一种基于SCATS系统的本地信号干预方法与流程

本发明涉及一种基于scats系统的本地信号干预方法，属于交通信号控制领域。

背景技术：

物联网的快速发展推动边缘计算技术不断取得新突破，边缘计算作为一种新型的计算模式已经逐步应用到了包括智能交通在内的各个领域。边缘计算将信号控制在本地计算完成，无需交由云端，具有更快的响应速度。

scats是一种自适应控制系统，能够通过计划表与预先设置好的方案，运行固定的配时方案，也可根据采集到的流量在预设的几套方案中选择一套最适合的方案或微调方案。当前scats控制系统正常运行情况下主要存在三种控制模式：1.联机主控；2.灵控模式；3.单点感应控制。联机主控模式需要依赖中心的计算和控制，由中心下发到本地的数据传输模式会对控制命令下发造成一定的延迟，并且当本地失去中心控制时，也会导致信号灯暂时陷入单点感应控制这种半自适应模式。此外，scats运行中，不同方案间的切换会有两到三个周期的过渡时间，无法满足信号灯实时调整的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是：实现周期内的本地信号控制功能，让路口具备反应迅速的信号优化的本地执行能力，缓解路口拥堵、绿灯空放灯等现象。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于scats系统的本地信号干预方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、判别当前相位运行时间与默认配时方案是否一致，如一致则进行步骤2，否则从下一周期的第一相位开始重新进行判断；

步骤2、判别当前相位的干预类型，若当前相位干预类型为提前结束，则进行步骤3.1；若当前相位干预类型为延长，则进行步骤3.2；若当前相位干预类型为无干预，则当前相位计算终止，输出当前相位实际干预时长为0；

步骤3.1、计算干预的触发时刻tt1，并通过对当前相位以及下一相位的运行进行判别，判断是否触发对当前相位提前结束的干预；

步骤3.2、计算干预的触发时刻tt2，并通过对当前相位以及下一相位的运行进行判别，判断是否触发对当前相位延长的干预。

优选地，所述步骤3.1中计算触发时刻tt1的方法包括以下步骤：

步骤3.1.1、判断上一相位干预类型；

步骤3.1.2、计算上一相位干预时长latt；

步骤3.1.3、计算当前相位预计运行时间egt；

egt＝gt-latt

式中，gt为当前相位绿灯时间；

步骤3.1.4、计算当前相位最短绿灯时间gsm；

gsm＝max(mg,wt)+cl+ig

式中，ig为机动车设置绿灯过渡时间，cl为过渡闪绿时间，wt为行人绿灯时间；

步骤3.1.5、计算当前相位干预可用最长绿灯时间mdt；

mdt＝egt-gsm

步骤3.1.6、计算触发时刻，当前相位干预可用最长绿灯时间mdt大于等于设置的提前时间sat时，触发时刻

tt1＝st+[egt-(ig+sat+cl)-1]

当前相位干预可用最长绿灯时间mdt小于设置的提前时间sat时，触发时刻

tt1＝st+[egt-(ig+mdt+cl)-1]

式中，st为当前相位开始时间，sat为设置的提前时间。

优选地，所述步骤3.2中计算触发时刻tt2的方法包括以下步骤：

步骤3.2.1、判断上一相位干预类型；

步骤3.2.2、计算上一相位干预时长latt；

步骤3.2.3、计算当前相位预计运行时间egt；

egt＝gt+latt

步骤3.2.4、计算下一相位最短绿灯时间ngsm；

ngsm＝max(nmg+nig,nwt+ncl+nig)

式中，nmg为下一相位设置最短绿灯时间，nig为下一相位机动车设置绿灯过渡时间，ncl为下一相位过渡闪绿时间，nwt为下一相位行人绿灯时间；

步骤3.2.5、计算下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt；

nmdt＝ngt-ngsm

式中，ngt为下一相位绿灯时间；

步骤3.2.6、计算触发时刻tt2，当下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt大于等于设置的延长时间sst时，触发时刻

tt2＝st+[egt-(ig+1)]

当下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt小于设置的延长时间sst时，采用以下公式：

tt2＝st+[egt-(ig+1)-(sst-nmdt)]

式中，st为当前相位开始时间，sst为设置的延长时间，ig为机动车设置绿灯过渡时间。

优选地，所述步骤3.1中判断是否触发相位提前结束的干预的方法为：

步骤3.1.7、当前相位对应车道最大排队车辆数小于车道允许最大排队车辆数时，触发提前结束的干预，否则进入步骤3.1.8；

步骤3.1.8、当前相位设置最短绿灯时间内可清空的最大车辆数大于相位对应车道最大排队车辆数以及前三个周期平均过车数时，触发提前结束的干预，否则进入步骤3.1.9；

步骤3.1.9、下一相位对应车道最大排队车辆数大于等下一相位车道允许最大排队车辆数时，触发提前结束的干预，否则进入步骤3.1.10；

步骤3.1.10、下一相位绿灯时间ngt内可清空最大车辆数小于下一相位对应车道最大排队车辆数以及下一相位前三个周期平均过车数时，触发提前结束的干预，否则不触发干预。

优选地，所述步骤3.2中判断是否触发相位延长的干预的方法为：

步骤3.2.7、当前相位对应车道最大排队车辆数大于等于车道允许最大排队车辆数时，触发相位延长的干预，否则进入步骤3.2.8；

步骤3.2.8、当前相位设置绿灯时间内可清空的最大车辆数小于当前相位对应车道最大排队车辆数以及当前相位前三个周期平均过车数时，触发相位延长的干预，否则进入步骤3.2.9；

步骤3.2.9、下一相位对应车道当前时刻车道的最大排队车辆数小于下一相位车道允许最大排队车辆数时，触发相位延长的干预，否则进入步骤3.2.10；

步骤3.2.10、下一相位计划最短绿灯时间内可清空最大车辆数大于下一相位对应车道当前时刻车道的最大排队车辆数以及下一相位前三个周期平均过车数时，触发相位延长的干预，否则不触发干预。

优选地，所述步骤3.1.6中当前相位干预可用最长绿灯时间mdt大于等于设置的提前时间sat时，当前相位提前的干预时长选取相位干预可用最长绿灯时间mdt；当前相位干预可用最长绿灯时间mdt小于设置的提前时间sat时，当前相位提前的干预时长选取设置的提前时间sat。

优选地，所述步骤3.2.6中下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt大于等于设置的延长时间sst时，当前相位延长的干预时长选取设置的延长时间sst；下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt小于设置的延长时间nmdt时，当前相位延长的干预时长选取下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt。

优选地，所述触发时刻与当前时刻相同时，循环开始步骤2，否则，继续时间判断，直至当前时刻与触发时刻相同。

优选地，所述默认配时方案为灵控模式的配时方案，每个当前相位的运行时间与所述配时方案的误差小于等于1s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于scats信号系统实现了本地信号控制功能，根据路口各相位的车流量，采集到的本地相位各阶段信息，实时动态对路口信号机进行配时调整，在本地实现相位延长和提前，实现在不改变原有运行方案周期、绿信比、相位差等配时方案的、不改变原来协调效果的基础上进行临时的绿灯延长、绿灯提前的本地干预功能，能够有效地提高路口的通行效率、时间利用率和整个平台系统的安全性，缓解路口拥堵、绿灯空放灯现象，同时改善了传统信号干预方法实时性低、带宽成本高以及过于依赖云计算等问题，实现了路口自治化管理。

本发明本地信号干预的实现主要带来如下优势：1.数据无需上传中控，安全性高；2.无交互延迟，交通控制更实时；3.数据上传少，减少带宽成本；4.不改变整体协调方案的基础上，动态调整部分相位时间，高效利用时空资源；5.不依赖云计算，自治能力强。

附图说明

图1为本发明一种基于scats系统的本地信号干预方法示意图；

图2为相位延长示意图；

图3为相位提前示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

结合图1、图2和图3，本发明提供的一种基于scats系统的本地信号干预方法，包括以下步骤：

步骤1、当前相位运行时间判别

当程序启动后，判断当前运行相位时间是否与默认配时方案匹配，相位时间误差可为1s。

每个时段开始均重新比对一下当前运行方案是否与设置方案一致。

如路口所有相位运行时间(路口运行第一个相位开始判断，到最后一个相位结束)与灵控方案误差均小于等于1s，则进入步骤2。否则，可从下一周期第一相位开始再判断。

步骤2、当前相位干预类型判别

从路口运行第一个相位开始，做此项判断。相位干预类型为无干预、提前结束、延长。若当前相位干预类型为提前结束时进入步骤3.1，相位干预为延长时进入步骤3.2，相位干预为无干预类型时，当前相位计算终止，输出当前相位实际干预时间为0。

步骤3.1、相位提前结束的本地干预

步骤3.1.1、判断上一相位干预类型

上一相位干预类型有三种，延长、无干预、提前结束，其中提前结束此种情况不做考虑。当上一相位干预类型为延长或无干预时，进入步骤3.1.2。

步骤3.1.2、上一相位干预时长计算

第一个干预相位判断时，因上一相位无干预，故上一相位实际干预时间为0。此后的上一相位干预时长取上一相位的实际输出值，上一相位无干预时取输出值0。

步骤3.1.3、当前相位预计运行时间egt计算

当前相位的预计运行时间egt为当前相位绿灯时间gt与上一相位干预时长latt的差，采用以下公式：

egt＝gt-latt

式中，egt为当前相位预计运行时间，gt为当前相位绿灯时间(单位：秒)，latt为上一相位干预时长(单位：秒)。

步骤3.1.4、当前相位最短绿灯时间gsm计算

采用以下公式：

gsm＝max(mg,wt)+cl+ig

式中，gsm为相位设置最短绿灯时间(单位：秒)，mg为设置最短绿灯时间(单位：秒)，ig为机动车设置绿灯过渡时间(单位：秒)，cl为过渡闪绿时间(单位：秒)，wt为行人绿灯时间(单位：秒)。

步骤3.1.5、当前相位干预可用最长绿灯时间mdt计算

当前相位干预可用最长绿灯时间mdt为当前相位预计运行时间egt与最短绿灯时间gsm的差值，采用以下公式：

mdt＝egt-gsm

式中，mdt为相位干预可用最长绿灯时间(单位：秒)。

步骤3.1.6、触发时刻计算

判断可用干预时间足够：

当相位干预可用最长绿灯时间mdt大于等于设置的提前时间sat时，采用以下公式：

tt1＝st+[egt-(ig+sat+cl)-1]

式中，tt1为触发时刻，格式为日期+时+分+秒，st为当前相位开始时间，格式为日期+时+分+秒，sat为设置的提前时间(单位：秒)。

当前相位提前的干预时长选取设置的提前时间sat。在当前时刻与触发时刻相同时，开始步骤2，否则，继续时间判断，直至当前时刻与触发时刻相同。

判断可用干预时间不足够：

当相位干预可用最长绿灯时间mdt小于设置的提前时间sat时，采用以下公式：

tt1＝st+[egt-(ig+mdt+cl)-1]

当前相位提前的干预时长选取相位干预可用最长绿灯时间mdt。在当前时刻与触发时刻相同时，开始步骤2，否则，继续时间判断，直至当前时刻与触发时刻相同。

当前相位提前干预的触发判断：

当前相位运行判断：

3.1.7、当前相位对应车道最大排队车辆数大于等于车道允许最大排队车辆数时，不触发干预，否则进入步骤3.1.8；

3.1.8、当前相位设置最短绿灯时间内可清空的最大车辆数小于等于相位绿初车道最大排队车辆数以及前三个周期平均过车数时，不触发干预，否则进入下一相位运行判断步骤3.1.9。

下一相位运行判断：

3.1.9、当下一相位对应车道最大排队车辆数大于等下一相位车道允许最大排队车辆数时，触发干预，否则进入步骤3.1.10；

3.1.10、当下一相位绿灯时间ngt内可清空最大车辆数大于等于下一相位对应车道最大排队车辆数以及下一相位前三个周期平均过车数时，不触发干预，否则触发干预。

步骤3.2、相位延长的本地干预

步骤3.2.1、判断上一相位干预类型

上一相位干预类型有三种，无干预、提前结束、延长，其中延长此种情况不做考虑。当上一相位为提前结束或无干预时，进入步骤3.2.2。

步骤3.2.2、上一相位干预时长计算

第一个干预相位判断时，因上一相位无干预，故上一相位实际干预时间为0。此后的上一相位干预时长取上一相位的实际输出值，上一相位无干预时取输出值0。

步骤3.2.3、当前相位预计运行时间egt计算

当前相位的预计运行时间egt为当前相位绿灯时间gt与上一相位干预时长latt的和，采用以下公式：

egt＝gt+latt

式中，egt为当前相位预计运行时间，gt为当前相位绿灯时间(单位：秒)，latt为上一相位干预时长(单位：秒)。

步骤3.2.4、下一相位最短绿灯时间ngsm计算

采用以下公式：

ngsm＝max(nmg+nig,nwt+ncl+nig)

式中，ngsm为下一相位最短绿灯时间(单位：秒)，nmg为下一相位设置最短绿灯时间(单位：秒)，nig为下一相位机动车设置绿灯过渡时间(单位：秒)，ncl为下一相位过渡闪绿时间(单位：秒)，nwt为下一相位行人绿灯时间(单位：秒)。

步骤3.2.5、下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt计算

下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt为下一相位绿灯时间ngt与下一相位最短绿灯时间ngsm的差值，采用以下公式：

nmdt＝ngt-ngsm

式中，nmdt为下一相位干预可用最长绿灯时间(单位：秒)，ngt为下一相位绿灯时间(单位：秒)。

触发时刻计算

判断下一相位可用干预时间足够：

当下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt大于等于设置的延长时间sst时，采用以下公式：

tt2＝st+[egt-(ig+1)]

当前相位延长的干预时长选取设置的延长时间sst。在当前时刻与触发时刻相同时，开始步骤2，否则，继续时间判断，直至当前时刻与触发时刻相同。

判断下一相位可用干预时间不足够：

当下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt小于设置的延长时间sst时，采用以下公式：

tt2＝st+[egt-(ig+1)-(sst-nmdt)]

式中，tt2为触发时刻，格式为日期+时+分+秒，st为当前相位开始时间，格式为日期+时+分+秒，sst为设置的延长时间(单位：秒)，ig为机动车设置绿灯过渡时间(单位：秒)。

当前相位延长的干预时长选取下一相位干预可用最长绿灯时间nmdt。在当前时刻与触发时刻相同时，开始步骤2，否则，继续时间判断，直至当前时刻与触发时刻相同。

当前相位延长干预的触发判断：

当前相位运行判断：

3.2.7、当前相位绿初车道最大排队车辆数大于等于车道允许最大排队车辆数时触发干预，否则进入步骤3.2.8；

3.2.8、当前相位设置绿灯时间内可清空的最大车辆数大于等于当前相位绿初车道最大排队车辆数以及当前相位前三个周期平均过车数时，不触发干预，否则进入下一相位运行判断步骤3.2.9。

下一相位运行判断：

3.2.9、下一相位对应车道当前时刻车道的最大排队车辆数大于等于下一相位车道允许最大排队车辆数时，不触发干预，否则进入步骤3.2.10；

3.2.10、下一相位计划最短绿灯时间内可清空最大车辆数小于等于下一相位对应车道当前时刻车道的最大排队车辆数以及下一相位前三个周期平均过车数时，不触发干预，否则触发干预。

本发明一种基于scats系统的本地信号干预方法提前干预采用的是当前相位提前结束、下一相位提前开始的策略，设置的提前时间为固定值。延长干预采用的是在当前相位需求较大时，增加当前相位的运行时间的策略，设置的延长时间也为固定值，但以上延长提前的值均可以根据实际情况通过系统进行修改。此外，本地干预实现的前提是，scats特征软件中已经编写可实现延长、提前功能的模块。

本发明能够应用到scats控制系统的三种控制模式当中，当路口运行主控方案时，有需求发生时干预功能可以在实时的在周期内根据流量调整各相位运行方案，并且不改变原来方案配置；当区域机或通信发生故障，系统运行灵控模式，本地干预功能突破原有模式根据车辆检测器收集的车辆信息，确定各相位的交通需求，并判断是否干预和确定干预类型，保证路口的通行效率。当路口意外运行单点感应控制模式时，本地干预功能最大运行时间可以超过设置的最大时间，车流量较大时，有效缓解交通拥堵。