一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，包括：从通行状态、控制效益两方面出发，确定各项评估指标计算结果；结合信控交叉口的交通需求，以单个控制时段作为问题诊断的时间粒度，以评估指标计算结果作为输入，基于信号控制优化模型输出预优化方案，并确定各类可评估指标的参考区间，对各类可评估指标的运行状态进行定量分析；从供给不合理、需求不合理两方面入手，构建交通问题诊断模型，基于可评估指标的运行状态定量分析结果，构建问题诊断与运行评估间的对应关系，确定潜在的优化目标，建立问题导向的控制信号优化，实现交通问题诊断。与现有技术相比，本发明专利技术能够精准、自主地对信号控制交叉口运行问题进行诊断。进行诊断。进行诊断。

【技术实现步骤摘要】
一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法


[0001]本专利技术涉及交通信息领域，尤其是涉及一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法。

技术介绍

[0002]传统的信号控制优化思路多基于特定评估指标(最大延误、排队长度、停车次数等)，专家通过分析交通问题所在，选取相应的管控措施(信号控制、交通组织、渠化设计等)进行相应的系统优化，其“问题诊断”环节多由管控经验和专家知识承担，现有的交通管控系统缺乏状态估计到问题诊断、以及问题导向的控制优化，不能形成自主闭环的机制。
[0003]在交通信号控制问题诊断方面，国内外学者基于交通检测设备直接采集的数据或间接计算所得到的运行评估参数，对诸如协调范围不合理、协调对象不合理、相位差设置不合理以及周期长度设置不合理等信号控制参数的合理性设置进行诊断；而随着互联网车辆轨迹数据、电子警察数据等新型数据源的广泛应用，部分学者结合实际的应用场景，直接对车流的运行质量和信号协调效果进行量化分析，从而对信号控制存在的问题进行诊断，并作为信号控制优化的依据；在此基础上，进一步研发了SPM系统、PASS系统等可视化诊断工具包。总的说来，不论是学术研究还是工程应用，交通信号控制问题诊断均已有了初步探索，但仍存在诊断问题种类单一、自动化程度欠缺等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，针对现有的信控交叉口管控系统缺乏由状态估计到问题诊断、以及问题导向的控制优化，不能形成自主闭环机制等缺陷进行改进，丰富了诊断问题种类，且能够精准、自主地对信号控制交叉口运行问题进行诊断。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1)从通行状态、控制效益两方面出发，构建面向交通问题诊断的城市道路信号控制交叉口评估指标体系，并基于交通检测设备所采集的数据进行周期级、车道级计算，得到各项评估指标计算结果；
[0008]步骤2)结合所分析的信控交叉口的交通需求，以单个控制时段作为问题诊断的时间粒度，以评估指标计算结果作为输入，基于信号控制优化模型输出控制信号的预优化方案，并确定各类可评估指标的参考区间；基于评估指标计算结果与参考区间，对各类可评估指标的运行状态进行定量分析，其中，所述参考区间为交通状况良好的情况下指标值应处的合理范围，所述可评估指标为具有参考区间的评估指标；
[0009]步骤3)从供给不合理、需求不合理两方面入手，构建面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断模型，并基于可评估指标的运行状态定量分析结果，构建问题诊断与运行评估间的对应关系，确定潜在的优化目标，建立问题导向的控制信号优化，实现交通问题
诊断。
[0010]与通行状态相关的评估指标包括交通量、车头时距变异系数、最大排队长度、绿灯启亮时刻排队长度、红灯启亮时刻排队长度、排队长度增长速度、短车道排队溢出周期比例、路段排队溢出周期比例。
[0011]与控制效益相关的评估指标包括饱和度、相位间需求失衡指数、相位内需求失衡指数、绿灯到达比例、平均停车次数、多次排队车辆比例、车均控制延误、绿灯空放时间比、绿灯利用率、排队清空时间比、相位供需失衡指数、交叉口清空余留周期比例。
[0012]所述步骤2)具体包括以下步骤：
[0013]步骤2
‑
1)基于当前信号控制交叉口的实际交通需求，以单个控制时段作为问题诊断的时间粒度，使用轻量化、可实施的信号控制优化模型，以交通量数据为输入，输出单点交叉口的信号配时预优化方案；
[0014]步骤2
‑
2)基于步骤1)所述的单点评估指标计算方法以及步骤2
‑
1)所述的信号控制优化模型，计算得到各类可评估指标的参考区间，其中，所述参考区间的确定方法包括基于饱和度实用限值的参考区间推导方法、基于规范/论文的参考区间确定方法与基于交通波重构的参考区间推导方法三类；
[0015]步骤2
‑
3)基于评估指标计算结果与参考区间，对各类可评估指标的运行状态进行定量分析。
[0016]所述信号控制优化模型的实现方法包括基于最小延误的WEBSTER法、基于饱和度的HCM法。
[0017]所述步骤3)具体包括以下步骤：
[0018]步骤3
‑
1)从供给不合理、需求不合理两方面入手，构建面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断模型，其中，所述交通问题诊断模型为一级
‑
二级
‑
三级架构，一级诊断问题分为供给不合理、需求不合理两类，该类结论属于宏观结论；二级诊断问题从多个方面进行细分，直接对应到所需采取的优化措施，其中，所述多个方面包括信号周期、相位相序、渠化设计；三级诊断问题作为交通系统问题表征的最小单元，用于建立与潜在优化目标和优化参数间的对应关系；同时，对诊断问题的严重等级进行划分；
[0019]步骤3
‑
2)基于可评估指标的运行状态定量分析结果，构建问题诊断与运行评估间的对应关系；
[0020]步骤3
‑
3)对各类三级诊断问题进行识别，根据三级诊断问题及其严重等级，确定潜在的优化目标，得到对应的优化措施；
[0021]步骤3
‑
4)在对各类三级诊断问题进行识别的基础上，综合分析各类三级问题的诊断结果，对一/二级诊断问题进行诊断，实现信号控制交叉口的宏观控制。
[0022]所述三级诊断问题包括：
[0023]TOD时段内交通量波动较大、车流交叉冲突较严重、直行车流受转向车流干扰、流向不均衡系数较大、绿灯时间利用率较低、饱和度较高、排队长度较长、车道溢出、停车次数较多、多次排队比例较高、信控延误较高、相位末车流消散较慢、低饱和路口、拥堵瓶颈、路段溢出、低速车队、拥堵呈线状蔓延，每一个三级诊断问题的诊断结论按照严重等级划分为4个等级，分别为：无此问题、问题轻微、问题显著和问题严重。
[0024]所述供给不合理是指在所研究的控制时段内，因信号控制、几何设计、交通组织不
合理而导致的交通问题，体现于二级诊断问题的多个方面，具体包括：
[0025]a1)TOD划分不合理：指因TOD方案划分不合理从而导致的交通问题，体现为TOD时段内交通参数的波动较大，对应问题诊断的时间粒度为TOD时段级，空间粒度为交叉口级，诊断指标为各TOD时段内指定交通参数的变异系数；
[0026]a2)绿信比不合理：指因绿信比参数设置不合理从而导致的交通问题，问题诊断的时间粒度为TOD时段级，空间粒度为交叉口级，体现在如下所述的多个三级诊断问题中：绿灯时间利用率较低、饱和度较高、低饱和路口、信控延误较高、停车次数较多、多次排队比例较高、流向饱和度不均衡系数较大；
[0027]a3)信号周期不合理：指因信号周期参数设置不合理从而导致的交通问题本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)从通行状态、控制效益两方面出发，构建面向交通问题诊断的城市道路信号控制交叉口评估指标体系，并基于交通检测设备所采集的数据进行周期级、车道级计算，得到各项评估指标计算结果；步骤2)结合所分析的信控交叉口的交通需求，以单个控制时段作为问题诊断的时间粒度，以评估指标计算结果作为输入，基于信号控制优化模型输出控制信号的预优化方案，并确定各类可评估指标的参考区间；基于评估指标计算结果与参考区间，对各类可评估指标的运行状态进行定量分析，其中，所述参考区间为交通状况良好的情况下指标值应处的合理范围，所述可评估指标为具有参考区间的评估指标；步骤3)从供给不合理、需求不合理两方面入手，构建面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断模型，并基于可评估指标的运行状态定量分析结果，构建问题诊断与运行评估间的对应关系，确定潜在的优化目标，建立问题导向的控制信号优化，实现交通问题诊断。2.根据权利要求1所述的一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，其特征在于，与通行状态相关的评估指标包括交通量、车头时距变异系数、最大排队长度、绿灯启亮时刻排队长度、红灯启亮时刻排队长度、排队长度增长速度、短车道排队溢出周期比例、路段排队溢出周期比例。3.根据权利要求1所述的一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，其特征在于，与控制效益相关的评估指标包括饱和度、相位间需求失衡指数、相位内需求失衡指数、绿灯到达比例、平均停车次数、多次排队车辆比例、车均控制延误、绿灯空放时间比、绿灯利用率、排队清空时间比、相位供需失衡指数、交叉口清空余留周期比例。4.根据权利要求2所述的一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括以下步骤：步骤2
‑
1)基于当前信号控制交叉口的实际交通需求，以单个控制时段作为问题诊断的时间粒度，使用轻量化、可实施的信号控制优化模型，以交通量数据为输入，输出单点交叉口的信号配时预优化方案；步骤2
‑
2)基于步骤1)所述的单点评估指标计算方法以及步骤2
‑
1)所述的信号控制优化模型，计算得到各类可评估指标的参考区间，其中，所述参考区间的确定方法包括基于饱和度实用限值的参考区间推导方法、基于规范/论文的参考区间确定方法与基于交通波重构的参考区间推导方法三类；步骤2
‑
3)基于评估指标计算结果与参考区间，对各类可评估指标的运行状态进行定量分析。5.根据权利要求1或4所述的一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，其特征在于，所述信号控制优化模型的实现方法包括基于最小延误的WEBSTER法、基于饱和度的HCM法。6.根据权利要求1所述的一种面向城市道路信号控制交叉口的交通问题诊断方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括以下步骤：步骤3
‑
1)从供给不合理、需求不合理两方面入手，构建面向城市道路信号控制交叉口
的交通问题诊断模型，其中，所述交通问题诊断模型为一级
‑
二级
‑
三级架构，一级诊断问题分为供给不合理、需求不合理两类，该类结论属于宏观结论；二级诊断问题从多个方面进行细分，直接对应到所需采取的优化措施，其中，所述多个方面包括信号周期、相位相序、渠化设计；三级诊断问题作为交通系统问题表征的最小单元，用于建立与潜在优化目标和优化参数间的对应关系；同时，对诊断问题的严重等级进行划分；步骤3
‑
2)基于可评估指标的运行状态定量分析结果，构建问题诊断与运行评估间的对应关系；步骤3
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3)对各类三级诊断问题进行识别，根据三级诊断问题及其严重等级，确定潜在的优化目标，得到对应的优化措施；步骤3
‑
4)在对各类三级诊断问题进行识别的基础上，综合分析各类三级问题的诊断结果，对一/二级诊断问题进行诊断，实现信号控制交叉口的宏观控制。7.根据权利要求6所述的一种面向城市道路...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐克双，吴浩，刘家豪，邱红桐，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：