本發(fā)明屬于交通控制，具體涉及一種基于個(gè)體級(jí)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、路口信號(hào)控制是保障通行安全、提升出行效率的關(guān)鍵。信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施和控制策略一直在發(fā)展，目前形成了定時(shí)控制、感應(yīng)控制和自適應(yīng)控制三種主要的控制策略。定時(shí)的交通信號(hào)控制是基于歷史交通流量數(shù)據(jù)，將一天劃分為多個(gè)時(shí)段，認(rèn)為交通流在一個(gè)時(shí)段內(nèi)變化不大、采用同一套信號(hào)配時(shí)方案；感應(yīng)控制則是根據(jù)安裝在路口附近的檢測(cè)器，實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛的到達(dá)情況，采取綠燈延長(zhǎng)、相位切換等控制方式，相比靜態(tài)的定時(shí)控制方案能更好地適應(yīng)交通流的隨機(jī)波動(dòng)；自適應(yīng)控制同樣也是一種動(dòng)態(tài)的信號(hào)控制策略，依賴于實(shí)時(shí)的檢測(cè)器數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)短時(shí)的交通流情況做預(yù)測(cè)，再綜合各個(gè)方向交通流的整體效益，采用一定的優(yōu)化模型優(yōu)化信號(hào)配時(shí)方案。

2、自適應(yīng)控制依賴的檢測(cè)器一般是線圈、雷達(dá)、攝像頭等固定在路口附近道路的設(shè)備檢測(cè)到的交通流流量等數(shù)據(jù)，這類設(shè)備的檢測(cè)范圍有限、且設(shè)備的維護(hù)成本高。隨著自動(dòng)駕駛、車路云一體化等技術(shù)的發(fā)展和新型設(shè)備建設(shè)，通過(guò)車端obu（on?board?unit）設(shè)備、路端rsu（roadside?unit）設(shè)施、v2i（vehicle?to?infrastructure）通信技術(shù)等，可以實(shí)時(shí)采集到出行個(gè)體軌跡級(jí)的連續(xù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息的覆蓋范圍更廣、精細(xì)化程度更高。此外，車路云環(huán)境下提供了更即時(shí)的通信能力、更強(qiáng)大的計(jì)算能力，對(duì)自適應(yīng)信號(hào)優(yōu)化技術(shù)的革新具有重大意義。

3、通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境獲取的個(gè)體級(jí)車輛數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)信號(hào)路口的效率指標(biāo)，依據(jù)效率指標(biāo)進(jìn)行信號(hào)方案調(diào)整的方法能夠基于智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下實(shí)時(shí)獲取的車輛個(gè)體連續(xù)位置信息數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計(jì)得到當(dāng)前每個(gè)信號(hào)相位對(duì)應(yīng)車輛的累計(jì)行程時(shí)間等效益指標(biāo)，這一指標(biāo)可以反映各信號(hào)相位對(duì)應(yīng)交通流的擁擠程度，故將其作為相位延長(zhǎng)或者切換的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)交通信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整。這類方法較為簡(jiǎn)單、實(shí)施操作容易，但該控制策略僅依靠指標(biāo)做當(dāng)前相位綠燈時(shí)間的簡(jiǎn)單調(diào)整，沒(méi)有從路口全部交通流整體的角度去綜合優(yōu)化各個(gè)相位的放行時(shí)間，難以取得最優(yōu)的控制效果。

4、通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)環(huán)境獲取的個(gè)體級(jí)車輛數(shù)據(jù)，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法，實(shí)時(shí)滾動(dòng)優(yōu)化路口信號(hào)控制方案的方法能夠根據(jù)采集到的部分網(wǎng)聯(lián)車輛個(gè)體連續(xù)位置信息數(shù)據(jù)，通過(guò)一定的預(yù)測(cè)估計(jì)方法，補(bǔ)全即將到達(dá)路口的全部個(gè)體車輛的數(shù)據(jù)，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法，將信號(hào)周期做時(shí)間上的切分，搜索每個(gè)階段的最優(yōu)時(shí)長(zhǎng)方案，由于已知每輛車的到達(dá)時(shí)刻表，排隊(duì)、延誤等集計(jì)效益指標(biāo)都可以通過(guò)個(gè)體車輛指標(biāo)的累計(jì)得到，而個(gè)體車輛指標(biāo)則通過(guò)是否綠燈計(jì)算得到。由此，可以優(yōu)化得到延誤、排隊(duì)等效益指標(biāo)最優(yōu)的信號(hào)方案。每次優(yōu)化數(shù)個(gè)周期的信號(hào)配時(shí)方案，按照一定的時(shí)間間隔或者觸發(fā)條件，做實(shí)時(shí)滾動(dòng)更新。這類方法能夠從路口全部交通流整體的角度去綜合優(yōu)化信號(hào)相位相序方案，但個(gè)體車輛的指標(biāo)計(jì)算模型做了較大的簡(jiǎn)化，難以刻畫出個(gè)體車輛之間的相互干擾，且很少考慮行人等慢行交通個(gè)體的通行效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)路口的精細(xì)化控制，提升通行效率，提出一種基于個(gè)體級(jí)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于個(gè)體級(jí)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控方法，包括如下步驟：

4、s1.?采集車輛的狀態(tài)信息、慢行交通個(gè)體的狀態(tài)信息、交通信號(hào)燈狀態(tài)信息；

5、s2.?構(gòu)建車輛和慢行交通個(gè)體的延誤時(shí)間的總和最小為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

6、s3.?構(gòu)建交通信號(hào)結(jié)構(gòu)約束條件；

7、s4.?構(gòu)建車輛之間的相互約束條件；

8、s5.?構(gòu)建出行個(gè)體軌跡和交通信號(hào)的相互約束條件；

9、s6.?基于步驟s2-s5組成基于個(gè)體軌跡的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控模型；

10、s7.?對(duì)步驟s6得到的基于個(gè)體軌跡的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控模型進(jìn)行求解，優(yōu)化路口的交通信號(hào)配時(shí)方案和相位順序，每次優(yōu)化當(dāng)前周期及之后數(shù)個(gè)周期的交通信號(hào)，確保每個(gè)出行個(gè)體在優(yōu)化時(shí)長(zhǎng)范圍內(nèi)能離開(kāi)路口，實(shí)時(shí)更新優(yōu)化結(jié)果。

11、進(jìn)一步的，步驟s2構(gòu)建的車輛和慢行交通個(gè)體的延誤時(shí)間的總和最小min f為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為：

12、（1）

13、其中，是車輛的編號(hào)，是行人的編號(hào)，是車輛離開(kāi)停車線的時(shí)間，是行人過(guò)街最后一段交通信號(hào)綠燈啟亮的時(shí)間。

14、進(jìn)一步的，步驟s3構(gòu)建交通信號(hào)結(jié)構(gòu)約束條件為：

15、設(shè)置交通信號(hào)采用雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)為包括8個(gè)機(jī)動(dòng)車相位、6個(gè)行人相位，其中4個(gè)行人相位是行人二次過(guò)街相位，機(jī)動(dòng)車相位在第個(gè)周期的開(kāi)始時(shí)間為，其中從1開(kāi)始取值，周期最大值根據(jù)路口范圍和期望速度確定；

16、設(shè)置機(jī)動(dòng)車相位滿足最小時(shí)長(zhǎng)要求，如式(2)~(3)所示：

17、（2）

18、（3）

19、其中，是機(jī)動(dòng)車相位的下一相位開(kāi)始時(shí)間，是機(jī)動(dòng)車相位的最小綠燈時(shí)間，是機(jī)動(dòng)車相位的綠燈間隔時(shí)間，是機(jī)動(dòng)車相位在第個(gè)周期是否不被跳過(guò)的變量，取值為0則跳過(guò)，取值為1則不被跳過(guò)；

20、交通信號(hào)運(yùn)行至屏障處時(shí)，各機(jī)動(dòng)車相位時(shí)間同時(shí)結(jié)束，如式(4)所示：

21、（4）

22、進(jìn)一步的，步驟s4構(gòu)建車輛之間的相互約束條件為：

23、設(shè)置車輛在任一周期的綠燈期間離開(kāi)，且每輛車確定在某一個(gè)周期離開(kāi)路口，如式(5)~(6)所示：

24、（5）

25、（6）

26、其中，表示車輛是否在個(gè)周期離開(kāi)路口的變量，取值為0則不離開(kāi)路口，取值為1則離開(kāi)路口；

27、設(shè)置車輛經(jīng)過(guò)展寬段銜接處時(shí)，對(duì)展寬段銜接處上游的車道，同一車道上的車流依次離開(kāi)展寬段銜接處，且離開(kāi)時(shí)間符合飽和車頭時(shí)距約束，如式(7)所示：

28、（7）

29、其中，是車輛在車道上的順序編號(hào)，是車輛離開(kāi)展寬段銜接處的時(shí)間，是車道的飽和車頭時(shí)距；

30、設(shè)置車輛離開(kāi)展寬段銜接處的時(shí)間大于按照當(dāng)前位置不停車行駛至展寬段銜接處的時(shí)間，如式(8)所示：

31、（8）

32、其中，是車輛在當(dāng)前時(shí)刻到停車線的距離，是展寬段銜接處到停車線的距離，是車輛的期望行駛速度；

33、設(shè)置對(duì)展寬段銜接處下游的車道，同一車道上的車流依次離開(kāi)停車線且離開(kāi)時(shí)間符合飽和車頭時(shí)距約束，如式(9)所示，展寬段銜接處下游車輛離開(kāi)時(shí)間大于從展寬段銜接處不停車行駛至停車線的時(shí)間，如式(10)所示，展寬段銜接處下游車輛離開(kāi)時(shí)間大于從當(dāng)前位置不停車行駛至停車線的時(shí)間，如式(11)所示：

34、（9）

35、（10）

36、（11）

37、進(jìn)一步的，步驟s5構(gòu)建出行個(gè)體軌跡和交通信號(hào)的相互約束條件為：

38、設(shè)置行人相位滿足最小時(shí)長(zhǎng)要求，如式(12)~(13)所示：

39、（12）

40、??（13）

41、其中，是行人相位的最小綠燈時(shí)間，是行人相位的綠燈間隔時(shí)間，表示行人相位在第個(gè)周期是否不被跳過(guò)的變量，取值為0表示被跳過(guò)，取值為1表示不被跳過(guò)；

42、設(shè)置一次過(guò)街的行人流向，行人在任一周期的綠燈期間離開(kāi)，且每個(gè)行人都確定在某一個(gè)周期離開(kāi)路口，如式(14)~(15)所示：

43、（14）

44、（15）

45、其中，表示行人是否在個(gè)周期離開(kāi)路口的變量，取值為0表示不離開(kāi)路口，取值為1表示離開(kāi)路口；

46、設(shè)置二次過(guò)街的行人，在第一段行人過(guò)街的時(shí)間在綠燈期間，如式(16)~(17)所示：

47、（16）

48、（17）

49、其中，是二次過(guò)街的行人離開(kāi)第一段行人過(guò)街的時(shí)間，表示行人是否在個(gè)周期離開(kāi)第一段行人過(guò)街的變量，取值為0表示不離開(kāi)第一段行人過(guò)街，取值為1表示離開(kāi)第一段行人過(guò)街；

50、設(shè)置二次過(guò)街的行人，第二段行人過(guò)街的時(shí)間大于離開(kāi)第一段行人過(guò)街的時(shí)間和第一段通行時(shí)長(zhǎng)的和，如式(18)所示：

51、（18）

52、其中，是二次過(guò)街的行人對(duì)應(yīng)的第一段行人過(guò)街的通行時(shí)長(zhǎng)。

53、進(jìn)一步的，步驟s6基于個(gè)體軌跡的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控模型的輸入包括如下參數(shù)：

54、靜態(tài)的參數(shù)包括行駛速度、排隊(duì)密度、飽和流率、展寬段長(zhǎng)度、行人或非車輛過(guò)街時(shí)間；

55、實(shí)時(shí)的車輛檢測(cè)信息包括到停車線的距離、所屬車道、轉(zhuǎn)向；

56、實(shí)時(shí)的過(guò)街行人和非車輛檢測(cè)信息為過(guò)街的方向；交通信號(hào)相關(guān)信息包括相位相序方案、最小相位時(shí)長(zhǎng)、綠燈間隔時(shí)間、實(shí)時(shí)運(yùn)行情況；

57、車輛和慢行交通個(gè)體的狀態(tài)信息、交通信號(hào)燈狀態(tài)信息；

58、基于個(gè)體級(jí)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控模型的輸出包括當(dāng)前周期開(kāi)始的數(shù)個(gè)信號(hào)周期的相位相序和時(shí)長(zhǎng)方案。

59、本發(fā)明的有益效果：

60、本發(fā)明所述的一種基于個(gè)體級(jí)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控方法，對(duì)車輛個(gè)體做軌跡級(jí)別的建模，用以描述信號(hào)和車輛效率指標(biāo)關(guān)系，解決交通流到達(dá)分布不均導(dǎo)致公式計(jì)算的延誤不準(zhǔn)、短車道存在時(shí)飽和流率在綠燈時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)情況下有折減等情況下，傳統(tǒng)優(yōu)化模型難以刻畫上述情況的問(wèn)題。

61、本發(fā)明所述的一種基于個(gè)體級(jí)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)交通信號(hào)燈調(diào)控方法，針對(duì)信號(hào)優(yōu)化模型中較少考慮行人等慢行交通，尤其是二次過(guò)街的連續(xù)性等問(wèn)題，對(duì)行人/非車輛做軌跡級(jí)別的建模，能夠描述其在二次過(guò)街等情況下的非連續(xù)通行延誤，將其加入到上述車輛優(yōu)化模型中，構(gòu)建以車輛和慢行交通綜合效益最優(yōu)的路口自適應(yīng)信號(hào)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)路口通行的車輛和慢行交通綜合效益最優(yōu)。