[发明专利]一种基于车辆轨迹数据的区域交通信号实时优化控制方法

说明书

本发明公开了一种基于车辆轨迹数据的区域交通信号实时优化控制方法，包括如下步骤：(1)初始信号配时参数设置；(2)车辆轨迹数据获取；(3)行程时间提取；(4)信号控制子区划分；(5)控制子区周期长度优化；(6)单交叉口绿信比优化；(7)相邻交叉口相位差优化。本发明方法采用车辆轨迹数据作为数据来源，不需要在交通路网上安装任何设备，来源易得，丰富，且数据格式简单统一，处理方便，质量可靠。本发明可以应对交通系统状态的快速变化，保障交通信号配时参数的全局优化，保证交通系统状态变化的连续性，实施效率高。

技术领域

本发明涉及一种基于车辆轨迹大数据的区域交通信号实时优化控制方法，属于交通工程中的智能交通控制系统领域。

背景技术

区域交通信号控制方法是缓解城市交通拥堵，提高城市出行效率主要手段。目前，针对区域交通信号控制研究领域主要从离线系统和在线系统两个方面开展。离线的区域交通信号控制系统以区域交通信号配时参数为优化对象，给定某一特定的交通系统运行状态条件，依托自定义的交通流传播模型，计算在此交通状态条件下，某一组交通信号配时参数作用下的交通路网运行性能指标，从而可以利用优化方法求解得到该路网运行状态条件下的最优交通信号配时参数；在线的区域交通信号控制系统以区域交通信号优化控制实施为目标，典型的有英国的SCOOT系统和澳大利亚的SCATS系统，采用小步长递增式和方案选择式工作方式，如SCOOT系统采用小步长增量方式，按照子区控制→单点信号配时→信号协调的顺序，分别对周期、单交叉口的绿信比及相邻交叉口信号相位间的相位差进行控制系统的优化，而SCATS系统采用方案选择的工作方式，针对实时交通系统运行状态，按照关键交叉口的类饱和度指标，确定控制子区的周期长度，并在给定的周期长度下，依据实际的实时交通状态，从预定的各种交通信号配时方案中选择合适的方案，作为优化后的信号配时。

在区域交通控制研究领域，离线优化方法在学术界得到了较多的关注，但实用性不足；在线优化方法有利于实际应用，但目前相关的实用的国外产品主要是SCOOT和SCATS系统，国内缺乏相应的可实际应用的区域交通控制系统产品。考虑到目前国内城市交通系统管控的需求日益强烈，开发我国自主知识产权的、实用的区域交通信号实时优化控制系统非常迫切。

发明内容

技术问题：本发明提供一种避免了传统区域信号控制系统中利用交通传播模型的试算优化过程，实现了区域交通信号优化控制过程的实时调节的基于车辆轨迹数据的区域交通信号实时优化控制方法。

技术方案：本发明的基于车辆轨迹数据的区域交通信号实时优化控制方法，包括以下步骤：

(1)设置初始信号配时参数

选取当前时间之前的任一固定时间长度为历史时间，查询该历史时间内的信号控制参数数据，包括交通信号控制子区周期长度、单交叉口绿灯时间及相邻交叉口的相位差，将该历史时间内的信号控制参数的平均值作为初始信号配时参数，计算方法如下；

式中，c₀为初始控制子区的周期长度；λ₀为交叉口初始绿信比；offset₀为相邻交叉口初始相位差；n为该历史时间内的交叉口信号控制周期总数；i为计数参数；c_i为周期长度；g_i为绿灯时长；offset_i为相位差；

(2)按照时间顺序，以固定的时间间隔，将时间划分为连续的控制时段，当前时间点所处的控制时段定义为控制时段t；

(3)获取车辆行驶轨迹数据集和车辆轨迹数据

针对控制时段t，采集车辆在各个时刻的经纬度数据、车辆行驶速度数据及车辆运动方向角度数据，将上述数据作为车辆行驶轨迹数据集，然后将车辆的经纬度数据按照采集的时刻顺序排列，构成车辆轨迹数据；