[發明專利]一種城市脈動交通信號控制系統及方法

在審

• 申請號: 201810027206.1
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108010346A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 李志勇
• 申請（專利權）人: 合肥恩維智能科技有限公司
• 主分類號: G08G1/081
• 分類號: G08G1/081
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種城市脈動交通信號控制系統及方法，其特征在于：主要由總體城市脈動信號控制系統、區域城市脈動信號控制系統、干線城市脈動信號控制系統、單點城市脈動信號控制系統構成所述總體城市脈動信號控制系統包括：城區誘導發布子系統、城區信號控制管理子系統、城區交通信息采集子系統、交通信息數據鏈路、信號控制管理信息鏈路、城市信號系統計算中心、城市信號系統管理中心；所述區域城市脈動信號控制系統包括：支線道路、干線道路、節點檢測器、節點路口、支線路口、城區簡化路網；所述干線城市脈動信號控制系統由出口檢測器、進口檢測器、戰術檢測器、信號機、戰略檢測器、路口n、路口2、測速傳感器、路口1組成；所述單點城市脈動信號控制系統包括：戰術檢測器、信號機、傳感器數據線、單點優化路口、出口檢測器、入口檢測器。

2.根據權利要求1所述的一種城市脈動交通信號控制系統及方法其特征在于：城市分多向區域，各城區主干道和次干道以綠波控制為主，實現車流按一定的節拍放行，模擬心臟周期性脈動。

3.根據權利要求1所述的一種城市脈動交通信號控制系統及方法其特征在于：城區支路或小路口各向以自適應控制為輔，模擬毛細血管網的自組織交換。

4.根據權利要求1所述的一種城市脈動交通信號控制系統及方法其特征在于：每隔若干統計周期，進行交通流預測和方案優化評估，模擬人體應激反應后調整心臟脈動頻率。

5.根據權利要求1所述的一種城市脈動交通信號控制系統及方法其特征在于： 以節點檢測器、戰略檢測器、戰術檢測器組成城區交通流傳感網絡，模擬人體副交感神經系統。

6.根據權利要求1所述的一種城市脈動交通信號控制系統及方法其特征在于：以信號機、紅綠燈和誘導發布屏作為執行機構，模擬人體響應器官；以計算中心和管理中心組成城區統一優化控制中心，模擬人體心臟的左右心房心室。

7.根據權利要求1所述的一種城市脈動交通信號控制系統及方法其特征在于：節點路口飽和度若以σ表示，為進口流量q與飽和流量Qs的比值，飽和流量取自金伯公式，是英國交通工程師金伯發現的一個經驗公式，表明的是道路飽和流量Qs與道路寬度W的關系，表達式為：

Qs=196W2-979W+2964

σ= q/ Qs

當節點路口飽和度σ≈1或各向進口戰略檢測器平均速度趨近于0時，可判斷出該節點路口處于交通擁堵狀態；道路寬度是已知參數，進口流量可通過車輛檢測器精確獲得，進口平均車速也可通過戰略檢測器獲得，因此該判據可作為系統優化閾值臨界點；

本發明主要特點基于干線綠波控制，當節點路口擁堵發生后，主要優化目標是干線各路口公共周期T和設計時速V，公共周期影響的是綠波帶寬，設計時速影響的是各路口綠波相位差；

公共周期可由下式求得：T=Max(T1,T2......Tn)

式中T1、T2、Tn表示的是各路口的即時周期值，公共周期是各路口周期中的最大值，求出該值后各路口信號機按這個統一周期執行綠波方案；

由于是綠波控制，每波車流行進狀況可按連續交通流模型分析，車流密度、設計時速連續可微，沿用格林希爾茲公式V-ρ曲線可得：

V=Vf (1-ρ/ρjam)

式中Vf表示的該城市的自由時速，一般取80km/h，ρjam為極限車流密度，ρ為實時車流密度；又因車流密度為某一瞬時單位長度上分布的車輛數，這個參數難以通過技術手段測得，但ρ/ρjam比值可用飽和度σ= q/ Qs近似替代，而實時流量可以通過車輛檢測器測得，飽和流量可通過道路寬度獲得，所以干線綠波的設計時速可計算出來；

有了設計時速V，再根據干線上的某個車流行進方向上，第一個路口停車線到第二個路口停車線的空間距離L已知，則這兩個路口的相位差δ可以下式求出：

δ=V×L

以此類推，可依次求出干線上每一個路口信號機執行漸進式綠波方案時的不同相位差，將干線各路口相位差和公共周期組成的控制方案由管理中心下發，就可實現綠波控制；

綠波方案在干線上執行后，可由戰略檢測器獲得的參數對現行綠波方案進行評估，其中路段戰略檢測器測得的實際速度值可用來校正設計時速，而速度、流量值、占道率可用于歷史數據存儲、統計和分析，并基于歷史數據進行交通流預測，基礎預測基于卡爾曼濾波算法，如下式:

x（t）=Ax(t-1)+Bu(t)+w(t)

式中x（t）表示當前時刻要預測的交通量，包含速度、流量、占道率等，x(t-1)表示前一個統計周期時刻的已知交通量，A是交通量狀態轉移矩陣，B是交通量控制矩陣，u(t)是當前控制交通量， w(t) 是當前系統控制過程躁聲；

實際車輛檢測離散方程如下式：

z(t)=Ix(t)+v(t)

式中z（t）表示當前實際檢測的交通量，I表示車輛檢測器觀測矩陣，x(t)是預測交通量，v(t)表示當前測量誤差；

由這兩個方程不斷遞歸計算，就可預測出某一時刻某個城區檢測點的交通量，根據預測出的交通量、歷史數據和實際檢測值，在一個統計周期內不斷進行系統迭代優化，則系統控制就趨于最優，這種預測和優化的過程也是在本發明計算中心里完成的；

對于單點交叉路口，無論十字或丁字或更復雜路口，其優化計算的基礎是基于每一向的，每向戰術檢測器由進口檢測器、出口檢測器構成，在一個信號周期內，前個周期的排隊長度等于進口當量減去出口當量的差值，每向排隊長度離散方程如下:

P(k)= P（k-1）+[q(k)-Qsλ]C

式中p(k)是本周期排隊長度，p(k-1)是上周期排隊長度， q(k) 為車輛到達率， Qs為該向路口飽和流量，λ為該向綠信比，C是周期時間，因每個信號周期排隊長度都可通過出入口檢測器獲得，車輛到達率也就是進口流量可測得，綠信比根據路口各向權重比獲得，周期時間可在一個信號機內存儲的離散陣列里選出最優值，單點優化的目標就是當前周期時間內，各向排隊長度趨于最小。