过程包括：保持信号灯周期不变，延长绿灯时间，且减少红灯时间，从而加大信号灯的绿信比，且最大延长绿灯时间不超过原有绿灯时间的25％；或者缩短信号灯周期，保持绿灯时间不变，减少红灯时间，从而加大信号灯的绿信比，且减少红灯时间最大不超过原有红灯时间的20％。

进一步地，对缩短绿灯通行时长的次通道方向，采用双周期补偿的方式，在下一周期将给予绿灯时间相应的延长。

进一步地，所述步骤S4中对主通道车辆进行联网疏导的过程还包括：对行驶在主通道上的车辆发送主通道实时的红灯/绿灯倒计时信息、车辆建议车速和交叉口信号灯距离信息。

进一步地，所述对行驶在主通道上的车辆发送主通道实时的红灯/绿灯倒计时信息、车辆建议车速和交叉口信号灯距离信息具体过程如下：

S81、采集区域路网内的主通道车辆的位置信息；

S82、实时测得每辆车在主通道上与交叉口信号灯的距离信息和每辆车与周围车辆的距离信息；

S83、对主通道上的所有车辆发送疏导调控信号和主通道实时的红灯/绿灯倒计时信息，针对每辆车的实际位置、与交叉口信号灯的距离信息和主通道实时的红灯/绿灯倒计时信息经过分析处理发送对应的车辆建议车速和基于所述车辆建议车速通过交叉口信号灯的时间。

进一步地，所述步骤S82中距离信息的计算公式如下：

其中，表示主通道上第i个车辆到第y个交叉口信号灯的距离；C_i表示主通道上第i个车辆；L_y表示主通道第y个交叉口信号灯；C_ij表示主通道上第i个车辆的经度值；C_iw表示主通道上第i个车辆的纬度值；L_yj表示主通道第y个交叉口信号灯经度值；L_yw表示主通道第y个交叉口信号灯纬度值；D为地球的赤道直径。

进一步地，所述对区域路网外的车辆进行联网诱导过程包括：进入区域方向的通道延长红灯时间，并发送诱导调控信号到区域路网外的车辆；同时设置可变信息牌对区域外的车辆进行诱导，所述可变信息牌包括实时的红灯/绿灯倒计时信息和建议绕行道路信息。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明通过实地研究与多次仿真实验所得，在基于宏观基本图的框架下重点优选对主通道上的车辆进行交通流快速疏导可以有效缓解中心区域路网的交通拥堵，而重点关注实际车辆数、实际加权流量、临界车辆数和最大加权流量之间的关系对主通道车辆进行联网疏导和对区域路网外的车辆进行联网诱导可以达到更加有效的疏导、诱导效果。

附图说明

图1是本发明中公开的车联网下基于宏观基本图的主通道交通流快速疏导方法的流程步骤图；

图2是本发明实施例的区域路网示意图；

图3是本发明实施例的宏观基本图模型；

图4是本发明的另一流程步骤图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。

实施例

如图1所示，本实施例所涉及的车联网下基于宏观基本图的主通道交通流快速疏导方法，包括步骤如下：

S1、一定时间内采集城市中心区域路网的车流数据；

S2、基于所述步骤S1中采集的车流数据建立宏观基本图模型；

S3、根据所述宏观基本图模型确定区域路网的最大加权流量和临界车辆数；

S4、判断区域路网交通的实际车辆数和实际加权流量，并依据实际车辆数、实际加权流量、临界车辆数和最大加权流量之间的关系对主通道车辆进行联网疏导和对区域路网外的车辆进行联网诱导。

如图2所示，本实施例选取某城市中心区域路网为疏导调控对象，通过对该城市中心区域路网的多个交叉口和路段进行车流量监控，并根据下述步骤建立宏观基本图，如图3所示。通过宏观基本图可以了解到该城市中心区域路网的最大加权流量和临界车辆数，从图3中宏观基本图的拟合曲线，可计算出该商业区的最大加权流量为2614pcu/h，临界车辆数Nc为1050pcu。

当早晚高峰时期，实际车辆数达到临界车辆数的90％时，也即车辆数达到945pcu时，开始进行路网内主通道车辆疏导和路网外车辆诱导。具体地，路网内主通道车辆疏导动态调整过程包括：当车流疏导量(车流疏导量为最大加权流量与实际加权流量之差)越小则加大主通道驶出方向的绿信比，加大主通道驶出方向的绿信比通过分配得到更多的优先绿灯时间，且其中t_max表示主通道分配得到的优先绿灯时间，t_r表示主通道依据Webster方法原分配得到的绿灯时间，N_c表示主通道的临界车辆数。

另外，加大主通道驶出方向的绿信比的过程包括：保持信号灯周期不变，延长绿灯时间，且减少红灯时间，从而加大信号灯的绿信比，且最大延长绿灯时间不超过原有绿灯时间的25％。

本实施例也可以通过缩短信号灯周期，保持绿灯时间不变，减少红灯时间，从而加大信号灯的绿信比，且减少红灯时间最大不超过原有红灯时间的20％。

本发明之所以重点先疏导主通道就是因为在路网中，如果所有通道一起调控疏导就会增加调控复杂性，而且往往效果不明显，而通过研究发现在主通道疏导成功后，就会更容易对次通道的车流量进行疏导，因此优选疏导主通道，然后在对主通道进行重点疏导后，对其它次通道的车流量由于缩短绿灯通行时长，后面采用双周期补偿的方式，在下一周期将给予绿灯时间相应的延长；如图3所示，如果主通道横向有两条，竖向有一条，则条数较少的竖向相对两条横向的主通道则等同于次通道处理。

对区域路网内的主通道车辆进行联网疏导过程还包括对行驶在主通道上的车辆发送主通道实时的红灯/绿灯倒计时信息、车辆建议车速和交叉口信号灯距离信息。

如图4所示，上述具体步骤如下：

S81.采集区域路网内的主通道车辆的位置信息；

S82.实时测得每辆车在主通道上与交叉口信号灯的距离信息和每辆车与周围车辆的距离信息；

S83.对主通道上的所有车辆发送疏导调控信号和主通道实时的红灯/绿灯倒计时信息，针对每辆车的实际位置、与交叉口信号灯的距离信息和主通道实时的红灯/绿灯倒计时信息经过分析处理发送对应的车辆建议车速和基于所述车辆建议车速通过交叉口信号灯的时间。

针对步骤S82中计算距离信息的公式如下：

其中，表示主通道上第i个车辆到第y个交叉口信号灯的距离；C_i表示主通道上第i个车辆；L_y表示主通道第y个交叉口信号灯；C_ij表示主通道上第i个车辆的经度值；C_iw表示主通道上第i个车辆的纬度值；L_yj表示主通道第y个交叉口信号灯经度值；L_yw表示主通道第y个交叉口信号灯纬度值；D为地球的赤道直径。在疏导调控过程中，对于车辆建议车速可以以主通道上每个车辆与交叉口信号灯之间的实时距离信息与交叉口信号灯红灯/绿灯倒计时信息之间的比值、每辆车与周围车尤其前方车辆之间的距离进行综合判断。如果比值越小，且与前方车辆距离较远，建议较大的车速；如果比值小，且与前方车辆相处较近，则前方车辆建议车速会大于后方车辆；如果比值较大，若保证部分车辆采用建议的车速能够在绿灯倒计时结束时通过交叉口。

对区域路网外的车辆进行联网诱导过程包括：进入区域方向的通道延长红灯时间，并发送诱导调控信号到区域路网外的车辆；同时设置可变信息牌对区域外的车辆进行诱导，所述可变信息牌包括诱导过程进入区域方向的实时的红灯/绿灯倒计时信息和建议绕行道路信息，所述可变信息牌还可以增加区域路网内疏导情况，可以让区域外的车主了解区域路网内的道路情况，有助于区域外车辆后续进入可以

实施本发明涉及的方法前，城市中心区域的各项交通信号控制指标分别为：车辆平均延误时间约45.6s，平均停车次数约0.95次，平均排队长度为18.5m；实施本发明涉及的方法后，仿真结果表明，路网车辆平均延误时间约37.2s，平均停车次数约0.81次，平均排队长度约16.1m。而且使用本发明涉及的具体方法对区域路网主通道的车辆优先疏导其效果优于其它方法。仿真结果表明，当路网交通趋于拥堵时，实施本发明涉及的方法后路网的各项交通信号控制指标得到明显改善。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。