基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置与流程

1.本发明涉及交通信号控制领域，特别是基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置。


背景技术：

2.大力发展城市公共交通是有效缓解城市交通拥堵的措施之一，作为一种城市公共交通模式，现代有轨电车拥有便捷、节能、环保、舒适、造价较低等优点，在诸多城市得到了大力发展。根据中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通2020年统计和分析报告》，截至2020年底，全国有轨电车总运营里程达464.6公里，占比达5.83%。现代有轨电车在整个城市公共交通系统中扮演着越来越重要的角色。
3.现代有轨电车轨道通常布设在道路两侧或中央，在道路交叉口位置与社会车辆存在路权冲突。为提高现代有轨电车的运行效率，有轨电车信号优先控制方案多被采用，如常采用的绿灯延长、红灯早断、插入相位等措施，这些控制措施最大缺点是频繁改变信号控制方案会给沿线社会车辆通行带来了极大干扰，甚至导致沿线道路的交通拥堵。
4.得益于数据采集技术的发展，大量精准的有轨电车运行数据被获取，深入挖掘分析这些数据有助掌握有轨电车的运行特征。基于这些大量运行数据，设计有轨电车绿波方案，有利于降低传统有轨电车信号优先控制方案下交叉口信号方案的改变频率，进而降低有轨电车通行对其他社会车辆行驶的影响。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置，本发明以相邻两交叉口为计算单元，计算绿灯相位差，从而得到信号绿波方案，以此来降低传统有轨电车主动信号优先控制策略对其他社会车辆通行效率的影响。
6.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本发明提出的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法，包括以下步骤：步骤s1、采集相邻两交叉口有轨电车的行程时间，行程时间包含的有轨电车停靠站时间，上游交叉口有轨电车行驶方向的绿灯时长、黄灯时长，下游交叉口有轨电车行驶方向的绿灯时长、黄灯时长；步骤s2、利用k-means算法对采集样本（，）进行聚类，数据点到簇中心点的距离均采用欧式距离，通过聚类结果分析计算，筛除有轨电车在上游交叉口等候红灯后再通行的样本；步骤s3、将筛选后的行程时间样本按升序排列，形成未等候红灯的行程时间数组，并统计数组t中各个元素的频数，形成频数数组；步骤s4、计算相邻两交叉口的最小相位差；
步骤s5、计算相邻两交叉口的最大相位差；步骤s6、计算相邻两交叉口的最终相位差；步骤s7、按照步骤s1-s7，计算有轨电车线路沿线每相邻两交叉口的最终相位差，从而得出有轨电车信号绿波方案。
7.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置进一步优化方案，步骤s1中，停靠站时间的计算方法为：；其中，是相邻两交叉口之间有轨电车在第j个停靠站的停靠时间，m为相邻两交叉口之间的有轨电车停靠站数量。
8.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置进一步优化方案，步骤s2中，有轨电车在上游交叉口等候红灯的簇判定规则为：当时，值最大的簇中心点所在簇为有轨电车在上游交叉口等候红灯的簇；当时，比值最大所对应的簇为有轨电车在上游交叉口等候红灯的簇。其中，为第i个簇的中心点坐标对应的行程时间，为第i个簇的中心点坐标对应的停靠站时间。
9.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置进一步优化方案，步骤s4中，相邻两交叉口的最小相位差的计算方法为：步骤a、依次令行程时间数组中各个元素为相邻两交叉口的初始相位差，分别计算相邻两交叉口有轨电车无需等候红灯通过下游交叉口的概率p：，其中，为相位差为行程时间时有轨电车无需等候红灯通过下游交叉口的概率；为行程时间频数数组c中第j个元素；的计算方法为：；步骤b、选取步骤a中最大概率值（记作）对应的行程时间为相邻两交叉口的最小相位差，即。
10.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置进一步优化方案，步骤a中，的计算方法为：；其中，为有轨电车通过下游交叉口的有效绿灯时间，为有轨电车完全通过下游交叉口冲突区的时间。
11.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置进一步优化方案，步骤s5中，相邻两交叉口的最大相位差的计算方法为：步骤501、将原行程时间数组缩至
；步骤502、依次令行程时间数组中各个元素为相邻两交叉口的初始相位差，分别计算相邻两交叉口有轨电车无需等候红灯通过下游交叉口的平均概率：；步骤503、选取步骤502中最大概率值（记作）对应的行程时间为相邻两交叉口的最大相位差，即。
12.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置进一步优化方案，步骤502中，的计算方法为：；其中，为有轨电车通过上游交叉口的有效绿灯时间，为有轨电车完全通过上游交叉口冲突区的时间。
13.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置进一步优化方案，步骤s6中，相邻两交叉口的最终相位差的计算方法为：。
14.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置的装置，包括环形线圈检测装置和控制中心；所述环形线圈检测装置用于检测现代有轨电车位置信息，所示控制中心用于数据存储、获取有轨电车沿线交叉口配时方案，以及计算相邻两交叉口的绿灯相位差，生成有轨电车绿波方案。
15.作为本发明所述的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法及装置的装置进一步优化方案，所述环形线圈检测装置安装在目标线路上下游交叉口停车线、停靠站入口和出口位置，所述控制中心位于城市交通管理部门指挥中心。
16.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）本发明以降低传统有轨电车信号优先控制策略下交叉口信号方案的改变频率，进而降低有轨电车通行对其他社会车辆行驶的影响为目标，进行有轨电车绿波方案设计；本发明充分挖掘利用有轨电车历史运行数据，以相邻两交叉口为计算单元，使用机器学习算法进行数据处理分析，基于处理后的行程时间数据、交叉口信号配时数据，通过分析模型计算相邻两交叉口的相位差，从而确定绿波方案。
17.（2）本发明前端采集设备主要依靠环线线圈检测器，具有成本低、可重复、参数易获取等优点。
附图说明
18.图1为本发明方法流程示意图。
19.图2为本发明实施例1中相邻两交叉口布设一个停靠站的环线线圈检测器安装位置示意图。
具体实施方式
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例
对本发明进行详细描述。
[0021]
实施例1：本实施例选择如图所示东西向道路为例，有轨电车线路位于道路北侧，行车方向为由西向东。
[0022]
本实施例中将本发明的基于历史行车数据的现代有轨电车绿波设计方法的装置应用在图2所示的有轨电车线路，该装置由环形线圈检测装置1、2、3、4及控制中心组成。所述环形线圈检测装置1-4用于检测有轨电车位置信息，所述控制中心用于数据存储、获取有轨电车沿线交叉口配时方案，以及计算相邻两交叉口的绿灯相位差，生成有轨电车绿波方案。如图2所示，所述环形线圈检测装置1和4分别埋在上下游交叉口停车线位置，环形线圈检测装置2和3分别埋在停靠站入口和出口位置，控制中心建立在城市交通管理部门指挥中心处。
[0023]
如图1所述，设置方法包括如下步骤：步骤s1、采集相邻两交叉口有轨电车的行程时间，行程时间包含的有轨电车停靠站时间，上游交叉口有轨电车行驶方向的绿灯时长、黄灯时长，下游交叉口有轨电车行驶方向的绿灯时长、黄灯时长；步骤s2、利用k-means算法对采集样本（，）进行聚类，数据点到簇中心点的距离均采用欧式距离，通过聚类结果分析计算，筛除有轨电车在上游交叉口等候红灯后再通行的样本；步骤s3、将筛选后的行程时间样本按升序排列，形成未等候红灯的行程时间数组，并统计数组t中各个元素的频数，形成频数数组；步骤s4、计算相邻两交叉口的最小相位差；步骤s5、计算相邻两交叉口的最大相位差；步骤s6、计算相邻两交叉口的最终相位差；步骤s7、按照步骤s1-s7，计算有轨电车线路沿线每相邻两交叉口的最终相位差，从而得出有轨电车信号绿波方案。
[0024]
步骤s1中，停靠站时间的计算方法为：；其中，是相邻两交叉口之间有轨电车在第j个停靠站的停靠时间，m为相邻两交叉口之间的有轨电车停靠站数量。
[0025]
步骤s2中，有轨电车在上游交叉口等候红灯的簇判定规则为：当时，值最大的簇中心点所在簇为有轨电车在上游交叉口等候红灯的簇；当时，比值最大所对应的簇为有轨电车在上游交叉口等候红灯的簇。其中，为第i个簇的中心点坐标对应的行程时间，为第i个簇的中心点坐标对应的停靠站时间。
[0026]
步骤s4中，相邻两交叉口的最小相位差的计算方法为：步骤a、依次令行程时间数组中各个元素为相邻两交叉口的初始相位差，分别计
算相邻两交叉口有轨电车无需等候红灯通过下游交叉口的概率p：，其中，为相位差为行程时间时有轨电车无需等候红灯通过下游交叉口的概率；为行程时间频数数组c中第j个元素；的计算方法为：；步骤b、选取步骤a中最大概率值（记作）对应的行程时间为相邻两交叉口的最小相位差，即；步骤a中，的计算方法为：；其中，为有轨电车通过下游交叉口的有效绿灯时间，为有轨电车完全通过下游交叉口冲突区的时间。
[0027]
步骤s5中，相邻两交叉口的最大相位差的计算方法为：步骤501、将原行程时间数组缩至；步骤502、依次令行程时间数组中各个元素为相邻两交叉口的初始相位差，分别计算相邻两交叉口有轨电车无需等候红灯通过下游交叉口的平均概率：；步骤503、选取步骤502中最大概率值（记作）对应的行程时间为相邻两交叉口的最大相位差，即；步骤502中，的计算方法为：；其中，为有轨电车通过上游交叉口的有效绿灯时间，为有轨电车完全通过上游交叉口冲突区的时间。
[0028]
步骤s6中，相邻两交叉口的最终相位差的计算方法为：包括环形线圈检测装置和控制中心；所述环形线圈检测装置用于检测现代有轨电车位置信息，所示控制中心用于数据存储、获取有轨电车沿线交叉口配时方案，以及计算相邻两交叉口的绿灯相位差，生成有轨电车绿波方案。
[0029]
所述环形线圈检测装置安装在目标线路上下游交叉口停车线、停靠站入口和出口位置，所述控制中心位于城市交通管理部门指挥中心。
[0030]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。