[发明专利]基于信息物理系统的单交叉口信号配时方案滚动优化方法

说明书

本发明公开了一种基于信息物理系统的单交叉口信号配时方案滚动优化方法，该方法包括：确定交叉口CPS的结构与组成功能；设定交叉口CPS各个进口方向的控制范围；计算车辆CPS驶离交叉口的理想时刻；采集车辆CPS的实时状态信息；根据车辆CPS的实时状态信息以及下一个优化周期的通行相位绿灯起止时刻，判定车辆CPS在下一个优化周期的通行状态；计算交叉口CPS的单位时间车均预计延误；优化交叉口CPS的信号配时方案；根据当前运行时间判断是否继续进行滚动优化。本发明通过建立面向交叉口信号控制的CPS架构，设计交叉口CPS的结构与组成功能，计算交叉口CPS控制范围内所有车辆CPS的预计延误，实现了CPS在交叉口信号配时方案滚动优化中的应用。

技术领域

本发明属于信息物理系统和交通信号控制的技术领域，具体涉及一种基于信息物理系统的单交叉口信号配时方案滚动优化方法。

背景技术

信号交叉口是城市路网的关键节点，对城市交通运行效率具有至关重要的影响。目前单交叉口信号控制方式主要包括定时控制、感应控制和智能控制，其中定时控制作为最基础的单交叉口信号控制方法，应用较为广泛，但其仅适用于流量变化较为规律的交叉口，无法应对流量变化频繁且不稳定的情形；感应控制则能够根据采集到的交通流量数据，对交叉口信号配时参数进行实时调整，但其主要关注于到达交叉口停车线附近的部分车辆，难以优化整个交叉口的通行效率；智能控制则可以面对流量变化复杂的交叉口，通过感知交叉口全域内的车辆运行信息，采取能够适应不同流量变化的智能优化方法，提升单交叉口信号配时优化方案的整体运行效果。

现代城市交通系统是一个典型的信息物理系统(Cyber-Pysical System，CPS)，具有显著的工程复杂性和社会复杂性，呈现出动态性、开放性、交互性、自主性等特征。现有相关研究多关注于数据检测、路径决策、通信干扰等技术，如何将CPS理论框架和交通信号控制方法进行有机融合，通过对交通系统的信息域与物理域进行高度集成，利用实时感知信息建立一套具有自主调节与实时控制功能的交叉口信号控制系统，实现对交叉口信号配时方案的实时滚动优化，具有重要的研究价值与现实意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有单交叉口信号配时优化方法较少考虑各进口上游驶入车辆的不足，提供一种基于信息物理系统的单交叉口信号配时方案滚动优化方法，通过建立一种面向交叉口信号控制的信息物理系统架构，实时获取交叉口控制范围内的车辆运动状态信息，计算不同信号配时方案下所有车辆的通行状态及预计延误，以实现单交叉口信号配时方案的滚动优化。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面，提供了一种基于信息物理系统的单交叉口信号配时方案滚动优化方法，包括下述步骤：

确定交叉口CPS的结构与组成功能；

设定交叉口CPS各个进口方向的控制范围；

计算车辆CPS驶离交叉口的理想时刻；

采集车辆CPS的实时状态信息；

根据车辆CPS的实时状态信息以及下一个优化周期的通行相位绿灯起止时刻，判定车辆CPS在下一个优化周期的通行状态；

根据车辆CPS在下一个优化周期的通行状态，计算交叉口CPS的单位时间车均预计延误；

优化交叉口CPS的信号配时方案，包括信号灯CPS信号周期时长与车队CPS通行相位时间；

根据当前运行时间判断是否继续进行滚动优化，若未达到设定的最大运行时间，则重新采集车辆CPS的实时状态信息，进行下一轮滚动优化；若达到设定的最大运行时间，则结束滚动优化。

作为优选的技术方案，所述确定交叉口CPS的结构与组成功能，具体为：

根据CPS的体系架构，将交叉口CPS分为单元级CPS、子系统级CPS和系统级CPS；