CN103559795B - 一种多策略多目标的自适应交通控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、交通状态检测设备实时采集交通流数据获取交通状态信息，并将其传输至路口信号机，由路口信号机将交通流数据上传至信号中心控制系统；（2）、路口信号机计算路口交通强度，判断路口的交通状态，并根据不同的交通状态实时调整当前路口的控制方案；（3）、信号中心控制系统路口实时上传的交通流数据，从路网全局的角度，对路口信号控制方案进行优化。本发明的控制方法，通过对路网交通状态的判别与分析，提供一种路网级的全局优化自适应信号控制方法，其中还提出了一种适用于任意交通状态的干线协调控制。

Description

一种多策略多目标的自适应交通控制方法

技术领域

本发明属于交通自动控制技术领域，具体地说，是涉及一种多策略多目标的自适应交通控制方法和系统。

背景技术

随着城市汽车保有量的不断攀升，引起交通需求量剧增，然而城市日趋成熟的路网所能提供的交通供给有限，供需失衡，成为城市交通拥堵的诱因之一；交通拥堵问题主要集中在路网的节点（平面交叉路口），迫使人们注意到落后的交通管控技术也是交通问题的主要诱因。随着电子、信息及控制技术的不断发展及在交通行业的广泛应用，人们正在不断的努力寻求通过先进的智能化的交通管控技术来改善交通拥堵。其中，自适应信号控制系统的研究与应用，则是交通管控智能化的重要成果之一。自适应信号控制系统主要包括四个单元：路口信号控制单元、道路交通数据检测系统、远程中心控制单元、通信单元。按照控制范围，可分为单点自适应信号控制，干线自适应信号控制，区域协调的自适应信号控制。针对单个路口单点自适应信号控制系统，利用路口检测设备获取路口的交通状态参数，在路口控制单元或在远程中心自动计算优化路口的信号控制方案，并下载到信号机执行，以单路口的控制效果最佳为目标；针对多个路口的干线协调自适应信号控制，在优化路口方案的同时，更新多路口的协调相位差，以实现干线绿波控制为目标；面向区域的区域协调自适应控制，把区域划分为多个交通子区，在子区内及子区间进行协调控制，以区域内路网整体的控制效果最佳为目标。

现有的自适应控制方法主要存在以下问题：1）对于交通状态变化的适应性较差，缺少可应用于交通信号控制的高峰期拥堵状态的检测方法；单点自适应控制、干线绿波控制，不能适应高峰期拥堵状态的控制需求。2）把路网以点、线为单位孤立的进行优化控制，优化效果顾此失彼，陷入局部最优的困境，导致路网的整体优化效果较差。3）针对现代城市路网结构、交通状态，复杂多变的特点，缺乏明确的控制目标、系统的控制策略。

基于此，如何发明一种多策略多目标的自适应交通控制方法和系统，可以适用于任意交通状态的干线协调控制的系统优化方法，该方法引入影响干线协调效果的关键参数（即初始绿灯排队）修正基础相位差，以交通状态与控制目标的对应关系为依据，给出干线的拥堵协调控制方法，是本发明主要解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决现有交通控制方法对交通状态的实时变化适应性较差、优化方案不能从全局针对整个路网结构进行优化的问题，提供了一种多策略多目标的自适应信号控制系统，通过对路网（包括路口、路段、干线、区域）交通状态的判别与分析，确定不同交通状态所对应的控制目标；建立基于交通状态判别的路网级、系统化的控制策略和控制方式的转换机制，提供一种路网级的全局优化自适应信号控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种多策略多目标的自适应交通控制方法，包括以下步骤：

（1）、交通状态检测设备实时采集交通流数据获取交通状态信息，并将其传输至路口信号机，由路口信号机将交通流数据上传至信号中心控制系统；

（2）、路口信号机根据获取的交通流数据计算路口交通强度，以该交通强度值为状态判别指标，判断路口的交通状态，并根据不同的交通状态自动切换控制目标，实时调整当前路口的控制方案；

（3）、路口信号机同时将路口交通强度上传至信号中心控制系统，信号中心控制系统根据路口交通流数据、路口交通强度判断获取路段交通状态、干线交通状态、以及区域交通状态信息，根据上述信息自动切换控制目标，生成实时的路口交通信号控制方案，并将该控制方案的控制命令传输至信号机，所述路口信号机生成的控制方案优先级低于信号中心控制系统生成的控制方案。

进一步的，步骤（1）中入口检测器获取路口的分车道流量、车头时距、时间占有率交通流数据，并传输至路口信号机，出口检测器获取路段排队长度信息，并传输至路口信号机。基于路口入口、出口的交通流数据检测，从路口、路段、干线、区域多维度全面感知路网的交通状态。其中，路口交通状态判别是路网交通状态判别的基础，以路口、路段作为获取路网交通流数据的基本单元，采用交通强度参数作为状态判别指标；每一个交通强度值，表征路口唯一的交通状态。

进一步的，所述步骤（2）中，若路段的排队长度达到最大排队长度L，则判该路段为拥堵状态，否则该路段为畅通状态。

进一步的，所述步骤（2）中，当干线的路段正反双向绿灯初始排队长度均小于最大排队长度L时，该干线为畅通状态，否则，该干线为拥堵状态。

进一步的，所述步骤（2）中，当区域内所有的预先设定关键路口的交通强度均达到各自第位的交通强度时，判定该区域为拥堵状态，否则，该区域为非拥堵状态，

第位的交通强度：上一周的路口交通强度总排序的第位数据。

所述步骤（2）中，路口的交通状态包括：畅通、轻度拥挤、拥挤、以及严重拥挤四种状态，当路口处于畅通时，采取单点优化控制或者感应控制，也即系统依据实时的交通强度变化，计算优化路口的控制周期，动态优化控制方案。

进一步的，所述步骤（2）中，当路口处于非畅通时，若该路口所在下游路段为拥堵状态，则当前路口执行瓶颈控制，并继续判断所在路段的拥堵状态，直至所在路段处于非拥堵状态时，执行单点优化控制或者感应控制。

进一步的，所述步骤（2）中，当路口处于非畅通，以及该路口所在下游路段为非拥堵状态时，继续判断该路口是否属于干线控制路口，若属于干线控制路口，则判断该干线是否处于拥堵状态，若为拥堵状态的话，则干线所有路口执行系统优化-多路口拥堵联动控制，若为非拥堵状态的话，干线所有路口执行系统优化-绿波协调控制。

进一步的，所述步骤（2）中，若路口不属于干线控制路口，则继续判断该路口是否属于区域控制路口，若属于区域控制路口且该区域为拥堵状态，则压缩区域边界上的控制交叉口控制相位的绿灯时间，进行限流控制。

进一步的，所述步骤（2）中，所述的瓶颈控制方法为：截止该当前路口的进入下游路段相位绿灯。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的一种多策略多目标的自适应信号控制方法，通过对路网（路口、路段、干线、区域）交通状态的判别与分析，确定不同交通状态所对应的控制目标；建立基于交通状态判别的路网级、系统化的控制策略和控制方式的转换机制，提供一种路网级的全局优化自适应信号控制方法；适用于任意交通状态的干线协调控制，该方法引入影响干线协调效果的关键参数（即初始绿灯排队）修正基础相位差，以交通状态与控制目标的对应关系为依据，给出干线的拥堵协调控制方法。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的多策略多目标的自适应交通控制方法一种实施例流程图；

图2是图1中路段瓶颈控制流程图；

图3是图1中路口感应控制流程图；

图4是图1中路口单点优化控制流程图；

图5是图1中干线控制系统优化流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本实施例提供了一种多策略多目标的自适应交通控制方法，包括以下步骤：

（1）、交通状态检测设备实时采集交通流数据获取交通状态信息，并将其传输至路口信号机，由路口信号机将交通流数据上传至信号中心控制系统；

（2）、路口信号机根据获取的交通流数据计算路口交通强度，以该交通强度值为状态判别指标，判断路口的交通状态，并根据不同的交通状态自动切换控制目标，实时调整当前路口的控制方案；

（3）、路口信号机同时将路口交通强度上传至信号中心控制系统，信号中心控制系统根据路口交通流数据、路口交通强度判断获取路段交通状态、干线交通状态、以及区域交通状态信息，根据上述信息自动切换控制目标，生成实时的路口交通信号控制方案，并将该控制方案的控制命令传输至信号机，所述路口信号机生成的控制方案优先级低于信号中心控制系统生成的控制方案。

其中，路口交通强度的计算方法可以采用现有计算方法，本发明的目的在于综合考虑路段、干线、区域的交通状态，当路段、干线、区域处于拥堵状态时，则需针对其各自的特点实施拥堵控制，因此，对于路段、干线、区域的交通状态，只作非拥堵状态与拥堵状态的判别。基于上述步骤，本实施例的方法实现了对包含有路口、路段、干线、区域路网的多维交通状态的动态检测与判别，通过对路网多维度的交通状态检测与分析，系统化地优选控制目标，动态切换控制策略与控制方式，实现整个路网（路口、路段、干线、区域）的全局自适应优化控制。

其中，实现本方法的系统主要设备组成为：信号中心控制系统，一般布设在交通指挥中心；路口的信号控制器，以下简称信号机，布设在需要信号控制的路口；交通状态检测设备，分为入口检测器和出口检测器两种，一般布设在路口进口、出口车道上。

作为一个优选的实施例，步骤（1）中入口检测器获取路口的分车道流量、车头时距、时间占有率交通流数据，并传输至路口信号机，出口检测器获取路段排队长度信息，并传输至路口信号机，上述信息由路口信号机上传至信号中心控制系统。其中，常用的入口检测器包括、环形线圈检测器、地磁检测器、视频检测器、超声波检测器等。出口检测器可以采用溢出检测器实现，具体实现方式为：获取路段排队长度信息的方式具体为：在路段距上游交叉口0～100米位置中间一个车道布设一组（2个）溢出检测器，用于检测时间占有率、流量、速度信息：依据出口检测器的滚动时间占有率数据，判断路段是否达到最大排队长度。基于路口入口、出口的交通流数据检测，从路口、路段、干线、区域多维度全面感知路网的交通状态。其中，路口交通状态判别是路网交通状态判别的基础，以路口、路段作为获取路网交通流数据的基本单元，采用交通强度参数作为状态判别指标；每一个交通强度值，表征路口唯一的交通状态。

在本实施例的步骤（2）中，通过溢出检测器检测排队长度，若路段的排队长度达到最大排队长度L，则判该路段为拥堵状态，否则该路段为畅通状态，当然也可以采用其他检测手段检测排队长度。

此外，在本实施例的步骤（2）中，干线的交通状态判断方法为：当干线的路段正反双向绿灯初始排队长度均小于最大排队长度L时，该干线为畅通状态，否则，该干线为拥堵状态。

以及，在本实施例的步骤（2）中，区域的交通状态判断方法为：当区域内所有的预先设定关键路口的交通强度均达到各自第位的交通强度时，判定该区域为拥堵状态，否则，该区域为非拥堵状态，

第位的交通强度：上一周的路口交通强度总排序的第位数据。

所述步骤（2）中，当路口处于畅通（也即非拥堵状态）时，采取单点优化控制或者感应控制，也即系统依据实时的交通强度变化，计算优化路口的控制周期，动态优化控制方案。其设定的控制目标为随机车辆延误最小、车辆平均延误最小、以及通行效率最大，畅通又包括畅通状态、轻度拥堵状态、以及拥堵状态，分别与上述三种控制目标一一对应，根据控制目标不同，系统最终确定最优控制方案，也即单点优化控制或者感应控制，上述两种控制方法现有技术已经解决，其流程图参见图3、图4所示，在此不再赘述。

参见图1所示，所述步骤（2）中，当路口处于非畅通时，若该路口所在下游路段为拥堵状态，则当前路口执行瓶颈控制，并继续判断所在路段的拥堵状态，直至所在路段处于非拥堵状态时，执行单点优化控制或者感应控制。当前路口执行瓶颈控制的控制目的在于防止排队溢出，达到当该路段出现拥堵时调节该路段交通状态的技术效果。优选的，所述步骤（2）中，所述的瓶颈控制方法为：截止该当前路口的进入下游路段相位绿灯。参见图2所示,截止该当前路口的进入下游路段相位绿灯后,还需要定时判断路段状态是否解除,若是,则恢复正常控制,否则,继续执行路段瓶颈控制。

所述步骤（2）中，当路口处于非畅通，以及该路口所在下游路段为非拥堵状态时，继续判断该路口是否属于干线控制路口，若属于干线控制路口，则判断该干线是否处于拥堵状态，若为拥堵状态的话，则干线所有路口执行系统优化-多路口拥堵联动控制，参见图5所示，也即:当干线为拥堵状态时，以防止路段排队溢出，均衡各路段排队长度为控制目标，通过系统优化的方式执行干线的拥堵协调控制策略。若为非拥堵状态的话，其控制目标为减少干线停车次数，干线所有路口执行系统优化-绿波协调控制，通过系统优化方式执行干线的绿波控制策略。

所述步骤（2）中，若路口不属于干线控制路口，则继续判断该路口是否属于区域控制路口，若属于区域控制路口且该区域为拥堵状态，则压缩区域边界上的控制交叉口控制相位的绿灯时间，进行限流控制。在区域拥堵状态下，以缓解区域拥堵、防止排队溢出为目标，通过需求控制策略控制区域交通需求，均衡交通供给。在区域非拥堵状态下，区域控制从属于路口、路段、干线控制。

此外，还包括路网全局的动态状态判别与优化步骤，也即路网自适应划分，其方法为：路网交通控制中，以路口的为基础控制对象；以交通子区为基本的优化控制单元。依据交通状态检测结果，对交通子区进行合并和或者拆分调整。需要依据实际的现场勘查结果，对路网的优化子区、区域进行初始划分。子区初始划分，根据道路等级、主要车流走向等划分协调控制子区，子区内执行协调控制；区域初始划分：将某些容易拥堵的核心区域或需要调流的区域划为战略控制区，通过控制区域边界路口的绿信比时间，缓解区域内的拥堵程度，使区域内保持一定的行车通畅度。

4）多策略控制方式自适应转换

基于交通状态检测模块感知的路网状态信息，系统自动调整控制目标，优选控制策略，优化控制方案。多策略多目标控制方式自适应转换机制。

依据优选的控制策略和控制方式，优化控制方案并下发到信号机执行。

路口控制方案生成与执行

依据动态计算的路口交通强度，以5分钟为间隔优化控制方案的周期、各相位绿灯时间，执行单点优化控制；路口交通状态处于自由区时，还可根据实时入口检测器感应到车辆的到达情况实时，执行感应控制。参见图3所示，感应控制方法，已为公开成熟的控制方案，不在赘述。参见图4所示，单点优化控制方法，已在申请专利，在此不在赘述。以下只简要介绍其绿灯分配原则。

单点交叉口的绿信比分配策略主要按照等交通强度的原则进行分配。等交通强度原则是指交叉口相位绿灯时间的分配按照计算得到的相位交通强度进行。

本实施例的控制方法通过对路网（路口、路段、干线、区域）交通状态的判别与分析，确定了不同交通状态所对应的控制目标，为路网信号控制策略制定，提供了有力的参考依据；建立了基于交通状态判别的路网系统化的控制策略和控制方式的转换机制，该方法突破了自适应信号控制只能以点（路口）、线（干线）为单位的局部优化弊端，提供了一种路网级的全局优化自适应信号控制方法；同时，本提案研究了一种适用于任何交通状态的干线协调控制的系统优化方法，该方法引入影响干线协调效果的关键因素（即初始绿灯排队）修正基础相位差，极大的提高了协调控制对于交通状态变化的适应性，以交通状态与控制目标的对应关系为依据，突破性的提出来干线的拥堵协调控制方法。

本实施例中的自适应信号控制系统，通过提高交通信号控制的智能化水平，有效的降低城市交通信号管控的复杂度，从而减少了城市交通管控的人力、物力资源投入；路网全局的动态状态判别与优化，提高了控制系统对路网拥堵的主动防控能力，为城市交通的平稳畅通运行提供了有力保障。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、交通状态检测设备实时采集交通流数据获取交通状态信息，并将其传输至路口信号机，由路口信号机将交通流数据上传至信号中心控制系统；

（2）、路口信号机根据获取的交通流数据计算路口交通强度，以该交通强度值为状态判别指标，判断路口的交通状态，并根据不同的交通状态自动切换控制目标，实时调整当前路口的控制方案；所述步骤（2）中，路口的交通状态包括：畅通、轻度拥挤、拥挤、以及严重拥挤四种状态，当路口处于畅通时，采取单点优化控制或者感应控制，也即系统依据实时的交通强度变化，计算优化路口的控制周期，动态优化控制方案；

（3）、路口信号机同时将路口交通强度上传至信号中心控制系统，信号中心控制系统根据路口交通流数据、路口交通强度判断获取路段交通状态、干线交通状态、以及区域交通状态信息，根据上述信息自动切换控制目标，生成实时的路口交通信号控制方案，并将该控制方案的控制命令传输至信号机，所述路口信号机生成的控制方案优先级低于信号中心控制系统生成的控制方案。

2.根据权利要求1 所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，步骤（1）中入口检测器获取路口的分车道流量、车头时距、时间占有率交通流数据，并传输至路口信号机，出口检测器获取路段排队长度信息，并传输至路口信号机。

3.根据权利要求2 所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，若路段的排队长度达到最大排队长度L，则判该路段为拥堵状态，否则该路段为畅通状态。

4.根据权利要求3 所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中，当干线的路段正反双向绿灯初始排队长度均小于最大排队长度L 时，该干线为畅通状态，否则，该干线为拥堵状态。

5.根据权利要求4 所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中，当区域内所有的预先设定关键路口的交通强度均达到各自第                                               位的交通强度时，判定该区域为拥堵状态，否则，该区域为非拥堵状态，第位的交通强度：上一周的路口交通强度总排序的第位数据。

6.根据权利要求1 所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，当路口处于非畅通状态时，若该路口所在下游路段为拥堵状态，则当前路口执行瓶颈控制，并继续判断所在路段的拥堵状态，直至所在路段处于畅通状态时，执行单点优化控制或者感应控制。

7.根据权利要求6 所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，当路口处于非畅通状态时，以及该路口所在下游路段为非拥堵状态时，继续判断该路口是否属于干线控制路口，若属于干线控制路口，则判断该干线是否处于拥堵状态，若为拥堵状态的话，则干线所有路口执行系统优化多路口拥堵联动控制，若为非拥堵状态的话，干线所有路口执行系统优化- 绿波协调控制。

8.根据权利要求6 所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，若路口不属于干线控制路口，则继续判断该路口是否属于区域控制路口，若属于区域控制路口且该区域为拥堵状态，则压缩区域边界上的控制交叉口控制相位的绿灯时间，进行限流控制。

9.根据权利要求6所述的多策略多目标的自适应交通控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述的瓶颈控制方法为：截止该当前路口的进入下游路段相位绿灯。