[发明专利]一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法

权利要求书

1.一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，其特征在于：该方法包括如下具体步骤，

(1)设置各控制参数

根据实地调研，确定快速路划分的拥堵等级jam₁,jam₂,…,jam_m、车道畅通车辆数量阈值各拥堵等级间的车速分界阈值各拥堵等级的车道数量阈值以及拥堵判定依据的连续时长t_ref；选择jam_g作为入口匝道信号控制的快速路拥堵等级目标，其中，1gm；

(2)车辆数据获取

利用检测器实时获取快速路在入口匝道汇入点后方区域各车道秒级的车辆数据并保存，包括车道车辆数量及车辆行驶车速；

如果当前时刻处于入口匝道的信号周期起始时刻，执行步骤(3)，否则，执行步骤(6)；

(3)计算各车道的拥堵等级

记快速路为A，快速路的入口匝道为B，快速路在入口匝道B汇入点后方区域内的车道数为n，各车道分别表示为C₁,C₂,…,C_n，其中，车道C_i在最近连续时间t_ref秒内的车辆数量的中位数记为N_i，车速中位数记为V_i，其中，1≤i≤n；

快速路车道C_i的拥堵等级计算模型给出如下：

其中，1≤j≤m；为车道畅通车辆数量阈值，意为当车道中车辆数量小于该值时，直接判定车道拥堵等级为拥堵等级最低的jam₁，否则，需要进一步通过车速确定车道拥堵等级；为拥堵等级jam_j-1与jam_j的车速分界阈值，其中，1j≤m；表示车速最小值0，V⁰₁表示快速路设计的车速限速；

快速路车道C_i的拥堵等级的计算方法如下：

Step1：计算车道C_i在最近连续时间t_ref秒内的车辆数量的中位数N_i，车速中位数V_i，其中，1≤i≤n；

Step2：比较N_i与的大小，如果输出C_i的拥堵等级为jam₁，执行Step6；否则，执行Step3；

Step3：所有拥堵等级间的车速分界阈值构成有序集合

Step4：从集合Φ中选择第一个车速分界阈值比较它与V_i的大小，其中，1j≤m，如果输出C_i的拥堵等级为jam_j，执行Step6；否则，从集合Φ中删除执行Step5；Step5：如果输出C_i的拥堵等级为jam₁；否则，执行Step4；

Step6：结束；

(4)计算快速路的拥堵等级

统计隶属各拥堵等级的车道数按照快速路的拥堵等级计算模型计算快速路的拥堵等级，

其中，为拥堵等级车道阈值，意为快速路A在入口匝道B汇入点的后方区域内的车道中，拥堵等级大于等于jam_q的车道数量达到该值，判定快速路拥堵等级为jam_q，其中，1≤q≤m；

快速路拥堵等级的计算方法如下：

记快速路A在入口匝道B汇入点的后方区域内的车道中，拥堵等级为jam_j的车道数为其中，1≤j≤m；

Step1：所有的拥堵等级构成集合

Step2：从集合中选择等级最高的jam_i，计算拥堵等级大于等于jam_i的车道数并与拥堵等级车道阈值比较，如果输出快速路的拥堵等级为jam_i，执行Step4；否则，执行Step3；

Step3：从集合中删除jam_i，执行Step2；

Step4：结束；

(5)调整入口匝道信号灯绿信比

在划分的拥堵等级中选择一个作为信号控制目标，该拥堵等级目标记为jam_g，1gm；当快速路的拥堵等级高于目标等级时，降低入口匝道信号灯的绿信比，限制入口匝道处驶入快速路的车辆数量；当快速路的拥堵等级低于目标等级时，提高入口匝道信号灯的绿信比，增多入口匝道处驶入快速路的车辆数量；

记快速路拥堵等级判定的信号周期，即入口匝道信号灯的控制周期，为T，入口匝道信号灯在第k个周期的绿信比为λ(k)，根据增量式PID控制算法，可根据快速路在连续三个信号周期内的拥堵等级变化情况，自动调节入口匝道信号灯的绿信比，以控制快速路不断靠拢或维持在目标拥堵等级上运行；

(6)执行当前绿信比方案

入口匝道信号控制执行当前绿信比方案。

2.根据权利要求1所述的一种快速路入口匝道的信号灯绿信比智能调整方法，其特征在于：步骤(5)中所述增量式PID控制算法为，

将入口匝道信号灯在第k个周期的绿信比为λ(k)作为PID控制器的输出信号，那么

λk＝λk-1+Δλ

即

λk＝λk-1+K_pek-e(k-1)+K_iek+K_d(ek-2ek-1+e(k-2))

其中，ek为目标拥堵等级与第k个周期的测量拥堵等级之差；K_p、K_i、K_d均可看作系数常数，由试验确定。