本发明涉及城市交通道路控制领域， 尤其涉及一种交通干线信号灯优 化控制方法和装置。 背景技术

目前道路拥堵问题已成为城市交通面临的突出 问题， 业界很多专家把 关注点放在智能交通 ( ITS, Intelligent Transport System )， 希望通过 ITS来 緩解城市拥堵。 绿波协调系统是 ITS提高交通效率、 緩解拥堵的重要手段。

绿波协调系统是 ITS核心系统之一。 城市交叉口信号绿波控制是指一 条主干道中若干个连续交叉口交通信号间的协 调控制。 目的是使行驶在主 干道协调控制的交叉口的车辆， 可以不遇红灯或者少遇红灯而通过这个协 调控制系统中的各交叉口。 从被控制的主干道路各交叉口的灯色来看， 绿 灯就像波浪一样向前行而形成绿波， 这种交通信号协调控制方式为 "绿波 带" 控制。

目前， 国内在进行城市交通主干道绿波控制时， 大多只针对单个的交 叉路口进行控制， 或者只将距离较近（大多为小于 800米） 的几个交叉路 口综合考虑。 但实际上， 当一条干线上的交叉路口较多时， 对所有的交叉 口单独实行绿波协调控制未必能够取得较好的 效果， 而相邻交叉口之间的 影响也不光由彼此间的距离决定， 还与交通情况密切相关。 所以在对主干 道进行绿波控制时， 应合理计算各个交叉口之间的关联度， 并根据关联度 将主干道上的交叉口划分为子系统进行绿波控 制。

另外， 在进行多个交叉口协调控制时， 需要统一各个交叉口的周期。

_{T =} 1-51 + 5 在计算各个交叉口的周期和绿信比时， 大多采用经验公式 ° " 1 - y ， Y = f m _a x[ _yi , _y ;,….. ] = ¾max[^^ ,ί ,….. ]， 其中， ^L 为一个周期中的损失时 间， 比如车辆启动损失时间等， n为一个路口总的相位个数， i是指第 i个 相位， ，；/， .....为第 i个相位中第 1， 2， …个进口道上的流量比率。 例如第 1个相位为南北直行相位， 饱和流量为 1800， 南进口交通流量为 450， 北进 口交通流量为 540， 则 为 450/1800=0.25, ^为 540/1800=0.3， 那么 πιαχ[ _7ι , _7ι ']=0.3 _ο 而这种计算方法并不够精确， 这就使得在对城市主干道进行 绿波控制时不能取得较好的效果。 在计算每个交叉口的周期与绿信比时， 应综合考虑影响控制效果的各项指标， 采用合理的方法计算交叉口的周期 与绿信比。

并且， 在对城市主干道进行双向绿波控制时， 经常支设上行车流量与 下行车流量的流量是相等的。 而在实际生活中， 上行车流量与下行车流量 的流量往往是不相同的， 甚至有很大的差别， 这时就会对主干道的控制效 果产生影响。 在对城市主干道进行双向绿波控制时， 应充分考虑上行车流 量与下行车流量的不平衡性以及双向绿波控制 相位差的约束条件。

综上所述， 可见目前的交通干线信号灯控制方法存在多种 弊端， 所以 如何解决这些弊端成为目前亟待解决的技术问 题。 发明内容

本发明实施例提供一种交通干线信号灯优化控 制方法和装置， 用以解 决现有技术中不能有效的对干线信号灯进行控 制的问题。

为了解决上述技术问题， 本发明实施例采用的技术方案如下： 一方面， 本发明实施例提供了一种交通干线信号灯优化 控制方法， 所 述方法包括：

基于预先采集得到的主干道相邻交叉口间各三 级道路驶入和驶离所述 主干道的车流量， 爹正所述相邻交叉口间主干道的车辆通行速度 和车流量， 利用修正后的数据，计算相邻交叉口间的关联 度 I，并以设定的关联度范围， 对所述主干道上的各交叉口进行子系统划分； 所述三级道路为与所述主干 道相连且未部署检测线圈的路口，所述关联度 范围包括： （ I^ 1 < 1 < 1 ₂ 、 1 ₂ < 1 < \

计算每个子系统内各交叉口的周期及绿信比， 以及基于计算得到的周 期， 利用预先设定的子系统周期设定策略， 设定每个子系统的周期， 并根 据子系统周期和子系统内各交叉口的绿信比， 确定各交叉口的绿灯时间； 对于关联度范围为 / ₂ ≤ / < 1的子系统， 利用相邻交叉口间各三级道路驶 入和马史离所述主干道的车流量， 爹正所述相邻交叉口间主干道的车辆通行 速度和车流量， 并以修正后的数据计算双向绿波的相位差， 利用所述相位 差计算关联度范围为 / ₂ ≤ / < 1的子系统中相邻两个交叉口间绿灯开启的时 间间隔， 进行双向绿波控制；

其中， A为设定的低关联度阈值； / ₂ 为设定的高关联度阈值。

上述方案中， 所述基于相邻交叉口间各三级道路驶入和驶离 所述主干 道的车流量， 修正所述相邻交叉口间主干道的车辆通行速度 和车流量， 包 括：

将相邻交叉口间主干道的车辆通行速度!^爹正� �� W(l + 。 _iai )；

将相邻 交叉 口 间 主干道的 下 、 上行车 流量修正为 ：

Qi, _M ( = (! + αδ _ίοΜ )∑ q _rr 和 (t) = (1 + αδ _ίοία1 )∑ q _r ； 将相邻交叉口间下、 上行方向上游交叉口最大流入量 爹正为： + 下腿和（" + M)g上腿； 其中 ， g下腿 = max[g _1T ，...g„下， bq _{/ r} ,..., 小 _k 下] ； 上 ^{= max} k上' 上' bq'i'i ，…， j、 _k 上 L

v为相邻交叉口间车辆通行的平均速度， δ i =∑ mSj为相邻交叉口间 各类三级道路的总影响因子， M为预先划分的三级道路的类型数， w为第 j 类三级道路的数量， 为特定时间内第 j类三级道路车流量与主干道车流量 的比值， 为来自上游交叉口第 r相位流入下游交叉口的流量， _± 为来自 下游交叉口第 r相位流入上游交叉口的流量， 、 _1T ，...， 、 为来自上游各三 级道路流入下游交叉口的流量， 、 _1± ，...， q _{/ k} 为来自下游各三级道路流入上 游交叉口的流量， k为相邻交叉口间与主干道相连的上行或下行� �级道路个 数， 在交叉口 采取对称放行方式下， n=交叉口相位数 -1，

1 t e由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值� �

- 1 t e由主干道涌入三级道路车流量大于设定阈值� �

0 t e其他

由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值时

其他

上述方案中， 所述以设定的关联度范围， 对所述主干道上的各交叉口 进行子系统划分， 包括：

将所述主干道上相邻交叉口上、 下行关联度范围均为 0 < /≤ A的交叉口 均单独划分为一个子系统；

将所述主干道上相邻交叉口上、 下行关联度范围均为 / ₂ ≤ / < 1的各交叉 口划分为一个子系统；

将所述主干道上相邻交叉口上行和 /或下行关联度范围为 A < / < / ₂ 的交 叉口均单独划分为一个子系统。

上述方案中， 所述基于计算得到的周期， 利用预先设定子系统周期设 定策略， 设定每个子系统的周期， 包括：

对于关联度范围为 0 < /≤ A的子系统， 将计算得到的子系统内交叉口的 周期设定为该子系统的周期；

对于关联度范围为 / ₂ ≤ / < 1的子系统， 将计算得到的该子系统内各交叉 口周期中最大的周期， 设定为该子系统的周期； 对于关联度范围为 A < / < / ₂ 的子系统，判定该子系统是否与关联度范 围 为 / ₂ ≤/<1的子系统相邻， 若是， 则设定关联度范围为 A </</ ₂ 的子系统的 周期与相邻的某一关联度范围为 / ₂ ≤/<1的子系统的周期相同； 若否， 将计 算得到的子系统内交叉口的周期设定为该子系 统的周期。

上述方案中， 所述计算主干道各交叉口的周期及绿信比的方 式为求解 目标优化函数： f( ,g ^^ ₊ 1^H _r

求解的约束条件为 ： Γ ≤r = _{gr +J} L≤7 _ax g _r ≤g _r ≤g _r 0.7≤χ _Γ ≤0.9；

其中， 为第 r相位的延误时间， H为第 r相位车辆平均停车次数， x _r 为第 r相位饱和度， r _min 7皿分别为预先设定的最小和最大周期， 为第 r 相位的车流量， _{g g} , _max 分别为预先设定的第 r相位绿灯有效时间的最小 值和最大值， L 为一个周期中总的损失时间， n+l 为交叉口的相位数， 0< ^， <1 k. +k^l , , 分别为交叉口的平均延误时间和交叉口的平均 停车次数的权重。

上述方案中， 所述方法还包括：

在预设的特定时间后， 基于各子系统采集的主干道的道路数据， 重新 计算各相邻交叉口间的关联度， 并以设定的关联度范围， 对所述主干道上 的各交叉口重新进行子系统划分。

另一方面， 本发明实施例还提供了一种交通干线信号灯优 化控制装置， 所述装置包括：

子系统划分模块， 配置为基于预先采集得到的主干道相邻交叉口 间各 三级道路马史入和马史离所述主干道的车流量 ， 爹正所述相邻交叉口间主干道 的车辆通行速度和车流量， 利用修正后的数据， 计算相邻交叉口间的关联 度 I，并以设定的关联度范围，对所述主干道上� �各交叉口进行子系统划分； 所述三级道路为与所述主干道相连且未部署检 测线圈的路口， 所述关联度 范围包括： 0 < I≤ I _t , I _t < I < 1 ₂ , / ₂ ≤ / < 1；

参数计算模块， 配置为计算每个子系统内各交叉口的周期及绿 信比， 以及基于计算得到的周期， 利用预先设定的子系统周期设定策略， 设定每 个子系统的周期， 并根据子系统周期和子系统内各交叉口的绿信 比， 确定 各交叉口的绿灯时间；

绿波控制模块， 配置为对于关联度范围为 / ₂ ≤/ < 1的子系统， 利用相邻 交叉口间各三级道路驶入和驶离所述主干道的 车流量， 修正所述相邻交叉 口间主干道的车辆通行速度和车流量， 并以修正后的数据计算双向绿波的 相位差， 利用所述相位差计算关联度范围为 / ₂ ≤ / < 1的子系统中相邻两个交 叉口间绿灯开启的时间间隔， 进行双向绿波控制；

其中， 为设定的低关联度阈值； / ₂ 为设定的高关联度阈值。

上述方案中， 所述子系统划分模块， 包括：

修正子模块， 配置为将相邻交叉口间主干道的车辆通行速度 V修正为 v /(l + S _total )； 将相邻交叉口 间主干道的下、 上行车流量修正为：

(t) = (1 + αδ _ίΰία1 )∑ q _rT 和 (t) = (1 + αδ _ίΰία1 )∑ q _r ； 将相邻交叉口间下、 上行 方向上游交叉口最大流入量 腿修正为： （"+ ^) 下腿和（" + 其中， 下腿 = ^max bi下'… 下' ιτ'·· ·' 小 k下 h 上腿 ^{= max} 上' 上， ^b q小 1上，…， ,j、 _k 上] ;

V为相邻交叉口间车辆通行的平均速度， d _total = md _j 为相邻交叉口间各

7=1

类三级道路的总影响因子， M 为预先划分的三级道路的类型数， m为第 j 类三级道路的数量， 为特定时间内第 j类三级道路车流量与主干道车流量 的比值， _τ 为来自上游交叉口第 r相位流入下游交叉口的流量， _± 为来自 下游交叉口第 r相位流入上游交叉口的流量， 、 _1T ，...， 、 为来自上游各三 级道路流入下游交叉口的流量， 、 _1± ，...， q _{/ k} 为来自下游各三级道路流入上 游交叉口的流量， k为相邻交叉口间与主干道相连的上行或下行� �级道路个 数， 在交叉口 采取对称放行方式下， n=交叉口相位数 -1，

1 t e由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值� �

- 1 t e由主干道涌入三级道路车流量大于设定阈值� � ， 0 t e其他

|1 由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值时

= |θ 其他 °

上述方案中， 所述子系统划分模块， 还包括：

子系统划分子模块， 配置为将所述主干道上相邻交叉口上、 下行关联 度范围均为 0 < /≤ A的交叉口均单独划分为一个子系统； 将所述主干道上相 邻交叉口上、 下行关联度范围均为 / ₂ ≤ / < 1的各交叉口划分为一个子系统； 将所述主干道上相邻交叉口上行和 /或下行关联度范围为 A < / < / ₂ 的交叉口 划分为一个子系统。

上述方案中， 所述参数计算模块， 配置为对于关联度范围为 0 < /≤/^々 子系统， 将计算得到的子系统内交叉口的周期设定为该 子系统的周期； 对 于关联度范围为 / ₂ ≤ / < 1的子系统， 将计算得到的该子系统内各交叉口周期 中最大的周期，设定为该子系统的周期； 对于关联度范围为 /^ /〈 的子系 统， 判定该子系统是否与关联度范围为 / ₂ ≤/ < 1的子系统相邻， 若是， 则设 定关联度范围为 /^ /〈 的子系统的周期与邻近的某一关联度范围为

/ ₂ ≤/ < 1的子系统的周期相同； 若否， 则将计算得到的子系统内交叉口的周 期设定为该子系统的周期。

上述方案中， 所述参数计算模块， 配置为通过求解目标优化函数， 计 算主干道各交叉口的周期及绿信比； 所述目标优化函数为: f( ,g ^^ ₊ 1^H _r

求解的约束条件为： r _min ≤r = f _r + ≤r _max ， g _r;min <g _r < _gr;max ，

0.7≤x _r ≤0.9；

其中， 为第 r相位的延误时间， H为第 r相位车辆平均停车次数， x _r 为第 r相位饱和度， r _min 、 7皿分别为预先设定的最小和最大周期， 为第 r 相位的车流量， _g , _min 、 _g , _max 分别为预先设定的第 r相位绿灯有效时间的最小 值和最大值， L 为一个周期中总的损失时间， n+l 为交叉口的相位数， Q<k _x ,k ₂ <\, k _x +k ₂ =\ , 分别为交叉口的平均延误时间和交叉口的平均 停车次数的权重。

上述方案中， 所述装置还包括：

检测与调整模块， 配置为在预设的特定时间后， 基于各子系统采集的 主干道的道路数据， 触发所述子系统划分模块重新计算各相邻交叉 口间的 关联度， 并以设定的关联度范围， 对所述主干道上的各交叉口重新进行子 系统划分。

与现有技术相比， 发明有益效果如下：

本发明实施例提供的交通干线信号灯优化控制 方法和装置， 将城市交 通主干道上的所有交叉口根据彼此间的关联度 划分为子系统进行处理， 以 达到绿波控制的效果， 从而改善交通路口的绿信比， 减少交叉路口的车辆 平均等待时间和等待车辆长度， 协调道路上的绿波带， 使大部分车辆能够 通过绿波带。 附图说明

为了更清楚地说明本发明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 一简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例 ， 对于本领域普通技术人员 来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的 附图。

图 1 为本发明实施例的交通干线信号灯优化控制方 法的实现流程示意 图一；

图 2 为本发明实施例的交通干线信号灯优化控制方 法的实现流程示意 图二；

图 3为本发明实施例中交叉口四相位放行示意图� �

图 4为本发明实施例中子系统划分示意图；

图 5为本发明实施例的交通干线信号灯优化控制� �法控制模式示意图； 图 6为本发明实施例的交通干线信号灯优化控制� �置的组成结构示意 图。 具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明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发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例， 都属于本发明保护的 范围。

方法实施例

图 1 为本发明实施例的交通干线信号灯优化控制方 法的实现流程示意 图， 如图 1所示， 所述方法包括：

步骤 S101、 基于预先采集得到的主干道相邻交叉口间各三 级道路驶入 和驶离所述主干道的车流量， 修正所述相邻交叉口间主干道的车辆通行速 度参数和车流量参数， 利用修正后的数据， 计算相邻交叉口间的关联度 I， 并以设定的关联度范围， 对所述主干道上的各交叉口进行子系统划分； 所 述关联度范围包括： （ I^ I^KI^ ι ₂ ≤κΐ; 其中， 1 ₂ 为预先设定 的关联度范围值； A为设定的低关联度阈值； / ₂ 为设定的高关联度阈值。

该步骤中， 所述三级道路为与所述主干道相连且未部署检 测线圈的路 具体的， 本发明实施例提出三级道路的概念， 是考虑到在两个相邻的 信号灯十字路口之间， 会存在若干个与干线交叉的丁字路口或十字路 口， 这些道路由于车道数少、 平均车流量较少等， 一般不部署信号灯和检测线 圈。 在非高峰时段的信号灯调节中， 少量的车流量误差对信号灯参数配置 的误差影响较小。 但是在高峰时段， 这些道路的瞬时车流量会突然增加， 并且车流量的增加一般是单向的， 因此会对干线的车流量产生较大的影响。 因此为了增加绿波控制的精确度， 在 24小时内的两个高峰时段应该考虑这 些道路的流量所产生的影响。

较佳地， 该步骤 S101中， 基于相邻交叉口间各三级道路驶入和驶离所 述主干道的车流量， 修正所述相邻交叉口间主干道的车辆通行速度 参数和 车流量参数， 包括：

将相邻交叉口间主干道的车辆通行速度 V修正为 v/(l + S _ttal )；

将相邻 交叉 口 间 主干道的 下 、 上行车 流量修正为 ：

Q ₊₁ (t) = (l + a5 _total )∑q _r7 -和 Q _i+W (t) = (1 + ) ^； 将相邻交叉口间下、 上行方向上游交叉口最大流入量 _n q _max 爹正为： 和（" + M)g . 其中 ， = max[g _1T ...g„ _T bq _{/ 1} ：,..., q = ^max [q -"q bq', "-bqv,"] 其中， V为相邻交叉口间车辆通行的平均速度， S^^ mSj为相邻交叉 j=l

口间各类三级道路的总影响因子， M为预先划分的三级道路的类型数， w为 第 j类三级道路的数量， 为特定时间内第 j类三级道路车流量与主干道车 流量的比值， q _f ^为来自上游交叉口第 r相位流入下游交叉口的流量， 为 来自下游交叉口第 r相位流入上游交叉口的流量， q _v , _C ... q _v , _{k C} 为来自上游各 三级道路流入下游交叉口的流量， q _v ,^... q _v ,u为来自下游各三级道路流入上 游交叉口的流量， k为相邻交叉口间与主干道相连的上行或下行� �级道路个 数， 在交叉口 采取对称放行方式下， n=交叉口相位数 -1 t e由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值� �

- 1 t e由主干道涌入三级道路车流量大于设定阈值� �

0 t e其他

|1 由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值时

= |θ 其他 较佳地， 该步骤 S101中， 利用修正后的数据， 计算相邻交叉口间的关 联度 I， 包括下行关联度 和上行关联度 ι^， 其中：

0.5

I

d _{i i+} _ l

1 + ^ + At (1 + "D∑^

0.5

I

/

i h ί\1 d; 为相邻交叉口 i和 i+1间的距离， Z为相邻交叉口中下游路口的平均 排队长度， 为道路实际情况带来的时间损失。

较佳地， 该步骤 S101中， 以设定的关联度范围， 对所述主干道上的各 交叉口进行子系统划分， 包括：

将所述主干道上相邻交叉口上、 下行关联度均小于等于预设低关联度 阈值 I 的交叉口均单独划分为一个子系统； 将所述主干道上相邻交叉口上、 下行关联度均大于等于预设高关联度 阈值 1 ₂ 的各交叉口划分为一个子系统；

将所述主干道上相邻交叉口上行和 /或下行关联度大于 I 小于 1 ₂ 的交叉 口均单独划分为一个子系统。

优选地， 所述设定的关联度范围中， I等于 0.2 1 ₂ 等于 0.5

步骤 S102、 计算每个子系统内各交叉口的周期及绿信比， 以及基于计 算得到的周期， 利用预先设定的子系统周期设定策略， 设定每个子系统的 周期， 并根据子系统周期和子系统内交叉口的绿信比 ， 确定各交叉口的绿 灯时间。

优选地， 该步骤 S102中， 计算主干道各交叉口的周期及绿信比的方式 为求解目标优化函数：

求解的约束条件为： T _min ≤T = Xg _r+ L≤T _max , g _r g _r ≤ g _r 0.7≤x _r <0.9; 其中， T为交叉口的周期， g _f 为交叉口第 r相位的绿信比， d _f 为第 r相 位的延误时间， 为第 r相位车辆平均停车次数， x _f 为第 r相位饱和度， ^ 分别为预先设定的最小和最大周期， ¾为第 r 相位的车流量， g _t 分别为预先设定的第 r相位绿灯有效时间的最小值和最大值， L为 一个周期中总的损失时间， n+l为交叉口的相位数， 0<k _p k ₂ <l k ₁₊ k ₂ =l, k _1? k ₂ 分别为交叉口的平均延误时间和交叉口的 平均停车次数的权重。 其中， L = Z(L _s +r-A) _k 为起动损失时间， 如无实测数据一般取 3s;

k

为黄灯时长， 可定为 3s; '为绿灯间隔时间； 为一个周期内的绿灯间隔 数。 较佳地， 该步骤 S102中， 基于计算得到的周期， 利用预先设定子系统 周期设定策略， 设定每个子系统的周期， 包括：

对于关联度范围为 0 < I≤ ^的子系统， 将计算得到的子系统内交叉口的 周期设定为该子系统的周期；

对于关联度范围为 1 ₂ ≤ I < 1的子系统， 将计算得到的该子系统内各交叉 口周期中最大的周期， 设定为该子系统的周期；

对于关联度范围为 ^ < I < 1 ₂ 的子系统， 判定该子系统是否与关联度范围 为 1 ₂ ≤1<1的子系统相邻， 若是， 则设定关联度范围为 1 1 <1 ₂ 的子系统的周 期与邻近的某一关联度范围为 1 ₂ ≤1<1的子系统的周期相同； 若否， 将计算 得到的子系统内交叉口的周期设定为该子系统 的周期。

步骤 S103、 对于关联度范围为 i ₂ ≤i<l的子系统， 利用相邻交叉口间各 三级道路马史入和马史离所述主干道的车流量 ， 爹正所述相邻交叉口间主干道 的车辆通行速度参数和车流量参数， 并以修正后的数据计算双向绿波的相 位差， 利用所述相位差计算关联度范围为 1 ₂ ≤ I < 1的子系统中相邻两个交叉 口间绿灯开启的时间间隔， 进行双向绿波控制。

较佳地， 该步骤 S103中， 以修正后的数据计算得到的双向绿波的相位 差为： 上行绿波相位差： θ _{; i+1} (t) = α Q _i+1 (t-i)s

v/(l + S _total ) 下行绿波相位差：

其中， Q _i+1 (t-l) = m _ax [0，Q _i+1 (t-2) + Q _ii+1 (t-2)-P _ii+1 (t-l)]为第 t-1 个周期内 第 i+1交叉口因红灯而停车排队等待的车流量， Q _i+1 (t-2)为第 t-2周期排队 等候的车流量， Q _ii+1 (t-2)表示第 t-2周期离开交叉口 i到达交叉口 i+1的车 流量， P _ii+1 (t-l)为第 t-1周期内离开路口 i不停车通过交叉口 i+1的车辆数， S为车辆在交叉口离去的车头时距， 0 < α, β < 1， α + β = 1， α,β分别为上下行 绿波相位差的权重因子， d _{i i+1} 为相邻交叉口间的距离。

较佳地， 该步骤 S103中， 所述利用相位差计算关联度范围为 1 ₂ ≤1 < 1的 子系统中相邻两个交叉口间绿灯开启的时间间 隔的方式为：

求解双向绿波优化目标函数： f = min[Q _i (t + l),Q _i+1 (t + l)] ;

求解的约束条件为： ₊₁ (0 + 6 _;+1 ，^) =：； 其中， T为子系统的周期。 优选地， 本实施例所述方法还包括：

步骤 S104， 在预设的特定时间后， 基于各子系统采集的主干道的道路 数据， 重新计算各相邻交叉口间的关联度， 并以设定的关联度范围， 对所 述主干道上的各交叉口重新进行子系统划分。

下面结合附图 2至 5对本发明实施例的交通干线信号灯优化控制� �法 作进一步详细阐述， 如图 2所示， 包括：

步骤 1、 数据采集；

获取城市交通主干道的相关数据资料， 如主干道包含的交叉口个数、 各交叉口之间的距离、 以往的车流量数据等数据、 以及与主干道相连的三 级道路数据。

本实施例中， 设各交叉口为四相位交叉口， 如图 3 所示， 包括： 第一 相位： 东西进口直行及右转； 第二相位： 南北进口左转； 第三相位： 南北 进口直行及右转； 第四相位： 东西进口左转。

步骤 2、 利用采集的数据， 计算相邻交叉口间的关联度；

具体的， 当一条主干道上的交叉路口较多时， 对所有的交叉口实行绿 波协调控制未必能够取得较好的效果， 相邻交叉口之间可能由于距离过远， 或者受周围道路等条件的影响导致车流量相差 较大等， 此时需要考虑交叉 口之间的关联度， 对主干线进行区域划分， 从而更有效的实施绿波协调控 制。 关联性是指对相邻信号控制交叉口间是否需要 进行协调控制特性的描 述， 用于判断城市道路是否需要协调控制。 关联性研究对于提高交通效率， 预防和緩解城市交通阻塞具有非常重要的意义 。 如在不考虑其它因素对关 联性影响之下， 路段上的流量越大， 关联性越大， 这是因为随着路段上流 量水平的不断增大， 车辆在交叉口处的停车次数和延误也迅速增大 ， 此时 进行协调控制的协调效益也增大。 在其他因素不变的情况下， 路段长度越 小， 关联性越大， 因为在受到信号交叉口挤压作用形成的车队在 路段上行 驶的过程中会发生离散作用， 且离散作用随着车队行驶距离的增大而变大。

一种现有的路段关联度的计算具体模型如下：

式中， 为交叉口连线间的关联度， t为车辆在两交叉口间的行程时间， g _max 为上游交叉口最大流入流量， 为来自上游交叉口第 r相位流入下游交 叉口的流量， 为上游交叉口到达下游交叉口的交通量总和， n为交叉口 的相位数减 1， 对于十字交叉口而言， n=3， _{t =} ii±L l _{+ At} , d _{l i+1} 为第 i个十

V '

字交叉口与第 i+1个十字交叉口间的距离， 为下游路口平均排队长度， V为 两个交叉口间车辆通行的平均速度， 为道路实际情况带来的时间损失（如 交叉口之间的人行横道带来的时间损失）， 可根据道路的实际情况分析获 付。

然而考虑到三级道路对干路的车流和平均车速 影响， 此公式还须修正 以适应复杂的交通环境， 例如在莲花路上， 有些十字路口之前的距离虽然 在 800米之内， 但是由于路段内的分岔路口太多， 对车队的离散作用十分 明显， 就不应该将其划分在同一个子区域内。 根据各个分叉路口的车流多 少， 其对干线道路的影响不同， 因此每种不同类型的三级道路都有其对应 的影响因子， 本发明实施例对典型的分叉路口建立如表一所 示的影响因子 对应关系：

影响因子由该路口车流量多少决定，可以在特 定时间 t内统计该类道路 流量和主干道车流量， 计算公式为：

其中， j为三级道路的类型， ^Qj(t。；)为在特定时间 t内， 相邻交叉口 i t ₀ =l 和 i+1间， 第 j类三级道路的车流量， ^Qy^to)为在特定时间 t内， 相邻交

t ₀ =l 叉口 i和 i+1间主干道的车流量。

为了能够有效反映道路交通变化关系， 的取值不该太大， 但是为了保 证数据能够抵抗短时干扰， 又不能太小。 权衡两者关系， 600s≤t≤120( 比 较合适。 设该路段上这四类道路分别有 m m ₂ m ₃ m ₄ 条， 其中 _mi + _m2 + _m3 +m ₄ =k , k ^该路段三级道路的总数，因而得到总的影响� �子为：

+ ^m 2

由于三级道路的存在， 减慢了速度， 因此实际平均车速应该近似为： _ V

v = 同时三级道路还影响干道上的车流量， 但是在一般交通情况下， 由三 级道路驶入干道和驶离干道的车辆数近似相等 ， 所以流量的影响可以不用 考虑。 但是在上下班高峰等特殊时刻， 交通流会体现出由三级道路大量涌 入干道或者由干道大量驶入三级道路的情形， 这时候就必须将影响因子考 虑在内。 因此对于单向绿波带上的流量公式修正如下： β諭/ = (i + "D∑¾ 式中， "为一参数， 在一般交通情况下， " = ο ; 当车辆由三级道路大量 涌入干道时， " = ι ; 当车辆由干道大量驶入三级道路时， " = -ι。 其中， 所 述 "大量涌入" 和 "大量涌出" 通常对应着早高峰和晚高峰时段。 针对具 体城市时， 可以根据该城市交通流量和饱和度变化曲线图 进行归纳总结， 得到具体的早高峰和晚高峰时段。 以某城市为例， 早高峰和晚高峰时段通 常出现在早上 7:00~8:30和下午 16:30~18:00。

从而将关联度公式改写如下：

₁ , (d _i - l)(l + S _total ) _|

式中， 为相邻交叉路口间与主干道相连的三级道路个 数， 为一参数， 当车辆由三级道路大量涌入干道时， b = l ; 在一般交通情况下以及当车辆由 干道大量驶入三级道路时， b = 0。

对于本发明实施例所介绍的四相位绿波协调控 制系统， 由于不单独设 置右转相位， 实际流量不一定都可以直接检测到 （例如， 直行和右转合用 一个车道时）， 所以当可以直接检测时， 直接得到下行各个相位的流量

^ ^2Τ ^3Τ ' 当不可以直接检测到时， 则从第 个十字交叉路口下行到第 + 1个十字交叉路口时， 各实际流量计算方式如下： 下 =q洒 ^{x ( 1} — 西） 2下 =¾2北 3下 =qg南 南 式中， _T qr、 g _3T 分别为从第' '个十字交叉路口下行到第 ^{+ 1} 个十字交 叉路口时第一相位、 第二相位以及第三相位（见图 3 )的实际下行流量， 西 为上游十字交叉口西进口直行及右转相位车流 量， 为西进口直行及右转 相位车流量中右转车流量所占比例， 为上游十字交叉口北进口左转相位 车流量， 为上游十字交叉口南进口直行及右转相位车流 量， 为南进口 直行及右转相位车流量中右转车流量所占比例 。 以上参数， g ₁ q _2it , g _¾ 可 通过地感线圈检测， 西、 可由已获取的以往数据分析计算得到。

若令与主干道连接的第 p条三级道路的车流量为^^ p=l,...,k， 贝' J: 下 = max [ 下 ,q _2T ,q _3r ,bq _/bl , bg小 ₂ …， 小 _k ]

3

Σ =^1T + 2下 + 3下

=1

则下行路段关联度的计算方法如下：

1)若所有实际流量可以直接检测则：

0.5 (n + bk)q _ymax j

+ ^ 下 +^下 + 下） _

2)若实际右转流量不可以直接检测：

0.5 (n + bk)q _Tmax

(d _u+l -l)(l ₊ S _total ) aS _total )[q _m

-At (！ + X ( lS _m + q ₂ 北 + q ₃ 南 x 南] 同理， 从第 i+1个十字交叉路口上行到第 i个十字交叉路口时， 若实际 流量无法直接检测， 则各实际流量计算方式如下： 上 ⁼ « ^{X ( 1} — A东） 2上 = 2南 3上 = 3北 北

式中， 上， 上， 上分别为从第 +1个十字交叉路口上行到第 个十字 交叉路口时第一相位、 第二相位以及第三相位（见图 3) 的实际上行流量， 为下游十字交叉口东进口直行及右转相位车流 量， 东为东进口直行及右 转相位车流量中右转车流量所占比例， 为下游十字交叉口南进口左转相 位车流量， 为下游十字交叉口北进口直行及右转相位车流 量， t为北进 口直行及右转相位车流量中右转车流量所占比 例。 以上参数， _qi 东、 q ₂ 南、 q _3ih 可通过地感线圈检测， 东 、 可由已获取的以往数据分析计算得到。

上丽 = max [ 上 , q让 , 上 , bq、 , , bq _/b2 … , bq^ ]

3

Σ ^让 +^上 +^上

=1

则上行路段关联度的计算方法如下：

1 )若所有实际流量可以直接检测则：

2)若实际右转流量不可以直接检测：

j

ν 步骤 3，设定关联度范围， 利用设定的关联度范围对主干道上各路口进 行子系统划分；

具体的， 分别计算得到主干道上各个路口的关联度数据 后， 将关联度 大于等于 0.5 (上行和下行） 的路口划分为一个子系统进行信号协调控制； 将关联度小于等于 0.2的路口单独划为一个子系统单独进行控制； 将关联度 大于 0.2小于 0.5的路口先单独划为一个子系统单独进行控制 ， 再根据以后 的交通情况调整子系统的划分， 具体划分示例如图 4所示。

步骤 4、 计算子系统周期和绿信比

首先单独考虑主干道上所有的十字交叉路口， 综合延误时间、 停车次 数、 通行能力以及饱和度等指标， 计算出每个十字交叉口合理的周期及绿 信比。

求解的目标优化函数为：

4

∑ 4

m [f(T, g) = k, ^ ^ + k ₂ ∑ff _r ]

求解的约束条件为：

4

T . ≤7 ⁷ = y ^ +L<T

0.7≤ x _r ≤0.9

其中， 为第 r相位的延误时间， H为第 r相位车辆平均停车次数， x _r 为第 r相位饱和度， r _min 、 7皿分别为预先设定的最小和最大周期， 为第 r 相位的车流量， _g , _min 、 _g , _max 分别为预先设定的第 r相位绿灯有效时间的最小 值和最大值， L为一个周期中总的损失时间， 0 , ₂ < , k _{l +} k ₂ = ,^分 别为交叉口的平均延误时间和交叉口的平均停 车次数的权重。

下面给出子系统周期及绿信比的确定方法：

1、 关联度小于等于 0.2的交叉口所构成的子系统， 由于只包含一个交 叉路口，可将 min ^g)得到的周期及绿信比的优化结果用于控制该 子系统；

2、 关联度大于等于 0.5的交叉口所构成的子系统， 由于包含多个交叉 路口， 要统一周期。 取这些交叉路口中的最大周期作为该子系统的 周期， 每个交叉路口的绿信比取 ^n/ g)的优化结果， 每个相位的绿灯时间按比 例补偿即可；

3、 关联度大于 0.2小于 0.5的交叉口所构成的子系统， 随着交通情况 的变化， 关联度可能发生改变， 该交叉路口可能与其他交叉路口构成一个 新的子系统。 所以， 对于该类子系统， 需要判断与该类子系统相邻的子系 统关联度范围是否为 0.5≤/<1， 若是， 则设定关联度范围为 0.2</<0.5的子 系统的周期与邻近的某一关联度范围为 0.5≤/<1的子系统的周期相同； 若 否， 将计算得到的子系统内交叉口的周期设定为该 子系统的周期。 每个交 叉路口的绿信比取 min ^g)的优化结果， 每个相位的绿灯时间按比例补偿 即可。

步骤 5， 子系统双向绿波控制

由于只包含一个十字交叉路口的子系统可单独 进行控制， 现在只讨论 含有多个十字交叉路口的子系统。

假定该子系统有 M个交叉口。 G表示第 '·个交叉口，假定协调相位为东 西直行相位， 从 c '到 c'"定义为下行， 其第 个信号周期内的相位差用 ，'· ⁺¹⁽ ) 表示， 同理， 从 c '"到 c'定义为上行， 其第 个信号周期内的相位差用 ，' ^w 表示。 实际上， 在主干道直行车流相位上， 相邻交叉口' '与 ζ· + 1之间在第 个 信号周期内的相位差满足相位差闭合条件， 即有下列关系成立：

0 _M (t)^0 _{M i} {t) = T 离开 c '下行到达 c '"的车流量用^ ⁺¹ ( 表示， 其大小主要由 3部分车流 组成， 可用公式表示如下： Qi,m (0 ( + 下 (0 + 下 )

= q _w ( ^x 西） + ₂ ¾( + q ₃ 南（0 ^x 4南

离开 上行到达 ς的车流量用 a ₊₁ ， )表示， 其大小主要由 3部分车流 组成， 可用公式表示如下：

Q _i+ i,i (0 (t) + 上 (0 + 上 (0

= ¾东 (0 ^χ (! - 东） + q ₂ 南 ) + 北 ) ^x 北

上述两个公式只考虑了两个交叉路口直接相关 联的情况， 而目前我国 的道路系统分布情况更加复杂， 在两个交叉路口中间往往存在着一条或者 多条与城市交通主干道直接相连的三级道路， 而这些三级道路基本上没有 红绿灯对其进行有效的调控。 但是这些三级道路的确会对主干道的交通情 况造成一定的影响， 而这些影响并不单只是简单的改变了主干道的 车流量， 结合前文所提出的影响因子的概念， 考虑到三级道路对干道的影响， 可将 车流量表示如下：

Qi, _i+ i (0 = (1 + αδ _ίοία1 )[ 下 + q _2T + g ₃ 下 ]

Q _i+ (0 = (1 + δ _ίοία1 ) [ 上 + g ₂ 上 + g ₃ 上 ] 设 " ^W 表示第 周期内，离开 c '不停车通过交叉口 c' "的车辆数； ¹ ， 表示第 周期内， 离开 c _M 不停车通过交叉口 G的车辆数。

则在第 1个周期内因红灯而停车排队等待的车流量可� �示为：

( + 1) = max[0, (0 + Q _{i+ i} (0 - P _{i+ i} (t + 1)]

+ι ( + 1) = max[0, Q _i+l (t) + ₊₁ ( - P _i+l (t + 1)]

双向绿波时， 相位差有如下计算公式：

Θ. _Μ (0 = (1 + 5 _mal ) - Q ₊₁ (t - l)s]

下行绿波： V 上行绿波：

式中， s表示车辆在交叉口离去的车头时距。

则双向绿波优化目标函数为：

约束条件为：

解得的相位差即为相邻十字交叉路口绿灯开 启相隔的时间。

步骤 6， 检测与调整；

每个子系统在经过 5个系统周期后， 将该系统采集到的数据返回控制 中心， 由控制中心根据之前的交通状况重新确定子系 统的划分情况， 并调 配主干道每个子系统的绿波参数， 从而达到城市交通主干道绿波控制的目 的， 具体如图 5所示。

利用本发明实施例提供的上述控制方法， 交叉口放行方式为四相位放 行方式如表二所示：

装置实施例

如图 6所示， 本发明实施例还提供一种交通干线信号灯优化 控制装置， 包括： 子系统划分模块 610、 参数计算模块 620和绿波控制模块 630; 优选 地， 所述装置还包括检测与调整模块 640; 其中，

子系统划分模块 620，配置为基于预先采集得到的主干道相邻交 叉口间 各三级道路驶入和驶离所述主干道的车流量， 修正所述相邻交叉口间主干 道的车辆通行速度和车流量， 利用修正后的数据， 计算相邻交叉口间的关 联度 I， 并以设定的关联度范围， 对所述主干道上的各交叉口进行子系统划 分； 所述三级道路为与所述主干道相连且未部署检 测线圈的路口， 所述关 联度范围包括： 0 < Ι≤Ιρ Ι^ ^ Ι^ / ₂ ≤ / < 1；

参数计算模块 620， 配置为计算每个子系统内各交叉口的周期及绿 信 比， 以及基于计算得到的周期， 利用预先设定的子系统周期设定策略， 设 定每个子系统的周期， 并根据子系统周期和子系统内各交叉口的绿信 比， 确定各交叉口的绿灯时间；

绿波控制模块 630， 配置为对于关联度范围为 / ₂ ≤/ < 1的子系统， 利用 相邻交叉口间各三级道路驶入和驶离所述主干 道的车流量， 修正所述相邻 交叉口间主干道的车辆通行速度和车流量， 并以修正后的数据计算双向绿 波的相位差， 利用所述相位差计算关联度范围为 / ₂ ≤ / < 1的子系统中相邻两 个交叉口间绿灯开启的时间间隔， 进行双向绿波控制。

检测与调整模块 640， 配置为在预设的特定时间后，基于各子系统采 集 的主干道的道路数据， 触发子系统划分模块 610重新计算各相邻交叉口间 的关联度， 并以设定的关联度范围， 对所述主干道上的各交叉口重新进行 子系统划分；

其中， Α为设定的低关联度阈值； / ₂ 为设定的高关联度阈值。

下面对本实施例所述装置实现交通干线信号灯 优化控制进行详细阐 述。

关于子系统划分模块 610， 包括：

修正子模块 611， 配置为将相邻交叉口间主干道的车辆通行速度 V修正 为 v/(l + 。 _iai )； 将相邻交叉口间主干道的下、 上行车流量爹正为： (t) = (1 + αδ _ίΰία1 )∑ q _rT 和 (t) = (1 + αδ _ίΰία1 )∑ q _r ； 将相邻交叉口间下、 上行 方向上游交叉口最大流入量 /^ 修正为： （"+ ^) 下腿和（ 其中， 下腿 = ^max 下'… 下' 小 i下'… ' 小 _k 下 上腿 = ^max 上'… 上， bq _/ ,..., bq _{/ i±} ] ; v为相邻交叉口间车辆通行的平均速度， δ i = f .为相邻交叉口间各

7=1

类三级道路的总影响因子， M 为预先划分的三级道路的类型数， m为第 j 类三级道路的数量， 为特定时间内第 j类三级道路车流量与主干道车流量 的比值， _τ 为来自上游交叉口第 r相位流入下游交叉口的流量， _± 为来自 下游交叉口第 r相位流入上游交叉口的流量， 、 _1T ，...， 、 为来自上游各三 级道路流入下游交叉口的流量， 、 _1± ，...， g _{/ k} 为来自下游各三级道路流入上 游交叉口的流量， k为相邻交叉口间与主干道相连的上行或下行� �级道路个 数， 在交叉口 采取对称放行方式下， n=交叉口相位数 -1 1 t e由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值� �

-1 t e由主干道涌入三级道路车流量大于设定阈值� � ， 0 t e其他

由三级道路涌入主干道车流量大于设定阈值时

其他

子系统划分子模块 612， 配置为将所述主干道上相邻交叉口上、 下行关 联度范围均为 0 < /≤ A的交叉口均单独划分为一个子系统； 将所述主干道上 相邻交叉口上、 下行关联度范围均为 / ₂ ≤/ < 1的各交叉口划分为一个子系 统； 将所述主干道上相邻交叉口上行和 /或下行关联度范围为 A < / < / ₂ 的交 叉口划分为一个子系统。

优选的， 设定的关联度范围中， 等于 0.2、 1 ₂ 等于 0.5。

关于参数计算模块 620: 对于关联度范围为 0 < /≤ A的子系统， 将计算得到的子系统内交叉口的 周期设定为该子系统的周期； 对于关联度范围为 / ₂ ≤/<1的子系统， 将计算 得到的该子系统内各交叉口周期中最大的周期 ， 设定为该子系统的周期； 对于关联度范围为 A < / < / ₂ 的子系统，判定该子系统是否相邻关联度 范围为

/ ₂ ≤/<1的子系统， 若是， 则设定关联度范围为 /^/〈 的子系统的周期与 邻近的某一关联度范围为 / ₂ ≤/<1的子系统的周期相同； 若否， 则将计算得 到的子系统内交叉口的周期设定为该子系统的 周期。

较佳地， 参数计算模块 620， 通过求解目标优化函数， 计算主干道各交 叉口的周期及绿信比； n+l

所述目标优化函数为: f( ,g ^^ ₊ 1^H _r

求解的约束条件为： r _min ≤r = f _r + ≤r _max ， g _r;min <g _r < _gr;max ，

0.7≤χ _Γ ≤0.9； 其中， 为第 r相位的延误时间， H为第 r相位车辆平均停车次数， x _r 为第 r相位饱和度， r _min 、 7皿分别为预先设定的最小和最大周期， 为第 r 相位的车流量， _g , _min 、 _g , _max 分别为预先设定的第 r相位绿灯有效时间的最小 值和最大值， L 为一个周期中总的损失时间， n+l 为交叉口的相位数， 0< ^， <1， k. +k^l , , 分别为交叉口的平均延误时间和交叉口的平均 停车次数的权重。

关于绿波控制模块 630:

利用修正后的数据计算得到的双向绿波的相位 差为： 上行绿波相位差： _M (t) = β ₊₁ (卜^

下行绿波相位差： θ _ί+ι , ( = β\ ^{i l} Qi(t-\)s 其中， 0 ₊₁ (卜1) = «^[0，¾ ₊ -2) _{+ +} ^_2)-^ ₊₁ (卜1)]为第 t-1个周期内第 i+1交叉口因红灯而停车排队等待的车流量， β ₊₁ ( -2)为第 t-2周期排队等候 的车流量， β ₊₁ ( -2)表示第 t-2周期离开交叉口 i到达交叉口 i+1的车流量， 为第 t-1周期内离开路口 i不停车通过交叉口 i+1的车辆数， s为车 辆在交叉口离去的车头时距， 0<α,β<\, 分别为上下行绿波相位差的权重 因子， 为相邻交叉口间的距离。

较佳地， 绿波控制模块 630， 通过求解双向绿波优化目标函数的方式， 计算关联度范围为 / ₂ ≤ / < 1的子系统中相邻两个交叉口间绿灯开启的时� � 间隔：

所述双向绿波优化目标函数为： f = min[g. (t + 1), Q _i+l (t + 1)]；

求解的约束条件为： _M (t) + H T; 其中， T为子系统的周期。 本发明的精神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权 利要求及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在 内。