[發明專利]基于信息物理系統的單交叉口信號配時方案滾動優化方法

有效

• 申請號: 202310064933.6
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN116189463B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 盧凱;陳恒宇;江書妍;樊舒穎;張小渝;林永杰;周志潔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G08G1/081
• 分類號: G08G1/081;G08G1/083
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于信息物理系統的單交叉口信號配時方案滾動優化方法，該方法包括：確定交叉口CPS的結構與組成功能；設定交叉口CPS各個進口方向的控制范圍；計算車輛CPS駛離交叉口的理想時刻；采集車輛CPS的實時狀態信息；根據車輛CPS的實時狀態信息以及下一個優化周期的通行相位綠燈起止時刻，判定車輛CPS在下一個優化周期的通行狀態；計算交叉口CPS的單位時間車均預計延誤；優化交叉口CPS的信號配時方案；根據當前運行時間判斷是否繼續進行滾動優化。本發明通過建立面向交叉口信號控制的CPS架構，設計交叉口CPS的結構與組成功能，計算交叉口CPS控制范圍內所有車輛CPS的預計延誤，實現了CPS在交叉口信號配時方案滾動優化中的應用。

技術領域

本發明屬于信息物理系統和交通信號控制的技術領域，具體涉及一種基于信息物理系統的單交叉口信號配時方案滾動優化方法。

背景技術

信號交叉口是城市路網的關鍵節點，對城市交通運行效率具有至關重要的影響。目前單交叉口信號控制方式主要包括定時控制、感應控制和智能控制，其中定時控制作為最基礎的單交叉口信號控制方法，應用較為廣泛，但其僅適用于流量變化較為規律的交叉口，無法應對流量變化頻繁且不穩定的情形；感應控制則能夠根據采集到的交通流量數據，對交叉口信號配時參數進行實時調整，但其主要關注于到達交叉口停車線附近的部分車輛，難以優化整個交叉口的通行效率；智能控制則可以面對流量變化復雜的交叉口，通過感知交叉口全域內的車輛運行信息，采取能夠適應不同流量變化的智能優化方法，提升單交叉口信號配時優化方案的整體運行效果。

現代城市交通系統是一個典型的信息物理系統(Cyber-Pysical?System，CPS)，具有顯著的工程復雜性和社會復雜性，呈現出動態性、開放性、交互性、自主性等特征。現有相關研究多關注于數據檢測、路徑決策、通信干擾等技術，如何將CPS理論框架和交通信號控制方法進行有機融合，通過對交通系統的信息域與物理域進行高度集成，利用實時感知信息建立一套具有自主調節與實時控制功能的交叉口信號控制系統，實現對交叉口信號配時方案的實時滾動優化，具有重要的研究價值與現實意義。

發明內容

本發明的主要目的在于針對現有單交叉口信號配時優化方法較少考慮各進口上游駛入車輛的不足，提供一種基于信息物理系統的單交叉口信號配時方案滾動優化方法，通過建立一種面向交叉口信號控制的信息物理系統架構，實時獲取交叉口控制范圍內的車輛運動狀態信息，計算不同信號配時方案下所有車輛的通行狀態及預計延誤，以實現單交叉口信號配時方案的滾動優化。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一個方面，提供了一種基于信息物理系統的單交叉口信號配時方案滾動優化方法，包括下述步驟：

確定交叉口CPS的結構與組成功能；

設定交叉口CPS各個進口方向的控制范圍；

計算車輛CPS駛離交叉口的理想時刻；

采集車輛CPS的實時狀態信息；

根據車輛CPS的實時狀態信息以及下一個優化周期的通行相位綠燈起止時刻，判定車輛CPS在下一個優化周期的通行狀態；

根據車輛CPS在下一個優化周期的通行狀態，計算交叉口CPS的單位時間車均預計延誤；

優化交叉口CPS的信號配時方案，包括信號燈CPS信號周期時長與車隊CPS通行相位時間；

根據當前運行時間判斷是否繼續進行滾動優化，若未達到設定的最大運行時間，則重新采集車輛CPS的實時狀態信息，進行下一輪滾動優化；若達到設定的最大運行時間，則結束滾動優化。

作為優選的技術方案，所述確定交叉口CPS的結構與組成功能，具體為：

根據CPS的體系架構，將交叉口CPS分為單元級CPS、子系統級CPS和系統級CPS；