基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，属于信号灯控制领域，本发明专利技术要解决的技术问题为如何实时采集道路上车流量信息，进行方案配时优化，预测拥堵指数，针对路口通行提出应对的信号配时方案，调节交通流，采用的技术方案为：该方法具体步骤如下：S1、规划建设车流量‑信号方案数据库；S2、预测拥堵系数；S3、交通信号方案专家制定信号灯配时方案并存入到车流量‑信号方案数据库中；S4、对任一时间区间内实时车流量进行规则判断，匹配出下一时间区间的最优信号灯配时方案；S5、将获取到的信号灯配时方案包装成信号机平台能够识别的方案并发送至信号机平台，实现对交通路口的交通信号灯实时动态调节。

Method of Optimal Signal Timing Scheme Based on Dynamic Matching of Traffic Signal Controller

【技术实现步骤摘要】
基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法
本专利技术涉及信号灯控制领域，具体地说是一种基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法。
技术介绍
国内路口多使用交通信号控制机进行交通信号的控制与管理，据统计，截止到2018年，我国交通信号控制路口保有量大约有13万个。交通信号控制机均是定时控制设定好的方案，有单段式定时控制、多段式定时控制等。定时控制方法中使用的定时方案根据交通调查的历史数据制定，确定后维持不变直至下次交通调查。交警是道路交通管控的直接管理者，交警需要按照一天内不同时间的车流、行人密度提前在信号控制机设定好不同的配时方案，在路口人为的进行交通信号灯的控制，且由于专业限制，交管部门在设定信号灯配时方案时主要依据管控经验进行，根据方案部署后的交通通行反馈情况再次进行调整。显然使用传统的信号控制机定时控制方式存在不能适应交通流的随机变化，缺少灵活性，时效性差等问题。目前信号灯配时方案内容单一，需要耗费大量人力、物力维护信号方案。近年来，国内一直在进行城市道路信息化建设，致使极大地丰富了城市道路交通流的感知手段和方式。在目前的智能交通信号灯研究领域中，也有越来越多的人提出利用视频等手段实时采集道路上车流量信息，进行方案配时优化，预测拥堵指数，针对路口通行提出应对的信号配时方案，调节交通流。故如何实时采集道路上车流量信息，进行方案配时优化，预测拥堵指数，针对路口通行提出应对的信号配时方案，调节交通流是急需要解决的技术问题。专利号为CN108389403A的专利文献公开了一种基于车流量捕捉的交通信号灯及限速标志智能调节方法，所采用的技术方案为包括用于采集道路车流量信息的采集摄像头及安装有交通仿真软件的控制计算机以及用于储存交通信号灯及电子限速标志调整方案的云端数据库服务器，采集摄像头采集实时道路交通信息，经处理后同步到控制计算机内进行仿真运行，然后根据实时道路交通情况匹配最优的交通信号灯及电子限速标志的调节方案，以实现对交通信号灯及电子限速标志的动态调节。但是该技术方案不能根据实时采集的道路车流量信息进行方案配时优化，预测拥堵指数，针对路口通行提出应对的信号配时方案，调节交通流。
技术实现思路
本专利技术的技术任务是提供一种基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，来解决如何实时采集道路上车流量信息，进行方案配时优化，预测拥堵指数，针对路口通行提出应对的信号配时方案，调节交通流的问题。本专利技术的技术任务是按以下方式实现的，基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，该方法是通过交通信号方案专家制定信号灯配时方案，每条信号灯配时方案中设置相应的规则判断值，将制定的信号灯配时方案存到车流量-信号方案数据库中；通过道路摄像头或车载GPS收集各个车道的实时车流量，对车流量数据经过规则分析判断，利用动态规划算法在车流量-信号方案数据库中匹配到最佳信号灯配时方案；具体步骤如下：S1、规划建设车流量-信号方案数据库；S2、预测拥堵系数：利用道路摄像头或车载GPS实时采集车流量信息，将车流量信息存入车流量-信号方案数据库中，根据车流量-信号方案数据库中数据分析路口的拥堵状态，预测下一时段路口的拥堵系数；S3、交通信号方案专家制定信号灯配时方案并存入到车流量-信号方案数据库中；S4、对任一时间区间内实时车流量进行规则判断，匹配出下一时间区间的最优信号灯配时方案；S5、将获取到的信号灯配时方案包装成信号机平台能够识别的方案并发送至信号机平台，实现对交通路口的交通信号灯实时动态调节。作为优选，所述车流量-信号方案数据库包括流量表(car_flow)、配时方案表(signal_list)、信号方案下发记录表(send_record)；其中，流量表用于记录收集到的各车道的实时车流量；配时方案表用于存储信号灯配时方案；信号方案下发记录表用于记录信号方案下发日志。作为优选，所述步骤S2中的车流量信息存入车流量-信号方案数据库中的流量表中。更优地，所述步骤S2中预测拥堵系数的具体步骤如下：S201、对路口上的车道进行重定义：按照路口名-车辆行驶方向-车道数的命名规则对车道进行命名，便于收集道路上交通流信息；S202、利用道路摄像头和车载GPS实时采集各个道路上的车流量、行人流量的信息；使用道路上已有摄像头进行信息采集，整理出车道数量、各个车道的车辆数以及路口等待的行人数，节省时间成本、价格成本。更优地，所述步骤S201中对路口上的车道进行重定义的具体步骤如下：S20101、方向划分：按照车辆行驶方向进行划分；例如最上端车辆从北往南行驶，则该车辆所在车道的方向则命名为NTS；S20102、车道数定义：按照交通仿真工具PTVvissim规则，一条道路上有两条以上车道数时，观察车道行驶方向，最外侧为第一车道，由外向内依次为车道命名；例如车辆所在车道为第一车道，车辆所在车道可重定义为RoadName-NTS-01。作为优选，所述步骤S3中交通信号方案专家制定红绿灯配时方案并存入到车流量-信号方案数据库中配时方案表(signal_list)；其中，信号灯配时方案中包括配时方案中所需周期时长、有效绿灯总时长、每个序列的绿灯时长、方案优选的时间区间以及方案的预选判断条件。作为优选，所述步骤S4中对任一时间区间内实时车流量进行规则判断，匹配出下一时间区间的最优信号灯配时方案的具体步骤如下：S401、设定一个时间区间范围(interval)，优选15分钟，从车流量-信号方案数据库的流量表(car_flow)中按照车道汇总统计当前时间区间的车流量；S402、计算出当前车道的拥堵系数TPI：按照步骤S2中重定义的车道分类汇总车流量、统计各车道的实时车辆通行数目、车辆的通行方向、车道的红绿灯比例以及车道的限速情况，计算出车道的拥堵系数；S403、从车流量-信号方案数据库的配时方案表(signal_list)中匹配出最优配时方案，采用动态规划算法实现匹配最优信号灯配时方案的过程；其中，动态规划算法是将问题分解成若干个相互联系的子问题，通过求解子问题的解得到原问题的解，实质是分治思想和解决冗余。更优地，所述步骤S402中计算出当前车道的拥堵系数TPI，按照步骤S2中重定义的车道分类汇总车流量，统计各车道的实时车辆通行数目的具体步骤如下：S40201、将十字路口制作成四相序列的相位图，分别为序列组①、序列组②、序列组③和序列组④；其中，序列组①包含两个车道，统计的数据命名为RoadName-WTE-01和RoadName-WTE-02；序列组②包含两个车道，统计的数据命名为RoadName-ETW-01和RoadName-ETW-02；序列组③包含两个车道，统计的数据命名为RoadName-STN-01和RoadName-STN-02，序列组④包含两个车道，统计的数据命名为RoadName-NTS-01和RoadName-NTS-02；序列组①和序列组②构成相对序列组1，序列组③和序列组④构成相对序列组2，每个相对序列组在车流量-信号方案数据库的配时方案表中对应一个标准单相最大值(Std_Uniphase_Max_SequenceNo)；S40202、对步骤S40201中统计的各车道车流量数据处理，得到各个相对序列组的实际单相最大值(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，该方法是通过交通信号方案专家制定信号灯配时方案，每条信号灯配时方案中设置相应的规则判断值，将制定的信号灯配时方案存到车流量‑信号方案数据库中；通过道路摄像头或车载GPS收集各个车道的实时车流量，对车流量数据经过规则分析判断，利用动态规划算法在车流量‑信号方案数据库中匹配到最佳信号灯配时方案；具体步骤如下：S1、规划建设车流量‑信号方案数据库；S2、预测拥堵系数：利用道路摄像头或车载GPS实时采集车流量信息，将车流量信息存入车流量‑信号方案数据库中，根据车流量‑信号方案数据库中数据分析路口的拥堵状态，预测下一时段路口的拥堵系数；S3、交通信号方案专家制定信号灯配时方案并存入到车流量‑信号方案数据库中；S4、对任一时间区间内实时车流量进行规则判断，匹配出下一时间区间的最优信号灯配时方案；S5、将获取到的信号灯配时方案包装成信号机平台能够识别的方案并发送至信号机平台，实现对交通路口的交通信号灯实时动态调节。

【技术特征摘要】
1.基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，该方法是通过交通信号方案专家制定信号灯配时方案，每条信号灯配时方案中设置相应的规则判断值，将制定的信号灯配时方案存到车流量-信号方案数据库中；通过道路摄像头或车载GPS收集各个车道的实时车流量，对车流量数据经过规则分析判断，利用动态规划算法在车流量-信号方案数据库中匹配到最佳信号灯配时方案；具体步骤如下：S1、规划建设车流量-信号方案数据库；S2、预测拥堵系数：利用道路摄像头或车载GPS实时采集车流量信息，将车流量信息存入车流量-信号方案数据库中，根据车流量-信号方案数据库中数据分析路口的拥堵状态，预测下一时段路口的拥堵系数；S3、交通信号方案专家制定信号灯配时方案并存入到车流量-信号方案数据库中；S4、对任一时间区间内实时车流量进行规则判断，匹配出下一时间区间的最优信号灯配时方案；S5、将获取到的信号灯配时方案包装成信号机平台能够识别的方案并发送至信号机平台，实现对交通路口的交通信号灯实时动态调节。2.根据权利要求1所述的基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，所述车流量-信号方案数据库包括流量表、配时方案表、信号方案下发记录表；其中，流量表用于记录收集到的各车道的实时车流量；配时方案表用于存储信号灯配时方案；信号方案下发记录表用于记录信号方案下发日志。3.根据权利要求1所述的基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，所述步骤S2中的车流量信息存入车流量-信号方案数据库中的流量表中。4.根据权利要求1或3所述的基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，所述步骤S2中预测拥堵系数的具体步骤如下：S201、对路口上的车道进行重定义：按照路口名-车辆行驶方向-车道数的命名规则对车道进行命名；S202、利用道路摄像头和车载GPS实时采集各个道路上的车流量、行人流量的信息；使用道路上已有摄像头进行信息采集，整理出车道数量、各个车道的车辆数以及路口等待的行人数。5.根据权利要求4所述的基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，所述步骤S201中对路口上的车道进行重定义的具体步骤如下：S20101、方向划分：按照车辆行驶方向进行划分；S20102、车道数定义：按照交通仿真工具PTVvissim规则，一条道路上有两条以上车道数时，观察车道行驶方向，最外侧为第一车道，由外向内依次为车道命名。6.根据权利要求1所述的基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，所述步骤S3中交通信号方案专家制定红绿灯配时方案并存入到车流量-信号方案数据库中配时方案表；其中，信号灯配时方案中包括配时方案中所需周期时长、有效绿灯总时长、每个序列的绿灯时长、方案优选的时间区间以及方案的预选判断条件。7.根据权利要求1所述的基于交通信号控制机动态匹配最优信号配时方案的方法，其特征在于，所述步骤S4中对任一时间区间内实时车流量进行规则判断，匹配出下一时间区间的最优信号灯配时方案的具体步骤如下：S401、设定一个时间区间范围，从车流量-信号方案数据库的流量表中按照车道汇总统计当前时间区间的车流量；S402、计算出当前车道的拥堵系数TPI：按照步骤S2中重定义的车道分类汇...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥星，赵胜男，赵锦，
申请(专利权)人：浪潮软件集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37