[發明專利]基于傅里葉變換的數據驅動交叉口信號控制實際執行周期估計方法

在審

• 申請號: 201910021705.4
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109584581A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 李永強;童帥;馮遠靜;楊程贊;陸超倫;阮嘉烽;陳宇;陳浩
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G08G1/07
• 分類號: G08G1/07;G06K9/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于傅里葉變換的數據驅動交叉口信號控制實際執行周期估計方法，包括以下步驟：1)從數據庫中獲取某個路口某個車道某一整天的過車數據2)對該車道當天一整天的過車數據進行快速傅里葉變換；3)找到頻域離散幅頻序列Y(f)的波峰所對應的頻率；4)找出信號機實際執行周期所對應頻率，轉化成周期。與現有技術相比，本發明提出了基于快速傅里葉變換的交叉口信號燈周期確定方法，將時域的問題轉換到頻域以達到準確計算信號燈周期的目的。

技術領域

本發明涉及交通控制工程、大數據分析應用領域，尤其涉及基于傅里葉變換的數據驅動交叉口信號控制實際執行周期估計方法。

背景技術

由于交叉口停車線處電警卡口視頻檢測設備的普及，可以獲取海量停車線處的過車數據。停車線處的過車數據可以反映交叉口處間斷交通流的特性。間斷交通流是由于信號控制將交叉口的使用權在時間軸上間斷的分配給相互沖突的車流而形成。信號周期是定時信號控制的關鍵參數。實際運行過程中，定時信號控制是否按照預先設定的周期來執行，是保證信號控制正常運行的關鍵。本發明利用停車線處的過車數據，確定定時信號控制實際執行時的信號周期，從而監測信號周期是否按照預先設定的值正確執行。由于定時信號控制按周期執行，因此過車數據序列具有一定的周期特征。本發明首先利用傅里葉變換將時域中的過車數據序列變換到頻域，然后通過對頻域數據的分析估計實際執行的信號周期。目前還沒有解決此類問題的相關方法。

發明內容

為了克服現有城市路口定時信號控制未按照預先設定的周期執行的問題，需要估計實際執行的信號周期以驗證定時信號控制是否按照預先設定的周期來執行，本發明提出一種基于傅里葉變換的數據驅動交叉口信號控制實際執行周期估計方法，將時域的問題轉換到頻域，能夠準確計算信號燈周期；以便驗證定時信號控制是否按照預先設定的周期來執行，保證信號控制正常運行。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于傅里葉變換的數據驅動交叉口信號控制實際執行周期估計方法，包括以下步驟：

1)從數據庫中獲取某個路口某個車道某一整天的過車數據{p_n}，其中，p_n為第n輛車通過停車線的時刻，單位為一天中的整數秒，n＝1,2,......N；N為該交叉口該車道該天通過停車線的總車輛數；

2)對該車道當天一整天的過車數據進行快速傅里葉變換，過程如下：

2.1)將過車數據{p_n}轉換成以時間為標號的0/1序列y(t)，時間標號t的單位為一天中的整數秒，計算采用如下公式：

2.2)利用快速傅里葉變換近似計算時域離散序列y(t)的頻域離散幅頻序列Y(f)。在進行快速傅里葉變換時，離散序列的長度選擇為2¹⁷＝131072，并且時域離散序列y(t)的采樣頻率設置為1Hz，因此頻域離散幅頻序列Y(f)的頻域標號f的采樣間隔可以精確到0.00001Hz；

3)分析頻域離散幅頻序列Y(f)的波峰，估計一整天中所有周期值其中M為該天的分段配時中使用的不同周期的個數，過程如下：

3.1)找到頻域離散幅頻序列Y(f)的波峰所對應的頻率{f′_i},i＝1,2,…,n，n為實際找到的波峰個數；因為在頻域離散幅頻序列Y(f)中的絕大多數頻率f所對應的幅值Y(f)不為0且數值較小，若將這部分頻率中的波峰作為之后分析的樣本會嚴重影響實際估計周期的準確性，因此首先要設定一個閾值K，篩選出頻域離散幅頻序列Y(f)中大于K的那部分離散散幅頻序列Y′(f)；經過多次試驗，閾值K選取為頻域離散幅頻序列Y(f)中從大到小排序第300個點所對應的值；篩選后的離散散幅頻序列Y′(f)為鋸齒波，往往在一個波峰臨近位置還有數個波峰，因此尋找波峰時依據該點峰值大于前后相鄰5個頻率所對應的Y(f)來代表這個區域的波峰；即{f′_i}中的頻率f滿足以下公式：