[发明专利]一种基于车辆轨迹数据的区域交通信号实时优化控制方法

摘要

本发明公开了一种基于车辆轨迹数据的区域交通信号实时优化控制方法，包括如下步骤：(1)初始信号配时参数设置；(2)车辆轨迹数据获取；(3)行程时间提取；(4)信号控制子区划分；(5)控制子区周期长度优化；(6)单交叉口绿信比优化；(7)相邻交叉口相位差优化。本发明方法采用车辆轨迹数据作为数据来源，不需要在交通路网上安装任何设备，来源易得，丰富，且数据格式简单统一，处理方便，质量可靠。本发明可以应对交通系统状态的快速变化，保障交通信号配时参数的全局优化，保证交通系统状态变化的连续性，实施效率高。

主权项

1.一种基于车辆轨迹数据的区域交通信号实时优化控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)设置初始信号配时参数选取当前时间之前的任一固定时间长度为历史时间，查询该历史时间内的信号控制参数数据，包括交通信号控制子区周期长度、单交叉口绿灯时间及相邻交叉口的相位差，将该历史时间内的信号控制参数的平均值作为初始信号配时参数，计算方法如下；式中，c₀为初始控制子区的周期长度；λ₀为交叉口初始绿信比；g₀为交叉口绿灯时长；offset₀为相邻交叉口初始相位差；n为该历史时间内的交叉口信号控制周期总数；i为计数参数；c_i为周期长度；g_i为绿灯时长；offset_i为相位差；(2)按照时间顺序，以固定的时间间隔，将时间划分为连续的控制时段，当前时间点所处的控制时段定义为控制时段t；(3)获取车辆行驶轨迹数据集和车辆轨迹数据针对控制时段t，采集车辆在各个时刻的经纬度数据、车辆行驶速度数据及车辆运动方向角度数据，将上述数据作为车辆行驶轨迹数据集，然后将车辆的经纬度数据按照采集的时刻顺序排列，构成车辆轨迹数据；(4)针对控制时段t，根据节点间路段相连情况构造任一交叉口都可作为出行的起点或终点的交通路网邻接矩阵，同时，计算车辆轨迹数据的每一个车辆位置和交通路网中路段的距离，按照所得距离最小的原则，将车辆轨迹数据中的所有位置和交通路网建立匹配，并利用车辆行驶轨迹数据集，查询并记录每一车辆进入和驶出各个节点间连接路段的时刻，根据提取所述控制时段t中任一连接路段l上的平均行程时间T_tl，并将此平均行程时间T_tl记入所述交通路网邻接矩阵；(5)在同一控制时段t，按照如下步骤动态调整交通信号控制子区：Step1根据下式计算每一交叉口的平均行程时间：式中，T_ti为第i个交叉口在控制时段t内的平均行程时间；T_tik为该控制时段t、交叉口i、进口道/出口道k的平均行程时间；M为第i个交叉口包含的进口道和出口道的总数量；Step2计算信号控制子区的平均行程时间根据每一交叉口的平均行程时间T_ti，使用下式计算当前控制子区路网中所有交叉口的平均行程时间式中，为当前控制子区内所有交叉口的平均行程时间；K为当前控制子区内交叉口总数；i为计数参数；Step3确定关键交叉口由每一交叉口平均行程时间与当前控制子区路网中所有交叉口的平均行程时间之间的关系，确定关键交叉口，即，如果则判定该交叉口为关键交叉口，否则，判定该交叉口为非关键交叉口；其中，γ为每一交叉口平均行程时间与当前子区路网中所有交叉口的平均行程时间之间的比例关系系数，该系数中采用当前子区路网中重要交叉口占子区中所有交叉口的比例确定，所述重要交叉口根据相交道路等级进行判定，即相交道路含有主干道的交叉口判定为重要交叉口；Step4根据下式计算关键交叉口与其他交叉口之间的关联度W_ij：式中，W_ij为关键交叉口j与其他交叉口i之间的关联度；T_ti为非关键交叉口的平均行程时间；T_tj为关键交叉口的平均行程时间；L_ij为交叉口i与交叉口j之间的距离；Step5动态划分交通信号控制子区根据关键交叉口与其他交叉口之间的关联度W_ij，调整当前信号控制子区，即选择将W_ij≥0.8的交叉口划分到一个控制子区，同时，将这些交叉口之间相互连接的道路所覆盖的交叉口划入同一个控制子区，以保持控制子区划分的连续性；Step6遍历交通路网中所有的控制子区，实现对所有控制子区的动态调整，最后将交通路网中未划入任何控制子区的交叉口，划入与该交叉口直接相连且距离该交叉口最近的控制子区；(6)优化调整控制子区周期长度在同一控制时段t，选择某一控制子区作为当前控制子区，并根据当前控制时段t对应的交通路网邻接矩阵，查询当前控制子区中所有路段的行程时间，相加后得到当前控制子区的总行程时间TT_t，除以当前控制子区的路段总数，计算得到当前控制子区的平均行程时间，然后再根据周期长度与平均行程时间之间的最优化函数关系，计算当前交通信号控制子区平均行程时间对应的周期长度；遍历所有的控制子区，完成所有控制子区周期长度的优化调整；(7)优化调整单交叉口绿信比在同一控制时段t，选择某一控制子区作为当前控制子区，并针对当前控制子区内的单交叉口，利用当前控制时段的交通路网邻接矩阵，查询得到该交叉口连线上的路段平均行程时间T_t，根据该单交叉口绿信比与平均行程时间之间的最优化函数关系，计算T_t对应的该交叉口的绿信比；根据该交叉口的绿信比，利用所处控制子区的周期长度计算得到该交叉口所有相位的绿灯时长；遍历当前控制子区内的所有单交叉口，完成该控制子区内所有单交叉口绿信比以及绿灯时长的优化调整；遍历所有的控制子区，完成所有控制子区中所有单交叉口的绿信比及绿灯时长的优化调整；(8)针对当前控制子区中的单一路段，利用控制时段t的交通路网邻接矩阵，查询获得其在同一控制时段t的行程时间T_t，并根据相邻交叉口相位差与行程时间之间的最优化函数关系，计算T_t对应的相邻交叉口的相位差；遍历当前控制子区中的所有路段，完成对该控制子区中所有相邻交叉口相位差的计算；遍历所有的控制子区，完成对整个交通路网中所有相邻交叉口相位差的计算。