本发明涉及一种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法及系统。
背景技术：
：交叉路口是城市路网的基础，是城市交通的“咽喉”，在城市路网系统中处于核心位置，也是交通瓶颈所在，而交通信号控制系统是城市交通控制的主要方式，因此路口交通信号控制显得尤为重要，智能化的交通信号控制可以有效提高交叉口通行效率，缓解交通拥堵，减少尾气排放，缩短出行延时。交通信号智能控制需要进行交通信号特征参数配置来实现路口交通信号相位配置，传统的相位配置是由经验人员对路口交通流数据进行采集，根据高峰样本数据配置一个适合的信号相位方案并在全天运行。但是路口的交通运行情况是不断变化的，特别是面对早/晚高峰、平峰以及低谷交通流量不一样的时段，若运用同样的信号相位将导致路口拥堵或信号浪费，于是需要对信号相位方案进行不同情况的优化调整。同时随着交通信号控制协调技术的研究以及单点、干线、区域协调控制的发展，传统交通信号控制模式不再适用。现阶段国内各大城市信号配时一般由专业的信号管理人员基于信号机进行设置，具体方法是在设置了路口渠化、检测设备、信号灯组、基础通行相位的基础上，根据历史交通流数据以及路口交通状况设置5到6套可能运行的交通信号方案，再在其中对各信号方案的相位、相序、周期时长进行一体化配置，进一步将各信号方案根据路口交通状况对应到方案运行时段，从而根据路口调度方式选取适应各时间段信号方案。同时在该种配置方法的基础上对路口信号配时方案台账管理系统进行开发研究，如专利cn201110047461.0提出一种交通信号相位配置系统，专利cn201611139861.3提出一种台账管理系统及其实现的信号优化维护流程管理方法。现阶段这种信号相位配置方式虽基于历史交通流数据，但在设置各信号方案时分别选取典型数据进行配置，配时完全由人工按经验设置，这种“拍脑袋”做法缺乏支撑依据；同时在对信号方案配置时需要对每个方案的相序和相位进行重新设置，再分配至各时段及调度方案中，该配置流程复杂，且不便于后续信号优化方案调整。而专利cn201110047461.0和cn201611139861.3提出的路口相位方案台账管理系统也是针对现阶段信号配时方法或信号优化方法所形成的信号方案管理。因此，为方便交警部门工作人员进行路口交通信号配置，提高信号配置效率，急需构建一种便捷的、流程化的路口交通信号相位配置方法以及配套的路口台账第三方管理系统。技术实现要素：在此背景下，本发明提出一种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法及系统，解决现有技术中存在的配时完全由人工按经验设置，缺乏支撑依据；同时在对信号方案配置时需要对每个方案的相序和相位进行重新设置，再分配至各时段及调度方案中，配置流程复杂，且不便于后续信号优化方案调整的问题。该种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法及系统，在配置路口渠化信息，绑定路口检测设备，设置各方向信号灯组，配置基础通行相位及周期相序信息基础上，设置路口交通信号调度周期，根据历史交通流数据划分整日信号配时时段，确定信号周期时长和相序方式，进一步基于历史交通流数据确定周期内各相位信号配时，为交通管理者提供了流程化、便捷化、智能化的路口信号相位方案配时方法，提高了路口交通信号方案配置效率，提升了路口车辆通行效率。术语解释：相位：在一个信号周期内具有相同的信号灯色显示的一股或几股交通流的信号状态，即为一个控制状态；相序：相位衔接顺序。本发明的技术解决方案是：一种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法，通过对基础信息配置，在此基础上配置路口信号基础相位和路口信号相序，进而以“调度-时段-方案”的思路配置路口信号相位方案，具体包括以下步骤，s1、基础信息配置，对路网内各交叉路口实现设备、路口渠化、检测设备、信号灯组、冲突灯组进行信息配置；s2、基础相位配时设计，配置常规状态下的基础相位信息，包括相位名称、信号灯组信息、黄闪亮灯时长、全红亮灯时长，最短绿灯时长和最长绿灯时长；同时对于公交、特勤、自定义特殊信号相位提供相位管理；s3、周期信号相序排列，配置一个信号周期内路口车辆放行方向的顺序，即根据步骤s2中配置的基础相位进行相位选择和顺序上的配置，建立路口相序备案；s4、相位方案配置，基于步骤s2-s3配置的基础相位和信号相序，提取检测设备采集的交通流数据，以“调度-时段-方案”步骤确定调度周期，根据历史数据确定周期日内信号时段，对各时段信号配时方案进行设置。进一步地，还包括步骤s5、方案汇总实施，按周调度计划、特殊日调度计划或分时段日计划分类汇总路网内各路口配置的交通信号方案，按路网辖区以及路口类型分类管理。进一步地，步骤s4具体为：s41、确定配置日期内的信号时段，获取路口绑定检测设备采集的历史交通流数据，根据配置的调度周期筛选历史日期时间段，提取历史数据，根据交通流参数、饱和车头时距参数和绿时利用率参数绘制出整日的交通需求云图和绿时利用率云图，进而根据交通需求云图和绿时利用率云图划分出配置日期内全日交通信号时段，即各时段信号方案的开始时间和结束时间；s42、配置各时段信号方案的名称、相序、信号周期时长及控制方式，基于配置日期/星期内信号方案的开始时间和结束时间，确定各信号时段的信号方案名称、配置的信号相序、信号周期时长及信号控制方式；s43、根据交通流数据确定信号方案各相位的配时，根据信号方案的开始时间和结束时间提取历史数据内该时间段的平均交通流数据，确定东南西北各进口道左转、直行和右转通行方向的交通需求，并基于交通流数据以及信号周期时长确定各信号相位的绿灯时长。进一步地，步骤s43中，基于交通流数据以及信号周期时长确定各信号相位的绿灯时长的同时，手动调整确定绿灯时长的最大数值和最小数值。进一步地，步骤s1具体为，s11、设备配置，对于路网内信号机设备、电子警察设备、车检器设备进行配置，配置内容包括设备名称、设备ip、设备编号、设备位置经纬度；s12、渠化配置，设置路口形状、待转区、人行横道、分隔带、车道数以及分隔带带宽、车道宽度、人行横道宽度参数信息；s13、绑定检测设备，对路口各方向的电子警察、车检器设备进行绑定，设置设备位置及检测车道；s14、信号灯组配置，按方向配置各方向信号灯组类型以及信号机通道和端子；s15、冲突灯组配置，设置冲突相位灯组，即无法同时亮绿灯的两个信号灯，避免相位设置导致的路口车辆通行冲突。一种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置系统，包括基础信息配置模块、相位配置模块、相序配置模块、方案调度模块和方案管理模块，基础信息配置模块：对路网内各交叉路口实现信号机、路口渠化、检测设备、信号灯组、冲突灯组进行信息配置；相位配置模块：基于基础信息配置模块对该路口的通行相位进行配置，对常规状态下路口信号灯放行方向以及信号灯组进行设置，包括通行方向、信号灯组、黄灯时长、红灯时长以及最短绿灯时长和最长绿灯时长，同时提供公交、特勤、自定义等特殊信号相位的配置；相序配置模块：基于相位配置模块设置的基础相位信息，对一个信号周期内交通信号方案的基础相位顺序进行排列设置，以列表形式呈现出该路口的周期信号相序方案，进一步筛选对单个周期信号方案内的基础相位进行调整配置和顺序更改；方案调度模块：以“调度-时段-方案”的信号配时方法对路口交通信号方案进行配置管理；方案管理模块：汇总交通信号相位配置及优化调整后的信号方案，按周调度计划、特殊日调度计划或分时段日计划分类方式或者按路网辖区以及路口类型分类方式，列表展现调度方案整日的相位方案数量以及各方案实施相序、开始时间、周期时长、控制方式以及周期内各通行基础相位方向。进一步地，方案调度模块包括时段划分单元和信号方案配置单元，时段划分单元：接入前端交通检测设备采集的数据，根据筛选的历史日期时段，绘制出历史日期时段整日各方向平均交通需求云图以及各时段绿时利用率图，设置整日信号时段，即确定整日内信号方案时段划分以及各时段的开始时间和结束时间，并对各时段信号方案的方案名称，方案相序、周期时长及控制方式进行配置管理；信号方案配置单元：根据确定的信号时段开始时间和结束时间提取出历史日期内该时间段平均小时交通流数据，基于东南西北的左转、直行、右转小时交通流数据和历史饱和车头时距，在时段划分单元配置的信号相序和周期时长下，计算出各相位绿灯基础值，并根据相位配置模块中给定的最短绿灯时长和最长绿灯时长确定该信号相位方案下的最大数值和最小数值。进一步地，基础信息配置模块包括设备配置单元、渠化配置单元、检测配置单元、灯组配置单元和冲突配置单元，设备配置单元，对于路网内信号机设备、电子警察设备、车检器设备进行配置；渠化配置单元：为交叉路口提供信号配置的基础，对路口的渠化信息进行设置管理；检测配置单元：汇总系统管辖范围的电子警察和车辆检测器设备，对交叉路口的检测设备进行绑定设置；灯组配置单元：根据实际布设情况设置路口交通信号灯类型，并基于平面指示图和列表进行展示；冲突配置单元：根据信号相位灯组设置冲突相位，基于灯组类型，在冲突配置表中设置直行冲突相位和直行与转向冲突的信号相位，同时自定义填写冲突灯组，即无法同时亮灯的两个信号灯组。本发明的有益效果是：一、该种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法及系统，将传统“方案-时段-调度”的信号方案配置方式转变为“调度-时段-方案”方式，基于历史交通流数据进行信号方案时段划分和各时段信号相位配时设置。定量化的交通流数据有效辅助了路口信号方案配时，避免传统样本计算及人工经验模式导致信号方案配置的误差，提高了路口交通信号方案配置效率。二、本发明构建的相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法，将基础相位与周期相序分开设置，同时在进行信号调度方案配置前对信号周期内相序进行预先设置，在后续调度设置中即可由相序确定各方案的信号相位，减轻了交通信号方案配置的流程，无需在每次配置信号相位的时候再配置一次相位顺序。三、本发明同时提供了第三方路口信号管理系统，以可视化的形式为用户提供便捷可操作的信号方案配时，同时按周调度计划、特殊日调度计划汇总路口交通信号相位方案，实现路口信号台账管理，为后续路口信号优化管理提供有效支撑。附图说明图1是本发明实施例相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法的流程示意图。图2是本发明实施例相序选择及方案生成式的交通信号相位配置系统的结构示意图。图3是实施例中十字交叉路口的说明示意图。图4是实施例中绘制出的绿时利用率云图。图5是实施例中平峰时段信号相位方案的说明示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例实施例的一种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法，在路口渠化、检测设备、信号灯组、冲突灯组等基础信息配置基础上，对路口信号相位和相序进行配置，进一步确定路口信号调度方案并根据历史交通流数据划分信号方案时段，确定各时段信号方案的相序和周期时长，进而基于路口交通需求为信号方案的各相位时长进行配置，从而确定路口交通信号方案。同时提供一种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置系统，包括基础信息配置模块、相位配置模块、相序配置模块、方案调度模块和方案管理模块，根据提出的方法对信号相位配置并实现相位方案综合管理，为交通管理者提供了便捷的交通信号方案配置方法，提高了相位配时准确率和效率。一种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法，通过基础信息配置，在此基础上配置路口信号基础相位和路口信号相序，进而以“调度-时段-方案”的思路配置路口信号相位方案，如图1，具体如下：步骤1、基础信息配置。针对路网内各交叉路口实现信号机、路口渠化、检测设备以及路口信号灯组信息管理。具体包括以下步骤：(1)设备配置，对于路网内信号机设备、电子警察设备、车检器设备进行设置，配置内容包括设备名称、设备ip、设备编号、设备位置经纬度；(2)渠化配置，设置路口形状、待转区、人行横道、分隔带、车道数以及分隔带带宽、车道宽度、人行横道宽度参数信息；(3)绑定检测设备，对路口各方向(东南西北)的电子警察、车检器设备进行绑定，设置设备位置及检测车道；(4)信号灯组配置，按方向配置各方向信号灯组类型(灯组类型包括圆盘灯、箭头灯、公交信号灯、非机动车信号灯等类型)以及信号机通道和端子；(5)冲突灯组配置，设置冲突相位灯组(直行冲突、直行与转向冲突及其他自定义冲突)，即无法同时亮绿灯的两个信号灯，避免相位设置导致的路口车辆通行冲突。步骤2、基础相位配时设计。配置常规状态下(一般情况下，十字交叉路口常规状态共有16组相位)的基础相位信息，包括相位名称、灯组信息、黄闪亮灯时长、全红亮灯时长，最短绿灯时长和最长绿灯时长。同时对于公交、特勤、自定义特殊信号相位提供相位管理。步骤3、周期信号相序排列。配置一个信号周期内路口车辆放行方向的顺序，即根据步骤s2中配置的基础相位进行相位选择和顺序上的配置，建立路口相序备案。步骤4、相位方案配置。基于上述步骤配置的基础相位和信号相序，提取检测设备采集的交通流数据，以“调度-时段-方案”步骤确定调度周期，根据历史数据确定周期日内信号时段，对各时段信号配时方案进行设置。具体步骤如下：(1)确定配置日期内的信号时段。获取路口绑定检测设备采集的历史交通流数据，根据配置的调度周期(配置的特殊日期和星期)筛选历史日期时间段，提取历史数据，根据交通流参数、饱和车头时距参数和绿时利用率参数绘制出整日(24小时)交通需求云图和绿时利用率云图，进而根据云图划分出配置日期内全日交通信号时段，即各时段信号方案的开始时间和结束时间。(2)配置各时段信号方案的名称、相序、信号周期时长及控制方式。基于配置日期/星期内信号方案的开始时间和结束时间，确定各信号时段的信号方案名称、配置的信号相序、信号周期时长及信号控制方式。(3)根据交通流数据确定信号方案各相位的配时。根据信号方案的开始时间和结束时间提取历史数据内该时间段的平均交通流数据，确定东南西北各进口道左转、直行和右转通行方向的交通需求，并基于交通流数据以及信号周期时长确定各信号相位的绿灯时长，同时可手动调整确定绿灯时长的最大数值和最小数值。步骤5、方案汇总实施。按周调度计划、特殊日调度计划或分时段日计划分类汇总路网内各路口配置的交通信号方案，按路网辖区以及路口类型分类管理。实施例还提供配套的相序选择及方案生成式的交通信号相位配置系统，该系统包括基础信息配置模块、相位配置模块、相序配置模块、方案调度模块和方案管理模块，如图2。基础信息配置模块：针对路口渠化、设备、信号灯组进行基础信息配置，具体包括渠化配置、检测配置、信号灯组配置和冲突配置。(1)渠化配置单元：为交叉路口提供信号配置的基础，基于直观清晰的路口平面图对路口的渠化信息进行设置管理。该模块基于gis电子地图展现路网内各路口，通过筛选配置路口形状(多叉路口、环形路口、上下闸道、错位路口)，进一步对路口待转区、安全岛、人行横道、分隔带进行设置，填写进出口车道数、车道宽度、分隔带带宽等参数。(2)检测配置单元：汇总系统管辖范围的电子警察和车辆检测器设备，对交叉路口的检测设备进行绑定设置。该模块以路口平面示意图呈现出各方向的检测设备类型和位置，同时以列表展示出路口各方向的绑定设备信息，包括设备类型、设备ip、设备名称、检测车道数和检测距离，并可对检测规则和距离进行编辑管理。(3)灯组配置单元：根据实际布设情况设置路口交通信号灯类型，并基于平面指示图和列表进行展示。汇总路网内设置的灯组类型(包括圆盘灯、箭头灯、公交信号灯、非机动车信号灯等类型)并在路口平面示意图中直观清晰展示各方向灯组信息，同时列表展现各方向的灯组信息并可进行设置，具体包括方向、灯组类型、放行方向、信号机通道和端子。(4)冲突配置单元：根据信号相位灯组设置冲突相位。基于灯组类型，在冲突配置表中设置直行冲突相位和直行与转向冲突的信号相位，同时可自定义填写冲突灯组，即无法同时亮灯的两个信号灯组。相位配置模块：基于基础信息配置单元对该路口的通行相位进行配置。该模块配置常规状态下路口信号灯放行方向以及信号灯组，设置内容包括通行方向、信号灯组、黄灯时长、红灯时长以及最短绿灯时长和长绿灯时长。一般说来，常规状态下共有16种信号相位，同时提供公交、特勤、自定义等特殊信号相位的配置。相序配置模块：基于相位配置模块设置的基础相位信息对一个信号周期内交通信号方案的基础相位顺序进行排列设置。该模块以列表形式呈现出该路口的周期信号相序方案，进一步筛选对单个周期信号方案内的基础相位进行调整配置和顺序更改。方案调度模块：以提出的“调度-时段-方案”的信号配时方法对路口交通信号方案进行配置管理，具体包括时段划分单元和信号方案配置单元。时段划分单元：接入前端交通检测设备采集的数据，根据筛选的历史日期时段，绘制出历史日期时段整日(24小时)平均交通需求云图以及绿时利用率图，其中交通需求云图根据路口东南西北方向左转、直行、右转各方向的交通流数据进行参数绘制(一般情况下，云图指标单位为15min)，绿时利用率图展现出整日(24小时)内各时段的绿时利用比，辅助交通管理者设置整日信号时段，即确定整日内信号方案时段划分以及各时段的开始时间和结束时间，并可对各时段信号方案的方案名称，方案相序、周期时长及控制方式进行配置管理。信号方案配置单元：根据确定的信号时段开始时间和结束时间提取出历史日期内该时间段平均小时交通流数据，基于东南西北的左转、直行、右转小时交通流数据和历史饱和车头时距，在时段划分单元配置的信号相序和周期时长下，计算出各相位绿灯基础值，并根据相位配置模块中给定的最短绿灯时长和最长绿灯时长确定该信号相位方案下的最大数值和最小数值。方案管理模块：汇总交通信号相位配置及优化调整后的信号方案，按周调度计划、特殊日调度计划或分时段日计划分类方式或者按路网辖区以及路口类型分类方式，列表展现调度方案整日的相位方案数量以及各方案实施相序、开始时间、周期时长、控制方式以及周期内各通行基础相位方向。该种相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法及系统，将传统“方案-时段-调度”的信号方案配置方式转变为“调度-时段-方案”方式，基于历史交通流数据进行信号方案时段划分和各时段信号相位配时设置。定量化的交通流数据有效辅助了路口信号方案配时，避免传统样本计算及人工经验模式导致信号方案配置的误差，提高了路口交通信号方案配置效率。实施例构建的相序选择及方案生成式的交通信号相位配置方法，将基础相位与周期相序分开设置，同时在进行信号调度方案配置前对信号周期内相序进行预先设置，在后续调度设置中即可由相序确定各方案的信号相位，减轻了交通信号方案配置的流程，无需在每次配置信号相位的时候再配置一次相位顺序。实施例同时提供了相序选择及方案生成式的交通信号相位配置系统，以可视化的形式为用户提供便捷可操作的信号方案配时，同时汇总按周调度计划、特殊日调度计划汇总路口交通信号相位方案，实现路口信号台账管理，为后续路口信号优化管理提供有效支撑。某路口为十字交叉路口，如图3，东西向为双向十车道，南北向为双向十二车道，通过对路口的渠化信息进行设置和各方向的信号灯组信息进行配置。其中信号灯组不仅包含各方向的左转箭头灯和圆盘灯，同时包括行人信号灯，并基于灯组信息确定冲突灯组。车道方向灯组东(进口道)左转/直行+左转/直行+右转左转箭头灯/圆盘灯南(进口道)左转/直行/直行+右转左转箭头灯/圆盘灯西(进口道)左转/直行/直行+右转左转箭头灯/圆盘灯北(进口道)左转/直行/直行+右转左转箭头灯/圆盘灯进一步设置相位信息，以常规相位为例，分别设置各相位的通行方向和信号配时信息，具体如下表(仅列出部分信号相位)所示。进一步设置信号周期相位顺序，如设置南北直行-南北左转-东西放行、南北直行-南单放-南北左转-东西放行两组相序方案。进一步确定该路口交通信号调度方案，按周调度进行计划，筛选历史数据日期段，读取日期段的交通流数据，根据平均数值绘制出24小时交通需求云图，确定划分时间段。以周五为例，分别划分为6个时间段，为0:00-7:00/7:00-9:30/9:30-14:00/14:00-18:30/18:30-23:00/23:00-24:00。进一步基于绘制出的绿时利用率云图如图4确定各时段周期时长。以9:30至14:00为例，周期时长为100秒，相序方案为南北直行-南单放-南北左转-东西放行。进一步选取该时间段，提取该时间段在筛选的统计日期段内历史交通流数据，确定各方向小时交通检测流量。方向交通流量(pcu/h)东→北16东→西184东→南120南→东46南→北520南→西335西→南44西→东166西→北113北→东282北→南480北→西24进而确定各相位绿灯时间的基准值，其中南北直行45秒、南单放15秒、南北左转12秒、东西放行22秒，则平峰时段信号相位方案如图5所示。当前第1页12