一种基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法与流程

本发明涉及智能交通，具体涉及一种基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法。

背景技术：

1、随着经济社会建设的飞速发展，城市道路里程以及汽车保有量逐步攀升，但道路里程以及道路宽度因政治经济文化等多种因素影响，尤其是市区道路已难以继续扩展。因此，城市道路增长的有限性与车辆增加近似无限这对矛盾，是导致城市交通拥挤的根本原因。

2、传统的交叉口交通信号控制机均按事先设定的配时方案运行，即定时控制。定时信号控制方案通常是首先调查采集路口的交通流量数据，然后进行周期时长和各相位绿灯时间的计算分配，最后可选择在公式计算设计所得初始方案的基础上，通过人工的不断对高峰期、平峰期的实际效果进行观察，逐步调整配时方案，从而得到适应实际场景的最佳方案。由于交叉口不同时段的车流情况也可能完全不同，甚至呈现相反的出行规律，因此为了适配各种车流情况，定时控制方案通常需要将一天分为至少5个时间段，分别针对早高峰、上午平峰、晚高峰、下午平峰、夜晚等不同时段调查交通流量数据，独立计算得到配时方案。如果路网结构、政策，或者周边环境等客观因素出现较大变化，往往会导致市民出行规律发生改变，此时又需要重新调查交通流量数据，生成新的不同时段下的配时方案。可见，定时控制方法存在耗时长、效率低，需要投入大量的人力、物力调查路口交通流量数据的弊端。

3、为了解决定时控制方法存在的问题，现有交叉口信号应用感应控制方法或自适应控制方法。其中，感应控制随检测器设置方式不同可以分为两种：一种是半感应控制，即在交叉口处将检测器安装在次干道或部分进口道上，根据该部分车道的交通需求进行信号控制；另一种是全感应控制，即在交叉口所有进口道上均安装检测器，根据所有入口道的交通需求进行信号控制。由于感应线圈的位置受到检测器的安装位置的影响，参数设置依赖交通工程师的经验，同时在放行的过程中无法均衡考虑路口各进、出口道的实时交通流状态，实际使用效果仅在小饱和度且上下游影响较小的路口存在一定效果，对上下游路口相互关联比较大、路口饱和度较高的路口，运行效果较差。

4、由于现有的感应控制和自适应控制都需要依赖于路口检测断面位置的实时过车数据，甚至要求所有进口道上安装的检测器设备所提供的实时交通流量数据必须全部保持通讯正常。规模越大的交叉口，需要安装的设备越多。不仅视频、雷达等检测器设备的采购、安装是一笔大的经费支出。一旦任意一台检测器设备的数据出现错误，或丢失，都会导致控制方案失衡。因此，维保团队的投入也需要随着设备数量呈现线性增长。

5、由此可见，当前主流的交通信号控制方案耗时长、效率低、人力和物力成本高昂、限制条件多、应变能力差的问题应亟需解决。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2、s1、相机标定，配置交叉口车道信息；

3、s2、设置交叉口信控基础约束参数；

4、s3、检测交叉口实时交通流量，计算基础配时方案；

5、s4、基于所述基础配时方案计算自适应控制方案。

6、进一步的，所述s1中“相机标定，配置交叉口车道信息”包括：

7、接入并预览高空相机视频，并对相机监控区域内的所有进出口车道区域进行位置标绘、参数配置，通过在相机画面图像上绘制与画面中的实景车道线重合的多边形闭合区域，用于在相机画面中建立与真实世界下路口渠化信息相同的车道区域分布。

8、进一步的，所述s2中“设置交叉口信控基础约束参数”包括：

9、s21、设置信控相位、相序参数；

10、s22、设置信号周期时长阈值；

11、s23、设置绿灯时长阈值。

12、进一步的，所述s3中“检测交叉口实时交通流量，计算基础配时方案”包括：

13、s31、将车辆类型代入车辆折算系数，检测交叉口各进口车道在信控初始绿方案中的交通流量；

14、s32、计算交叉口各进口车道的饱和流量si；

15、s33、计算交叉口各进口车道的车流量系数yij，且满足公式：

16、

17、其中，qij表示第i个相位下的第j条进口车道的车流量，sij表示第i个相位下的第j条进口车道的饱和流量；

18、s34、计算损失时间l，且满足公式：

19、

20、其中，li表示第i个相位的损失时间，ar表示整个信控所有相位中的全红时间累计值；

21、s35、计算周期时长c，且满足公式：

22、

23、其中，i表示信控所有相位中的第i个相位，n表示信控所有相位的数量，yi表示第i个相位的流量比，l表示损失时间；

24、s36、计算各个相位的实际显示绿灯时间gi，且满足公式：

25、

26、其中，c表示周期时长，l表示损失时间，yi表示第i个相位的流量比，li表示第i个相位的损失时间，bi表示第i个相位的黄灯时间。

27、进一步的，所述s4中“基于所述基础配时方案计算自适应控制方案”包括：

28、s41、对比当前时刻正在使用的信控配时方案和根据实时交通流量态势分布计算预估得到的新的基础配时方案，得到系统当前状态下的修正信号；并在当前配时方案的基础上，叠加所所述修正信号进行自适应优化调节，以得到下个周期的信控配时方案；

29、s42、若当前时刻正在使用的信控配时方案中某个进口车道车流异常，则获取当前周期下剩余各相位的各进口车道的绿灯时长，并预估有效绿灯时间内可正常通过交叉路口的最大车辆数，根据进口车道的交通拥堵指数和车辆延误指数计算当前周期下应当放行的车辆数和剩余相位的各车道的过车期望值wi，其中，所述剩余相位的各车道的过车期望值wi满足公式：

30、

31、其中，nxi表示第i车道当前时刻需要通过的车辆数，mxi表示第i车道当前周期的信控方案下能够支持通过的最大车辆数；

32、再根据各进口车道的过车期望值的数值大小，对各进口车道的绿灯时间在最小绿、最大绿时间数值范围内进行自适应修正控制。

33、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

34、1、本发明基于对高空相机监控视频进行图像检测处理，能够快速获取整个交叉口车道分布，以及各车道车流量，并将之应用于信控配时方案的生成；能够基于当前信控方案，结合自适应控制修正系数进行逐步调整，不会出现前后信控方案变化太大、不利于行车安全的不良情况；能够在当前信控周期内，获取车道级交通拥堵指数和车辆延误指数，对当前周期剩余相位的绿灯时间进行自适应控制调整，更加适配各种突发情况导致的车流异常变化。

35、2、本发明仅需使用一台相机视频检测设备，避免因一条进口车道数据的丢失导致整个交叉口数据失衡的问题，且成本较低，易于维护。

技术特征：

1.一种基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法，其特征在于，所述s1中“相机标定，配置交叉口车道信息”包括：

3.根据权利要求1所述的基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法，其特征在于，所述s2中“设置交叉口信控基础约束参数”包括：

4.根据权利要求1所述的基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法，其特征在于，所述s3中“检测交叉口实时交通流量，计算基础配时方案”包括：

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法，其特征在于，所述s4中“基于所述基础配时方案计算自适应控制方案”包括：

技术总结本发明提供一种基于高空视频的交叉口信号自适应控制方法，所述方法包括以下步骤S1、相机标定，配置交叉口车道信息；S2、设置交叉口信控基础约束参数；S3、检测交叉口实时交通流量，计算基础配时方案；S4、基于所述基础配时方案计算自适应控制方案。本发明能够快速获取整个交叉口车道分布，以及各车道车流量，并将之应用于信控配时方案的生成；能够基于当前信控方案，结合自适应控制修正系数进行逐步调整，不会出现前后信控方案变化太大、不利于行车安全的不良情况；能够在当前信控周期内，获取车道级交通拥堵指数和车辆延误指数，对当前周期剩余相位的绿灯时间进行自适应控制调整，更加适配各种突发情况导致的车流异常变化。技术研发人员：张鹏飞,翁昌青,李远,苟启文受保护的技术使用者：安徽科力信息产业有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20