本发明公开了一种基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法，包括建立基于实时交通信息的单交叉口交通信号安全控制数学模型和采用基于实时交通信息的自适应配时算法求解上述数学模型，通过术语与记号、决策变量、目标函数，分别设置绿灯放行的最短时间、绿灯放行的最长时间、饱和车流量绿灯放行的时间，判断是否在多车道出现安全事故，判断当前相位的排队长度。本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法，在建立实时交通信息的单交叉口交通信号控制模型的基础上，根据实时车辆排队长度和交通安全状态，采用自适应配时算法对交叉口控制，在保证交通安全的前提下，实现单交叉口交通信号的动态优化配时。
1.一种基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）建立基于实时交通信息的单交叉口交通信号安全控制数学模型，具体步骤：
111）以D0，D1，…，D11 分别表示交叉口的12 个车流方向，第1 相位为：D0，D1，D6，D7；第2 相位为：D3，D4，D9，D10；第3 相位为：D2，D8；第4相位为：D5，D11，从第1 相位到第4 相位，依次循环放行各相位所含车流方向的车辆；
112）以p i表示Di 方向车流量（i=0，1，2，…，11）；
113）以P i表示相位i（i=1，2，3，4）的实际通过的车流量，分别按下述方法计算：P1 = p0 + p1 + p6 + p7；
114）以Qi表示相位i的排队车辆数（i=1，2，3，4）；
115）以si (i=0，1，……，11)表示对应Di (i=0，1，……，11)方向的饱和流量；
116）以Mi (i=0，1，2，3)表示对应相位的饱和车流量，其中M1=s0+s1+s6+s7；
Li（15 ≤ Li ≤ 30）表示相位i（i=1，2，3，4）的放行时间；
合理的设置各个相位的放行时间，使得单位时间内交叉口获得最大的车辆通过量；
通过改变各个相位的时间的长度，使得交叉口获得最大的通信车流量，并且在发生特殊情况时，进入紧急状况，即：F = ( P0 * L0 + P1 * L1 + P2 * L2 + P3 * L3 ) / ( L0 + L1 + L2 + L3 );取得最大值，其中L0，L1，L2，L3 为各个相位的持续时间；
2）采用基于实时交通信息的自适应配时算法求解上述数学模型，具体步骤：
21）分别设置绿灯放行的最短时间T1、绿灯放行的最长时间T2 、饱和车流量绿灯放行的时间T3；设置各相位的饱和流量Mi (i=1，2，3，4)；
22）设置各个相位的放行时间Li = T1 (i=1，2，3，4)；
23）判断是否在多车道出现安全事故，如果是在多车道出现安全事故，设置与故障车相同方向的车道为黄灯，保证其他车道能缓慢通行；如果是单车道设置车道为红灯，警告后方司机禁止通行，最后，向控制中心发出人工疏导请求和区域交通诱导请求并且开启声光报警；
24）设置检测到的各个相位的排队长度Qi ( i = 1，2，3，4 )；
25）判断当前相位的排队长度，如果Qi = 0，则转26），如果Qi ≠0，则转27）；
26）转下一个相位i= i+ 1; 如果i> 4，i= 1，转23）；
27）根据排队长度Qi 增加当前相位放行的时间，计算T = ( T3 / Mi ) * Qi；如果T + Li > T2，则Li = T2；如果T + Li ≤ T2 ， Li =Li + T，转22）；
所述的步骤27)包括：根据排队长度Qi 增加当前相位放行的时间，计算T = ( T3 / Mi ) * Qi；如果T + Li > T2，则Li = T2；如果T + Li ≤ T2 ， Li =Li+ T，转步骤22）。
一种基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于智能交通领域，具体涉及一种基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法。
背景技术
[0002] 随着城市化速度的加快，机动车日益普及，人们在享受机动车所带来的巨大便利的同时，也面临着交通拥挤的困惑。显然，解决交通拥挤的直接方法就是修建更多的路桥以提高路网的通行能力。然而，修建路桥的巨额资金和城市空间的严格限制，使这一方法的有效性大打折扣。因此，在现有道路条件下，提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，是解决交通问题的有效方法之一。城市道路网的基本单元是信号交叉口，信号交叉口作为整个城市道路的关键地带，城市路网的通行能力直接受到其影响，故研究开发安全可靠并且高效的交叉口交通信号控制器具有重要的应用价值和现实意义。然而，目前的交通信号控制器一般采用固定配时的方案(郑蓉.基于ARM7的多相位交通信号控制器开发与实现[D].上海交通大学，2009)，不能满足交叉口车流量实时改变的情况。
发明内容
[0003] 针对现有技术的不足之处，本发明的所要解决的技术问题在于提供一种基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法，根据实时车辆排队长度和交通安全状态，采用自适应配时算法对交叉口控制，在保证交通安全的前提下，实现单交叉口交通信号的动态优化配时。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明可以通过以下技术措施实现：一种基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法，包括以下步骤：
[0005] 1)建立基于实时交通信息的单交叉口交通信号安全控制数学模型，具体步骤：
[0006] 11)术语与记号：
[0007] 111)以D0，D1，…，D11分别表示交叉口的12个车流方向，第1相位为：D0，D1，D6，D7；第2相位为：D3，D4，D9，D10；第3相位为：D2，D8；第4相位为：D5，D11，从第1相位到第4相位，依次循环放行各相位所含车流方向的车辆；
[0008] 112)以pi表示Di方向车流量(i＝0，1，2，…，11)；
[0009] 113)以Pi表示相位i(i＝1，2，3，4)的实际通过的车流量，分别按下述方法计算：
[0010] P1＝p0+p1+p6+p7；
[0011] P2＝p3+p4+p9+p10；
[0012] P3＝p2+p8；
[0013] P4＝p4+p11；
[0014] 114)以Qi表示相位i的排队车辆数(i＝1，2，3，4)；
[0015] 115)以si(i＝0，1，……，11)表示对应Di(i＝0，1，……，11)方向的饱和流量；
[0016] 116)以Mi(i＝0，1，2，3)表示对应相位的饱和车流量，其中
[0017] M1＝s0+s1+s6+s7；
[0018] M2＝s3+s4+s9+s10；
[0019] M3＝s2+s8；
[0020] M4＝s4+s11；
[0021] 12)决策变量
[0022] Li(15≤Li≤30)表示相位i(i＝1，2，3，4)的放行时间；
[0023] 13)目标函数：
[0024] 合理的设置各个相位的放行时间，使得单位时间内交叉口获得最大的车辆通过量；
[0025] 通过改变各个相位的时间的长度，使得交叉口获得最大的通信车流量，并且在发生特殊情况时，进入紧急状况，即：
[0026] F＝(P0*L0+P1*L1+P2*L2+P3*L3)/(L0+L1+L2+L3)；取得最大值，其中L0，L1，L2，L3为各个相位的持续时间；
[0027] 2)采用基于实时交通信息的自适应配时算法求解上述数学模型，具体步骤：
[0028] 21)分别设置绿灯放行的最短时间T1、绿灯放行的最长时间T2、饱和车流量绿灯放行的时间T3；设置各相位的饱和流量Mi(i＝1，2，3，4)；
[0029] 22)设置各个相位的放行时间Li＝T1(i＝1，2，3，4)；
[0030] 23)判断是否在多车道出现安全事故，如果是在多车道出现安全事故，设置与故障车相同方向的车道为黄灯，保证其他车道能缓慢通行；如果是单车道设置车道为红灯，警告后方司机禁止通行，最后，向控制中心发出人工疏导请求和区域交通诱导请求并且开启声光报警；
[0031] 24)设置检测到的各个相位的排队长度Qi(i＝1，2，3，4)；
[0032] 25)判断当前相位的排队长度，如果Qi＝0，则转26)，如果Qi≠0，则转27)；
[0033] 26)转下一个相位i＝i+1；如果i>4，i＝1，转23)；
[0034] 27)根据排队长度Qi增加当前相位放行的时间，计算T＝(T3/Mi)*Qi；如果T+Li>T2，则Li＝T2；如果T+Li≤T2，Li＝Li+T，转22)。
[0035] 作为本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法的优选实施方式，所述的步骤27)包括：根据排队长度Qi增加当前相位放行的时间，计算T＝(T3/Mi)*Qi；如果T+Li>T2，则Li＝T2；如果T+Li≤T2，Li＝Li+T，转步骤22)。
[0036] 实施本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法的技术方案具有如下有益效果：本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法在建立实时交通信息的单交叉口交通信号控制模型的基础上，根据实时车辆排队长度和交通安全状态，采用自适应配时算法对交叉口控制，在保证交通安全的前提下，实现单交叉口交通信号的动态优化配时，尤其当各相位的车流量不均衡时，能使得交叉口单位时间通过尽可能多的车辆。
[0037] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0038] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
[0039] 图1是本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法的交叉口车辆放行方向示意图。
[0040] 图2是本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法的流程图。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。
[0042] 如图1-2所示，本发明的一种基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法包括以下步骤：
[0043] 1)建立基于实时交通信息的单交叉口交通信号安全控制数学模型，具体步骤：
[0044] 11)术语与记号：
[0045] 111)以D0，D1，…，D11分别表示交叉口的12个车流方向，如图1所示，第1相位为：D0，D1，D6，D7；第2相位为：D3，D4，D9，D10；第3相位为：D2，D8；第4相位为：D5，D11。从第1相位到第4相位，依次循环放行各相位所含车流方向的车辆。
[0046] 112)以pi表示Di方向车流量(i＝0，1，2，…，11)。
[0047] 113)以Pi表示相位i(i＝1，2，3，4)的实际通过的车流量，分别按下述方法计算：
[0048] P1＝p0+p1+p6+p7；
[0049] P2＝p3+p4+p9+p10；
[0050] P3＝p2+p8；
[0051] P4＝p4+p11。
[0052] 114)以Qi表示相位i的排队车辆数(i＝1，2，3，4)。
[0053] 115)以si(i＝0，1，……，11)表示对应Di(i＝0，1，……，11)方向的饱和流量。
[0054] 116)以Mi(i＝0，1，2，3)表示对应相位的饱和车流量。其中
[0055] M1＝s0+s1+s6+s7；
[0056] M2＝s3+s4+s9+s10；
[0057] M3＝s2+s8；
[0058] M4＝s4+s11。
[0059] 12)决策变量
[0060] Li(15≤Li≤30)表示相位i(i＝1，2，3，4)的放行时间。
[0061] 13)目标函数：
[0062] 要求合理的设置各个相位的放行时间，使得单位时间内交叉口获得最大的车辆通过量。
[0063] 自适应配时算法的本质就是：通过改变各个相位的时间的长度，使得交叉口获得最大的通信车流量。并且在发生特殊情况时，进入紧急状况。即：
[0064] F＝(P0*L0+P1*L1+P2*L2+P3*L3)/(L0+L1+L2+L3)；取得最大值。其中L0，L1，L2，L3为各个相位的持续时间。
[0065] 2)采用基于实时交通信息的自适应配时算法求解上述数学模型，具体步骤：
[0066] 21)分别设置绿灯放行的最短时间T1、绿灯放行的最长时间T2、饱和车流量绿灯放行的时间T3；设置各相位的饱和流量Mi(i＝1，2，3，4)。
[0067] 22)设置各个相位的放行时间Li＝T1(i＝1，2，3，4)。
[0068] 23)判断是否在多车道出现安全事故，如果是在多车道出现安全事故，设置与故障车相同方向的车道为黄灯，保证其他车道能缓慢通行。如果是单车道设置车道为红灯，警告后方司机禁止通行。最后，向控制中心发出人工疏导请求和区域交通诱导请求并且开启声光报警。
[0069] 24)设置检测到的各个相位的排队长度Qi(i＝1，2，3，4)。
[0070] 25)判断当前相位的排队长度。如果Qi＝0，则转26)。如果Qi≠0，则转27)。
[0071] 26)转下一个相位i＝i+1；如果i>4，i＝1；转23)。
[0072] 27)根据排队长度Qi增加当前相位放行的时间。计算T＝(T3/Mi)*Qi；如果T+Li>T2，则Li＝T2。如果T+Li≤T2，Li＝Li+T，转22)。
[0073] 进一步的，所述的步骤27)包括：根据排队长度Qi增加当前相位放行的时间，计算T＝(T3/Mi)*Qi；如果T+Li>T2，则Li＝T2。如果T+Li≤T2，Li＝Li+T，转步骤22)。
[0074] 表1
[0075]
[0076] 在一个具体的算例中，随机生成车流量，设置各相位的饱和流量为：M1＝65；M2＝63；M3＝33；M4＝31。其中饱和车流量绿灯放行的时间T3＝30s，应用本发明方法，得到计算结果，如表1所示。
[0077] 其中F自适应和F固定轮转分别代表自适应配时算法和固定轮转算法的单位时间通行车辆数。
[0078] 实施本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法的技术方案具有如下有益效果：本发明的基于实时交通信息的单交叉口交通信号控制方法在建立实时交通信息的单交叉口交通信号控制模型的基础上，根据实时车辆排队长度和交通安全状态，采用自适应配时算法对交叉口控制，在保证交通安全的前提下，实现单交叉口交通信号的动态优化配时，尤其当各相位的车流量不均衡时，能使得交叉口单位时间通过尽可能多的车辆。
[0079] 最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
