一种基于广域雷达检测的城市道路交叉口溢流控制方法与流程

本发明属于城市道路交叉口控制领域，具体涉及一种用于道路交叉口的溢流控制方法，为基于广域雷达检测的城市道路交叉口溢流控制方法。

背景技术

随着汽车保有量的持续增加，城市道路拥堵状况日趋严重。而道路交叉口作为城市交通转运和安全通行的重要组成部分，正逐步成为交通拥堵发生的源发地和重灾区。由于城市规划问题、信号控制设计问题，以及驾驶员驾驶行为等问题的存在，城市道路交叉口经常出现溢流甚至死锁等现象，严重影响城市路网交通的畅通运行。因此，快速检测并辨识溢流发生情况，及时进行溢流控制，对于缓解城市道路交通拥堵、防止局部锁死、保持路网交通流稳定、保障行车安全有着非常重要意义。

技术实现要素：

针对当前城市道路交叉口溢流检测与控制不足的问题，本发明通过采用广域雷达检测方法，实现溢流状态快速检测，并利用溢流控制策略实施准确的控制。具体采用如下技术方案：

基于广域雷达检测的城市道路交叉口溢流控制方法，包括如下步骤：

步骤1：计算有效检测区域用于检测区域内车辆平均空间占有率和车辆平均速度其中

其中，表示车辆平均长度；le,z有效检测区域的长度表示；ld表示密度的单位长度；ρ表示区域车辆的密度。

步骤2：利用广域雷达检测的和作为分项指标计算溢流状态检测综合指标pi；

其中，wi为指标权重；为检测区域内车辆平均空间占有率，且为车辆平均长度，l单位为密度的单位长度；为检测区域内车辆平均速度；

设计分项指标矩阵令则有信息决策矩阵a＝[ai]m，ai为第i个指标的观测值，i＝1,2,3,...,m,m≥2，过程如下：

1)将a＝[ai]m进行归一化处理，得到标准信息矩阵r＝[ri]m，其中归一化的处理方法为：

对于越大越优型分指标：

对于越小越优型分指标：

选择第i个指标所对应的最优单元值ri^*，i＝1,2,3,...,m,m≥2，选取规则为

2)计算各指标ri对应的最优单元值的距离

di＝|ri-ri^*|,i＝1,2,3,...,m,m≥2

3)计算对应指标概率

当di>0时无需对pi进行修正。此时ui＝0；当di＝0时，该分指标对pi不起作用，为了保证所有指标数据的可用性，需人为的对pi进行平移修正，此时ui为常数且ui>0；

4)计算指标的距离熵

5)计算熵权

其中

6)计算溢流检测综合辨识指标pi

最终可以得到：

步骤3：使用溢流状态检测综合指标pi作为判断依据设计溢流控制策略；

1)计算溢流检测综合辨识指标pi，并判断是否达到溢流条件，否则继续计算；否则，进入步骤2；

2)设定目标函数j和约束条件d；

j＝min(pi)

s.t.

d＝[dj]m,j＝1,2,3,...,m,m≥4

3)设计与非溢流相位交通需求d相匹配的控制策略集；

cs＝[csi]n,i＝1,2,3,...,n,n≥4

4)判断是否符合切换条件，并进行相应操作，具体策略如下：

dj→csi{min(pi)}+ε

式中，ε>0为滞后因子；

5)采用遗传算法进行优化

a)目标函数为：j＝min(pi)；

b)约束条件为：d＝[dj]m,j＝1,2,3,...,m,m≥4；

c)设置使适应度函数为：

设计包括种群规模、交叉概率、变异概率、优化代数。

本发明具有如下有益的技术效果：

(1)检测快速、算法先进，方便实用，可快速实现城市道路交叉口溢流发生的识别；

(2)通过设计的溢流状态检测综合指标识别有效检测区域内的溢流情况，可避免误触发，提高识别准确度；

(3)溢流控制策略集充分考虑道路交叉口的全局最优和非溢流相位的交通需求，可保证交叉口运行的稳定性。

附图说明

图1是广域雷达检测器布设图。

图2是有效检测区域示意图。

图3是溢流辨识和控制流程图。

图4是交通需求为更换相位的控制策略。

图5是交通需求为跳转相位的控制策略。

图6是交通需求为插入相位的控制策略。

图7是交通需求为倒转相位的控制策略。

具体实施方式

在图1中，广域雷达检测器安装于伸臂信号灯杆上，其检测方向面向停车线对面出口位置，用于检测出口车流的交通参数；具体为先设置有效检测区域，其面积为lh,z*le,h，如图2，设置时需要覆盖出口处所有车道，主要用于采集区域内车辆平均空间占有率和车辆平均速度。

在图3中，首先判断溢流检测综合pi是否达到溢流条件，如果达到条件，则将min(pi)作为优化指标，根据非溢流相位的交通需求情况，选择相应的控制策略的形式。在图4-图7中，分别给出了考虑非溢流相位交通需求的控制策略，包括：更换相位、跳转相位、插入相位和倒转相位四种。

本发明基于广域雷达检测的城市道路交叉口溢流控制方法，包括如下步骤：

步骤1：借用交叉口停车线上方的信号灯伸臂灯杆，安装广域雷达检测器，检测器面向停车线对面出口位置，并且设置有效检测区域用于检测区域内车辆平均空间占有率和车辆平均速度其中表示车辆平均长度；le,z有效检测区域的长度表示；ld表示密度的单位长度；ρ表示区域车辆的密度。还有如下要求：

(1)根据受控交叉口常发溢流的方向，安装检测器数量n，1≤n≤4；

(2)广域雷达检测器检测范围为纵向有效距离lz，lz≥max(lc)+le,z，横向有效距离lh，lh≥le,h(lz的取值应大于受控交叉口冲突区域最边长与有效检测区域的纵向边长，即max(lc)+le,z，lh的取值应大于受控交叉口出口所有车道宽度和即le,h)；

(3)广域雷达检测器需要提供两大类型数据：原始数据(目标编号、长度、位置(xpos,ypos)、车速(xspeed,yspeed))；加工数据(区域空间占有率、区域平均车速灯)，

步骤2：利用广域雷达检测的和两个参数作为分项指标设计溢流状态检测综合指标pi；

其中为指标权重且；为检测区域内车辆平均空间占有率，且为车辆平均长度，l单位为密度的单位长度；为检测区域内车辆平均速度。

采用平移修正处理的距离熵确定pi：

(1)用距离熵计算指标的权重并计算最终的pi；

(2)当分指标数值固定或变化幅度极小时，经归一化和标准化处理后距离熵的值为0。采用数据平移修正的方法对这部分指标进行处理，保证所有分指标对pi起作用。

方法设计：

设计分项指标矩阵令则有信息决策矩阵a＝[ai]m，ai为第i个指标的观测值，i＝1,2,3,...,m,m≥2，过程如下：

step1将a＝[ai]m进行归一化处理，得到标准信息矩阵r＝[ri]m，其中归一化的处理方法为:

对于越大越优型分指标：

对于越小越优型分指标：

选择第i个指标所对应的最优单元值ri^*，i＝1,2,3,...,m,m≥2，选取规则为

step2计算各指标ri对应的最优单元值ri^*的距离。

di＝|ri-ri^*|,i＝1,2,3,...,m,m≥2

step3计算对应指标概率

当di>0时无需对pi进行修正。此时ui＝0；当di＝0时，该分指标对pi不起作用，为了保证所有指标数据的可用性，需人为的对pi进行平移修正，此时ui为常数且ui>0。

step4计算指标的距离熵

step5计算熵权

其中

step6计算溢流检测综合辨识指标pi

最终可以得到：

步骤3：使用溢流状态检测综合指标pi作为判断依据设计溢流控制策略。

step1计算溢流检测综合辨识指标pi，并判断是否达到溢流条件，否则继续计算；否则，进入步骤2；

step2设定目标函数j和约束条件d(非溢流相位的交通需求)；

j＝min(pi)

s.t.

d＝[dj]m,j＝1,2,3,...,m,m≥4

step3设计与非溢流相位交通需求d相匹配的控制策略集；

cs＝[csi]n,i＝1,2,3,...,n,n≥4

注：溢流产生时需考虑受控交叉口全局影响和非溢流相位的交通需求，

其根据其需求可设计的控制策略一般为上述四种：更换相位、跳转相位、插

入相位和倒转相位。

step4判断是否符合切换条件，并进行相应操作。具体策略如下：

dj→csi{min(pi)}+ε

式中，ε>0为滞后因子；

step5采用遗传算法进行优化

d)目标函数为：j＝min(pi)；

e)约束条件为：d＝[dj]m,j＝1,2,3,...,m,m≥4；

f)设置使适应度函数为：

g)设计包括种群规模、交叉概率、变异概率、优化代数等。

2、溢流控制策略的四种具体形式：

(1)更换相位

更换相位策略就是当相位发生溢流时，所在相位立刻停止，而下一个相位的车辆较少，不容易聚集到溢流相位增加溢流程度，此时更换至下一相位进行控制，从而实现缓解溢流到达溢流控制的目的。

(2)跳转相位

跳转相位策略就是忽略某一相位的绿灯信号，这个相位的绿灯时间不予显示。当相位发生溢流时，所在相位立刻停止，而下一个相位的车辆也容易使车辆聚集到溢流相位，增加溢流程度，当下一个相位车流量较少时，可以跳过将要执行的下一相位，直接直行再后面不会增加溢流程度的相位使得溢流逐渐疏解，实现溢流控制。

(3)插入相位

插入相位策略是指在交叉口正常的相位相序中为溢流相位专门设定一个特定的相位。当相位发生溢流时，所在相位立刻停止，而下一个相位的车辆也容易使车辆聚集到溢流相位，增加溢流程度，需要在当前相位和下一相位之间插入一个溢流专用相位，通过插入一个相位来使溢流相位逐渐疏解，实现溢流控制。

(4)倒转相位

倒转相位策略就是改变一个周期内相位的执行顺序。当相位发生溢流时，所在相位立刻停止，而下一个相位的车辆也容易使车辆聚集到溢流相位，增加溢流程度，则可以调整余下的相位顺序，把与溢流相位最无关的相位显示到当前进行执行，将原先要执行的下一相位置于执行相位的后面执行。