[发明专利]一种基于电警数据的交叉口自适应交通信号控制系统及其工作方法

摘要

本发明涉及交通信号控制技术领域，公开了一种基于电警数据的交叉口自适应交通信号控制系统及其工作方法。本发明创造以在交叉口普遍布置的电子警察设备作为前端的数据采集设备，可以采集并缓存反映交叉口流量数据、交叉口的车道情况以及相位分配等基础数据的电警数据，并通过复用这些电警数据实现自适应交通信号控制的目的，不但能够克服现有技术中基于线圈检测器难以维护和数据缺失严重的问题，还可以提高电子警察设备的利用率，减少设备维护管理的成本。此外，还能够满足早晚高峰等各种交通状况下的动态控制需求，适应交通流不断变化的管控需求，提高了交叉口的通行效率，具有很高的经济效益和社会效益，便于实际推广和应用。

主权项

1.一种基于电警数据的交叉口自适应交通信号控制系统，其特征在于，包括电警数据采集模块、交通信号控制方案生成模块、信号控制平台和信号机，其中，所述交通信号控制方案生成模块包括交通信号控制预案库生成单元、交通信号控制战略方案生成单元和交通信号控制战术方案生成单元；

所述电警数据采集模块用于采集并缓存电警数据，其中，所述电警数据包括交叉口的若干相位、若干流向、各个相位对应的流向、各个流向对应的车道数和各个流向对应的流量；

所述交通信号控制预案库生成单元通信连接所述电警数据采集模块，用于根据在若干个历史时间片内采集的电警数据，计算历史的各相位等效关键单车道流量矩阵，该各相位等效关键单车道流量矩阵包含有各个历史时间片的各相位等效关键单车道流量序列，并以所有历史时间片的各相位等效关键单车道流量序列为样本集进行聚类分析，得到交叉口在多个交通状态下的各相位流量表征值序列，最后针对各个交通状态，根据对应的各相位流量表征值序列计算对应交通信号控制方案的最佳信号周期时长，得到包含多个交通状态‑信号周期预案的交通状态‑信号周期预案库，其中，每个交通状态‑信号周期预案分别包含有一个交通状态、对应交通状态的各相位流量表征值序列和对应交通信号控制方案的最佳信号周期时长；

所述交通信号控制战略方案生成单元分别通信连接所述电警数据采集模块和所述交通信号控制预案库生成单元，用于在当前时间片结束时，根据在前一个时间片内采集的电警数据，计算下一个时间片的各相位等效关键单车道预测流量序列，并根据计算结果从已生成的交通状态‑信号周期预案库中查找匹配的交通状态及对应交通信号控制方案的最佳信号周期时长，将查找所得的最佳信号周期时长作为在下一个时间片内各个信号周期的周期时长，并根据计算所得的各相位等效关键单车道预测流量序列分配在各个信号周期内各相位的绿灯显示时长，得到包含多个信号周期的周期时长及在各个信号周期内各相位的绿灯显示时长的交通信号控制战略方案；

所述交通信号控制战术方案生成单元分别通信连接所述电警数据采集模块和所述交通信号控制战略方案生成单元，用于在当前信号周期结束时，根据在前一个信号周期和当前信号周期内采集的电警数据，对在已生成的交通信号控制战略方案中下一个信号周期的周期时长和各相位的绿灯显示时长进行微调，得到包含下一个信号周期的周期时长及各相位的绿灯显示时长的交通信号控制战术方案；

所述信号控制平台通信连接所述交通信号控制战术方案生成单元，用于将来自所述交通信号控制战术方案生成单元的交通信号控制战术方案写入所述信号机；

所述信号机通信连接所述信号控制平台，用于执行交通信号控制战术方案。

2.如权利要求1所述的一种基于电警数据的交叉口自适应交通信号控制系统，其特征在于，所述根据在若干个历史时间片内采集的电警数据，计算历史的各相位等效关键单车道流量矩阵的方法，包括如下步骤：

S101.从电警数据采集模块中读取在若干个历史时间片内采集的电警数据，得到各个流向在各个历史时间片内对应的流量，并建立如下的交叉口交通流量矩阵：

式中，n表示流向的总数，h表示历史时间片的总数，qq_ij表示第i(i＝1,2,3,…,n)个流向在第j(j＝1_,2,3,…h)个历史时间片内对应的流量；

S102.根据各个流向对应的车道数将所述交叉口交通流量矩阵转化为如下等效单车道流量矩阵：

式中，l_i表示第i(i＝1,2,3,…,n)个流向对应的车道数，表示第i(i＝1,2,3,…,n)个流向在第j(j＝1,2,3,…h)个历史时间片内对应的等效单车道流量；

S103.针对各个相位，取对应流向中的等效单车道流量最大值为等效关键单车道流量的值，将所述等效单车道流量矩阵转化为如下各相位等效关键单车道流量矩阵：

式中，m表示相位的总数，q_rj表示第r(r＝1,2,3,…,m)个相位在第j(j＝1,2,3,…h)个时间片内对应的等效关键单车道流量。

3.如权利要求2所述的一种基于电警数据的交叉口自适应交通信号控制系统，其特征在于，所述以所有历史时间片的各相位等效关键单车道流量序列为样本集进行聚类分析，得到交叉口在多个交通状态下的各相位流量表征值序列的方法，包括如下步骤：

S201.将所述等效关键单车道流量矩阵中的每一列作为一个样本，得到包含h个历史时间片的各相位等效关键单车道流量序列的样本集；

S202.设定聚类数为K，采用K‑means算法对所述样本集进行聚类分析，得到K个交通状态及对应交通状态的聚类中心序列：

式中，S_rk表示第r(r＝1,2,…,m)个相位在第k(k＝1,2,…,K)类交通状态下的且处于聚类中心位置的等效关键单车道流量，Center(k)表示第k类交通状态的聚类中心序列；

S203.将得到的各类交通状态的聚类中心序列作为对应交通状态下的各相位流量表征值序列：

式中，P_R(k)表示第k类交通状态下的各相位流量表征值序列。

4.如权利要求3所述的一种基于电警数据的交叉口自适应交通信号控制系统，其特征在于，所述针对各个交通状态，根据对应的各相位流量表征值序列计算对应交通信号控制

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