一种二相位交通信号配时方法

本发明涉及智能交通，特别是涉及一种二相位交通信号配时方法。

背景技术：

1、交通信号灯是城市交通管理的重要工具，其主要目的是通过合理分配交通流的时间和空间，提高道路的通行能力，减少交通拥堵，保障交通安全。其中，二相位交通信号配时是一种常见的信号控制方式，主要用于处理相对简单的交叉口交通流。

2、在二相位交通信号配时中，交通流被分为两个相位，即主相位和次相位。主相位通常给予主干道上的车辆优先通行权，而次相位则给予次干道或行人过街的通行权。通过调整两个相位的绿灯时间，可以实现对交叉口交通流的有效控制。

3、现阶段，对于信号单点交叉口的控制方式，也就是传统的二相位交通信号配时方法主要为定时控制、感应式控制以及自适应控制三种方式，定时控制主要是将一天分为若干控制时段，根据每个控制时段的交通量设置不同的信号控制方式，与感应式控制和自适应控制两种控制方式相比，定时控制无法根据交叉口的流量动态和实时地调整信号控制参数，存在时效性差的问题，通常需要在一定的时间间隔内对现有的信号控制方案进行调整。尽管如此，但定时式控制仍然是国内交叉口信号控制的主要方式。其主要原因在于：(1)机动车、非机动车、行人混行的交通环境下，主要考虑以机动车运行为主的感应控制和自适应控制在实际应用中的效果并不是十分理想；(2)定时式控制方式对于信号机、路侧设备等要求较低，投入成本低，可靠性高，维护容易。

4、目前在实际应用中，在一天中的交通流量呈现复杂多变的情况，大多数路口的控制方式以多时段控制定时控制为主，主要采用人工调控的方法。控制效率和效果的好坏主要取决于管控人员的主观判断，这不仅效率低下，而且容易出错，缺乏科学和精准地控制和管理。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种二相位交通信号配时方法。该方法基于车流量及距离上一个路口距离使用模糊算法确定绿信比，从而实现更精确的自动信号配时，大大提高了配时的效率和准确性。

2、为此，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种二相位交通信号配时方法，所述方法包括：

4、获取二相位交通信号配时的输入参数；所述输入参数包括：协同周期、东-西双向车流量、南-北双向车流量、东-西双向距上一个路口距离最小值、南-北双向距上一个路口距离最小值、东-西和南-北双向车流量差值最大值、东-西和南-北双向车流量差值最小值；

5、构建模糊控制模型，并基于所述模糊控制模型确定绿信比，所述模糊控制模型以所述输入参数为输入，以绿信比为输出；

6、基于所述模糊控制模型输出的绿信比，得到二相位交通信号配时。

7、进一步地，构建模糊控制模型，包括：

8、创建东-西与南-北双向车流量差值ef和东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值ed，以及绿信比u模糊论域；

9、采用尺度变换，将东-西与南-北双向车流量差值输入量、东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值输入量变换到要求的模糊论域范围；

10、采用三角形作为东-西与南-北双向车流量差值、东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值以及绿信比模糊集合隶属度函数；

11、基于专家知识和控制目标，制定模糊规则表；

12、采用最大-最小法，根据模糊规则表求得每条规则关系矩阵和

13、

14、由ra和rb得到绿信比输出为：

15、采用加权平均法对模糊量绿信比进行清晰化计算；

16、在求得清晰值u0后，将u0尺度变换为实际的控制量。

17、进一步地，创建东-西与南-北双向车流量差值ef和东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值ed，以及绿信比u模糊论域，包括：

18、设定东-西与南-北双向车流量差值ef为{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

19、东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值ed为{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

20、绿信比u为{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

21、设定模糊子集：

22、东-西与南-北双向车流量差值ef的模糊子集为{nmef，nsef，zoef，psef，pmef}；

23、东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值ed的模糊子集为{nmed，nsed，zoed，psed，pmed}；

24、绿信比u模糊子集为{nmu，nsu，zou，psu，pmu}。

25、进一步地，采用尺度变换，将东-西与南-北双向车流量差值输入量、东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值输入量变换到要求的模糊论域范围，包括：

26、东-西与南-北双向车流量差值实际输入量的实际变化范围为模糊论域为[-3，3]，则：

27、

28、其中，为东-西与南-北双向车流量差值实际输入量的最大值，为东-西与南-北双向车流量差值实际输入量的最小值；

29、东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值实际输入量的实际变化范围为模糊论域为[-3，3]，则：

30、

31、其中，为东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值实际输入量的最大值，为东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值实际输入量的最小值。

32、进一步地，东-西与南-北双向车流量差值ef隶属度函数为：

33、

34、东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值ed隶属度函数为：

35、

36、绿信比u隶属度函数为：

37、

38、其中，nmef、nsef、zoef、psef、pmef分别代表东-西与南-北双向车流量差值ef的负中、负小、零、正小、正中；nmed、nsed、zoed、psed、pmed分别代表东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值ed的负中、负小、零、正小、正中；nmu、nsu、zou、psu、pmu分别代表绿信比u的负中、负小、零、正小、正中。

39、进一步地，所述模糊规则表为：

40、

41、其中，nmef、nsef、zoef、psef、pmef分别代表东-西与南-北双向车流量差值ef的负中、负小、零、正小、正中；nmed、nsed、zoed、psed、pmed分别代表东-西与南北双向距上一个路口距离最小值的差值ed的负中、负小、零、正小、正中；nmu、nsu、zou、psu、pmu分别代表绿信比u的负中、负小、零、正小、正中。

42、进一步地，将u0尺度变换为实际的控制量，包括：u0的变换范围为[-3，3]，实际绿信比的变换范围为[umin,umax]，则：

43、

44、其中，称为量化因子，umax＝1，umin＝0。

45、本发明的优点和积极效果：

46、(1)本发明创新性的提出输入参数采用距离上一个路口距离作为考虑因素，这样使得信号配时更具用协同性，给出的配时方案更具有效果。传统方法考虑因素为排队长度、整体延误等，通过这些因素给出配时往往调好这个路口，在调下一个路口过程中经常会影响上一个已经调好的路口。但是本方法采用路口变化较小因素作为输入量，车流量及距离上一个路口距离为影响因素，这样使得本方法将配时路口对周围相邻路口配时影响降到最低。进而使得配时效果更好，使用更方便，一个路口只用配时调整一次，即可实现区域协同配时。

47、(2)传统二相位单点交叉口配时方法，只考虑当前路口车流量和整体延误时间，且有些参数在应用过程中根本无法获得，如延误时间，因此本发明选用实际应用过程中能够获得的参数作为输入量，使得算法更具有实用性。