基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法

技术领域

本发明属于交通信号控制技术领域，特别是一种基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法。

背景技术

感应控制就是根据交通流检测器实时检测到达路口的交通需求，信号机自动对预先设定的交通信号控制方案进行调整，从而实现信号配时与交通需求的匹配。

目前主要存在如下问题：

(1)放行时的初始时间固定，当交叉口没有战术检测器，只有战略检测器存在时，最小绿灯需要足够长，以允许在停车线和检测器之间排队的所有车辆通过交叉路口，在低交通流的情况下导致绿灯空放。

(2)相位车流截断车间时距固定且多与扩展时间不做区分，当采用一个较大的截断车间时距时，可以保证相位初始放行时的排队清空，但会造成后续低流速下的车辆依然可以延长相位放行，降低绿灯利用率，当采用一个较小的截断车间时距时，有可能会导致放行初期因队列车速缓慢而过早终止。

(3)最大绿固定，缺乏灵活性，不能适应车流量动态变化带来的影响。

(4)最大绿从相位放行时就开始计时，导致当前相位依然存在请求而其他相位没有请求或滞后的请求时过早的结束当前相位运行。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据远端战略检测器统计相位在放行前的关键等待车流量数据，并修正相位初始放行绿灯时长；

步骤2，根据冲突相位的车辆延误累积时间、排队长度，和当前放行相位的排队长度，调整放行相位的车流截断车间时距，并分别计时相位的感应扩展时间和截断车间时距时间；

步骤3，根据相位在周期中的连续放行终止状态，在下一周期放行前，对相位的最大绿进行优化调整；

步骤4，根据当前运行相位是否存在可服务的冲突相位放行请求，进行相位最大绿的计时和重置。

进一步地，步骤1中所述相位在放行前的关键等待车流量数据，具体为：对于单车道所对应的相位，在上一周期绿灯结束到当前周期绿灯放行前的所有到达车辆即为关键等待车流量数据；对于多车道相位，从各车道中选取最大到达等待车辆数作为关键等待车流量数据。

进一步地，步骤1中所述修正相位初始放行绿灯时长，具体包括：

初始放行绿灯时长根据相位当前的关键等待车流量数据进行动态调整，同时存在最小绿约束、最大初始绿约束；初始放行绿灯时长计算公式如下：

G

其中，G

进一步地，所述单位增加步长为车辆通过停止线的时长。

进一步地，步骤2中调整放行相位的车流截断车间时距，具体包括：

车流截断车间时距的计算公式如下：

g＝MAX(L

P

其中，g为车流截断车间时距减小速率，L

进一步地，步骤2中所述计时相位的感应扩展时间和截断车间时距时间，具体包括：

所述计时感应扩展时间用于延长相位放行，计时截断车间时距时间用于初始化感应扩展计时；

在相位开始放行时，使用设定的感应扩展时间作为初始车流截断车间时距的上限开始计时，当冲突相位的延误累积时间达到预设值后，根据放行相位和冲突相位的排队长度，减小放行相位车流截断车间时距上限；当运行相位在截断车间时距计时器未达到上限时，表示存在放行请求，重新开始感应扩展计时和截断车间时距计时，当运行相位的截断车间时距计时器达到上限后，后续的车辆请求不能初始化感应扩展计时，剩余的感应扩展时间能保证截断时的最后一个有效请求车辆安全放行。

进一步地，步骤3所述根据相位在周期中的连续放行终止状态，在下一周期放行前，对相位的最大绿进行优化调整，具体包括：统计每一周期的相位结束状态，当一个相位连续达到两次最大绿输出，在运行最大绿中添加一个动态步长，直到运行最大绿大于动态最大绿上限，则以动态最大绿上限作为约束运行；当一个相位连续两次超过截断车间时距而提前结束时，从运行最大绿中减去一个动态步长，直到运行最大绿小于动态最大绿的下限，则以动态最大绿下限作为约束运行；如果一个相位在一个周期中提前结束，在下一个周期中达到最大绿，反之亦然，则运行最大绿将不会改变。

进一步地，步骤4中相位最大绿的计时，具体包括：

当冲突相位不存在可服务的放行请求时，运行相位不会计时最大绿，即运行相位在车辆间距小于车流截断车间时距时一直放行；当冲突相位存在可服务的放行请求时，运行相位开始计时最大绿，并在最大绿计时达到限制后结束当前运行相位的放行，如果在最大绿计时期间，冲突相位可服务的放行请求消失，最大绿计时器将被重置并保持，直到冲突相位再次检测到请求后重新开始计时。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1)对于相位关键等待车流量数据，其中的多车道相位，从各车道中选取最大到达等待车辆数作为关键等待车流量数据，避免多车道数据累加带来的异常初始绿空放问题。

2)调整放行相位的车流截断车间时距时，相位在开始绿灯时，设定一个较大的截断车间时距，可以保证初始放行时刻下的排队车辆还处于低速，车间时距未达到饱和时顺利通过路口，当冲突相位的延误累积时间达到一定值后，逐渐将车流截断车间时距减小到饱和车间时距，以保证放行相位中的车辆间距在不满足饱和车间距时，及时截断放行相位，从而减少服务低于饱和的交通流所花费的时间，降低车辆延误。

3)本发明通过区分相位的感应扩展间隔和截断间隔，分别计时感应扩展时间用于延长相位放行，计时截断车间时距时间用于初始化感应扩展计时，在提高绿灯利用率的同时保证车辆的安全放行。

4)本发明提出的相位最大绿计时方法，兼顾了交叉口各相位放行时间资源分配的时效性和公平性，当不存在竞争的放行需求时，当前相位可以一直放行；当存在竞争时，就必须限制当前相位最大可放行时长。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法的流程图。

图2为一个实施例中多车道相位放行前等待车流量示意图。

图3为一个实施例中放行相位和冲突等待相位的车流量及放行示意图。

图4为一个实施例中扩展定时器和截断车间时距定时器关系示意图。

图5为一个实施例中相位动态最大绿调整示意图。

图6为一个实施例中相位最大绿计时示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在一个实施例中，结合图1，提供了一种基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据远端战略检测器统计相位在放行前的关键等待车流量数据，并修正相位初始放行绿灯时长；

步骤2，根据冲突相位的车辆延误累积时间、排队长度，和当前放行相位的排队长度，调整放行相位的车流截断车间时距，并分别计时相位的感应扩展时间和截断车间时距时间，在获得更高效输出的同时，保证截断时的最后一个有效请求车辆安全放行；

步骤3，根据相位在周期中的连续放行终止状态，在下一周期放行前，对相位的最大绿进行优化调整；

步骤4，根据当前运行相位是否存在可服务的冲突相位放行请求，进行相位最大绿的计时和重置。

进一步地，在其中一个实施例中，步骤1中所述相位在放行前的关键等待车流量数据，具体为：对于单车道所对应的相位，在上一周期绿灯结束到当前周期绿灯放行前的所有到达车辆即为关键等待车流量数据；对于多车道相位，从各车道中选取最大到达等待车辆数作为关键等待车流量数据，避免多车道数据累加带来的异常初始绿空放问题。

进一步地，在其中一个实施例中，步骤1中所述修正相位初始放行绿灯时长，具体包括：

初始放行绿灯时长根据相位当前的关键等待车流量数据进行动态调整，同时存在最小绿约束、最大初始绿约束；初始放行绿灯时长计算公式如下：

G

其中，G

进一步地，在其中一个实施例中，步骤2中调整放行相位的车流截断车间时距，具体包括：

相位在开始绿灯时，设定一个较大的截断车间时距，可以保证初始放行时刻下的排队车辆还处于低速，车间时距未达到饱和时顺利通过路口，当冲突相位的延误累积时间达到一定值后，逐渐将车流截断车间时距减小到饱和车间时距，以保证放行相位中的车辆间距在不满足饱和车间距时，及时截断放行相位，从而减少服务低于饱和的交通流所花费的时间，降低车辆延误。

车流截断车间时距的计算公式如下：

g＝MAX(L

P

其中，g为车流截断车间时距减小速率，L

进一步地，在其中一个实施例中，步骤2中所述计时相位的感应扩展时间和截断车间时距时间，具体包括：

所述计时感应扩展时间用于延长相位放行，计时截断车间时距时间用于初始化感应扩展计时；

在相位开始放行时，使用设定的感应扩展时间作为初始车流截断车间时距的上限开始计时，当冲突相位的延误累积时间达到预设值后，根据放行相位和冲突相位的排队长度，减小放行相位车流截断车间时距上限；当运行相位在截断车间时距计时器未达到上限时，表示存在放行请求，重新开始感应扩展计时和截断车间时距计时，当运行相位的截断车间时距计时器达到上限后，后续的车辆请求不能初始化感应扩展计时，但剩余的感应扩展时间能保证截断时的最后一个有效请求车辆安全放行。

进一步地，在其中一个实施例中，步骤3所述根据相位在周期中的连续放行终止状态，在下一周期放行前，对相位的最大绿进行优化调整，具体包括：统计每一周期的相位结束状态，当一个相位连续达到两次最大绿输出，在运行最大绿中添加一个动态步长，直到运行最大绿大于动态最大绿上限，则以动态最大绿上限作为约束运行；当一个相位连续两次超过截断车间时距而提前结束时，从运行最大绿中减去一个动态步长，直到运行最大绿小于动态最大绿的下限，则以动态最大绿下限作为约束运行；如果一个相位在一个周期中提前结束，在下一个周期中达到最大绿，反之亦然，则运行最大绿将不会改变。

进一步地，在其中一个实施例中，步骤4中相位最大绿的计时，具体包括：

当冲突相位不存在可服务的放行请求时，运行相位不会计时最大绿，即运行相位在车辆间距小于车流截断车间时距时一直放行；当冲突相位存在可服务的放行请求时，运行相位开始计时最大绿，并在最大绿计时达到限制后结束当前运行相位的放行，如果在最大绿计时期间，冲突相位可服务的放行请求消失，最大绿计时器将被重置并保持，直到冲突相位再次检测到请求后重新开始计时。该计时方法兼顾了交叉口各相位放行时间资源分配的时效性和公平性，当不存在竞争的放行需求时，当前相位可以一直放行；当存在竞争时，就必须限制当前相位最大可放行时长。

在一个实施例中，提供了一种基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制系统，所述系统包括：

第一模块，用于根据远端战略检测器统计相位在放行前的关键等待车流量数据，并修正相位初始放行绿灯时长；

第二模块，用于根据冲突相位的车辆延误累积时间、排队长度，和当前放行相位的排队长度，调整放行相位的车流截断车间时距，并分别计时相位的感应扩展时间和截断车间时距时间；

第三模块，用于根据相位在周期中的连续放行终止状态，在下一周期放行前，对相位的最大绿进行优化调整；

第四模块，用于根据当前运行相位是否存在可服务的冲突相位放行请求，进行相位最大绿的计时和重置。

关于基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制系统的具体限定可以参见上文中对于基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法的限定，在此不再赘述。上述基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

步骤1，根据远端战略检测器统计相位在放行前的关键等待车流量数据，并修正相位初始放行绿灯时长；

步骤2，根据冲突相位的车辆延误累积时间、排队长度，和当前放行相位的排队长度，调整放行相位的车流截断车间时距，并分别计时相位的感应扩展时间和截断车间时距时间；

步骤3，根据相位在周期中的连续放行终止状态，在下一周期放行前，对相位的最大绿进行优化调整；

步骤4，根据当前运行相位是否存在可服务的冲突相位放行请求，进行相位最大绿的计时和重置。

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现：

步骤1，根据远端战略检测器统计相位在放行前的关键等待车流量数据，并修正相位初始放行绿灯时长；

步骤2，根据冲突相位的车辆延误累积时间、排队长度，和当前放行相位的排队长度，调整放行相位的车流截断车间时距，并分别计时相位的感应扩展时间和截断车间时距时间；

步骤3，根据相位在周期中的连续放行终止状态，在下一周期放行前，对相位的最大绿进行优化调整；

步骤4，根据当前运行相位是否存在可服务的冲突相位放行请求，进行相位最大绿的计时和重置。

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法的限定，在此不再赘述。

作为一种具体示例，在其中一个实施例中，对本发明进行进一步详细描述。

结合图2，对本发明提供的修正相位初始放行绿灯时长进行详细说明。

确认相位关键等待车流量数据。对于图2所示多车道的一个相位，从各车道中选取在上一周期相位绿灯结束到当前周期相位绿灯放行前的所有到达车辆最大的车道作为关键车道，关键车道中的到达等待车辆数作为关键等待车流量数据。则车道2为关键车道，关键等待车流量为6，避免多车道数据累加带来的异常初始绿空放问题。

确认相位的最小绿、最大可变初始绿、增加步长和初始放行绿灯时长。这里假定饱和车间时距为2s，相位的增加步长确定为2；根据表1中符合驾驶逾期的典型最小绿取值，确定相位最小绿为10s，注意这里表格中的选值为一般经验值而非绝对值；假设车辆启动损失延误时间为3s，根据最大初值公式：

得到最大可变初始绿为35s，根据可变初值公式：

G

得到相位初始放行绿灯时长为15s。

表1符合驾驶逾期的典型最小绿取值

图3为一个放行相位和冲突等待相位的车流量及放行示意图，结合图3，对本发明提供的调整放行相位的车流截断车间时距进行详细说明。

设置相位1的扩展时间为5s，初始截断车间时距为5s，冲突相位请求后的截断车间时距递减前的时间为14s，最小截断车间时距为2s，单位截断车间时距递减值为0.1s(执行间隔为100ms)，战略检测器压车为排队级别1，最小绿为7s，最大绿为30s。

当相位1从0s开始放行时，冲突相位2存在车辆请求，相位1开始计时截断车间时距递减前的时间定时器，当相位1最小绿定时器结束后，扩展定时器和初始截断车间时距定时器开始倒计时，在第11s处，相位1存在一个车辆请求，此时初始截断车间时距定时器还剩1s未失效，扩展定时器和截断车间时距定时器均重置为5s，相位继续放行；在第14s处，截断车间时距递减前的时间定时器失效，相位1的截断车间时距开始减小，根据截断车间时距计算公式：

g＝MAX(L

P

当前相位1的战略检测器未压车，排队长度级别为0，冲突相位2的排队长度级别为1，所以车流截断车间时距减小速率为1，即相位1的截断车间时距每秒减1；所以在第15s处，相位1存在的车辆请求会将扩展定时器重置为5s，将截断车间时距定时器重置为4s，在第17s处，相位1存在车辆请求会将扩展定时器重置为5s，将截断车间时距定时器重置为2s，在第20s处，截断车间时距定时器已失效，所以此时相位1的车辆请求不会重置扩展定时器和截断车间时距定时器，因此相位1在扩展定时器失效也就是22s处结束放行。

图4为扩展定时器和截断车间时距定时器关系示意图，对于扩展定时器和截断车间时距定时器的关系展开进一步详细说明，可以看出，当在截断车间时距定时器未失效时存在相位的车辆放行请求，会初始化扩展定时器和截断车间时距定时器，重新开始计时；当截断车间时距定时器已经失效时，此时的车辆放行请求不会初始化扩展定时器和截断车间时距定时器，截断车间时距定时器保持在失效状态，而相位在扩展定时器失效后结束放行，这样即能使相位运行在饱和车流量下，提高绿灯利用率，也保证截断时的最后一个有效请求车辆安全放行。

图5为一个相位动态最大绿调整示意图，结合图5，对本发明提供的对相位最大绿进行优化调整进行详细说明。

在每个周期结束时统计所有相位的结束状态，即相位如果因为没有请求导致扩展时间失效而结束，那么它是一个提前终止输出相位，如果相位因最大绿达到上限而结束，那么它是一个最大输出相位。如图5中所示，在方案运行的第一个放行周期结束时，相位1为提前终止输出相位，在第二个周期结束时，相位1为最大输出相位，不满足连续两个周期相同状态结束，那么在第三个周期开始时该相位不会进行最大绿的调整，直到第三个周期结束时，相位1同样为最大输出相位，此时满足连续两个周期(第二、第三周期)相同最大输出状态结束，表明相位1放行需求大，当前最大绿不能满足相位1放行需求，需要在当前运行最大绿基础上增加一个设定步长值，在第四个周期结束时，相位1依然为最大输出相位，说明增加步长后的最大绿仍不满足当前相位1的放行需求，继续增加一个步长，直到第七个周期结束后，动态最大绿已调整至设定的动态最大绿上限约束，此时后续最大输出的相位1始终以动态最大绿上限作为约束运行，不会继续增加步长；随着相位1车流量减小，在第十一个周期结束后，相位已经连续两个周期提前终止输出结束，说明当前最大绿时长过剩，将当前最大绿减小一个步长，在第十二个周期结束后，相位依然提前终止输出结束，说明当前减小步长之后的最大绿仍过剩，继续将当前最大绿减小一个步长。

对于相位最大绿的计时和重置，本实施例将结合图6进行详细说明。如图6所示，相位在开始放行时，因没有冲突请求，不会进行相位最大绿的计时，只有在运行过程中出现其他冲突相位的放行请求，才会开始计时最大绿，并且在最大绿计时结束后，终止相位的放行。即当冲突相位不存在可服务的放行请求时，运行相位在车辆间距小于车流截断车间时距时可以一直放行。该最大绿计时方法兼顾了交叉口各相位放行时间资源分配的时效性和公平性，当不存在竞争的放行需求时，当前相位可以一直放行；当存在竞争时，就必须限制当前相位最大可放行时长。

本发明提供的基于车流量和车间时距动态变化的感应优化控制方法，能通过实时采集交通流数据和通行状态，消除车流量和车间时距变化带来的影响，提高绿灯时长的有效利用率，降低延误。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。