[发明专利]一种交通信号控制器控制效果在线评价方法及系统

权利要求书

1.一种交通信号控制器控制效果在线评价方法，采用一种交通信号控制器控制效果的在线评价系统实现，所述系统组成包括：

交通信息采集模块，对道路交叉口的实时交通信息进行数据采集，采集设备包括道路检测器及交通信号控制器，其中，道路检测器可采用环形线圈检测器、视频检测器、超声波检测器等常用检测器，采集数据应至少包括可分辨的交叉口编号、道路检测器编号或车辆占用车道编号、车辆通过时间、车速或检测器占用时间，同时，所用道路检测器须具备采集数据实时上传至云端的功能或相关辅助模块；交通信号控制器所采集数据至少包括可分辨的交叉口编号、相位起始或结束时间、相位状态及持续时间，另外所用交通信号控制器须具备采集数据实时上传至云端的功能或相关辅助模块；

云端存储模块，是在云端服务器上建立所需的三个及以上的数据库，用于存储、调用采集到和处理后的数据；具体包括道路检测器数据库、交通信号控制器数据库和控制效果评价数据库，根据需求添加交通参数信息数据库、交通信号优化数据库；道路检测器数据库和交通信号控制器数据库与交通信息采集模块和交通数据处理模块连接；控制效果评价数据库与交通信号控制器效果评价模块和交通信号优化模块连接；

交通信号控制器控制效果评价模块，包括交通信息提取与处理单元和控制效果评价单元；交通信息提取与处理单元对采集并存储于服务器数据库中的实时原始数据进行提取、计算处理，得到当前有价值的交通基本参数，具体包括交通量、平均速度、行程时间、排队长度；据此计算结果，控制效果评价单元对当前交通状态下的交通信号控制器控制效果进行评价指标计算；将交通状态评价指标分为通行状态评估指标和控制效益评估指标两部分；将通行状态评估指标再细分为基本指标和特征指标两个子部分，其中基本指标包括交通量、平均速度、排队长度，此子部分指标可由交通信息提取和处理单元完成计算；特征指标包括最大流量比，此子部分可由控制效果评价方法及单元完成；可将控制效益评估指标可以分为相对指标和绝对指标两个子部分，其中相对指标包括最大流量比变化率等等，此子部分可在交通信号优化模块完成优化后进行控制效果再评价时计算；绝对指标包括单位绿灯时间通过量、饱和度、平均信号控制延误等等，此子部分可由控制效果评价方法及单元完成；

交通信号优化模块，作为拓展模块用以完善交通信号控制器控制效果在线评价系统的后续信号优化功能；通过信号优化单元读取云端存储模块的控制效果评价数据库，据此对当前的交通信号控制器进行信号优化；

所述方法包括如下步骤：

步骤1，交叉口交通数据的采集

交通信息采集模块的交叉口交通数据采集设备实时采集交通信息，道路检测器采集数据应至少包括可分辨的交叉口编号、道路检测器编号或车辆占用车道编号、车辆通过时间、车速或检测器占用时间；交通信号控制器所采集数据至少包括可分辨的交叉口编号、相位起始或结束时间、相位状态及持续时间；

步骤2，交叉口交通数据的存储

采集得到的数据实时上传，且由道路检测器和交通信号控制器所采集的数据分别存储于云端存储模块的道路检测器数据库和交通信号控制器数据库；

步骤3，交通数据的提取与处理

交通信号控制器控制效果评价模块中的交通信息提取与处理软件读取采集数据的数据库，并将数据做一定的处理，计算得到需要的交通参数；所述交通参数包括交通量、平均速度、排队长度；

步骤4：交通信号控制器的控制效果评价：

使用上述交通参数计算得到相应的评价指标，其包括如下子步骤；

S401软件与道路检测器数据库和信号控制器数据库建立连接，并找到当前时刻存储采集数据的数据表；其中，道路检测器数据库的数据表记为表D、信号控制器数据库的数据表记为表S；

S402计算最大流量比：(1)输入当前指标计算时段T，单位：s；(2)计算当前信号周期C，单位：s；(3)按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；(4).针对每一个方向，计算饱和流率S，单位：pcu/h、绿灯总时长Gsum_i单位：s，和总交通量Qsum_i，单位：pcu/h，其具体公式为：其中，取饱和车头时距h₀＝2s，其中i表示当前计算时段内的信号周期数，G表述绿灯时长，Q标识交通量；(5)计算第i个方向的流量比，其具体计算公式为：(6)计算最大流量比，其具体计算公式为：

S403，计算单位绿灯时间通过量，具体方法是：

(1)输入当前指标计算时间T，单位：s；(2).计算当前信号周期C，单位：s；(3).按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；(4)针对每一个方向，计算绿灯总时长Gsum_i，单位：s；和总交通量Qsum_i，单位：pcu/h，其具体公式为：其中i表示当前计算时段内的信号周期数，G表述绿灯时长，Q标识交通量；(5)计算绿灯总时长Gsum和总交通量Qsum，其具体公式为：(6)计算单位绿灯时间通过量Q₀，单位：pcu/s，其具体公式为：

S404，计算饱和度，对于使用线圈检测器情况下的具体方法是：

(1)输入当前指标计算时间T，单位：s；(2)计算当前信号周期C，单位：s；(3)计算饱和流率S，单位：pcu/h，其具体计算公式为：其中，取饱和车头时距h₀＝2s；(4)按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；(5)针对每一个方向，计算饱和度x_i，其具体公式为：其中i表示当前计算时段内的信号周期数，G表述绿灯时长，Q标识交通量；(6)计算每个方向车道的饱和度x_i，其具体公式为：其中，Cap_i为第i个方向车道的实际通行能力，单位：pcu/h；λ_i为第i个方向车道的绿信比；(7)计算交叉口饱和度X，其具体公式为：

S405，计算平均信号控制延误，具体方法是：

(1)输入当前指标计算时间T，单位：s；(2)计算当前信号周期C，单位：s；(3)计算饱和流率S，单位：pcu/h，其具体计算公式为：其中，取饱和车头时距h₀＝2s；(4)按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；(5)针对每一个方向，计算绿信比λ_i；(6)调用步骤4中计算得到的第i个方向车道的饱和度x_i，计算平均延误d_1i，单位：s，其具体计算公式为：(7)计算每个方向车道的随机附加延误d_2i(单位：s)，其具体公式为：其中，CAP为所计算车道的通行能力，单位pcu/h；e为单个交叉口信号控制类型校正系数，定时控制宜取0.5；感应控制e随饱和度与绿灯延长时间而变，取值范围宜为0.04～0.5；(8)计算交叉口的平均延误d₁，单位：s；和随机附加延误d₂，单位：s；其具体计算公式为：(9)计算交叉口平均信号控制延误，其具体公式为：d＝d₁+d₂；

S406，根据实时控制策略和情况，选择计算其他的通行状态评估指标和控制效益评估指标；

S407，判断此次评估指标是否完成； 若完成，则将计算结果写入云端存储模块的控制效果评价数据库；若未完成计算，则返回S401，重新尝试计算；

步骤5，评价指标数据的存储

将交通信号控制器控制效果评价模块计算得到的交通信息提取与处理软件和控制效果评价软件的指标存到云端存储模块的控制效果评价数据库中；

步骤6，交通信号优化：

交通信号优化模块从数据库中调取控制效果评价的相关指标数据，并据此进行信号优化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括如下具体步骤：

S301，软件与道路检测器数据库和信号控制器数据库建立连接，并找到当前时刻存储采集数据的数据表，其中，道路检测器数据库的数据表记为表D、信号控制器数据库的数据表记为表S；

S302，计算交通量，具体方法是：(1)设置以当前时刻为起点、5分钟时长为周期的定时器，并启动；(2)判断“结束”按钮是否触发； 若触发，结束计算；否则执行下一步；(3)定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近5分钟内表D中的数据，按检测器编号将车辆分为东、南、西、北四个交叉口进口道；(4)计算某一交叉口进口车道的数据条数即得都该方向的5分钟交通量,计算四个方向的5分钟交通量；(5)根据需求对5分钟交通量进行累加得到其他时长的交通量；(6)此次计算是否完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发；

S303，计算平均速度，对于使用线圈检测器情况下的具体方法是：(1)设置以当前时刻为起点、1小时时长为周期的定时器，并启动；(2)判断“结束”按钮是否触发；若触发，结束计算；否则执行下一步；(3)定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近1小时内表D中的数据，筛除停驻在检测器上的车辆和占用检测器时间为0的无效数据，按检测器编号将数据分别分入四个方向的交叉口进口车道；(4)使用检测器宽度与车辆占用检测器时间的比值，计算某一个进口车道方向每一辆车的速度；(5)对求得的全部车辆速度做算数平均作为交叉口某一方向车辆的平均车速；(6)计算交叉口四个进口车道方向的平均车速；(7)此次计算是否完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发；

S304，基于步骤3结果，结合实际交叉口尺寸，在同时期定时器内对车辆通过交叉口的旅行时间进行估算；

S305，计算排队长度，对于使用线圈检测器情况下的具体方法是：(1).设置以当前时刻为起点、1小时时长为周期的定时器，并启动；(2).判断“结束”按钮是否触发,若触发，结束计算；否则执行下一步；(3)定时器触发后执行事件：读取当前时刻最近1小时内表D和表S中的数据，筛除占用检测器时间小于2秒的无效数据；(4)按交叉口东进口的左转直行右转、西进口的左转直行右转、南进口的左转直行右转和北进口的左转直行右转将数据分为12个方向；(5)从S表中提取每个方向的红灯起始时间；(6)计算每个方向筛选后数据中在各自红灯期间的车辆数，即作为该方向一周期内的排队长度；(7)对于每一个方向，将提取的每一个红灯期间的排队长度作算术平均，即得该方向近1小时内的平均排队长度；(8)此次计算12个方向是否均已完成，若未完成，则尝试重新计算；否则，返回(3)等待定时器再次触发。