[发明专利]一种交通信号相位优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通信号控制领域，特别是涉及一种用于交通领域的交通信号相位的优化方法。

背景技术

信号相位设计，是根据交叉口的几何条件、交通流的构成、是否允许存在冲突交通流以及满足某股交通流优先通行权等约束条件，通过合理的优化交通流组合，以满足各股车流的通行需求，合理分配各股交通流通行权的次序。相位设计是交叉口信号控制的第一个步骤，它直接影响交叉口的安全性和通行能力。已有文献对交通信号控制方面的研究，都是对信号配时算法进行优化，忽略了信号相位本身的优化。

发明内容

为解决信号相位设计的优化问题，本发明将交叉口交通流的运行特征通过图论进行表示，根据交通流的兼容关系得到交通流兼容图，以此获得交叉口可行的信号相位方案集合，进而采用剪枝法对该信号相位方案集合中众多的信号相位方案进行优选，旨在得到最少的相位数和对应的相位组合方式。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种交通信号相位优化方法，主要包括以下步骤：

(1)运用图论的知识，阐述了交通流、兼容图、信号灯组各自的定义及相互之间的关系；

(2)采用剪枝法设定了三种判断状态以对算法设计过程中进行必要的回溯；

(3)剪枝法分两步给出了最小相位数及相应的相位组合方式的求解方法。

所述的交通流主要包括机动车流、非机动车流和人流。

所述的兼容图定义为：如果在同一时刻，任意两股交通流，在获得通行权的情况下，通过交叉口不会产生交通冲突，则认为相互兼容。

所述的信号灯组定义为：交通流中同时受红灯或绿灯控制的一股或多股交通流组成的子集合。其中，一个由信号灯组组成的集合包含了所有交通流，且交通流中任意一股交通流当且仅当属于一个信号灯组，则这个信号灯组集合是一个信号灯组完全集。

所述的剪枝法定义为：回溯和试探求解问题的过程中，当遇到的状态与问题所求解产生矛盾时，不再继续往下试探，即在遍历过程中剪去不必要的分枝。

所述的三种判断状态为：

(1)判断信号灯组中的任意一股车流是否已经包含在已试探的信号灯组集合；

(2)判断已试探的信号灯组集合中每个信号灯组和信号灯组所含的车流股数总和是否大于交通流中车流总数；

(3)判断如果加入信号灯组后是否构成一个信号灯组完全集。

其中，剪枝法确定最少相位数的方法：

(1)根据给定的兼容图，寻找所有可能的信号灯组，并得到有序的信号灯组集合；

(2)根据给定的兼容图和有序信号灯组集合，确定最少相位数及对应的信号灯组完全集的集合。

由以上本发明提供的技术方案可见，本发明根据图论的知识，结合交通信号控制中的信号相位设计原则，从交通流的兼容关系出发，设计了交通流的兼容图和信号灯组，进而采用剪枝法从信号灯组集合中筛选出包含信号灯组数最少的信号灯组完全集，从而优化了相位个数，起到了缩短周期、提高道路通行能力的目的。

附图说明

图1是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的最少相位数确定方法的算法流程图；

图2是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的有序信号灯组集合确定方法的算法流程图；

图3是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的十字交叉口车流示意图；

图4是本发明提供的一种交通信号相位优化方法的兼容图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面对技术方案的具体实施方法作进一步的详细说明。

1)交通流、兼容图以及信号灯组的关系

通常意义上，交通流包括机动车流、非机动车流和人流。若一个信号控制的交叉口在时间[t₀，t]内，有I股交通流，则构成的交通流集合为：

J＝{σ₁，σ₂，...，σ_i，...，σ_I}

其中i∈T，T为交通流的下标，T＝{1，2，...，i，...，I}。如果在同一时刻，集合J中的任意两股交通流σ_i，σ_j，在获得通行权的情况下，通过交叉口不会产生交通冲突，则认为σ_i，σ_j相互兼容，记为C。