一种交通信号控制器控制效果在线评价方法及系统与流程

本发明涉及道路交通信号控制领域，具体是一种交通信号控制器控制效果的在线评价方法及系统。

背景技术

道路交叉口交通信号控制器通过在时间和空间上分配路权的方式，达到有效地交通流疏导作用，以保证交叉口运行的安全和畅通。交通信号控制器的控制效果的好坏不仅仅关系到一个交叉口运行效率，甚至会影响到整个城市区域内的道路交通运行状态，造成区域性拥堵。另外，交通量具有时间分布不均的特性，尤其在高峰与平峰、白天与夜晚、工作日与节假日等时间段具有明显区别。因此，及时、正确地评价一个交通信号控制器控制效果，有利于迅速地针对当前情况适时作出有利于提高交通信号控制器效益的调整，是实现交通信号实时动态控制的基础。

目前，交通信号控制器控制效果的评价方法较多，但是均采取离线评价的形式，不仅不能体现交通流和交通信号控制效果在时间上的连续变化，还会丧失对信号交叉口进行动态控制的机会，即不能为交通信号控制器进行实时控制提供适时的科学依据。文献cn106355925a公布的一种利用互联网实现路口信号机控制效果评价的方法及装置，是利用互联网获取电子地图所提供的实时路况信息，依次对信号灯的控制效果进行评价，虽然达到了实时在线评价的目的，但电子地图的实时路况信息模型不可知，并不能保证数据源的可靠性；另外，实时路况信息作为状态信息，不能提供精确的交通量、车流速度等交通参数信息，这大大影响了评价的准确性。文献cn104091442b公布的一种能动态监测路口绿灯通行效率的系统及方法，是利用视频跟踪技术对交叉口的交通信号控制器进行实时、动态的检测，虽然数据源可靠性高，但受限于只能来自在交叉口布设的视频检测器，而且该方法得到的评价指标单一，不能从多个指标来综合考量交通信号控制器的控制效果。

技术实现要素：

本发明针对现有交通信号控制器控制效果评价方法不能实现在线评价或实现在线评价但局限性大等问题，提出了一种实现在线评价、适用于多种道路交通检测器、评价指标设置更科学规范的交通信号控制器控制效果在线评价方法及系统。

交通信号控制器控制效果在线评价方法及系统，包括交通信息采集模块、云端存储模块、交通信号控制器控制效果评价模块以及交通信号优化模块，具体包括一下几个步骤：

步骤一，交叉口交通数据的采集：

交通信息采集模块的交叉口交通数据采集设备实时采集交通信息。道路检测器采集数据应至少包括可分辨的交叉口编号、道路检测器编号或车辆占用车道编号、车辆通过时间、车速或检测器占用时间等等；交通信号控制器所采集数据至少包括可分辨的交叉口编号、相位起始或结束时间、相位状态及持续时间等等。

步骤二，交叉口交通数据的存储：

采集得到的数据实时上传，且由道路检测器和交通信号控制器所采集的数据分别存储于云端存储模块的道路检测器数据库和交通信号控制器数据库。

步骤三，交通数据的提取与处理：

交通信号控制器控制效果评价模块中的交通信息提取与处理软件读取采集数据的数据库，并将数据做一定的处理，计算得到需要的交通参数。此步的具体步骤包括：

步骤1，软件与道路检测器数据库和信号控制器数据库建立连接，并找到当前时刻存储采集数据的数据表(后文中分别记为表d和表s)。

步骤2，计算交通量，具体方法是：

(1)设置以当前时刻为起点、5分钟时长为周期的定时器，并启动；

(2)判断“结束”按钮是否触发。若触发，结束计算；否则执行下一步；

(3)定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近5分钟内表d中的数据，按检测器编号将车辆分为东、南、西、北四个交叉口进口道；

(4)计算某一交叉口进口车道的数据条数即得都该方向的5分钟交通量。计算四个方向的5分钟交通量；

(5)根据需求对5分钟交通量进行累加得到其他时长的交通量，例如对最近计算得到的三个5分钟交通量累加可得到15分钟交通量。

(6)此次计算是否完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发；

类似地，可以设置1小时时长的定时器，得到小时交通量、日交通量、周交通量及月交通量等。

步骤3，计算平均速度，具体方法是：

(1)设置以当前时刻为起点、1小时时长为周期的定时器，并启动；

(2)判断“结束”按钮是否触发。若触发，结束计算；否则执行下一步；

(3)定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近1小时内表d中的数据，筛除停驻在检测器上的车辆和占用检测器时间为0的无效数据，按检测器编号将数据分别分入四个方向的交叉口进口车道；

(4)使用检测器宽度与车辆占用检测器时间的比值，计算某一个进口车道方向每一辆车的速度；

(5)对求得的全部车辆速度做算数平均作为交叉口某一方向车辆的平均车速；

(6)计算交叉口四个进口车道方向的平均车速；

(7)此次计算是否完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发。

步骤4，计算旅行时间，具体方法是：

基于步骤3结果，结合实际交叉口的尺寸信息，在同时期定时器内对车辆通过交叉口的旅行时间进行估算。

步骤5，计算排队长度，具体方法是：

(1)设置以当前时刻为起点、1小时时长为周期的定时器，并启动；

(2)判断“结束”按钮是否触发。若触发，结束计算；否则执行下一步；

(3)定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近1小时内表d和表s中的数据，筛除占用检测器时间小于2秒的无效数据；

(4)按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(5)从s表中提取每个方向的红灯起始时间；

(6)计算每个方向筛选后数据中在各自红灯期间的车辆数，即作为该方向一周期内的排队长度；

(7)对于每一个方向，将提取的每一个红灯期间的排队长度作算术平均，即得该方向近1小时内的平均排队长度；

(8)此次计算12个方向是否均已完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发。

步骤四：交通信号控制器的控制效果评价：

使用交通信息提取与处理软件的处理结果，选定合适的评价指标，进行计算。

步骤1，软件与道路检测器数据库和信号控制器数据库建立连接，并找到当前时刻存储采集数据的数据表(后文中分别记为表d和表s)；

步骤2，计算最大流量比，具体方法是：

(1)输入当前指标计算时段t(单位：s)；

(2)计算当前信号周期c(单位：s)；

(3)按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(4)针对每一个方向，计算饱和流率s(单位：pcu/h)、绿灯总时长gsumi(单位：s)和总交通量qsumi(单位：pcu/h)，其具体公式为：

其中，取饱和车头时距h0＝2s；

(5).计算第i个方向的流量比，其具体计算公式为：

(6).计算最大流量比，其具体计算公式为：

步骤3，计算单位绿灯时间通过量，具体方法是：

(1).输入当前指标计算时间t(单位：s)；

(2).计算当前信号周期c(单位：s)；

(3).按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(4).针对每一个方向，计算绿灯总时长gsumi(单位：s)和总交通量qsumi(单位：pcu/h)，其具体公式为：

(5).计算绿灯总时长gsum和总交通量qsum，其具体公式为：

(6).计算单位绿灯时间通过量q0(单位：pcu/s)，其具体公式为：

步骤4，计算饱和度，对于使用线圈检测器情况下的具体方法是：

(1)输入当前指标计算时间t，单位s；

(2)计算当前信号周期c，单位：s；

(3)计算饱和流率s(单位：pcu/h)，其具体计算公式为：

其中，取饱和车头时距h0＝2s；

(4)按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(5).针对每一个方向，计算饱和度xi，其具体公式为：

(6).计算每个方向车道的饱和度xi，其具体公式为：

其中，capi为第i个方向车道的实际通行能力，单位：pcu/h；

λi为第i个方向车道的绿信比；

(7).计算交叉口饱和度x，其具体公式为：

步骤5，计算平均信号控制延误，具体方法是：

(1).输入当前指标计算时间t(单位：s)；

(2).计算当前信号周期c(单位：s)；

(3).计算饱和流率s(单位：pcu/h)，其具体计算公式为：

其中，取饱和车头时距h0＝2s；

(4).按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(5).针对每一个方向，计算绿信比λi；

(6).调用步骤4中计算得到的第i个方向车道的饱和度xi，计算平均延误d1i(单位：s)，其具体计算公式为：

(7).计算每个方向车道的随机附加延误d2i(单位：s)，其具体公式为：

其中，cap为所计算车道的通行能力，单位pcu/h；

e为单个交叉口信号控制类型校正系数，定时控制宜取0.5；感应控制e随饱和度与绿灯延长时间而变，取值范围宜为0.04～0.5；

(8).计算交叉口的平均延误d1(单位：s)和随机附加延误d2(单位：s)，其具体计算公式为：

(9).计算交叉口平均信号控制延误，其具体公式为：

d＝d1+d2。

步骤6，根据实时控制策略和情况，选择计算其他的通行状态评估指标和控制效益评估指标；

步骤7，判断此次评估指标是否完成。若完成，则将计算结果写入云端存储模块的控制效果评价数据库；若未完成计算，则返回步骤1，重新尝试计算。

步骤五，评价指标数据的存储：

将交通信号控制器控制效果评价模块计算得到的交通信息提取与处理软件和控制效果评价软件的指标存到云端存储模块的控制效果评价数据库中。

步骤六，交通信号优化：

交通信号优化模块从数据库中调取控制效果评价的相关指标数据，并据此进行信号优化。

附图说明

图1为本发明提出的交通信号控制器控制效果在线评价方法及系统逻辑框架图

图2为本发明实例中交叉口所在地安徽省合肥市蜀山区局部地图

具体实施方法

下面将结合附图和实例对本发明作进一步地详细说明。

本实例是结合安徽省合肥市蜀山区科学大道分别于天达路、黄山路、天湖路交汇的三个交叉口，利用其布设的地磁线圈检测器所采集的数据和信号控制器的相位数据，对本发明进行具体实施。实例中，交叉口位置示意如图2所示。

本发明提出的交通信号控制器控制效果在线评价方法及系统，主要包括：交叉口交通数据的采集，交叉口交通数据的存储，交通数据的提取与处理，交通信号控制器控制效果评价，评价数据的存储，交通信号的优化六个步骤。在实例实施中具体包括除交通信号的优化外的五个步骤：

步骤一，交叉口交通数据的采集：

合肥市蜀山区科学大道与天湖路、黄山路、天达路交叉口布设了地磁线圈检测器。地磁线圈检测器采集数据包括交叉口编号(分别记为0001、0002和0003)、道路检测器编号、车辆通过时间、车辆对检测器占用时间等等；交通信号控制器所采集数据包括交叉口编号、相位起始或结束时间、相位状态及持续时间等等。

步骤二，交叉口交通数据的存储：

由地磁线圈检测器和交通信号控制器所采集的数据分别存储于云端存储模块的道路检测器数据库和交通信号控制器数据库。如0001号交叉口在2017年一月采集到数据分别存于数据表“d0001201701”和“s0001201701”中。

步骤三，交通数据的提取与处理：

交通信号控制器控制效果评价模块中的交通信息提取与处理软件读取采集数据的数据库，并将数据做一定的处理，计算得到需要的交通参数。此步的具体步骤包括：

步骤1，软件与道路检测器数据库和信号控制器数据库建立连接，并找到当前时刻存储采集数据的数据表(后文中分别记为表d和表s)。

步骤2，计算交通量，具体方法是：

(1).设置以当前时刻为起点、5分钟时长为周期的定时器，并启动；

(2).判断“结束”按钮是否触发。若触发，结束计算；否则执行下一步；

(3).定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近5分钟内表d中的数据，按检测器编号将车辆分为东、南、西、北四个交叉口进口道；

(4).计算某一交叉口进口车道的数据条数即得都该方向的5分钟交通量。计算四个方向的5分钟交通量；

(5).根据需求对5分钟交通量进行累加得到其他时长的交通量，例如对最近计算得到的三个5分钟交通量累加可得到15分钟交通量。

(6).此次计算是否完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发；

类似地，可以设置1小时时长的定时器，得到小时交通量、日交通量、周交通量及月交通量等。

步骤3，计算平均速度，具体方法是：

(1).设置以当前时刻为起点、1小时时长为周期的定时器，并启动；

(2).判断“结束”按钮是否触发。若触发，结束计算；否则执行下一步；

(3).定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近1小时内表d中的数据，筛除停驻在检测器上的车辆和占用检测器时间为0的无效数据，按检测器编号将数据分别分入四个方向的交叉口进口车道；

(4).使用检测器宽度与车辆占用检测器时间的比值，计算某一个进口车道方向每一辆车的速度；

(5).对求得的全部车辆速度做算数平均作为交叉口某一方向车辆的平均车速；

(6).计算交叉口四个进口车道方向的平均车速；

(7).此次计算是否完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发。

步骤4，计算旅行时间，具体方法是：

基于步骤3结果，结合实际交叉口的尺寸信息，在同时期定时器内对车辆通过交叉口的旅行时间进行估算。

步骤5，计算排队长度，具体方法是：

d

步骤四：交通信号控制器的控制效果评价：

使用交通信息提取与处理软件的处理结果，选定合适的评价指标，进行计算。

步骤1，软件与道路检测器数据库和信号控制器数据库建立连接，并找到当前时刻存储采集数据的数据表(后文中分别记为表d和表s)；

步骤2，计算最大流量比，具体方法是：

(1).输入当前指标计算时段t(单位：s)；

(2).计算当前信号周期c(单位：s)；

(3).按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(4).针对每一个方向，计算饱和流率s(单位：pcu/h)、绿灯总时长gsumi(单位：s)和总交通量qsumi(单位：pcu/h)，其具体公式为：

其中，取饱和车头时距h0＝2s；

(5).计算第i个方向的流量比，其具体计算公式为：

(6).计算最大流量比，其具体计算公式为：

步骤3，计算单位绿灯时间通过量，具体方法是：

(1).输入当前指标计算时间t(单位：s)；

(2).计算当前信号周期c(单位：s)；

(3).按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(4).针对每一个方向，计算绿灯总时长gsumi(单位：s)和总交通量qsumi(单位：pcu/h)，其具体公式为：

(5).计算绿灯总时长gsum和总交通量qsum，其具体公式为：

(6).计算单位绿灯时间通过量q0(单位：pcu/s)，其具体公式为：

步骤4，计算饱和度，对于使用线圈检测器情况下的具体方法是：

(1).输入当前指标计算时间t(单位：s)；

(2).计算当前信号周期c(单位：s)；

(3).计算饱和流率s(单位：pcu/h)，其具体计算公式为：

其中，取饱和车头时距h0＝2s；

(4).按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(5).针对每一个方向，计算饱和度xi，其具体公式为：

(6).计算每个方向车道的饱和度xi，其具体公式为：

其中，capi为第i个方向车道的实际通行能力，单位：pcu/h；

λi为第i个方向车道的绿信比；

(7).计算交叉口饱和度x，其具体公式为：

步骤5，计算平均信号控制延误，具体方法是：

(1).输入当前指标计算时间t(单位：s)；

(2).计算当前信号周期c(单位：s)；

(3).计算饱和流率s(单位：pcu/h)，其具体计算公式为：

其中，取饱和车头时距h0＝2s；

(4).按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；

(5).针对每一个方向，计算绿信比λi；

(6).调用步骤4中计算得到的第i个方向车道的饱和度xi，计算平均延误d1i(单位：s)，其具体计算公式为：

(7).计算每个方向车道的随机附加延误d2i(单位：s)，其具体公式为：

其中，cap为所计算车道的通行能力，单位pcu/h；

e为单个交叉口信号控制类型校正系数，定时控制宜取0.5；感应控制e随饱和度与绿灯延长时间而变，取值范围宜为0.04～0.5；

(8).计算交叉口的平均延误d1(单位：s)和随机附加延误d2(单位：s)，其具体计算公式为：

(9).计算交叉口平均信号控制延误，其具体公式为：

d＝d1+d2。

步骤6，根据实时控制策略和情况，选择计算其他的通行状态评估指标和控制效益评估指标；

步骤7，判断此次评估指标是否完成。若完成，则将计算结果写入云端存储模块的控制效果评价数据库；若未完成计算，则返回步骤1，重新尝试计算。

步骤五，评价指标数据的存储：

将交通信号控制器控制效果评价模块计算得到的交通信息提取与处理软件和控制效果评价软件的指标存到云端存储模块的控制效果评价数据库中。

即此，对合肥市蜀山区科学大道与天湖路、黄山路、天达路的三个交叉口完成交通信号控制器控制效果评价。