[发明专利]一种基于无线传感器网络的单点自组织交通信号控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通控制领域，尤其是一种交通信号控制方法。 

背景技术

交通信号控制能够有效地改善道路交通的秩序和效率，交通信号控制方式已由单点固定配时信号控制发展到联网自适应信号控制，在城市道路交通发展过程中发挥了举足轻重的作用。目前，交通信号控制系统面临的最大问题是难以对拥挤交通流进行有效疏导，其主要原因在于： 

(1)缺乏充足的实时交通数据 

现有技术中，动态交通信号控制主要是基于环形感应线圈数据。由于线圈的布设位置通常限于路段的上游或交叉口停车线附近，所采集的交通数据较为有限，导致已有信号配时优化算法只能通过估算相应交通参数的方式进行优化计算。在拥挤条件下，依赖于估算的交通参数进行信号配时，其结果与实际交通状况相比误差较大。而增设及维修成本则相对较高，因而阻碍了动态交通信号控制的功能扩展，导致现有交通控制方法在控制拥挤交通流时效果不佳。 

(2)局限于传统的信号配时理念 

现有技术中，通常在固定的最大信号周期、固定的相位相序以及最大绿灯延时等概念下进行拥挤交通流的疏导，影响了控制效果的进一步提高。其影响主要体现在： 

①周期时长的限制。由于存在最大的周期时长，限定了可分配的时间资源，进而限制了各相位绿灯时间的可调空间。当各方向交通需求均增大时，各相位的绿灯时长调节率将达到极限，此时无法再为需求更大的相位争得绿灯时间，因而无法对急迫需要放行的车流进行有效疏导。 

②固定的相序限制。由于各相位的执行顺序在整个控制过程中始终保持不变，因此当各相位对绿灯请求权的紧迫程度差异较大时，已有控制方式无法改变相位的显示顺序，因而亦无法及时地对急迫请求绿灯的相位做出实时响应。在这种情况下，现有信号控制方法是一种延迟满足，不利于对拥挤交通流的及时疏导。 

③固定的相位限制。由于各相位，即不同车流方向在同一时间获得绿灯通行权的组合方式始终不变，因此当不同车流方向的交通需求不平衡时，现有信号控制方法无法重新组合不同的车流方向，并对拥挤的方向优先放行。 

④同等优先权限制。在交通拥挤条件下，通常各相位的交通流对绿灯的渴求程度不同，优先疏导哪一股交通流将直接影响该交叉口甚至整个路网的运行效率。在现有信号控制方法中，各相位具有同等优先权，导致配时结果无法照顾特殊流向交通疏导的需求。 

由于缺乏实时精确的交通数据，且没有突破传统信号配时理论方法的束缚，因此现有交通信号控制技术在非拥挤条件下控制效果较好，但在拥挤条件下控制效果不佳。 

发明内容

为了克服已有交通信号控制方法缺乏实时精确的交通数据、在拥挤条件下控制效果差的不足，本发明提供一种能够实时精确的检测交通数据，在拥挤条件下实现良好的控制效果的基于无线传感器网络的单点自组织交通信号控制方法，简记为DTSC-WSN。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种基于无线传感器网络的单点自组织交通信号控制方法，包括以下步骤： 

1)布设无线传感器网络中的信息采集节点、信息汇聚节点和车载节点：将车载节点安置于行进车辆内部，信息采集节点布设在路边，汇聚节点布设在交叉口； 

2)设计候选相位集：所述交叉口有东、南、西、北四个进口方向，可将进口方向表示为η∈{E，S，W，N}，其中E表示东，S表示南、W表示西，N表示北；车辆的运行方向可表示为θ∈{L，T，R}，其中L表示左转，T表示直行，R表示右转，{η，θ}表示车辆所在的车道，每一车道分配一个相位p(η，θ)； 

3)实时采集交通数据：行进车辆上的车载节点计算出自身的位置信息(x，y)和速度信息v，并将状态信息(x，y，v)发送给对应的信息采集节点，信息采集节点收到车载节点发送的状态信息后，便能够计算出该行进车辆所在的车道，以及该行进车辆与交叉口停车线的距离，并计算各车道排队车辆数Q(η，θ)； 

4)以各车道排队车辆数为基础，计算路段排队长度，并采用模糊聚类方法对交叉口的交通状态进行判别，如判定处于非拥挤状态，按照原信号配时方案执行，如判定处于拥挤，转为步骤5)； 

5)当前某相位绿灯结束，即将发放下一相位绿灯通行权时，计算当前各流向的等待时间，若等待时间超过其上限值，则选择其中等待时间最大的流向作为关键流向，否则，按照下面的方法确定关键流向： 

请求绿灯通行权迫切程度最高的关键流向筛选方法为： 

p_key(η，θ)＝max{Q(η，θ)×ω(η，θ)}    (1)