一種基于向量分析的交通信號配時時段劃分方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種交通信號控制技術，特別設及一種基于向量分析的交通信號配時 時段劃分方法。
【背景技術】
[0002] 交通信號控制是提高道路資源利用率的有效手段，是緩解城市交通擁堵的主要方 式。交通信號分時段控制根據(jù)交叉口歷史流量變化合理地將全天劃分為多個時段，所得的 每個時段交通流是相對穩(wěn)定的，根據(jù)每個時段的交通量相應地配置不同時段的交通信號配 時方案，在定時控制系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)中應用廣泛。實際工程中，多W主觀經(jīng)驗對交叉 口進行時段劃分，此后眾多研究采用聚類算法來劃分時段，各類聚類算法主要W總流量、周 期等作為聚類對象。但針對總流量或者周期聚類有幾點不足：
[0003] 1)用周期、綠信比等參數(shù)聚類需要大量的配時計算且計算復雜，難W操作。
[0004] 2)總流量甚至信號周期相似情況下，流量分布可能相差較大且交通流不穩(wěn)定時， 所劃分出的時段并不能真實地體現(xiàn)實際交通流狀況，得到的時段劃分點也是不合理的。
[0005]交通信號分時段控制的目的是根據(jù)每個時段的平均出行量進行交通分配，從而使 得道路資源能夠滿足當前的交通需求。本發(fā)明W向量分析為主要方法，向量化各流向交通 流，設計出一種實用的交通信號分時段控制方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明是針對W總流量或者周期作為聚類對象進行交通信號分時段控制存在的 問題，提出了 一種基于向量分析的交通信號配時時段劃分方法，較準確地區(qū)分流量分布，得 到合理的時段劃分點，降低交叉口整體延誤。
[0007]本發(fā)明的技術方案為；一種基于向量分析的交通信號配時時段劃分方法，具體包 括如下步驟：
[0008] 1) W兩相位交叉口T為研究對象，采集交叉口交通流，構建交通流向量模型，分析 交通流各流向差異性與不穩(wěn)定性時段，計算各流向向量和并求得零點，作為時段劃分點；
[0009] 2)由C均值聚類算法對全天劃分時段，將設定時間采集的數(shù)據(jù)加入C均值聚類算 法，輸出S個聚類中屯、，根據(jù)聚類中屯、確定時段劃分點；
[0010] 3)根據(jù)步驟1)和2)所得時段劃分點，根據(jù)韋伯斯特經(jīng)典配時方法，計算信號周 期、最優(yōu)信號周期時長、綠信比參數(shù)，根據(jù)下面公式式得到交叉口整體延誤：
[0011] D = q*d
[0012] 式中D為整體延誤，單位S，q為車流量，單位輛，d為車輛平均延誤，單位s/輛。
[0013] 所述步驟1)具體包括如下步驟：
[0014] A ;設定采集時間，采集交叉口交通流數(shù)據(jù)，并進行異常數(shù)據(jù)處理；
[0015] B;確定交叉口相位W及車道數(shù)量，各流向的交通流作向量化處理，流量向量化算 法即將各流向的交通流設為向量，計算各流向交通流的向量和為向量C為：
[0016]
[0017] 其中；ai為i流向的交通量向量，i的值代表不同流向，g為交通流流向數(shù)；
[001引 C;根據(jù)B所建向量模型計算時段劃分點：
[0019] 步驟1;向量和C轉換為函數(shù)f并計算其表達式的零點個數(shù)N，若N〉0,計算零點 (tk，0)化=1，? ? ?，腳，并令k= 1 ;若N<1則轉到步驟6 ;
[0020] 步驟2 ;若k《N，轉向步驟3 ;否則轉向步驟6 ;
[0021] 步驟3;時段[tk-At/2，tk+At/リ內的零點個數(shù)Nk=l且滿足下式，tk則是時段 劃分點：A> 丫
[002引式中A為不同流向交通流差異性參數(shù)A=max(|c|)/s，即在 [tk-At/2，tk+At/2]區(qū)段向量和|c|最大值與進口道通行能力S比值；At為時段劃分的 最小時間，經(jīng)仿真驗證取60min; 丫為不同流向交通流差異性闊值，經(jīng)仿真取0. 04 ;
[002引步驟4 ;若在時段[tk-At/2,tk+At/2]，Nk> 2,則tk不作為時段劃分點；
[0024] 步驟5 ;k=k+1，轉向步驟2 ;
[0025] 步驟6 ;結束；
[002引 D ;根據(jù)C，得到時段劃分點。
[0027] 所述步驟2)具體包括：
[002引 E;利用化1)間的隨機數(shù)初始化隸屬度矩陣U= [U。]，并滿足條件下式：
【主權項】
1. 一種基于向量分析的交通信號配時時段劃分方法，其特征在于，具體包括如下步 驟： 1) 以兩相位交叉口 T為研宄對象，采集交叉口交通流，構建交通流向量模型，分析交通 流各流向差異性與不穩(wěn)定性時段，計算各流向向量和并求得零點，作為時段劃分點； 2) 由C均值聚類算法對全天劃分時段，將設定時間采集的數(shù)據(jù)加入C均值聚類算法，輸 出s個聚類中心，根據(jù)聚類中心確定時段劃分點； 3) 根據(jù)步驟1)和2)所得時段劃分點，根據(jù)韋伯斯特經(jīng)典配時方法，計算信號周期、最 優(yōu)信號周期時長、綠信比參數(shù)，根據(jù)下面公式式得到交叉口整體延誤： D = q*d 式中D為整體延誤，單位s，q為車流量，單位輛，d為車輛平均延誤，單位s/輛。
2. 根據(jù)權利要求1所述基于向量分析的交通信號配時時段劃分方法，其特征在于，所 述步驟1)具體包括如下步驟： A :設定采集時間，采集交叉口交通流數(shù)據(jù)，并進行異常數(shù)據(jù)處理； B :確定交叉口相位以及車道數(shù)量，各流向的交通流作向量化處理，流量向量化算法即 將各流向的交通流設為向量，計算各流向交通流的向量和為向量c為：
其中：a# i流向的交通量向量，i的值代表不同流向，g為交通流流向數(shù)； C :根據(jù)B所建向量模型計算時段劃分點： 步驟1 :向量和C轉換為函數(shù)f并計算其表達式的零點個數(shù)N，若N>0,計算零點（tk，0) (k = 1，· · ·，N)，并令k = 1 ;若N〈1則轉到步驟6 ; 步驟2 :若k < N，轉向步驟3 ;否則轉向步驟6 ; 步驟3 :時段[tk_At/2，tk+At/2]內的零點個數(shù)Nk= 1且滿足下式，tjlj是時段劃分 點：Δ彡γ 式中Δ為不同流向交通流差異性參數(shù)Δ = max(| c |)/s，即在[tk_A t/2, tk+A t/2]區(qū) 段向量和I c I最大值與進口道通行能力s比值；Δ t為時段劃分的最小時間，經(jīng)仿真驗證取 60min ; γ為不同流向交通流差異性閾值，經(jīng)仿真取0. 04 ; 步驟4 :若在時段[tk_ Λ t/2, tk+ Λ t/2]，Nk彡2,則t k不作為時段劃分點； 步驟5 :k = k+Ι，轉向步驟2 ; 步驟6 :結束； D :根據(jù)C，得到時段劃分點。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述基于向量分析的交通信號配時時段劃分方法，其特征在于， 所述步驟2)具體包括： E :利用（0, 1)間的隨機數(shù)初始化隸屬度矩陣U = [\_]，并滿足條件下式：
F :根據(jù)下式計算s個聚類中心比，
9 式中Uij為隸屬度矩陣元素 ，(Ku yi，η為樣本數(shù)，Iii為組i的聚類中心，x」為第j個數(shù) 據(jù)； G :根據(jù)下式（5)重新求隸屬度矩陣U，
式中Clij為第i個聚類中心h i與第j個數(shù)據(jù)點X」的歐式距離d i」=I |h「X」I I，m為加 權指數(shù)，m e [1，〇〇 ); H :計算目標函數(shù)M，如果M小于設定閥值，結束算法；否則轉F繼續(xù)迭代，
I :結束。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于向量分析的交通信號配時時段劃分方法，考慮交叉口不同流向交通流分布差異及不穩(wěn)定性，構建向量分析模型與算法，向量化各流向的交通流，針對各流向流量分布差異較大以及不穩(wěn)定時段，設計計算時段劃分點的算法，為多時段信號配時提供了重要依據(jù)。本發(fā)明按照系統(tǒng)效益最優(yōu)原則，劃分出較合理的時段，降低交叉口整體延誤。
【IPC分類】G08G1-08
【公開號】CN104867339
【申請?zhí)枴緾N201510239130
【發(fā)明人】王浩, 何保敬, 劉云翔, 李曉丹, 包林基, 徐愛秋, 王紅彩
【申請人】上海應用技術學院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月12日