[发明专利]基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统

说明书

本发明公开了一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，包括交叉口几何信息模块、实时流量统计模块以及切换策略模块；所述切换策略模块根据交叉口几何信息模块以及实时流量统计模块中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。本发明通过平均饱和度指标，明确系统优化目标，可以有效降低信号控制系统优化复杂度，缩短信号控制策略达到最优解的优化时间、提升信号控制系统的优化精度，从而提升城市交通系统的运行效率。

技术领域

本发明涉及城市交通信号控制系统，尤其涉及一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统。

背景技术

城市信号控制是城市路网运行效率的关键因素。在过去的近一个世纪中，城市交通信号控制系统的发展主要可以划分为4个阶段，其中第一阶段是固定式信号控制，第二阶段是感应式信号控制，第三阶段是动态自适应信号控制，第四阶段则是智能交通系统框架下的多系统协同信号控制。在各个阶段下，城市信号控制系统都一贯的以系统最优为决策目标，其中最常见的优化目标主要包括以交叉口延误最小为目标和以交叉口通行能力最大为优化目标。以交叉口延误最小为目标的信号控制策略在进行信号控制优化时，为每一条进口道预测下一周期的交通流量，随着绿灯时长的变化，有些时候车辆可以全部通过无延误，而有些时候由于绿灯时长不足部分车路无法通过，就会产生延误，由于总绿灯时长是有限的，以交叉口延误最小为目标的信号控制策略通过优化不同进口道在下一周期内的绿灯时长降低整个交叉口的延误；以交叉口通行能力最大为优化目标的信号控制在进行信号控制优化时，为每一条进口道预测下一周期的交通流量，随着绿灯时长的变化，不同进口道可以通过的车辆数存在差异，由于总绿灯时长是有限的，以交叉口通行能力最大为优化目标的信号控制策略通过优化不同进口道在下一周期内的绿灯时长提升整个交叉口的总通过车辆数。这两种优化目标在不同流量条件下的运行效率存在差异。

国内外专家学者在城市信号控制技术领域进行了大量的研究，对信号控制系统的优化也提出了很多有效的算法。但是现有研究往往着重通过改善算法精度、算法效率、算法适应度来提升单一或多重优化目标的信号控制策略。但是随着算法的复杂化、城市路网的不断扩大，计算的复杂度成指数级的增长，以当前的计算机效率，很难在实时环境下提供最优解。在现在研究中，缺乏优化目标的选择机制，不加选择的进行优化，缺乏有效性。

发明内容

发明目的：针对现有技术针存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，针对常见的以交叉口延误最小和以交叉口通行能力最大两种优化目标，根据交叉口平均饱和度切换信号控制的优化目标，降低因多重优化目标导致的计算复杂度的大福上升，从而在提升城市交通系统的运行效率。

技术方案：一种基于交叉口平均饱和度的信号控制优化目标切换系统，包括交叉口几何信息模块、实时流量统计模块以及切换策略模块；所述切换策略模块根据交叉口几何信息模块以及实时流量统计模块中记录的数据，预测下一周期交叉口平均饱和度，对城市信号控制的优化目标进行决策。

进一步的，所述交叉口几何信息模块，需要与研究人员进行实地考察或公安交通管理部门联系，获取信息包括：道路交叉口进口道数、各进口道车道数、车道功能划分、道路交通流监测设施布置位置。

所述实时流量统计模块用于实时获取并存储各进口道交通流监测设施采集得到的数据，从而获取实时交通数据，包括进口道各车道流量数据，为便于表述，记f(d,m,id,l)为d日m周期第id号交通流监测设施上传的第l条车道的流量数据。

所述切换策略模块中，预测d日m+1周期第id号交通流监测设施上的平均流量f(d,m+1,id)通过公式(1)得到：

其中，N_id是第id号交通流监测设施的车道数，M是预设观测周期数。

预测d日m+1周期的平均饱和度λ(d,m+1)通过公式(2)得到：