一種基于管道模型的智能交通信號控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于管道模型的智能交通信號控制方法，本方法降低了車輛通過交叉路口時(shí)的行駛質(zhì)量?；诠艿滥Ｐ偷闹悄芙煌ㄐ盘柨刂品椒ǖ暮诵乃枷胧牵菏紫然谲嚶?lián)網(wǎng)中的車與基礎(chǔ)設(shè)施通信，依靠路側(cè)單元建立起一個(gè)用于精確探測車輛信息的管道模型。然后依據(jù)該模型實(shí)時(shí)并精確地收集進(jìn)出管道的車輛信息，最終利用這些信息合理分配各方向車流綠燈通行時(shí)間。本發(fā)明能適應(yīng)車流量的動態(tài)變化，在保證通行量的前提下，有效減少車輛的平均停止等待時(shí)間和平均停車次數(shù)，提高交叉路口處的行駛質(zhì)量。
【專利說明】一種基于管道模型的智能交通信號控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及道路交通信號控制領(lǐng)域，特別是一種智能城市交通信號控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 城市交通環(huán)境中，交叉路口的存在改善了道路網(wǎng)絡(luò)的連通性。然而，不同方向車流 的交叉行駛加大了交叉路口處的擁塞程度，容易造成車輛行駛質(zhì)量的下降。特別是當(dāng)交通 信號控制系統(tǒng)分配的時(shí)間不合理時(shí)，會加劇交叉路口處的擁塞程度。城市道路交叉路口的 交通運(yùn)行狀態(tài)與整個(gè)城市的交通運(yùn)行狀況密切相關(guān)，解決交叉路口處的交通問題是緩解城 市道路擁塞，提尚車輛彳丁駛質(zhì)量的關(guān)鍵。
[0003] 交通信號控制被認(rèn)為是目前提高交叉路口通行量最經(jīng)濟(jì)和有效的途徑之一，其控 制方式主要分為固定配時(shí)和自適應(yīng)配時(shí)。固定配時(shí)方法依據(jù)交通量的歷史數(shù)據(jù)，為交叉路 口各方向分配合適的固定綠燈通行時(shí)間。自適應(yīng)配時(shí)方法則通過適當(dāng)?shù)乃惴ǚ答伄?dāng)前配 時(shí)方案的效果或者利用車輛檢測提供實(shí)時(shí)的交通信息，用于動態(tài)調(diào)整配時(shí)方案。兩種方法 各有利弊：固定配時(shí)方法簡單易實(shí)現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生活當(dāng)中，但是其無法適應(yīng)車流量 的高度動態(tài)性，降低了車輛通過交叉路口時(shí)的行駛質(zhì)量。自適應(yīng)配時(shí)方法能夠較為靈活地 適應(yīng)車流量的動態(tài)性，但存在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和車輛信息獲取不準(zhǔn)確等問題。與固定配時(shí)方法相 比，自適應(yīng)配時(shí)方法更加靈活有效，因此研宄人員或利用各種理論知識，或借助各種軟硬件 設(shè)備，提出和改進(jìn)了多種自適應(yīng)的交通信號控制方法。例如人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)理論、圖像 及視頻處理技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。近幾年來，智能交通系統(tǒng)（IntelligentTraffic System，ITS)對于改善道路交通的運(yùn)輸效率和安全性起到了關(guān)鍵作用。車輛自組織網(wǎng)絡(luò) (VehicularAd-hocNetwork,VANET)可以看作是ITS在過去十幾年中飛速發(fā)展的產(chǎn)物，其 為自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)解決方案的實(shí)現(xiàn)提供了更加高效的手段。
[0004] 現(xiàn)有的自適應(yīng)交通信號控制方法眾多，但存在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜或獲取車輛相關(guān)信息的準(zhǔn) 確性難以得到保障等缺陷。例如圖像或視頻的處理結(jié)果與采集的樣本質(zhì)量有密切的關(guān)系， 特別是在天氣惡劣或交通擁堵的情況下，這類方法的效果難以得到保證?；?綠波"效應(yīng) 的交通控制通過實(shí)現(xiàn)干道上的車流不間斷地經(jīng)過多個(gè)交通燈路口而不停止，是目前公認(rèn) 的最有效率的交通控制策略之一。"綠波"解決方案雖然高效，但是只能提高主干道的行駛 質(zhì)量，對分支道路的行駛可能會帶來不利的影響。同時(shí)，這些方法均忽略了車輛類型對分配 時(shí)間的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有交通信號控制方法的不足，提出了一種基于管道模型的智能交通 信號控制方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于管道模型的智能交通信號控制方法，包括如下步 驟：
[0007] 步驟1，建立管道模型，所述的管道模型包括路側(cè)單元、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和交通控 制系統(tǒng)；所述的路側(cè)單元用于收集車輛的相關(guān)信息，所述的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器用于處理路側(cè) 單元提交的車輛信息，所述的交通控制系統(tǒng)用于為各路口分配合理的綠燈通行時(shí)間。轉(zhuǎn)步 驟2 ;
[0008] 步驟2,當(dāng)車輛進(jìn)入管道時(shí)，向第一路側(cè)單元RSU1發(fā)送到達(dá)消息AMi，到達(dá)消息AMi 的內(nèi)容包括車輛的標(biāo)識符、行駛車道、車輛類型、到達(dá)管道的時(shí)間以及車輛的優(yōu)先級，i代表 第i個(gè)車輛；車輛離開管道時(shí)，向第二路側(cè)單元RSU2發(fā)送離開消息DMi，離開消息01^的內(nèi) 容包含車輛的標(biāo)識符；第一路側(cè)單元RSU1收到到達(dá)消息AMi后，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器記錄該車輛 的相關(guān)信息；第二路側(cè)單元RSU2收到離開消息01^后，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器刪除該車輛的相關(guān)信 息。同時(shí)，采用消息重傳策略和過時(shí)信息刪除策略處理信息。轉(zhuǎn)步驟3;
[0009] 步驟3,將車輛按類型分為大、中、小三類，并分別賦予影響權(quán)重Wx、Wy、Wz，其中小型 車輛為標(biāo)準(zhǔn)影響權(quán)重，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過累加管道中各類型車輛的權(quán)重，得到當(dāng)前時(shí)刻 影響綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值，記為Flow_C，并將其上交給交通控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)步驟4 ;
[0010] 步驟4,交通控制系統(tǒng)檢查當(dāng)前方向的車道是否獲得綠燈時(shí)間控制權(quán)，是則轉(zhuǎn)步驟 5,否則轉(zhuǎn)步驟2;
[0011] 步驟5,交通控制系統(tǒng)比較管道中車輛的影響綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值Flow_C與權(quán) 重閾值Flow_T的大小，若Flow_C>Flow_T，說明道路擁塞程度較高，則轉(zhuǎn)步驟6,否則轉(zhuǎn)步 驟8 ;
[0012] 步驟6,為車流分配綠燈通行時(shí)間，繼續(xù)比較管道中車輛的影響綠燈時(shí)間分配的權(quán) 重值Flow_C與權(quán)重閾值Flow_T的大小。若Flow_C>Flow_T，說明道路擁塞程度依然處于 較高水平，轉(zhuǎn)步驟7,否則轉(zhuǎn)步驟8 ;
[0013] 步驟7,交通控制系統(tǒng)判斷當(dāng)前綠燈持續(xù)時(shí)間Te是否大于最長綠燈時(shí)間Tmaxe，是則 轉(zhuǎn)步驟9,否則轉(zhuǎn)步驟6 ;
[0014] 步驟8,交通控制系統(tǒng)為當(dāng)前車道分配最短綠燈時(shí)間Tmine，并轉(zhuǎn)步驟9 ;
[0015] 步驟9,交通控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移當(dāng)前車道綠燈時(shí)間控制權(quán)至下一個(gè)方向的車道，結(jié)束流 程。
[0016] 所述的步驟2中的重傳過程和過時(shí)信息刪除過程為：車輛在發(fā)送到達(dá)消息時(shí)留有 備份，如果在時(shí)間γ內(nèi)沒有收到來自第一路側(cè)單元RSU1的回應(yīng)，則發(fā)送備份消息，假設(shè)車 輛i在進(jìn)入和離開管道時(shí)分別向第一路側(cè)單元RSUdP第二路側(cè)單元RSU2發(fā)送到達(dá)消息AMi 和離開消息DMi,在采用消息重傳過程前提下，第一路側(cè)單元RSUJP第二路側(cè)單元RSU2接收 消息的結(jié)果有以下四種情況：
[0017] (1)第一路側(cè)單元RSU1收到到達(dá)消息AMi，第二路側(cè)單元RSU2收到離開消息DMi: 管道模型正常記錄該車輛的進(jìn)出情況；
[0018] (2)第一路側(cè)單元RSU1沒有接收到達(dá)消息AMi，第二路側(cè)單元RSU2收到離開消息 DMi:管道模型不記錄該車輛的相關(guān)信息，不計(jì)入車輛數(shù)值，并不帶入權(quán)重的計(jì)算；
[0019] (3)第一路側(cè)單元RSU1收到到達(dá)消息AMi，第二路側(cè)單元RSU2沒有收到離開消息 DMi:管道模型不記錄該車輛的相關(guān)信息，不計(jì)入車輛數(shù)值，并不帶入權(quán)重的計(jì)算；
[0020] (4)第一路側(cè)單元RSU1沒有接收到達(dá)消息AMi，第二路側(cè)單元RSU2沒有收到離開 消息DMi:管道模型不記錄該車輛的相關(guān)信息，不計(jì)入車輛數(shù)值，并不帶入權(quán)重的計(jì)算。
[0021] 所述的步驟3中，計(jì)算最終影響綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值？1〇?_(：的方法為：考慮一 個(gè)方向車流的綠燈時(shí)間分配情況，忽略右轉(zhuǎn)車流時(shí)間分配，假設(shè)當(dāng)前道路管道中車輛總數(shù) 為N，其中左轉(zhuǎn)車輛、直行車輛和右轉(zhuǎn)車輛所占比重分別為Na、Nb、N。，令單個(gè)車輛的影響權(quán)重 為Wi,則有：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于管道模型的智能交通信號控制方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，建立管道模型，所述的管道模型包括路側(cè)單元、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和交通控制系 統(tǒng)；所述的路側(cè)單元用于收集車輛的相關(guān)信息，所述的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器用于處理路側(cè)單元 提交的車輛信息，所述的交通控制系統(tǒng)用于為各路口分配合理的綠燈通行時(shí)間； 步驟2,當(dāng)車輛進(jìn)入管道時(shí)，向第一路側(cè)單元RSA發(fā)送到達(dá)消息AMi，到達(dá)消息 容包括車輛的標(biāo)識符、行駛車道、車輛類型、到達(dá)管道的時(shí)間以及車輛的優(yōu)先級，i代表第i 個(gè)車輛；車輛離開管道時(shí)，向第二路側(cè)單元RSU2發(fā)送離開消息DMi，離開消息DMi的內(nèi)容包含 車輛的標(biāo)識符；第一路側(cè)單元RSA收到到達(dá)消息AM,后，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器記錄該車輛的相關(guān) 信息；第二路側(cè)單元RSU2收到離開消息DMi后，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器刪除該車輛的相關(guān)信息；同 時(shí)，采用消息重傳策略和過時(shí)信息刪除策略處理信息； 步驟3,將車輛按類型分為大、中、小三類，并分別賦予影響權(quán)重Wx、Wy、Wz，其中小型車輛 為標(biāo)準(zhǔn)影響權(quán)重，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過累加管道中各類型車輛的權(quán)重，得到當(dāng)前時(shí)刻影響 綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值，記為Flow_C，并將其上交給交通控制系統(tǒng)； 步驟4,交通控制系統(tǒng)檢查當(dāng)前方向的車道是否獲得綠燈時(shí)間控制權(quán)，是則轉(zhuǎn)步驟5， 否則轉(zhuǎn)步驟2 ; 步驟5,交通控制系統(tǒng)比較管道中車輛的影響綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值Flow_C與權(quán)重閾 值Flow_T的大小，若Flow_C>Flow_T，說明道路擁塞程度較高，則轉(zhuǎn)步驟6,否則轉(zhuǎn)步驟8 ; 步驟6,為車流分配綠燈通行時(shí)間，繼續(xù)比較管道中車輛的影響綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值Flow_C與權(quán)重閾值Flow_T的大小；若Flow_C>Flow_T，則道路擁塞程度依然處于較高水 平，轉(zhuǎn)步驟7,否則轉(zhuǎn)步驟8; 步驟7,交通控制系統(tǒng)判斷當(dāng)前綠燈持續(xù)時(shí)間L是否大于最長綠燈時(shí)間Tmax(；，是則轉(zhuǎn)步 驟9,否則轉(zhuǎn)步驟6; 步驟8,交通控制系統(tǒng)為當(dāng)前車道分配最短綠燈時(shí)間Tmin(；，并轉(zhuǎn)步驟9 ; 步驟9,交通控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移當(dāng)前車道的綠燈時(shí)間控制權(quán)至下一個(gè)方向的車道，結(jié)束流 程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于管道模型的智能交通信號控制方法，其特征在于： 所述的步驟2中的重傳過程和過時(shí)信息刪除過程為：車輛在發(fā)送到達(dá)消息時(shí)留有備份，如 果在時(shí)間y內(nèi)沒有收到來自第一路側(cè)單元RSUi的回應(yīng)，則發(fā)送備份消息，假設(shè)車輛i在進(jìn) 入和離開管道時(shí)分別向第一路側(cè)單元RSUJP第二路側(cè)單元RSU2發(fā)送到達(dá)消息AMi和離開 消息DM,，在采用消息重傳過程前提下，第一路側(cè)單元RSUJP第二路側(cè)單元RSU2接收消息的 結(jié)果有以下四種情況： (1) 第一路側(cè)單元RSA收到到達(dá)消息AMp第二路側(cè)單元RSU2收到離開消息DMi:管道 模型正常記錄該車輛的進(jìn)出情況； (2) 第一路側(cè)單元RSA沒有接收到達(dá)消息AM,，第二路側(cè)單元RSU2收到離開消息DMi: 管道模型不記錄該車輛的相關(guān)信息，不計(jì)入車輛數(shù)值，并不帶入權(quán)重的計(jì)算； (3) 第一路側(cè)單元RSA收到到達(dá)消息AM,，第二路側(cè)單元RSU2沒有收到離開消息DMi: 管道模型不記錄該車輛的相關(guān)信息，不計(jì)入車輛數(shù)值，并不帶入權(quán)重的計(jì)算； (4) 第一路側(cè)單元RSA沒有接收到達(dá)消息AM,，第二路側(cè)單元RSU2沒有收到離開消息 DMi:管道模型不記錄該車輛的相關(guān)信息，不計(jì)入車輛數(shù)值，并不帶入權(quán)重的計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于管道模型的智能交通信號控制方法，其特征在于， 所述的步驟3中，計(jì)算最終影響綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值Flow_C的方法為：考慮一個(gè)方向車 流的綠燈時(shí)間分配情況，忽略右轉(zhuǎn)車流時(shí)間分配，假設(shè)當(dāng)前道路管道中車輛總數(shù)為N，其中 左轉(zhuǎn)車輛、直行車輛和右轉(zhuǎn)車輛所占比重分別為Na、Nb、N。，令單個(gè)車輛的影響權(quán)重為I，則 有：
其中flag表示車輛駛出方向的標(biāo)識位，Wi表示第i個(gè)車輛的影響權(quán)重，并且flag和Wi的取值如式（2)和（3)所示：
數(shù)據(jù)中心服務(wù)器接收第一路側(cè)單元RSUJP第二路側(cè)單元RSU2處理后的車輛數(shù)據(jù)，通過 公式（1)、（2)和（3)得到影響綠燈時(shí)間分配的權(quán)重值Flow_C，并將其上交給交通控制系統(tǒng)。
【文檔編號】G08G1/07GK104485003SQ201410794858
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】吳黎兵, 聶雷, 彭紅梅, 鄒逸飛, 吳煜 申請人:武漢大學(xué)