一种基于VISSIM的交通信号协调控制系统

本发明属于智能交通领域，具体是一种基于vissim的交通信号协调控制系统。

背景技术：

1、随着交通机动化的趋势日益明显，道路交通量快速增长，路网密度不断增强，城市交通的拥挤状况日益严重；在一个区域或者整个城市中，一个交叉口交通信号的调整往往会影响到相邻若干个交叉口交通流的运行状况，一个交叉口的拥堵可能会随着时间的推移逐步波及周边数个交叉路口乃至整个区域的所有交叉口。因此，城市交通对信号控制的要求变得越来越高。

2、申请号为cn2019100523469的发明专利公开了一种区域交通信号协调优化控制系统及其控制方法，该方法通过将路网内的各个路口节点均设置为交叉口控制智能体，每个所述交叉口控制智能体均包括交通状态感知模块、交通信号协调优化模块、协调控制模块、执行模块以及交叉口控制模块。但是，该方法没有对路口行驶的车辆的驾驶行为进行监测，没有考虑到车辆因与周围车辆相近而减速，导致对车辆驾驶行为的预测不够准确，从而使交通信号的优化控制不够精准。

3、本发明提到了一种基于vissim的交通信号协调控制系统，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种基于vissim的交通信号协调控制系统，用于解决现有技术中对车辆行为预测不够准确而导致的交通信号控制不够准确的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于vissim的交通信号协调控制系统，包括：数据采集模块、模拟分析模块、执行控制模块；

3、数据采集模块：用于实时采集路网交通中十字路口的实时交通数据；其中，实时交通数据包括等待车辆组的区域数据和行驶车辆组的位置数据；等待车辆组由相应路口所有停止等待的车辆组成；行驶车辆组由路口道路所有行驶的车辆组成；区域数据包括等待车辆的数量以及对应等待区域的长度，位置数据包括非等待车辆的数量以及非等待车辆的实时位置，等待区域为当前路口中正在等待信号灯的车辆组成的区域。

4、模拟分析模块：用于获取路口当前信号灯状态，将实时交通数据与十字路口当前信号灯状态输入至vissim仿真软件预测对应十字路口的交通运行状况，获取若干车辆的预测驾驶行为；以及，在vissim仿真软件中基于预测驾驶行为计算对应车辆通过十字路口的预测时长，分析十字路口当前信号灯状态和预测时长预测获取各路口一轮信号灯后的交通状态信息；其中，交通状态信息包括通过十字路口的车辆数量和不能通过十字路口的车辆数量，一轮信号灯为本次红灯结束到下一次红灯结束。

5、执行控制模块：用于根据十字路口中所有路口的交通状态信息生成信号灯协调优化方案；基于信号灯协调优化方案对该十字路口的信号灯进行实时调整。

6、现有技术中在对车辆行驶行为的预测时没有考虑到行驶车辆可能会因为靠近其他车辆或者路口而减速；本发明通过vissim仿真软件来预测车辆的驾驶行为，设置了驾驶员的心理安全距离，并判断车辆能否通过路口；根据各路口的拥堵情况对路口信号灯进行协调优化，能够更加精确的对信号灯进行控制。

7、优选的，所述实时采集路网交通中十字路口的实时交通数据，包括：

8、通过十字路口各路口的监控摄像头实时对十字路口的道路情况进行拍摄，得到十字路口的实时道路图像；对实时道路图像进行特征分析，得到十字路口的实时交通数据；其中，实时交通数据包括各路口当前等待区域长度、各车辆与等待区域之间的距离以及等待区域中等待车辆的数量。

9、本发明通过路口监控摄像头收集实时道路图片，对实时道路图片进行分析，可以得到路网交通中所需的实时交通数据，为后续输入vissim进行模拟交通运行状况做准备。

10、可以理解的是，当十字路口的摄像头难以识别到较远距离的车辆(尤其是非等待车辆)时，可通过相邻十字路口的摄像头协同获取图像，以提高十字路实时交通数据的可靠性和准确性。

11、优选的，所述对实时道路图片进行特征分析，包括：

12、对实时道路图像进行图像识别，得到路口等待区域中等待车辆组的数量与行驶车辆组中各车辆的位置信息；

13、提取不同帧画面中各车辆位置信息，根据拍摄图片与实际道路的大小比例，转换得到实际道路中的等待区域长度和车辆与等待区域尾端之间的距离；通过计算不同帧画面中同一车辆的位置差异与时间差异，得到车辆的行驶速度。

14、本发明对采集到的实时道路图片进行图像识别，提取等待区域的车辆数量与道路上行驶的车辆信息，为后续预测道路上行驶的车辆的驾驶行为奠定基础。

15、优选的，所述基于预测驾驶行为计算对应车辆通过十字路口的预测时长，包括：

16、提取当前等待区域长度l、非等待车辆与等待区域尾端之间的距离s，车辆行驶速度v；

17、从测试数据库中得到驾驶员的心理安全距离为y米，预测车辆在距离等待区域或者路口斑马线为y米时开始进行减速直至停下或者到达路口；

18、通过匀减速直线运动的位移公式和加速度公式推导得到计算得到预测车辆减速通过路口或到达等待区域的时间tc；其中，测试数据库为经实际行驶行为测试得到的数据库；

19、通过速度公式计算得到车辆通过十字路口的预测时长其中，等待区域尾端为等待区域距离信号灯路口较远的一边。

20、本发明通过vissim模拟路网交通中十字路口的交通运行状况，对车辆行驶行为进行预测，预测车辆在接近等待区域尾端和路口时会进行减速，判断车辆能否通过路口，得到路口的等待区域的变化情况，并以此表示路口的拥堵情况，使对当前路口的交通状况预测的更加精准。

21、优选的，所述分析十字路口当前信号灯状态和预测时长预测获取各路口一轮信号灯后的交通状态信息，包括：

22、从信号数据平台中提取十字路口当前信号灯状态；其中，当前信号灯状态为与实时道路图片对应时间点信号灯的颜色与时间，信号数据平台为经过授权的交通信号监测管理平台；

23、提取车辆通过路口的预测时长，判断车辆能否停入等待区域或者通过路口；

24、提取并标记红色信号灯剩余时间为t、同一周期的绿色信号灯时长为tg，通过比较预测车辆行驶时长tl是否小于或者等于红色信号灯剩余时间t判断车辆能否通过路口；

25、是，则判定该车辆能够停入等待区域；

26、否，则判定该车辆不能停入等待区域，继续判断该车辆能否在下一次绿灯结束前通过路口。

27、通过vissim仿真软件得到车辆通过路口的预测时长，与信号灯的时长进行比较，能够判断车辆能否通过路口，从而得到路口的拥堵情况，能够使信号灯协调优化方案更加合理且符合当前路口的交通情况。

28、优选的，所述判断车辆能否在绿灯结束前通过路口，包括：

29、通过比较车辆行驶时长t1与红色信号灯剩余时间tr是否小于或者等于同一轮的绿色信号灯时长tg之和判断车辆能否在绿灯结束前通过路口；

30、是，则判定车辆能够通过路口；

31、否，则判定车辆不能够通过路口；其中tg为绿色信号灯时长；

32、记录能够通过路口的车辆数量k；其中，能够通过路口的车辆包括等待区域内的车辆和在绿灯结束前通过路口的车辆，k最大值为kmax。

33、需要说明的是：能够通过路口的车辆数量k能够一定程度上反映该路口的拥堵情况。

34、根据预测的车辆通过路口的预测时长，判断行驶车辆能否通过路口，记录预测能够停入等待区域的车辆数量与能够通过路口的车辆数量，对当前路口的所有车辆信息进行汇总，为后续生成信号灯协调优化方案做准备。

35、优选的，所述根据十字路口中所有路口的交通状态信息生成信号灯协调优化方案，包括：

36、通过计算各路口的权重系数aqgs来分配各路口信号灯时长；

37、a路口与c路口方向相对，b路口与d路口方向相对；

38、标记a路口能够通过路口的车辆数量为ka，标记b路口能够通过路口的车辆数量为kb，标记c路口能够通过路口的车辆数量为kc，标记d路口能够通过路口的车辆数量为kd；

39、则a路口的权重系数aqgsa为以权重系数的比例为各路口分配信号灯时长，得到信号灯协调优化方案。

40、本发明通过计算当前路口的权重系数来分配绿色信号灯的时长，得到信号灯的协调优化方案；权重系数由得到的路口交通状态信息得到，使信号灯协调优化方案更加合理，提高通行的效率。

41、优选的，所述以权重系数的比例为各路口分配信号灯时长，包括：

42、得到a、b、c、d四个路口的权重系数分别为aqgsa、aqgsb、aqgsc、aqgsd，信号灯周期为m，基于信号灯周期与各路口权重系数占比得到各路口的有效绿灯时长，则a路口的有效绿灯时长b路口的有效绿灯时长c路口的有效绿灯时长d路口的有效绿灯时长其中，各路口的有效绿灯时长需满足设定范围，信号灯周期为红色信号灯、黄色信号灯和绿色信号灯时长的总和。

43、通过权重系数与信号灯周期，得到路口的有效绿灯时长，能够使通行更加效率，有效的解决路口交通拥挤的问题。

44、优选的，所述各路口的有效绿灯时长需满足设定范围，包括：

45、当k＝kmax时，得到最大绿灯时长，将有效绿灯时长与最大绿灯时长进行比较；

46、判断各路口的有效绿灯时长是否满足设定范围；

47、是，则得到信号灯协调优化方案；

48、否，则将超出最大绿灯时长的时间按比例分配给其他路口的信号灯，得到信号灯协调优化方案。

49、本发明设置了最大绿灯时长，保证信号灯时长在设定范围内，防止出现绿灯时间过长，导致其他路口等待时间过长的情况。

50、优选的，所述基于信号灯协调优化方案对该十字路口的信号灯进行实时调整，包括：

51、将信号灯协调优化方案输入至信号控制平台，识别当前时间该路口的信号灯状态，根据路口信号灯状态对信号灯进行协调优化；

52、若当前该路口为红色信号灯，则对同周期下一绿色信号灯时长进行优化调整；

53、若当前该路口为绿色信号灯时，对下一周期的绿色信号灯时长进行优化调整。

54、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

55、1.本发明通过使用vissim仿真软件对路网交通中的十字路口的交通运行状况进行预测，预测道路中行驶车辆的驾驶行为，并通过计算车辆通过路口的时间tl判断车辆能否通过路口；本发明通过对当前路口车辆驾驶行为进行预测，预测驾驶员在到达心理安全距离时开始减速，能够更加真实的预测车辆的驾驶行为，能够使得对信号灯的协调优化方案更加准确，有效地解决交通拥堵的问题，提高十字路口道路的利用率。

56、2.本发明通过计算能够通过路口的车辆数量k来得到该路口的权重系数，通过将路口权重系数所占的比例与信号灯周期结合，得到各路口的有效绿灯时长，根据有效绿灯时长对信号灯时长进行优化，能够使得到的信号灯协调优化方案更加合理且能够提高车辆通行的效率。