一种交叉口信号灯的配时控制方法及装置与流程

1.本技术涉及配时控制领域，尤其涉及一种交叉口信号灯的配时控制方法及装置。


背景技术：

2.随着科学技术的进步和我国经济的快速发展，私家车的持有率迅速增长，然而，由于城市人口的增加，现有的交通道路日益堵塞，缓解城市交通拥堵是智能交通发展的重要任务。由于早晚高峰的存在，传统城市间路网交叉口信号灯配时通常是固定配时和人工手动调整，这样信号灯配时不能随着路况的改变而自动产生优化，会导致有些路口处某时间段东西方向的车辆大量拥堵，而南北方向的车辆却零零散散没有几辆，但是东西方向的绿信比却还是很低，这样路口处的拥堵状况就会很难缓解，之后就会影响到其他邻近路口处的信号灯配时，产生连锁反应。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种交叉口信号灯的配时控制方法及装置，用于解决如下技术问题：现有的早晚高峰时期的车流量大，而不均衡的信号灯配时，会造成早晚高峰时期路口处拥堵，对交通运行带来不便。
4.本技术实施例采用下述技术方案：一方面，本技术实施例提供了一种交叉口信号灯的配时控制方法，其特征在于，所述方法包括：通过数据采集器，对交叉口车道的滞留区中的滞留车辆进行计数，得到所述滞留区中的滞留车辆数量；通过卫星监测系统，对所述交叉口车道进行监测，得到所述交叉口车道的拥堵状态；根据所述拥堵状态以及所述滞留车辆数量，进行交通信号灯的周期计算，得到最佳信号周期时间；通过数据处理器，对相位绿灯时间进行计算，得到每个相位的最大相位时间；根据所述信号周期时间以及所述最大相位时间，对所述交通信号灯进行配时控制，实现对所述交通信号灯时长调整的管理。
5.本技术实施例通过安装在车上的数据采集器，对交叉口车道的滞留区中的滞留车辆进行计数，得到滞留区中的滞留车辆数量，然后再通过卫星检测系统，对该交叉口车道的拥堵状态进行监测，得到该交叉口车道的拥堵状态，然后根据监测到的拥堵状态与滞留区滞留的车辆数量级进行周期的计算，得到最佳的信号周期，然后计算相位绿灯的时间，得到每个相位的最大相位时间，最后再根据最佳的信号周期时间与最大的相位时间，对该交叉口车道的信号灯进行配时控制，来完成对交通信号灯绿灯时长的调整。通过对不同相位车辆的计数，来实现对信号灯的调整，能够在高低峰期间合理安排信号灯时间，顺利的完成车辆的通行。
6.在一种可行的实施方式中，通过数据采集器，对交叉口车道的滞留区进行采集，得到所述滞留区的车辆数量，具体包括：通过入口数据采集器，采集驶入所述滞留区每个单车道的车辆数量；通过出口数据采集器，采集驶出所述滞留区每个单车道的车辆数量；其中，所述入口数据采集器与所述出口数据采集器之间间隔预设距离；根据c
滞留
=c
单车道进-c
单车道出
，得
到所述滞留区每个单车道的滞留车辆数量c
滞留
；其中，c
单车道进
为驶入所述滞留区每个单车道的车辆数量，c
单车道出
为驶出对应的单车道的车辆数量。
7.在一种可行的实施方式中，若所述交叉口车道存在两条相邻直行车道，则对所述两条相邻直行车道的所述入口数据采集器进行联接，得到总直行车道入口数据采集器；通过所述总直行车道入口数据采集器，采集驶入所述滞留区总直行车道的车辆数量；根据c
直行滞留
=c
总直行车道进-c
第一直行车道出-c
第二直行车道出
，得到所述滞留区中所述两条相邻直行车道的滞留车辆数c
直行滞留
；其中，c
总直行车道进
为驶入所述滞留区总直行车道的车辆数量，c
第一直行车道出
为驶出所述两条相邻直行车道的第一条直行车道的车辆数量，c
第二直行车道出
为驶出所述两条相邻直行车道的第二条直行车道的车辆数量。
8.本技术实施例通过将两条直行车道的入口数据采集器进行联接，作为一个总的直行车道入口数据采集器，可以防止两条直行车道之间的车辆变换，导致对直行车道滞留区的滞留车辆数量统计不准确的问题。
9.在一种可行的实施方式中，根据所述交叉口车道中左转车道的所述入口数据采集器以及出口数据采集器，对所述左转车道的车辆数量进行计数，得到所述滞留区左转车道的滞留车辆数量；其中，所述左转车道与直行车道的分界线的长度大于所述预设距离。
10.在一种可行的实施方式中，所述出口数据采集器以及入口数据采集器，采用车道上方摄像头中的环形线圈作为传感器，实现对所述滞留区中的滞留车辆的计数。
11.本技术实施例通过采用已有摄像头的环形线圈传感器，可以有效地利用资源，让整个装置的成本降低。
12.在一种可行的实施方式中，通过卫星监测系统，对所述交叉口车道进行监测，得到所述交叉口车道的拥堵状态，具体包括：根据卫星监测系统gps，对所述交叉口车道进行实时监测，并计算每个相位关键车流量比之和，得到拥堵状态参数；若所述拥堵状态参数小于0.6，则所述拥堵状态为车流量未饱和状态；若所述拥堵状态参数大于等于0.6，则所述拥堵状态为车流量过饱和状态。
13.在一种可行的实施方式中，根据所述拥堵状态以及所述滞留车辆数量，进行交通信号灯的周期计算，得到最佳信号周期时间，具体包括：若所述拥堵状态为车流量未饱和状态，则根据，得到未饱和车流量最佳信号周期时间c0；其中，l为每个周期总损失时间；y为所述拥堵状态参数，即每个相位关键车流量比之和；若所述拥堵状态为车流量过饱和状态，则根据c0=1.23le
（2.46-0.02l）y
，得到过饱和车流量最佳信号周期时间c0，其中e为自然对数的底。
14.在一种可行的实施方式中，通过数据处理器，对相位绿灯时间进行计算，得到每个相位的最大相位时间，具体包括：根据，得到一个周期内的相位总集合；其中，p1、p2、p3、p4分别表示所述交叉口车道的四个相位，所述相位表示车流方向；pa为在一个周期内车辆在滞留区执行结束的相位集合，pw为在一个周期内车辆在滞留区未执行的相位集合。根据，得到所有未执行相位的滞留车辆总数q
t
；其中，qi为第i个未执行相位的滞留车辆数量，为一个周期内第i个未执行的相位集合的和；根据t
p_min
=t
g_min
t
yellow
，得到最小相位时间t
p_min
；并根据，得到执行的
第i相位的实际用时t
iact
，其中，t
g_min
为每个相位的最小绿灯时间，t
yellow
为黄灯时间，t
delay
为单位延长绿灯时间；根据，得到第i相位的最大相位时间t
ip_max
；其中，w为在一个周期内待执行相位的个数。
15.在一种可行的实施方式中，根据所述信号周期时间以及所述最大相位时间，对所述交通信号灯进行配时控制，实现对所述交通信号灯时长调整的管理，具体包括：通过区间判断程序，对所述信号周期以及所述最大相位时间进行判断，得到与所述交叉口车道所匹配的区间配时方案；其中，所述区间配时方案为仿真模拟实验所预设的；通过信号机，将所述区间配时方案进行设置，对所述交通信号灯中绿灯时长进行调整。
16.另一方面，本技术实施例还提供了一种交叉口信号灯的配时控制装置，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器能够执行根据上述任一实施方式所述的一种交叉口信号灯的配时控制方法。
17.本技术实施例提供了一种叉口信号灯的配时控制方法及装置，通过数据采集器对滞留区的车辆数量进行统计，然后根据卫星监测系统判断交叉口车道的拥堵状态，得到最佳的信号周期时间与最大相位时间，然后通过信号机对该交叉口车道选择最佳的配时方案，实现对交通信号灯的时长调整。在数据采集器中通过利用道路上已有摄像头中的环形线圈为传感器，对车辆进行识别计数，不仅可以使成本低，而且还可以节约资源。并且通过信号灯配时控制，可以及时调整拥堵区域的信号灯，来缓解交叉路口的拥堵，在高低峰期间合理的完成车辆的通行，缓解交叉路口拥堵的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本技术实施例提供的一种交叉口信号灯的配时控制方法流程图；图2为本技术实施例提供的一种交叉口信号灯的配时控制装置流程结构图；图3为本技术实施例提供的一种交叉口信号灯的配时控制装置的数据采集分布图；图4为本技术实施例提供的一种交叉口信号灯的配时控制装置的结构示意图。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
20.本技术实施例提供了一种交叉口信号灯的配时控制方法，该方法的执行主体为交
叉口信号灯的配时控制装置。如图1所示，该方法具体包括步骤101-步骤105：步骤101、通过数据采集器，对交叉口车道的滞留区中的滞留车辆进行计数，然后得到滞留区中的滞留车辆数量。
21.具体地，首先通过入口数据采集器，采集驶入滞留区每个单车道的车辆数量。然后通过出口数据采集器，采集驶出滞留区每个单车道的车辆数量。其中，入口数据采集器与出口数据采集器之间间隔预设距离。
22.一般情况下，根据c
滞留
=c
单车道进-c
单车道出
，得到滞留区每个单车道的滞留车辆数量c
滞留
。其中，c
单车道进
为驶入滞留区每个单车道的车辆数量，c
单车道出
为驶出对应的单车道的车辆数量。出口数据采集器以及入口数据采集器，采用车道上方摄像头中的环形线圈作为传感器，最后实现对滞留区中的滞留车辆的计数。
23.若交叉口车道存在两条相邻直行车道，则对两条相邻直行车道的入口数据采集器进行联接，得到总直行车道入口数据采集器。然后通过总直行车道入口数据采集器，采集驶入滞留区总直行车道的车辆数量。再根据c
直行滞留
=c
总直行车道进-c
第一直行车道出-c
第二直行车道出
，最后得到滞留区中两条相邻直行车道的滞留车辆数c
直行滞留
。其中，c
总直行车道进
为驶入滞留区总直行车道的车辆数量，c
第一直行车道出
为驶出两条相邻直行车道的第一条直行车道的车辆数量，c
第二直行车道出
为驶出两条相邻直行车道的第二条直行车道的车辆数量。
24.若交叉口车道存在左转车道，则根据交叉口车道中左转车道的入口数据采集器以及出口数据采集器，对左转车道的车辆数量进行计数，最后得到滞留区左转车道的滞留车辆数量。其中，左转车道与直行车道的分界实线的长度大于预设距离。
25.在一个实施例中，图2为本技术实施例提供的一种交叉口信号灯的配时控制装置流程结构图，如图2所示，将图中十字交叉路口所连接的四条道路分别看作单车道。在每条单车道靠近路口的位置的上方摄像头中设置一个环形线圈，作为数据采集器的传感器。然后在远离路口的方向，间隔预设距离，设置第二个摄像头，第二个摄像头中同样具有环形线圈，作为第二个数据采集器的传感器。以车辆的行驶方向为基准，车辆第一次经过的数据采集器即为入口数据采集器，车辆第二次经过的数据采集器即为出口数据采集器。例如，若图2中左侧车道的行驶方向是从左向右行驶，那么左边的数据采集器即为入口数据采集器，右边的数据采集器即为出口数据采集器。两个数据采集器之间的区域就是左侧单车道的滞留区。而左侧单车道的滞留车辆数量则是入口数据采集器统计的车辆数量与出口数据采集器统计的车辆数量的差。整个滞留区为所有单车道滞留区的总和，整个滞留区的滞留车辆数量为所有单车道中的滞留车辆数量之和。
26.作为一种可行的实施方式，根据实际的车道情况，在存在相邻的两条直行车道的情况下，首先把两个直行车道的入口数据采集器进行联接，形成一个整体，减少因车辆在两条直行车道之间来回变换，而影响滞留区实际统计的车辆数量，然后再把联接之后的入口数据采集器所采集的车辆数量，与第一条直行车道出口数据采集器和第二条出口数据采集器采集的车辆数量之差，作为该总直行车道滞留区的滞留车辆数量。另外，还需在直行车道与左转车道之间设置一条分界线，这条分界线的长度要大于入口数据采集器与出口数据采集器之间预设的距离，车辆在进入左转车道后，不能再越过该分界线，只能在左转车道行驶，分界线可以设为护栏等无法让车辆通过的设施，防止车辆在入口数据采集器采集车辆数量后，再进行车道的变换，从而影响左转车道与直行车道所统计的滞留区的车辆数量。
27.在一个实施例中，图3为本技术实施例提供的一种交叉口信号灯的配时控制装置的数据采集分布图，如图3所示，在一条车道中存在两条相邻的直行车道，分别为直行车道1和直行车道2，把与两条直行车道对应的入口数据采集器2和入口数据采集器3进行联接，形成一个整体，对两条直行车道的共同驶入车辆数量进行第一次统计，然后再由出口数据采集器2和出口数据采集器3对驶出的车辆数量进行第二次的统计，两次统计的差便是总直行车道上滞留区滞留的车辆数量，避免了车辆在直行车道1和直行车道2之间变换，而导致的滞留区车辆存在统计不准确的问题。
28.在图2中，直行车道1和左转车道之间存在分界实线，该分界实线的长度要大于入口数据采集器1与出口数据采集器1之间的滞留区长度，让车辆变换道路的行为在入口数据采集器1采集之前完成，保证左转车道滞留区的车辆数量的准确性。
29.步骤102、通过卫星监测系统，对交叉口车道进行监测，然后得到交叉口车道的拥堵状态。
30.具体地，首先通过卫星监测系统gps，对交叉口车道进行实时监测，并计算每个相位的关键车流量比之和，即拥堵状态参数。若拥堵状态参数小于0.6，则拥堵状态为车流量未饱和状态。若拥堵状态参数大于等于0.6，则拥堵状态为车流量过饱和状态。
31.在一个实施例中，首先通过卫星检测系统gps，对交叉口车道的拥堵情况进行监测，并根据拥堵情况进行计算，其中，该所述计算方法不做限定，最后得到该交叉口的拥堵状态参数。若所得的拥堵状态参数为0.4，则该拥堵状态为车流量未饱和状态，若所得拥堵状态参数为0.7，则该拥堵状态为车流量过饱和状态，最后根据拥堵状态参数，把结果反馈给交叉口信号灯的配时控制装置。
32.步骤103、根据拥堵状态以及滞留车辆数量，进行交通信号灯的周期计算，得到最佳信号周期时间。
33.具体地，若接收到拥堵状态为车流量未饱和状态，则根据，得到未饱和车流量最佳信号周期时间c0。其中，l为每个周期总损失时间，周期损失时间一般是指黄灯变换的时候汽车重新加速所需要的时间，一个黄灯设置为固定的3秒。y为拥堵状态参数，即每个相位关键车流量比之和。若接收到拥堵状态为车流量过饱和状态，则根据，得到过饱和车流量最佳信号周期时间c0，其中e为自然对数的底。
34.作为一种可行的实施方式，首先通过卫星监测系统gps，得到交叉口车道的拥堵状态，然后再根据入口数据采集器与出口数据采集器的环形线圈车辆传感器，对车辆数量进行计数，并计算得到滞留区的滞留车辆数量，再将拥堵状态和滞留车辆数量发送到数据处理器，若接收到的拥堵状态为车流量未饱和状态，则根据webster公式，得到在未饱和车流量最佳信号周期时间c0；若接收到的拥堵状态为车流量过饱和状态，根据改进的hcm2000估算公式，计算得到过饱和车流量最佳信号周期时间c0。
35.步骤104、通过数据处理器，对相位绿灯时间进行计算，得到每个相位的最大相位
时间。
36.具体地，根据，得到一个周期内的相位总集合。其中，p1、p2、p3、p4分别表示交叉口车道的四个相位，相位表示车流方向。pa为在一个周期内车辆在滞留区执行结束的相位集合，pw为在一个周期内车辆在滞留区未执行的相位集合。其中，执行结束的相位集合为绿灯已结束的相位集合，未执行的相位集合为绿灯未结束的相位集合。
37.进一步地，根据，得到所有未执行相位的滞留车辆总数q
t
。其中，qi为第i个未执行相位的滞留车辆数量，为一个周期内第i个未执行的相位集合的和。
38.进一步地，根据t
p_min
=t
g_min
t
yellow
，得到最小相位时间t
p_min
。并根据，得到执行的第i相位的实际用时t
iact
，其中，t
g_min
为每个相位的最小绿灯时间，t
yellow
为黄灯时间，t
delay
为单位延长绿灯时间。
39.进一步地，根据，得到第i相位的最大相位时间t
ip_max
。其中，w为在一个周期内待执行相位的个数。
40.作为一种可行的实施方式，首先在一个周期内，四个交叉口车道的相位组成相位总集合，相位总集合中包括一个周期内车辆在滞留区执行结束的相位集合pa为与在一个周期内车辆在滞留区未执行的相位集合pw，相位表示的是每个车道车流的方向，然后根据第i个未执行相位的滞留车辆数量qi与一个周期内第i个未执行的相位集合的和，得到所有未执行相位的滞留车辆总数q
t
，然后再根据黄灯时间t
yellow
与每个相位的最小绿灯时间t
g_min
的和，得到最小相位时间t
p_min
，再由单位延长绿灯时间t
delay
与所得的每个相位的最小绿灯时间t
g_min
的和，得出车辆在滞留区执行的第i相位的实际用时t
iact
，最后根据，得出第i相位的最大相位时间t
ip_max
，从而得到每个相位的最大相位时间。
41.步骤105、根据信号周期时间以及最大相位时间，对交通信号灯进行配时控制，最后实现对交通信号灯时长调整的管理。
42.具体地，通过区间判断程序，对信号周期以及所述最大相位时间进行判断，得到与交叉口车道所匹配的区间配时方案。其中，区间配时方案为仿真模拟实验所预设的。然后通过信号机，将区间配时方案进行设置，对交通信号灯中绿灯时长进行调整。
43.在一个实施例中，首先通过vissim的仿真模拟，模拟出最适合交叉口车道信号灯的相位比较区间，得到如表1所示的区间配时方案，然后再通过区间判断程序，输入四个路口的车流量，得出每个相位的最大相位时间以及最佳周期信号，然后根据每个最大相位时间以及最佳周期信号，从表1中判断选择出最接近的区间配时方案，根据选择出的最接近的区间配时方案，再通过信号机去设置该交叉口的交通信号灯，完成对交通信号灯绿灯时长与周期时间的调整，得到有利于车辆通行的信号灯配时。
44.表1表1为通过vissim的仿真模拟得出10个最适合交叉口车道信号灯的相位区间配时方案。
45.另外，本技术实施例还提供了一种交叉口信号灯的配时控制装置，如图4所示，交叉口信号灯的配时控制装置400具体包括：至少一个处理器401，以及，与至少一个处理器401通信连接的存储器402。其中，存储器402存储有能够被至少一个处理器401执行的指令，以使至少一个处理器401能够执行：通过数据采集器，对交叉口车道的滞留区中的滞留车辆进行计数，得到滞留区中的滞留车辆数量；通过卫星监测系统，对交叉口车道进行监测，得到交叉口车道的拥堵状态；根据拥堵状态以及滞留车辆数量，进行交通信号灯的周期计算，得到信号周期时间；通过数据处理器，对相位绿灯时间进行计算，得到每个相位的最大相位时间；根据信号周期时间以及最大相位时间，对交通信号灯进行配时控制，实现对交通信号灯时长调整的管理。
46.本技术通过存在于道路上已有摄像头中的环形线圈为传感器，对车辆进行识别计数，不仅可以使成本低，而且还可以节约资源。并且通过信号灯配时控制，可以及时调整拥堵区域的信号灯，来缓解交叉路口的拥堵，在高低峰期间合理的完成车辆的通行，缓解交叉路口拥堵的问题。
47.本技术中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
48.上述对本技术特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
49.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术的实施例可以有各种更改和变化。凡在本技术实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。