[发明专利]一种车联网环境下的交叉口信号优化控制方法

摘要

本发明公开了一种车联网环境下的交叉口信号优化控制方法，结合信号交叉口处实时获取的车辆状态信息来优化信号配时方案，减少车辆通过交叉口时的延误时间。本发明实现了车联网技术在信号交叉口处的实际应用，有助于提高信号交叉口处的通行效率。

主权项

1.一种车联网环境下的交叉口信号优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)当安装有无线通信设备的车辆进入信号交叉口路侧单元RSU的通信范围时，车辆的车载单元OBU会通过专用短程通信DSRC向路侧单元实时传输车辆状态信息；(2)路侧单元接收实时车辆状态信息并将其存储在临时数据库中，当上一阶段的信号灯绿灯信号结束前，临时数据库会对内部存储的车辆状态信息进行简单处理，并将处理后的信息传输给交通信息计算中心；(3)根据得到的个体车辆的停车等待时间，交通信息计算中心首先需要判断是否有车辆的停车等待时间超过了最大停车等待时间限定值，并为超过该限定值的车辆所在相位优先分配绿灯信号；优先考虑个体车辆的停车等待时间的步骤如下：(3‑1)设信号交叉口处的最长停车等待时间的限定值为tsmax，允许的最小绿灯时长为gmin，允许的最大绿灯时长为gmax，交通流的饱和流率为fs；(3‑2)比较个体车辆的停车等待时间与tsmax值的大小，若车辆的停车等待时间均小于tsmax的值则进入步骤(4)，若存在车辆的停车等待时间大于tsmax的值，则为该车所在相位分配下一时刻的绿灯信号；若多辆车的停车等待时间均大于tsmax，选取停车等待时间最长车辆所在相位为下一时刻绿灯相位；(3‑3)根据下一时刻绿灯相位p对应车道上的最大排队长度lp，计算下一时刻绿灯相位的时长Tg：(3‑4)根据步骤(3‑2)和步骤(3‑3)获得的绿灯相位和绿灯时长可形成下一时刻的信号控制策略，转到步骤(5)；(4)在保证所有车辆的停车等待时间均小于限定最大值的基础上，交通信息计算中心为排队长度最大的车道所在相位分配下一时刻的绿灯信号，并根据假定的不同绿灯时长下各相位的总延误确定绿灯时长的最优值，由此确定下一时刻的信号优化控制方案；确定下一时刻信号优化配时方案中的绿灯相位和绿灯时长的步骤如下：(4‑1)比较各车道上的排队长度并取得最大值lmax，为排队长度最大车道所在相位p分配下一时刻绿灯信号；如果存在多条车道的排队长度同为最大值lmax且这些车道分别对应于不同的相位，则比较这些相位对应车道的排队长度次大值，选取排队长度次大值所在相位p为下一时刻绿灯相位，以此类推；(4‑2)交通信息计算中心假定的绿灯时长的值在绿灯时长最小允许值和最大允许值的范围内变化，即令初始的绿灯时长假定值tg取最小允许绿灯时长gmin，之后每次在前一次绿灯时长假定值的基础上增加一个很小的时间间隔τ，令tg＝tg+τ直至tg>gmax，分别预测绿灯时长在不同假定值下各相位上多股车流产生的总延误；预测假定的绿灯时长下各相位对应车流产生的总延误的步骤如下：(4‑2‑1)计算绿灯相位p对应车道m上第z辆排队车辆的延误值(4‑2‑2)计算绿灯相位p对应车道m上运行车辆a的前排队车辆的消散时间上式中：表示相位p对应车道m上的排队长度；(4‑2‑3)比较消散时间与绿灯时长假定值的大小并取得较小值(4‑2‑4)计算绿灯相位p对应车道m上运行车辆a的到达时间上式中：xa表示运行车辆a最新时刻的位置；va表示运行车辆a最新时刻的速度；(4‑2‑5)比较与值的大小，若小于车辆a在绿灯时长内的延误若大于该车的延误时间(4‑2‑6)计算绿灯相位对应车道上车辆的延误总和Td1：上式中：npm表示绿灯相位p对应车道数；nmz表示车道m上的排队车辆数；nma表示车道m上的运行车辆数；(4‑2‑7)计算非绿灯相位p₁对应车道m₁上排队车辆z₁的排队延误(4‑2‑8)计算非绿灯相位p₁对应车道m₁上运行车辆a₁的到达时间上式中：表示车辆a₁最新时刻的位置；表示车辆a₁最新时刻的速度；x_l表示车道m₁上最后一辆排队车辆的位置；s₀表示排队车辆的平均车头间距；(4‑2‑9)比较与值的大小，若大于车辆a₁的延误时间若小于车辆a₁的延误时间(4‑2‑10)预测各非绿灯相位上各股车流在绿灯时长内的延误总和Td2：上式中：表示非绿灯相位数；表示非绿灯相位p₁对应车道数；表示车道m₁上的排队车辆数；表示车道m₁上的运行车辆数；(4‑2‑11)计算绿灯相位和时长下的总延误Td(tg)：Td(tg)＝Td1+Td2；(4‑3)比较绿灯时长在不同假定值时各相位车流的总延误值，得到总延误值最小所对应的绿灯时长Tg，此时，由绿灯相位p和绿灯时长Tg确定了下一时刻的信号优化控制策略，转到步骤(5)；(5)交通信息计算中心将下一时刻的信号配时策略传输给信号控制器，由信号控制器控制信号灯中信号相位的变换及相应的绿灯开启时间；当该绿灯开启时间已达到信号控制策略分配的时长，回到步骤(3)制定下一时刻的信号控制策略。