[发明专利]一种干道优先的交叉口自适应交通信号控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能交通控制和自动化科学技术领域，具体地说，涉及一种干道优先的交叉口自适应交通信号控制方法。

背景技术

随着城市化进程的加速发展，城市居民增加，城市车辆保有量快速增长，随之而来的交通拥堵已经成为一个影响居民工作、生活质量的重要因素。在不考虑交通意外事故的条件下，道路交叉口通常是交通堵塞形成的起源。在道路基础设施建设、城市规划基本固定的前提下，通过合理设置交通信号实现交叉口通行能力的提高，不但可以节约居民出现时间，还能避免由交叉口堵塞而引发的邻近路段拥堵，进一步减轻由此造成的空气、噪声污染等问题。

传统的交通信号控制通常采用固定时长配时方法，为各信号灯相位设置固定的绿灯时间，从绿灯亮起时开始计时，计时到达指定时长后，当前相位转为黄灯，信号控制机经过一个黄灯时间过度后将绿灯切换到下一个相位，当前相位进入红灯阶段。固定配时控制方法容易实现但缺乏灵活性，例如，当车道已经清空但计时尚未结束，则信号灯无法切换会造成路口空闲；而当计时结束车辆尚未清空，且下一相位无车辆等待通过时，信号灯仍然切换同样造成路口资源浪费。Zhang等讨论了独立路口绿灯持续时间动态范围的优化设置，但该类方法需要经过多次迭代才能确定最优配时(IEEE transactions on intelligent transportation systems,2011,12(1):164-173.)。卫星等基于遗传控制算法以平均延误时间最小化作为优化目标提出一种交通信号自适应控制算法，但算法存在实时性和收敛性方面的不足(系统仿真学报,vol.24(11):2255-2258)；Boon等提出了按组完全控制方式下的车辆驱动策略，但在路口车流量分布不均匀时，某个具有较高车流量的车道会完全占据绿灯时间使得信号灯无法向下一个方向切换(Probability in the Engineering and Informational Sciences,2012,26(3):337-373.)；此外，上述方法中没有针对车道类型进行优先级的区分。章如峰等提出一种基于主干道协调优先的区域交通信号控制方法(CN102982688A,2013)，通过优化信号相位差实现主干道区域通行效率的提高，但没有给出单点交叉口的配时方案，线控系统的实时优化计算复杂度较高；程琳等针对公交车和普通车辆混合行驶的道路交叉口提出了一种公交优先的交通信号控制方法(CN103065479A,2013)，但该方法仅以公交优先作为优化指标，没有考虑车流量、车道类型等因素。

相对公知的交通信号控制策略，本发明基于轮询控制方式，提出一种基于完全服务的干道优先交叉口自适应交通信号控制方法，讨论了当交叉口为干道和非干道交叉口时，如何根据完全服务规则进行信号配时计算并且通过设置最大绿灯时间上限保证车道间的公平性；另一方面，当某相位绿灯达到最大绿灯时间上限时，信号控制机再根据车道类型进一步确定信号灯切换方式：非干道绿灯时间到达上限后切换至下一相位，若为干道则按回退控制算法决定绿灯是否切换，从而保证干道优先通行权。经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种干道优先的交叉口自适应交通信号控制方法，以轮询控制系统为核心，以实现干道优先的交通信号控制为出发点，根据历史统计的车道饱和流率、车辆到达率、车道类型的参数，给出对交叉口各个相位进行交通信号基准配时，再根据实时交通情况，对基础配时进行自适应修正的方法，提出了完全清空策略配时计算方法，以及干道绿灯时间延长概率的计算方法。

其技术方案如下：

一种干道优先的交叉口自适应交通信号控制方法，首先，将交叉路口描述为一个切换服务系统，渠化车道相当于排队队列，交通信号控制机相当于中心控制器采用完全服务方式计算各个渠化车道占用路口资源的时间(绿灯时间)，通过交叉口各个历史监测数据；同时，对信号控制机设置最大绿灯时间上限，当干道绿灯时间大于绿灯时间上限时，信号控制机根据回退算法计算延长绿灯时间概率，以延长绿灯时间概率允许干道绿灯时间延长，当辅导绿灯时间大于绿灯时间上限时，按照绿灯时间上限进行绿灯信号配时。包括以下步骤：(1)初始化车道参数

将交叉路口描述为一个切换服务系统，渠化车道相当于排队队列，相同行驶方向的车道被视为一个信号相位，交通信号控制机相当于中心控制器，根据历史监测数据实现交叉口信号控制系统的参数初始化：

N：交叉口信号相位数量；

i：信号相位编号，i＝1,2,…,N；

j：一天中时段编号，每个时段对应一小时，j＝1,2,…,24；