一种利用视频检测数据的城市相邻交叉口信号协调控制方法

摘要

一种利用视频检测数据的城市相邻交叉口信号协调控制方法，涉及一种城市相邻两交叉口信号协调控制方法，属于信号控制领域，解决现有信号协调控制方法采用感应线圈检测数据导致协调相位路径流量统计误差较大、协调控制方案不精确等问题。信号机通过视频检测器获取各个交叉口进口车道停车线断面图像；根据断面图获取车辆数，根据车辆数计算交通流参数；对进口车道到达交通流量进行预测计算；对路段进行机动车平均运行速度预测计算；进行信号协调控制配时参数计算；根据信号协调控制配时参数获得信号协调控制方案，并将控制信号传输给交通信号灯实现信号协调控制。本发明可广泛应用于城市交叉口的协调控制。

主权项

一种利用视频检测数据的城市相邻交叉口信号协调控制方法，所述方法是基于如下设备来实现的：待控制交叉口的每个进口方向均布设一个视频检测器，视频检测器用于获取停车线断面图像，每个视频检测器的视频信息输出端均与信号机的视频信息输入端相连；其特征在于它包括如下步骤：步骤一：信号机通过视频检测器获取各个交叉口进口车道停车线断面图像；步骤二：根据信号机获得的各个交叉口进口车道停车线断面图获取统计间隔内越过待控制交叉口各个车道通过的车辆数，并根据待控制交叉口各个车道通过的车辆数计算交通流参数，所述交通流参数包括待控制交叉口进口车道流量、待控制交叉口进口车道与相邻交叉口进口车道之间的路径流量、待控制交叉口进口车道车辆越过停车线的平均运行速度；步骤三：对待控制交叉口各个进口车道到达交通流量进行预测计算，所述对待控制交叉口各个进口车道到达交通流量进行预测计算的过程是遵循协调重交通流原则确定交叉口协调相位后进行预测计算的过程；步骤四：对待控制交叉口各个进口车道及其协调相位间的路段进行机动车平均运行速度预测计算；步骤五：根据步骤三获得的待控制交叉口各个进口车道到达交通流量预测结果和步骤四获得的待控制交叉口各个进口车道及其协调相位间的路段的机动车平均运行速度预测结果进行信号协调控制配时参数计算；所述信号协调控制配时参数包括所述公共周期时长、待控制交叉口各个进口车道绿灯时间、待控制交叉口相邻交叉口各个进口车道绿灯时间、待控制交叉口及其协调相位的相位差；所述步骤五：根据步骤三获得的待控制交叉口各个进口车道到达交通流量预测结果和步骤四获得的待控制交叉口各个进口车道及其协调相位间的路段的机动车平均运行速度预测结果进行信号协调控制配时参数计算的过程为：(1)公共周期时长的计算：根据公式(11)分别计算待控制交叉口m及其相邻交叉口n分别执行单点信号控制时的最佳周期时长：$T^{h+1}=\frac{1-\underset{k=1}{\overset{P}{\Sigma }}({\hat{Q}}_k^{\prime h+1}/{\hat{S}}_k)}{1.5\underset{k=1}{\overset{P}{\Sigma }}{l}_k+5}---\left(11\right)$式中：P为交叉口的信号相位数；为第h+1个间隔交叉口的信号相位k对应进口车道的预测到达流量；为交叉口的信号相位k对应进口车道的饱和流率；l_k为交叉口的信号相位k的绿灯损失时间；第h+1个间隔交叉口m及其相邻交叉口n运行单点信号控制时的最佳周期时长分别为与相邻交叉口进行信号协调控制时执行的公共周期时长T^h+1：$T^{h+1}=\max (T_m^{h+1},T_n^{h+1})---\left(12\right)$(2)待控制交叉口各个进口车道绿灯时间、待控制交叉口相邻交叉口各个进口车道绿灯时间的计算方法：$g_p^{h+1}=(T^{h+1}-\underset{k=1}{\overset{P}{\Sigma }}{l}_k)\times \frac{{\hat{Q}}_p^{\prime h+1}/{\hat{S}}_p}{\underset{k=1}{\overset{P}{\Sigma }}({\hat{Q}}_k^{\prime h+1}/{\hat{S}}_k)}---\left(13\right)$其中，p为交叉口的第p个相位；待控制交叉口m各个进口车道绿灯时间、待控制交叉口相邻交叉口n各个进口车道绿灯时间分别为(3)待控制交叉口和其相邻交叉口协调相位的相位差的计算方法：设由待控制交叉口m至待控制交叉口相邻交叉口n方向，第h+1个间隔待控制交叉口相邻交叉口n协调相位相对于待控制交叉口m协调相位的相位差为那么由待控制交叉口m至待控制交叉口相邻交叉口n方向，待控制交叉口m相对于待控制交叉口相邻交叉口n的相位差为$O_{\mathrm{nm}}^{\prime h+1},O_{\mathrm{nm}}^{\prime h+1}=T^{h+1}-O_{\mathrm{mn}}^{h+1};$$\begin{array}{cc}{O}_{\mathrm{mn}}^{h+1}=\mathrm{arc}\min D^{h+1}(T^{h+1},g_{\mathrm{mp}}^{h+1},{\hat{Q}}_{\mathrm{mk}}^{\prime h+1},{\hat{Q}}_{\mathrm{nk}}^{\prime h+1})& 0<O_{\mathrm{mn}}^{h+1}\le T^{h+1}---\left(14\right)\end{array}$式中：D^h+1为第h+1个间隔内相邻待控制交叉口m和其相邻交叉口n的协调相位每个周期到达交通流延误时间之和$D^{h+1}=D_{\mathrm{na}}^{h+1}+{\overrightarrow{D}}_{\mathrm{mu}}^{h+1}---\left(15\right)$式中：为由待控制交叉口m至待控制交叉口相邻交叉口n协调方向待控制交叉口相邻交叉口n协调相位对应车道a的到达车流总延误；为由待控制交叉口相邻交叉口n至待控制交叉口m协调方向待控制交叉口m协调相位对应车道u的到达车流总延误；$D_{\mathrm{na}}^{h+1}=d_{\mathrm{nba}}^{h+1}\times Q_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}+d_{\mathrm{nea}}^{h+1}\times Q_{\mathrm{ea}}^{\prime h+1}+d_{\mathrm{nra}}^{h+1}\times Q_{\mathrm{ra}}^{\prime h+1}---\left(16\right)$式中：为第h+1个统计间隔由待控制交叉口m至待控制交叉口相邻交叉口n协调方向待控制交叉口m车道b至待控制交叉口相邻交叉口n车道a的车均延误；为第h+1个统计间隔由待控制交叉口m至待控制交叉口相邻交叉口n左转相位对应车道e至待控制交叉口相邻交叉口n车道a的车均延误；为第h+1个统计间隔由待控制交叉口m至待控制交叉口相邻交叉口n右转相位对应车道r至待控制交叉口相邻交叉口n车道a的车均延误；为预测得到的第h+1个间隔由待控制交叉口m协调相位对应车道b至待控制交叉口相邻交叉口n协调相位对应车道a的路径流量；$d_{\mathrm{nea}}^{h+1}=\frac{T^{h+1}{(1-g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1})}^2}{2(1-Q_{\mathrm{ea}}^{\prime h+1}/S_{\mathrm{na}})}+\frac{{(Q_{\mathrm{ea}}^{\prime h+1}/(S_{\mathrm{na}}·g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1}))}^2}{2Q_{\mathrm{ea}}^{\prime h+1}(1-(Q_{\mathrm{ea}}^{\prime h+1}/(S_{\mathrm{na}}·g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1})))}---\left(17\right)$式中：为第h+1个间隔内待控制交叉口相邻交叉口n车道a对应协调相位每周期分配得到的绿灯时间；S_na为交叉口n协调相位对应车道a的饱和流率。$d_{\mathrm{nra}}^{h+1}=\frac{T^{h+1}{(1-g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1})}^2}{2(1-Q_{\mathrm{ra}}^{\prime h+1}/S_{\mathrm{na}})}+\frac{{(Q_{\mathrm{ra}}^{\prime h+1}/(S_{\mathrm{na}}·g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1}))}^2}{2Q_{\mathrm{ra}}^{\prime h+1}(1-(Q_{\mathrm{ra}}^{\prime h+1}/(S_{\mathrm{na}}·g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1})))}---\left(18\right)$$d_{\mathrm{nba}}^{h+1}=\frac{T^{h+1}{(1-g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1})}^2}{2(1-Q_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}/S_{\mathrm{na}})}+f\times \frac{{(Q_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}/(S_{\mathrm{na}}·g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1}))}^2}{2Q_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}(1-(Q_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}/(S_{\mathrm{na}}·g_{\mathrm{nc}}^{h+1}/T^{h+1})))}---\left(19\right)$式中：f为校正系数；$f=\frac{N_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}}{Q_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}·T^{h+1}/3600}---\left(20\right)$式中：为预测得到的第h+1个间隔由待控制交叉口m车道b驶向待控制交叉口相邻交叉口n车道a的路径流量中，在待控制交叉口相邻交叉口n协调相位显示绿灯期间到达车道a停车线或者加入排队的车辆数；设待控制交叉口m协调相位绿灯启亮为0时刻，待控制交叉口相邻交叉口n协调相位绿灯启亮为时刻，待控制交叉口相邻交叉口n协调相位绿灯结束为时刻；待控制交叉口m车道b驶向待控制交叉口相邻交叉口n车道a的车流从0时刻开始驶出，流量为持续时间为该股车流在干道上运行速度为待控制交叉口m车道b与待控制交叉口相邻交叉口n车道a的停车线距离为L_ba，那么该股车流的运行时间t_ba：$t_{\mathrm{ba}}=\frac{L_{\mathrm{ba}}}{{\bar{V}}_{\mathrm{mis}}^{\prime h+1}}---\left(21\right)$待控制交叉口相邻交叉口n车道b绿灯显示时间范围是该股车流到达待控制交叉口相邻交叉口n车道b的时间范围是其中：${\hat{t}}_{\mathrm{ba}}=\mathrm{mod}(t_{\mathrm{ba}}/T^{h+1})---\left(22\right)$式中：mod是取余函数；两个时间范围的重合时间长度设为t_ba，计算方法如下：$t_{\mathrm{ba}}=\left\{\begin{array}{cc}{g}_{\mathrm{mc}}^{h+1}& (g_{\mathrm{mc}}^{h+1}+{\hat{t}}_{\mathrm{ba}})\le (O_{\mathrm{mn}}^{h+1}+g_{\mathrm{nc}}^{h+1})\&{\hat{t}}_{\mathrm{ba}}\ge O_{\mathrm{mn}}^{h+1}\\ g_{\mathrm{mc}}^{h+1}+{\hat{t}}_{\mathrm{ba}}-O_{\mathrm{mn}}^{h+1}& (g_{\mathrm{mc}}^{h+1}+{\hat{t}}_{\mathrm{ba}})\le (O_{\mathrm{mn}}^{h+1}+g_{\mathrm{nc}}^{h+1})\&(g_{\mathrm{mc}}^{h+1}+{\hat{t}}_{\mathrm{ba}})>O_{\mathrm{mn}}^{h+1}\&{\hat{t}}_{\mathrm{ba}}\ge O_{\mathrm{mn}}^{h+1}\\ O_{\mathrm{mn}}^{h+1}+g_{\mathrm{nc}}^{h+1}-{\hat{t}}_{\mathrm{ba}}& (g_{\mathrm{mc}}^{h+1}+{\hat{t}}_{\mathrm{ba}})>(O_{\mathrm{mn}}^{h+1}+g_{\mathrm{nc}}^{h+1})\&({\hat{t}}_{\mathrm{ba}}\ge O_{\mathrm{mn}}^{h+1})\&{\hat{t}}_{\mathrm{ba}}<(O_{\mathrm{mn}}^{h+1}+g_{\mathrm{nc}}^{h+1})\\ 0& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left(23\right)$$N_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}=t_{\mathrm{cba}}\times Q_{\mathrm{ba}}^{\prime h+1}/3600---\left(24\right)$将公式(24)代入公式(20)、(19)即可求得进而求得采用相同的方法可以求得进而建立D^h+1与的关系式，即公式(14)；在(0,T^h+1]范围内，使从1开始取整数，逐步加1至T^h+1，输出每个值对应的D^h+1，当D^h+1最小时对应的即为交叉口m和交叉口n协调相位之间的最佳相位差；步骤六：根据信号协调控制配时参数获得信号协调控制方案，并将控制信号传输给交通信号灯实现信号协调控制；所述实现信号协调控制为：待控制交叉口及其相邻交叉口执行公共周期、待控制交叉口各个进口车道绿灯时间、待控制交叉口相邻交叉口各个进口车道绿灯时间，同时待控制交叉口协调相位的绿灯启亮时刻与待控制交叉口相邻交叉口协调相位的绿灯启亮时刻相差时间为两个交叉口的相位差。