[发明专利]基于动态优先级的交通信号自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，涉及是一种交通信号控制方法。

背景技术

智能交通控制系统是一种缓解交通拥挤的行之有效的手段。形成城市交通拥堵的因素非常多，其中路口信号相位相序及配时的不当、交叉口间信号灯没有有效地进行协调等是技术方面的原因。因此，通过改进交通信号控制技术,可以有效地提高城市道路利用率，减少交通拥堵产生的可能性。目前的城市交通信号控制系统主要存在以下几个问题：

一、信号周期设置不当

交通信号周期是城市交通信号控制系统的一个很重要的参数，信号周期过短或者过长、信号相位配时不合理都将会引起信号控制系统效果变差，导致交叉口车辆的延误增加。

（1）周期过短。如果交通控制系统的信号周期设置的过短，会造成交叉口不同方向车辆的通行权频繁交替，信号灯的切换需要一定的切换时间，这些切换时间内不能服务交通流，因此信号灯的频繁切换造成时间的浪费。信号周期过短，绿灯时间也会相应变短，难以保证所有方向的车辆在一个绿灯时间内顺利通过交叉口，会造成交叉口的车辆口频繁地停车，使得总延误增加，交叉口的利用率和通行能力下降。

（2）周期过长。如果交通控制系统的信号周期设置的过长，那么在交通路网饱和度较低的时候（例如夜间），会造成车辆不必要的长时间等待。在路网饱和度较低的时候，造成等待时间的浪费，从而车辆的延误时间会增加。

（3）相位配时不当。当我们已经确定了信号周期和信号相位数量的时候，相位的配时将会影响交叉口的通行能力。绿灯时间过长，将引起其它方向车流的等待时间过长。绿灯时间过短，将引起排队的车辆无法在一个绿灯时间内全部通过交叉口，因此车辆在一个交叉口需要经历多次红灯并多次停车。因此，相位配时的不合理会增加车辆的延误时间。

二、信号相位相序不合理

在交通信号控制中，交叉口的信号相位数量以及相位的顺序对交通路网的利用率和车辆及行人的交通安全起着决定性的作用。交叉口信号相位数量与相位顺序的设置与道路的物理结构密切相关，比如说路口形状、车道数量等都会影响它们的设置。如果设置的信号相位不能够与道路基础设施的物理结构相吻合，那么交叉口的资源利用率将会下降，严重的时候还会造成交通混乱。

三、信号控制与实际交通情况不符

由于交通流的随机性和不确定性，无法对交通流进行准确实时的预测，因此信号控制具有滞后性，不能够针对实时的交通状况进行精确有效的控制。

发明内容

针对现有交通信号控制系统的不足，本发明提出了基于动态优先级的交通信号自适应控制方法，用于解决城市交通拥堵问题。本发明包含最优相位控制策略和稳定性监督机制两部分，为了能够实时响应交通流状况，去掉了传统交通信号控制系统中周期、绿信比和相位差参数。最优相位控制策略的主要过程是对路网进行建模，构造有向加权图，通过构造的有向加权图，基于网页排名的PageRank算法思想计算路段放行的动态优先级，根据路段放行的优先级确定信号相位的顺序，并进行绿灯时间的分配。稳定性监督机制作为最优相位控制策略的补充，主要负责监督交通路网中所有路段的放行情况，如果某一路段因没有获得放行权而引起系统不稳定，那么立即给予该路段放行权，从而保证了系统的稳定性。由于去掉了传统交通信号控制系统中周期、绿信比和相位差参数，因此本方法更加灵活，能够实时响应交通流的变化。去掉周期等参数后，系统存在稳定性问题，本发明通过提出的稳定性监督机制保证了系统的稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于动态优先级的交通信号自适应控制，包括以下步骤：

步骤一、实时采集交通拥挤数据：在各个车道上下游安置的地磁传感器，采集平均占有率相对差、平均占有率绝对差、车道排队长度、车道转向率数据；利用得到的平均占有率与排队长度数据，根据拥挤发生的标准判定是否发生交通拥挤，如果没发生交通拥挤，继续采用现有控制方法，如果发生交通拥挤，转到步骤二。

步骤二、抽象交通路网为有向加权图：对交通路网进行抽象，构造有向加权图，每个路段作为图中的一个节点，相邻路段的车流驶入关系构成弧，路段上车流的转向率作为弧的权值。转到步骤三。

步骤三、路段放行优先级的计算：根据各路段的排队长度和转向率，并借鉴网页排名PageRank算法思想计算各路段的放行优先级指数，优先级指数是综合考虑区域中所有路段的交通状况而计算得到的，反映了一个路段对整个交通网络拥挤的影响程度。路段的优先级指数越高，则路段的放行优先级就越高，该路段优先放行。转到步骤四。