[發明專利]基于交叉口平均飽和度的信號控制優化目標切換系統

有效

• 申請號: 201811513227.0
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109686084B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 俞灝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G08G1/07
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于交叉口平均飽和度的信號控制優化目標切換系統，包括交叉口幾何信息模塊、實時流量統計模塊以及切換策略模塊；所述切換策略模塊根據交叉口幾何信息模塊以及實時流量統計模塊中記錄的數據，預測下一周期交叉口平均飽和度，對城市信號控制的優化目標進行決策。本發明通過平均飽和度指標，明確系統優化目標，可以有效降低信號控制系統優化復雜度，縮短信號控制策略達到最優解的優化時間、提升信號控制系統的優化精度，從而提升城市交通系統的運行效率。

技術領域

本發明涉及城市交通信號控制系統，尤其涉及一種基于交叉口平均飽和度的信號控制優化目標切換系統。

背景技術

城市信號控制是城市路網運行效率的關鍵因素。在過去的近一個世紀中，城市交通信號控制系統的發展主要可以劃分為4個階段，其中第一階段是固定式信號控制，第二階段是感應式信號控制，第三階段是動態自適應信號控制，第四階段則是智能交通系統框架下的多系統協同信號控制。在各個階段下，城市信號控制系統都一貫的以系統最優為決策目標，其中最常見的優化目標主要包括以交叉口延誤最小為目標和以交叉口通行能力最大為優化目標。以交叉口延誤最小為目標的信號控制策略在進行信號控制優化時，為每一條進口道預測下一周期的交通流量，隨著綠燈時長的變化，有些時候車輛可以全部通過無延誤，而有些時候由于綠燈時長不足部分車路無法通過，就會產生延誤，由于總綠燈時長是有限的，以交叉口延誤最小為目標的信號控制策略通過優化不同進口道在下一周期內的綠燈時長降低整個交叉口的延誤；以交叉口通行能力最大為優化目標的信號控制在進行信號控制優化時，為每一條進口道預測下一周期的交通流量，隨著綠燈時長的變化，不同進口道可以通過的車輛數存在差異，由于總綠燈時長是有限的，以交叉口通行能力最大為優化目標的信號控制策略通過優化不同進口道在下一周期內的綠燈時長提升整個交叉口的總通過車輛數。這兩種優化目標在不同流量條件下的運行效率存在差異。

國內外專家學者在城市信號控制技術領域進行了大量的研究，對信號控制系統的優化也提出了很多有效的算法。但是現有研究往往著重通過改善算法精度、算法效率、算法適應度來提升單一或多重優化目標的信號控制策略。但是隨著算法的復雜化、城市路網的不斷擴大，計算的復雜度成指數級的增長，以當前的計算機效率，很難在實時環境下提供最優解。在現在研究中，缺乏優化目標的選擇機制，不加選擇的進行優化，缺乏有效性。

發明內容

發明目的：針對現有技術針存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種基于交叉口平均飽和度的信號控制優化目標切換系統，針對常見的以交叉口延誤最小和以交叉口通行能力最大兩種優化目標，根據交叉口平均飽和度切換信號控制的優化目標，降低因多重優化目標導致的計算復雜度的大福上升，從而在提升城市交通系統的運行效率。

技術方案：一種基于交叉口平均飽和度的信號控制優化目標切換系統，包括交叉口幾何信息模塊、實時流量統計模塊以及切換策略模塊；所述切換策略模塊根據交叉口幾何信息模塊以及實時流量統計模塊中記錄的數據，預測下一周期交叉口平均飽和度，對城市信號控制的優化目標進行決策。

進一步的，所述交叉口幾何信息模塊，需要與研究人員進行實地考察或公安交通管理部門聯系，獲取信息包括：道路交叉口進口道數、各進口道車道數、車道功能劃分、道路交通流監測設施布置位置。

所述實時流量統計模塊用于實時獲取并存儲各進口道交通流監測設施采集得到的數據，從而獲取實時交通數據，包括進口道各車道流量數據，為便于表述，記f(d,m,id,l)為d日m周期第id號交通流監測設施上傳的第l條車道的流量數據。

所述切換策略模塊中，預測d日m+1周期第id號交通流監測設施上的平均流量f(d,m+1,id)通過公式(1)得到：

其中，N_id是第id號交通流監測設施的車道數，M是預設觀測周期數。

預測d日m+1周期的平均飽和度λ(d,m+1)通過公式(2)得到：