[發明專利]城市區域多交叉口信號協同優化控制方法及系統

有效

• 申請號: 201410720245.1
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104464310B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 孫健;陳書愷;張穎;薛睿;倪訓友
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G08G1/081
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種交通信息管理領域的技術，具體是一種城市區域多交叉口信號協同優化控制方法及系統。

背景技術

近年來，隨著機動車保有量顯著上升，產生了一系列嚴峻的交通問題，擁堵現象隨處可見。為了緩解城市交通問題，城市交叉口的信號控制顯得越來越重要。早期城市交叉口信號主要以單點控制為主，采用人工或定時方式對信號進行切換，直至20世紀30年代初期，才出現采用壓力探測器的觸發式信號控制。20世紀中后期，隨著計算機網絡技術發展，在城市距離較近的相鄰交叉口出現互聯式信號控制，其目的在于在多交叉口之間實現信號協調，使得通過一個交叉口的車隊能夠高效通過其下游相鄰交叉口。自適應信號控制系統則在此基礎上，以分布式、實時、高效、快速響應為特征，力求從局部信號優化達到全局信號優化。

自第一套交通自適應管控系統SCOOT系統由英國運輸和道路研究所研制成功以來，自適應系統取得了公認成功，已在世界上許多城市安裝和使用。除SCOOT系統以外，主要還有以澳大利亞悉尼為背景開發的交通自適應協調系統以及日本的京三系統等。由于與動態交通誘導系統、先進公共交通系統結合上的優勢，自適應控制方法被認為實用性強、是發展先進交通管理系統的最佳基礎，將是未來城市交通控制系統發展的重要方向。以SCOOT為代表的自適應控制系統，根據檢測器得到的實時數據計算交通量、占用時間、占有率及擁擠程度。同時，結合預先存儲的交通參數對各路口進行短時交通流預測，在此基礎上對各交叉口信號控制方案進行優化。優化方法主要以交通模型為基礎，找出符合當前狀態的最佳信號配時組合。為了跟蹤交通流的瞬時變化，SCOOT的信號優化方法采用小增量尋優方法，即信號配時參數可隨交通流分布變化作相應微小變化，盡量做到對交通連續運動妨礙最小，又不為交通參與者察覺。該系統要求通過數學模型以獲得相關控制策略模型，因而要求抽象的數學模型在較短時間，準確地反映系統的運行狀態，否則會影響控制效果。另一方面，數學模型精確度越高、結構越復雜，仿真時間也越長，因此，會在實時性與可靠性之間產生矛盾，特別是實現多個交叉口協調控制時該矛盾將尤為突出。

為了解決以上矛盾，有兩種方法可行：一是使用高效的優化算法縮短信號優化時間，其次是通過改善預測方法和線圈布置提高預測精度。其中：我國絕大部分城市已實施觸發式信號控制的交叉口，線圈一般埋設在入口道。如要增加線圈數量或改變線圈位置，將不可避免地帶來較大附加購置與施工費用。因此，一個重要的問題就是如何在已有城市交叉口設施資源(信號控制器、信號燈及線圈等)配置下，通過信息共享與傳遞，綜合考慮多個交叉口配時以實現交通流預測，并使用合理算法對交叉口信號配時進行實時優化。

隨著近年來物聯網、云計算、移動互聯網等新的技術的發展，信息互動、高速傳輸等變得更容易實施、成本更低。因此，自適應信號控制可借此實現更高層次的控制方案信息共享。這樣一來，協同優化控制將不僅僅局限在干道的若干個交叉口上，而是擴展至任意方向相鄰的交叉口，實現更大范圍內的信號協同優化控制。但是，現有的信號協同控制策略在交通流預測方面略顯不足，各分布式系統協同機制不夠明確，這在一定層度上限制了自適應控制系統的效果。因此，在準確預測交通路網中各路段交通流基礎上實現的信號協同控制有著重要的實際意義。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN103680127A公開(公告)日2014.03.26，公開了一種利用低采樣率浮動車數據計算信號燈控制道路交叉口延誤的方法，所述方法包括：原始軌跡數據預處理；提取浮動車通過各信號燈控制道路交叉口的通行軌跡片段并進行轉向標識；分別針對單個浮動車通行軌跡片段進行延誤計算，構建所有交叉口延誤估算數據集；判斷延誤估算數據集規模與分布特征；根據分布特征采用不同模型計算交叉口延誤，形成所有交叉口延誤時序結果集。利用該技術可實現從低采樣率軌跡數據中提取城市交叉口時間延誤，有效彌補傳統交叉口延誤機理模型參數難以獲取的缺陷，該方法可為城市出行信息平臺、動態導航提供一種重要數據源，可應用于實時導航與位置服務系統、交通信息服務網站、交通規劃管理與應急預案等。但該技術只是得到了延誤的平均值計算模型，不能從微觀角度分析經過交叉口每輛車的延誤。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種城市區域多交叉口信號協同優化控制方法及系統，利用已有城市交叉口設施資源，通過預測交叉口車輛排隊長度和排隊等待時間信息，實現多交叉口信號配時動態優化與協同。

本發明是通過以下技術方案實現的：