基于模糊控制的城市区域道路交通协调控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种城市区域道路交通协调控制方法及系统，具体设及一种基于模糊 控制的城市区域道路交通协调控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前平交路口所采用的信号控制方式主要有Ξ种，分别为定时控制方式、感应控 制方式及自适应控制方式。
[0003] (1)定时控制方式是采用预先设定的信号配时方案进行信号控制，不考虑实时的 车辆信息，无法根据车辆到达的数量多少而改变信号配时，其参数是由已知的数据经过一 系列的数学运算推倒出来的，信号是依据周期反复执行的，所W很难反映出交通系统的内 在规律。
[0004] (2)感应控制方式采取的方法是利用线圈检测器采集路网中的交通流量，W此来 计算相位时间，能够客观地反映出交叉路口的动态交通流信息，但是运种方式只对当前相 位的信息进行了考虑，也仅仅使用了简单信号相位延时原理，对遇到红灯时所造成的车辆 滞留并没有给予考虑。
[0005] (3)自适应控制方式是一种先进的智能控制方式，基于智能控制方法进行城市道 路交通信号灯控制是目前城市道路控制最前沿的技术。模糊控制是一种先进的自适应智能 控制方法，其最主要的思想就是使用自然语言来描述模糊控制需要用到的规则库。
[0006] 与本发明技术最接近的方案是中国专利授权公告为CN102521990B，授权公告日为 2013年12月4日的发明专利。公布了一种基于图像处理的智能交通灯的控制方法，该控制方 法依次包括利用FPGA系统模块及其上连接的CMOS图像传感器、外围控制设施、LCD显示模块 和SDRAM存储器的图像采集模块、图象处理模块W及通过模糊控制模块实现的绿灯控制。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种区域协调控制方法、区域协调控制系统及城市区域道路 交通协调控制方法，W实现对城市路网交通优化，降低路口等候时间，提高通行效率。
[000引为了解决上述技术问题，本发明提供了一种区域协调控制方法，包括:检测各平交 路口所对应的相应路段上的交通流量信息，W获得各平交路口各相位的实际绿灯延长时间 T2;判断平交路口各相位的最小绿灯时间Gmin、实际绿灯延长时间T2之和与最大绿灯时间Gmax 的关系，W控制各平交路口的绿灯相位。
[0009]进一步，所述区域协调控制方法还包括:初始化，即设置信号灯的信号周期时长的 重复次数η，且η = 0;通过车辆流量检测装置检测各平交路口的交通流量信息状况，确定下 一时段的信号周期时长;设置各平交路口的相位标志位flag,即各平交路口的初始相位标 志位flag = 0，且当初始相位标志位f lag = 1时表示为当前绿灯相位;设定平交路口各相位 的最小绿灯时间Gmin和最大绿灯时间Gmax;设定东西直行方向为各平交路口各个信号周期时 长内的初始相位，且设定东西直行相位、东西左转相位、南北直行相位和南北左转相位的相 位优先级依次从高到低；w及在初始时刻，各平交路口的东西直行相位均设置为最小绿灯 时间Gmin。
[0010]进一步，所述区域协调控制方法还包括:根据各平交路口的相位标志位flag的值 对各平交路口的相位切换，且依据信号灯一周期内的交通流数据信息，计算出下一时段的 信号周期时长。
[0011 ]进一步，所述实际绿灯延长时间T2的方法包括：
[0012]建立两级模糊控制器，即一级模糊控制器FCI、二级模糊控制器FCII;
[0013]所述一级模糊控制器FCI的输入变量分别为Fi (t)和F2 (t)，其输出变量为时间Τι; [0014]所述二级模糊控制器FCII的两输入分别为时间Τι和预设信号周期时长的剩余时 间Trest，其输出为实际绿灯延长时间Τ2 ;其中
[001引Fi(t)表示一控制区域内，平交路口（i，j)当前时刻绿灯相位上、下游近端车辆检 测器之间的车辆数之和的最大值减去该平交路口当前时刻红灯相位上、下游远端车辆检测 器之间的车辆数之和的最大值；
[0016] F2(t)表示t时刻时，上一平交路口（iJ+1)与平交路口（i，j)之间路段的车辆数和 下一平交路口（iJ-1)与平交路口（i，j)之间路段的车辆数的最大值。
[0017] 进一步，判断最小绿灯时间Gmin、实际绿灯延长时间T2之和与最大绿灯时间Gmax的 关系，即
[0018] 若Gmh+T2<Gmax，则将实际绿灯延长时间T2作为当前绿灯相位延时时间；
[0019] 若Gmin+T2含Gmax，则当前绿灯相位延时时间为Gmax-Gmin。
[0020] 进一步，在绿灯相应延时时间的末尾，适于通过相位标志位flag进行相位切换； [0021 ]通过相位标志位flag进行相位切换的方法包括：
[0022] 根据采集得到的交通流量数据信息，放行红灯滞留最大的相位为下一时段的绿灯 相位；当有不止1个平交路口的相位标志位f 1 a g = 1时，则按照初始相位的优先级高低顺序 置区域内各平交路口的下一个绿灯相位;并且置下一绿灯相位的初始绿灯时间为Gmin。
[0023] 又一方面，本发明提供了一种区域协调控制系统，包括：
[0024] -车辆流量检测装置，用于检测各平交路口的相应路段上的交通流量信息；
[0025] 与该车辆流量检测装置相连的控制模块，该控制模块分别与各平交路口的信号灯 控制器相连;其中
[0026] 所述控制模块适于根据获得的交通流量信息，计算出各平交路口各相位的的实际 绿灯延长时间T2,并判断平交路口各相位的最小绿灯时间Gmin、实际绿灯延长时间T2之和与 最大绿灯时间Gmax的关系，W控制各平交路口的绿灯相位。
[0027] 进一步，所述车辆流量检测装置包括:在平交路口各个路段上分别设有车辆流量 检测装置，所述车辆流量检测装置包括:近端车辆检测器和远端车辆检测器;其中
[0028] 近端车辆检测器采用摄像探头，远端车辆检测器采用环形线圈车辆传感器。
[0029] 第Ξ方面，本发明提供了一种城市区域道路交通协调控制方法，包括如下步骤：
[0030] 步骤S1，根据城市中的路网状况进行控制区域划分；
[0031] 步骤S2,将划分好的各控制区域分别建立相应两级模糊控制器，W对信号灯进行 控制。
[0032] 进一步，所述的城市区域道路交通协调控制方法，所述步骤S1中根据城市中的路 网状况进行控制区域划分的方法包括：
[0033] 步骤S11，初步划分，即根据路网中两平交路口间的连线长度L，对城市路网的平交 路口群进行初步划分；
[0034] 步骤S12,细分，即根据路网中各平交路口之间相关度，定义其禪合度，且依据该禪 合度对初步划分后的较大控制区域进行细分，直到控制区域内的各平交路口之间有较大的 相关性时，停止划分;其中
[0035] 所述步骤S12中禪合度的获得方法包括：
[0036] 将影响交通控制区域划分的各因素各自集合，W得到各平交路口之间相关度的评 价准则，即相邻平交路口间距L、交通流量q、排队长度Q和信号周期时长C;
[0037] 将平交路口（i，j)的各指标值组成的矢量称为该平交路口的禪合矢量将其 表示如公式(1)所示：
[00：3 引
（1);
[0039] 且禪合矢量取模值
其中，K为正比例关系符号；
[0040] 其中，若相邻平交路口间距L越大，则yU'Jl越小，表示平交路口之间相关度越小;而 交通流量q越大、排队长度Q越长、信号周期时长C越接近，则越大，平交路口之间的相关 度越大；
[0041 ]根据两个相关平交路口，即平交路口（ i，j)、上一平交路口（ i，j+1)相关度的禪合 矢量和yUj+u，两平交路口之间的禪合度明戸化"由公式(2)得出：
(2)[0043] 所述禪合度明:说。沪"''"，^心'+。）巨的，1],禪合度越大，则相互禪合的平交路口之 间的相关程度越大，并划分到同一个控制区域进行控制；
[0042]
[0044] 上式中
是两个常量，1非< + w，i含Q含+W，卫
I · I |p和II · I Iq分别是各个矢量的P范数和Q范数，i = i、 2、......、M，j = l、2、......、N;W 及
[0045] 所述步骤S2将划分好的各控制区域分别建立相应两级模糊控制器，W对信号灯进 行控制的方法采用所述的区域协调控制方法。
[0046] 本发明的有益效果是，本发明的区域协调控制方法、区域协调控制系统及城市区 域道路交通协调控制方法，其采用两种车辆检测器，实时检测各个平交路口的车流量信息； 定义禪合度概念，对城市路网进行控制子区的划分，对划分后的控制子区建立两级模糊控 制器，减少了算法的时间复杂度，大大节省了时间，提高了执行的效率；同时实现了全时段 的智能化，无需人工干预。
[0047] 有效缓解客流高峰期的拥挤情况，减少车辆在控制子区域内的平均排队长度，从 而大大降低了车辆的平均延误时间。
[0048] 减少车辆在平交路口处停车时间，甚至不停车通过，减少车辆停车重启的次数，有 效的节约能源，同时也减少环境污染。
[0049] 该方案除利用到车辆传感器外，无其他较大经济投入，成本合理可控，易于实现。
[0050] 该方案具有可扩展性，可利用其它更加的先进的算法进行优化，如免疫算法，可更 好的控制交通客流。
【附图说明】
[0051] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0052] 图1是城市路网各平交路口位置标识示意图；
[0053] 图2是多路口控制子区划分示意图；
[0054] 图3是平交路口车辆检测器设置示意图；
[0055] 图4是车道编号及其车流方向示意图；
[0056] 图5是两级模糊控制器的结构示意图；
[0057] 图6(a)为输入变量Fi(t)的隶属函数图，图6(b)为输入变量F2(t)的隶属函数图，图 6(c)为输出变