本发明涉及交通信号控制方法，尤其是涉及一种基于cv数据的泛化tuc和最大压策略的交通信号控制方法。
背景技术：
1、随着我国城市化进程的加速，城市道路密度越来越大，相邻交叉口之间的间距越来越小，路网也变得更加复杂。在此背景下，城市道路交叉口作为城市道路交通运行的核心关键节点，其管理组织效率在很大程度上决定着城市路网的运行状况。如何通过合理的交通信号控制，提高交通系统的运行效率和通行能力、缓解路网的拥堵现象、减少行人和车辆的总行程时间，成为当前城市交通管理的重要问题。
2、当前，我国城市区域路网布局中，很多道路纵横交错，形成类似网格状，也称为“井”字形路网，这类路网布局规则，适合开展区域协调控制。现有的“井”字形路网大多采用单交叉口定时控制的方法，它的周期固定且依赖历史流量数据，难以根据实时交通动态调整信号时长，效率已达到上限，无法适应日益多变的城市交通复杂环境。
3、为此学界提出了tuc（traffic-responsive urban control）、最大压控制（max-pressure control）等多种交通信号控制方法，其中tuc是diakaki、papageorgiou等开发的一种城市区域自适应信号控制方法，通过统一调整路网内各路口绿灯时间，使整个区域的排队长度和行驶时间整体最小化，在过饱和交通条件下具有较高的控制性能，但其计算速度较慢，控制实时性较差；最大压控制是varaiya开发的一种交通信号控制方法，核心思想是始终把绿灯优先给压力最大的方向，用简单的规则实现对复杂路网的自适应优化控制，计算速度较快，控制实时性较强，但在过饱和交通条件下控制性能有限，控制精度不高。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种计算速度快，实时性强、在过饱和交通条件下控制性能高、控制精度高的基于cv数据的泛化tuc和最大压策略的交通信号控制方法。
2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于cv数据的泛化tuc和最大压策略的交通信号控制方法,以预设的“井”字形路网为控制区域，周期性地执行交通信号控制，具体为：在第一个周期，对所述控制区域内的所有交叉口均采用最大压策略进行交通信号控制；从第二个周期开始，先基于所述控制区域内分别设置在各交叉口各进口的cv（视频摄像）设备前一周期采集的视频数据，判断各交叉口在当前周期是否处于过饱和状态；然后针对当前周期处于过饱和状态的每一个交叉口，即过饱和交叉口，基于路网拓扑关系以及预设的筛选规则，确定其关联交叉口；接着将当前周期所有过饱和交叉口的关联交叉口，构成当前周期需采用tuc协调控制的交叉口集合；在当前周期，对所述交叉口集合内的所有交叉口均采用tuc策略进行交通信号控制，对所述控制区域内其余交叉口则维持采用最大压策略进行交通信号控制。
3、与现有技术相比，本发明的优点在于通过分阶段、分区域的混合控制策略，在第一个周期对全控制区域统一采用计算量较小的最大压策略以实现快速响应；从第二个周期开始，基于前一周期cv设备采集的视频数据识别过饱和交叉口，并依据路网拓扑与筛选规则确定其关联交叉口，从而将计算复杂度较高的tuc协调控制精准限定在由过饱和交叉口及其关联交叉口构成的局部集合内，既大幅减少了每个周期需进行tuc计算的交叉口数量，显著提高了计算速度和实时性，又通过局部范围内tuc策略的协调控制有效抑制了排队溢出和拥堵蔓延；同时，控制区域内其余交叉口继续采用最大压策略，形成了“局部协同、全局快速”的分层控制架构，使得本发明方法在过饱和交通条件下兼具高控制性能与高控制精度。
4、进一步的，判断各交叉口在当前周期是否处于过饱和状态的具体方式为：先根据所述视频数据确定各个交叉口各个进口的各类转向流量，再计算得到各个交叉口各个进口各转向的通行能力，若某个交叉口某进口任一转向的转向流量大于其通行能力，就判断当前周期该交叉口处于过饱和状态。
5、进一步的，根据所述视频数据确定某个交叉口某个进口的各类转向流量的具体过程为：统计该视频数据中的左转车辆数量、直行车辆数量和右转车辆数量，将左转车辆数量按照单位小时转换得到该交叉口该进口当前周期的左转流量，所述左转流量的单位是辆每小时，右转车辆数量按照单位小时转换得到该交叉口该进口当前周期的右转流量，所述右转流量的单位是辆每小时，直行车辆数量按照单位小时转换得到该交叉口该进口当前周期的直行流量，所述直行流量的单位是辆每小时。
6、进一步的，某个交叉口某个进口某转向的通行能力，根据该转向的车道数、车道饱和流量、该交叉口的有效绿灯时间及信号周期确定。
7、进一步的，计算得到某个交叉口某个进口某转向的通行能力的具体过程为：
8、步骤a1、将该交叉口记为i，定义该交叉口该进口的左转为转向1，直行为转向2，右转为转向3；统计该交叉口i该进口的转向j的车道总数量，记为qij，单位是条，j=1、2、3；并按照1至qij为该交叉口i该进口的转向j的车道编号，将编号为q的车道称为该交叉口i该进口的转向j的第q个车道，将该车道宽度记为θijq，单位是米，饱和流量记为sijq，单位是辆每小时，如果θijq小于或等于3.5m，则sijq=900辆每小时，如果θijq大于3.5m，则sijq=1200辆每小时；
9、步骤a2、采用公式（1）计算得到该交叉口i该进口的转向j的通行能力cij，单位是辆每小时：
10、（1）
11、其中，li是该交叉口i的信号周期，单位是秒；gij是该交叉口i该进口转向j的有效绿灯时间，单位是秒。
12、进一步的，针对当前周期处于过饱和状态的每一个交叉口，基于路网拓扑关系以及预设的筛选规则，确定其关联交叉口的具体方式为：先基于路网拓扑关系构建当前周期该过饱和交叉口的邻接矩阵，再结合邻接矩阵，根据预设的路径长度阈值和关联强度阈值确定当前周期该过饱和交叉口的关联交叉口。
13、进一步的，基于路网拓扑关系构建当前周期某过饱和交叉口的邻接矩阵的具体方式为：
14、步骤b1、统计所述控制区域的所有交叉口数量和方位，将该控制区域内的所有交叉口节点化，即每个交叉口采用一个节点表示，每相邻两个节点之间采用由两个方向相反的单向箭头构成的双向箭头连接，该双向箭头表示连接相邻两个交叉口的双向路段，得到所述控制区域的原始路网；
15、步骤b2、设定相邻两个交叉口中有效路段规则，具体为：将两个交叉口分别称为第一交叉口和第二交叉口，如果第一交叉口到该过饱和交叉口的拓扑距离大于第二交叉口到该过饱和交叉口的拓扑距离，则从第一交叉口至第二交叉口方向的路段为有效路段，否则为无效路段；
16、步骤b3、在所述原始路网中保留所有有效路段的单向箭头，删除所有无效路段的单向箭头，得到有效路网；
17、步骤b4、将所述控制区域内所有交叉口的总数量记为y,按照1至y为该y个交叉口随机编号，将编号为y的交叉口称为第y个交叉口，y= 1,2，…，y；
18、步骤b5、基于所述有效路网构建当前周期该过饱和交叉口的邻接矩阵m， m表达式如公式（2）所示：
19、（2）
20、公式（2）中， mtr为邻接矩阵m中第t行第r列的元素，t=1,2，…，y；r=1,2，…，y；mtr表示第t个交叉口和第r个交叉口的位置关系；如果第t个交叉口是第r个交叉口的相邻交叉口且单向箭头从第t个交叉口指向第r个交叉口，则mtr=1；否则，mtr=0。
21、进一步的，根据预设的路径长度阈值和关联强度阈值确定某一过饱和交叉口的关联交叉口的具体过程为：
22、步骤c1、将路径长度阈值记为u，关联强度阈值记为v，u为大于等于1且小于等于10的整数，v大于等于0且小于等于1；
23、步骤c2、构建u个中间矩阵，将第k个中间矩阵记为mk, k=1,2，…，u ，第k个中间矩阵mk表达式如公式（3）所示：
24、(3)
25、公式（3）中，mktr为第k个中间矩阵mk中第t行第r列的元素；
26、步骤c3、构建关联度矩阵p, 关联度矩阵p表达式如公式（4）所示：
27、（4）
28、公式（4）中，ptr为关联度矩阵p中第t行第r列的元素，ptr采用公式（5）计算得到：
29、（5）
30、公式（5）中， max（mk）表示第k个中间矩阵mk中所有元素的最大值；
31、步骤c4、将该过饱和交叉口的编号记为w，w∈[1,y]；分别判断关联度矩阵p中第w列，除pww之外的其他y-1个元素是否大于关联强度阈值v，如果某个元素大于关联强度阈值v，则编号等于该元素所处行数的交叉口为第w个交叉口的关联交叉口，否则不是第w个交叉口的关联交叉口。