一种基于路网协调的实时交通信号控制方法、系统及装置

本发明涉及智能交通，具体涉及一种基于路网协调的实时交通信号控制方法、系统及装置。

背景技术：

1、城市交通信号控制是从交通管理调控层面缓解交通拥堵等问题的有效措施之一。通过对交通信号配时的调整和优化，可以在一定程度上有效地提高交叉口的通行能力，减少交通拥堵和交通事故，改善道路交通运行效率。在过去的几十年间，交通信号控制技术以及相关的检测、通信、计算等技术取得了长足的发展，先进的交通信号控制系统已经取得广泛应用。

2、早期的交通信号控制主要采用定时控制方法，一般基于人工调查或感应线圈等断面交通流检测器采集交通流量，形成固定的相位方案和配时方案。这种方法虽然容易实施，但缺乏灵活性，无法反映道路交通状况和适应交通流的实时变化，导致控制效率低下。为了改善交通信号控制的效果，逐渐发展了感应信号控制方法。通过检测器实时检测路段上的交通流到达，从而调整绿灯时间和决定相位切换。感应控制提高了信号控制的灵活性和实时性，但是由于简单的控制逻辑，导致其仅适用于部分交通状况，且对于不同的控制目标存在局限。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于路网协调的实时交通信号控制方法、系统及装置，以解决现有的交通信号控制方法由于简单的控制逻辑，导致其仅适用于部分交通状况，且对于不同的控制目标存在局限的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种基于路网协调的实时交通信号控制方法，用于中心端；该方法包括：

3、基于预设决策时间间隔，重复获取并得到待控制路网的基础设施参数集、预设模型基本参数集、信号显示状态集和待控制路网内各运行车辆的第一运行数据集和各待运行车辆的第二运行数据集；基于基础设施参数集、预设模型基本参数集、第一运行数据集和第二运行数据集，经过预设分析方法，确定待控制路网的交通流特征；基于交通流特征、预设模型基本参数集和信号显示状态集，建立数学优化模型；利用数学优化模型对待控制路网内每个流向在预测时间范围内的信号显示状态进行控制，得到待控制路网的实时交通信号控制结果。

4、本发明提供的基于路网协调的实时交通信号控制方法，通过预设决策时间间隔实时获取待控制路网在预设时间范围内的基础设施参数集、预设模型基本参数集和待控制路网内各运行车辆的第一运行数据集和各待运行车辆的第二运行数据集，进而通过上述数据可以实时确定待控制路网的交通流特征。进一步，通过得到的交通流特征并结合预设模型基本参数集和信号显示状态集建立对应的数学优化模型，并通过求解该模型可以实现待控制路网内每个流向在预测时间范围内的信号显示状态的控制。与基于周期长、绿信比、相位差的传统优化技术不同，本发明提供的控制方法没有直接涉及相位和相序的概念，但通过数学优化模型进行合理的约束，保证了符合现行信号控制技术规范的相位选择约束、相位持续时间约束以及相位间隔时间约束。因而该信号控制的决策具有非常高的灵活性，能够在可行的相位、相序方案中根据优化目标确定合适的相位及其持续时间，提高了信号控制决策的智能化水平。因此，通过实施本发明，可以实现相邻交叉口之间以至路网内多个交叉口、多个不同路径的协调，满足了充分面向未来环境且适度超前的技术发展需要。

5、在一种可选的实施方式中，第一运行数据集包括各运行车辆的运行状态和第一目标路径信息，第二运行数据集包括各待运行车辆的第二目标路径信息和预设出发时间；基于基础设施参数集、预设模型基本参数集、第一运行数据集和第二运行数据集，经过预设分析方法，确定待控制路网的交通流特征，包括：

6、基于基础设施参数集、预设模型基本参数集、运行状态和第一目标路径信息，确定待控制路网内每个流向的观测车辆状态；基于基础设施参数集、预设模型基本参数集、第二目标路径信息和预设出发时间，确定待控制路网内每个流向的瞬时需求状态；基于基础设施参数集、预设模型基本参数集、每个流向的观测车辆状态和每个流向的瞬时需求状态，确定待控制路网的交通流特征。

7、本发明通过结合各运行车辆的运行状态和第一目标路径信息可以确定出待控制路网内每个流向的观测车辆状态。同时，通过结合各待运行车辆的第二目标路径信息和预设出发时间可以确定出待控制路网内每个流向的瞬时需求状态，进而通过观测车辆状态和瞬时需求状态可以确定出待控制路网的交通流特征，为后续路网内交通信号的实时控制提供了数据支持。

8、在一种可选的实施方式中，基于基础设施参数集、运行状态和第一目标路径信息，确定待控制路网内每个流向的观测车辆状态，包括：

9、基于运行状态和第一目标路径信息，确定各运行车辆在预设目标路径上的多个路段对；基于基础设施参数集，确定与多个路段对匹配的多个流向；获取多个流向对应的各运行车辆并确定待控制路网内每个流向的观测车辆状态。

10、在一种可选的实施方式中，基于基础设施参数集、预设模型基本参数集、每个流向的观测车辆状态和每个流向的瞬时需求状态，确定待控制路网的交通流特征，包括：

11、基于预设模型基本参数集和每个流向的观测车辆状态，计算每个流向的流量；基于每个流向的瞬时需求状态计算每个流向的瞬时外部需求；基于基础设施参数集和每个流向的观测车辆状态，计算每个流向对的瞬时转向比；基于每个流向的流量、瞬时外部需求和每个流向对的瞬时转向比，确定待控制路网的交通流特征。

12、本发明通过结合得到的观测车辆状态和瞬时需求状态可以确定出待控制路网的流量、瞬时外部需求和瞬时转向比等交通流特征，为后续路网内交通信号的实时控制提供了数据支持。

13、在一种可选的实施方式中，基于预设模型基本参数集和每个流向的观测车辆状态，计算每个流向的流量，包括：

14、基于预设模型基本参数集和每个流向的观测车辆状态，计算每个流向的累积到达量和累积离开量；基于每个流向的累积到达量和累积离开量，计算每个流向的流量。

15、在一种可选的实施方式中，基于交通流特征、预设模型基本参数集和信号显示状态集，建立数学优化模型，包括：

16、基于交通流特征和预设模型基本参数集构建目标函数；基于交通流特征、预设模型基本参数集和信号显示状态集构建约束条件集；基于交通流特征和信号显示状态集，经过目标函数和约束条件集，建立数学优化模型。

17、本发明通过数学优化模型进行合理的约束，保证了符合现行信号控制技术规范的相位选择约束、相位持续时间约束以及相位间隔时间约束。因而该信号控制的决策具有非常高的灵活性，能够在可行的相位、相序方案中根据优化目标确定合适的相位及其持续时间，提高了信号控制决策的智能化水平，进而可以实现相邻交叉口之间以至路网内多个交叉口、多个不同路径的协调，满足了充分面向未来环境且适度超前的技术发展需要。

18、第二方面，本发明提供了一种基于路网协调的实时交通信号控制系统，包括：

19、车辆端，用于基于预设决策时间间隔，发送待控制路网内各运行车辆的第一运行数据集和各待运行车辆的第二运行数据集至中心端；中心端，用于执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于路网协调的实时交通信号控制方法。

20、本发明提供的基于路网协调的实时交通信号控制系统，通过车辆端可以实时获取待控制路网内各运行车辆的第一运行数据集和各待运行车辆的第二运行数据集，进一步通过在中心端执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于路网协调的实时交通信号控制方法，可以实现相邻交叉口之间以至路网内多个交叉口、多个不同路径的协调。

21、在一种可选的实施方式中，车辆端包括车载定位模块、导航模块和第一车路协同通信模块；中心端包括地图平台、计算处理模块、数据存储模块和第二车路协同通信模块，第一车路协同通信模和第二车路协同通信模通信连接。

22、第三方面，本发明提供了一种基于路网协调的实时交通信号控制装置，该装置包括：

23、获取模块，用于基于预设决策时间间隔，重复获取并得到待控制路网的基础设施参数集、预设模型基本参数集、信号显示状态集和待控制路网内各运行车辆的第一运行数据集和各待运行车辆的第二运行数据集；分析与确定模块，用于基于基础设施参数集、预设模型基本参数集、第一运行数据集和第二运行数据集，经过预设分析方法，确定待控制路网的交通流特征；建立模块，用于基于交通流特征、预设模型基本参数集和信号显示状态集，建立数学优化模型；控制模块，用于利用数学优化模型对待控制路网内每个流向在预测时间范围内的信号显示状态进行控制，得到待控制路网的实时交通信号控制结果。

24、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于路网协调的实时交通信号控制方法。

25、第五方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于路网协调的实时交通信号控制方法。