基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法与流程

本发明涉及交通信号控制领域，尤其涉及城市有轨电车智能交通信号控制领域，具体是指一种基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法。

背景技术：

2018年，上海松江区有轨电车t1、t2号线建设基本成形，与地铁、轻轨等轨道交通不同，现代有轨电车的运营组织受制于道路交叉口的信号影响，交叉口交通信号的相位、周期和延误等设计指标直接影响有轨电车的运营质量。欧洲国家的有轨电车运营时刻表与路口信号灯协调，信号优先比公交车更有保证。在德国，有轨电车线路密集区域单独设有一套有轨电车信号灯，与路口车辆信号灯分立，两套系统相互协调，同时保证有轨电车的信号优先。目前国内对于有轨电车信号控制的研究较少。

松江有轨电车线路经过城市核心区，在社会车辆出行的早晚高峰期，与城市主干道相交的有轨电车线路，容易发生交通拥堵。在此背景下，针对重点区域(老城区、重点商区)等进行有轨电车防拥堵优先控制，在统筹协调前提下，给予有轨电车优先通行权，尽量保证有轨电车的准点，缓解高峰期间交通拥堵。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种统筹协调效率高、准确性高、满足准点性的基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法。

为了实现上述目的，本发明的基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法如下：

该基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)判断多条瓶颈路段同时拥堵时各瓶颈路段的拥堵情况，并取拥堵等级最大的瓶颈路段为控制目标；

(2)判断所述的瓶颈路段是否拥堵，如果是，继续步骤(3)；否则，计算并保存微调信号配时方案；

(3)计算所述的瓶颈路段拥堵情况的调节方案。

较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)判断上游交叉口对应的瓶颈路段是否大于1，如果是，则继续步骤(1.2)；否则，继续步骤(2)；

(1.2)判断各瓶颈路段拥堵的等级是否相同，如果是，则不进行信号配时调节，退出步骤；否则，取拥堵等级最高的瓶颈路段为防拥堵控制目标，并确定该瓶颈路段的调整相位。

较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)判断所述的瓶颈路段是否拥堵，如果是，继续步骤(2.4)；否则，继续步骤(2.2)；

(2.2)判断是否正在执行默认方案，如果是，则退出步骤；否则，继续(2.3)；

(2.3)判断当前方案的运行时间是否大于固定阈值，如果是，则计算并保存微调信号配时方案，退出步骤；否则，退出步骤；

(2.4)判断上一个运行的方案是否是默认方案，如果是，则该瓶颈路段的调整相位，继续步骤(3)；否则，恢复上一个微调方案，退出步骤。

较佳地，所述的步骤(2.3)中的固定阈值可变且由系统预设。

较佳地，所述的步骤(2.3)中的计算微调信号配时方案具体包括以下步骤：

(2.3.1)判断当前运行方案的各相位绿灯时间是否小于默认方案各相位绿灯时间，如果是，则削减绿灯时间；否则，进一步判断当前运行方案的各相位绿灯时间是否大于默认方案各相位绿灯时间，如果是，则增加绿灯时间；否则，不做调整。

较佳地，所述的步骤(2.3.1)中的削减绿灯时间具体包括以下步骤：

(2.3.1.1)计算各相位削减时间：

cx＝max(ax，bx-δt)；

其中，δt为微调时间，相位x为需要削减绿灯时间的相位，an为默认方案相位绿灯时间，bn为当前方案相位绿灯时间，cn为微调后的各相位绿灯时间；

(2.3.1.2)计算各相位总的削减时间t0。

较佳地，所述的步骤(2.3.1)中的增加绿灯时间，具体为：

根据以下公式计算剩余相位增加时间：

cy＝mix(ay，[t0/m]+by)；

其中，相位y为需要增加绿灯时间的相位，m为需要削减的相位数量，an为默认方案相位绿灯时间，bn为当前方案相位绿灯时间，cn为微调后的各相位绿灯时间。

较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)判断上游交叉口各相位流量数据获取是否正常，如果是，则读取上游交叉口各相位的流量，继续步骤(3.2)；否则，按照默认模式调整方案，继续步骤(3.3)；

(3.2)判断目标相位数是否等于方案相位总数，如果是，则选择流量最大的相位为目标相位；否则，继续步骤(3.4)，并继续步骤(3.5)；

(3.3)判断目标相位数是否等于方案相位总数，如果是，则选择直行相位为目标相位；否则，继续步骤(3.4)，并继续步骤(3.6)；

(3.4)计算目标相位最大削减时间、其余相位最大增加时间和调节总时间；

(3.5)根据流量计算各目标相位削减的时间和其他相位增加的时间，退出步骤；

(3.6)计算等比例削减目标相位的绿灯时间和增加其他相位的绿灯时间，退出步骤。

较佳地，所述的步骤(3.4)中计算目标相位最大削减时间，具体为：

根据以下公式计算目标相位最大削减时间：

最大削减时间t1＝当前绿灯时间-最小绿灯时间。

较佳地，所述的步骤(3.4)中计算其余相位最大增加时间，具体为：

根据以下公式计算其余相位最大增加时间：

最大增加时间t2＝最大绿灯时间-当前绿灯时间。

较佳地，所述的步骤(3.4)中的计算调节总时间具体包括以下步骤：

(3.4.1)求和计算最大削减总时间t1_all和最大增加总时间t2_all；

(3.4.2)计算调节最大总时间：

tad_max＝mix(t1_all，t2_all)；

(3.4.3)判断调节总时间tad_max是否大于预设的最低调节时间tad_mix，如果是，则计算调节时间：

tad＝[(瓶颈路段当前拥堵等级/拥堵等级数)×tad_max]。

较佳地，所述的步骤(3.5)具体包括以下步骤：

(3.5.1)计算各目标相位的可调节时间：

tad′＝当前绿灯时间-最小绿灯时间；

(3.5.2)根据各相位流量比例计算各目标相位削减调节时间：

目标相位n的调节时间tad-n＝mix(目标相位n当前绿灯时间-最小绿灯时间，

)；

(3.5.3)计算各目标相位调节时间，求和并更新调节总时间tad；

(3.5.4)计算各其余相位的可调节时间：

(3.5.5)根据各相位流量比例计算其余相位增加调节时间：

其余相位m的调节时间(最大绿灯时间-目标相位n当前绿灯时间，

)；

(3.5.6)退出步骤。

较佳地，所述的步骤(3.6)具体包括以下步骤：

(3.6.1)计算各目标相位的可调节时间：

tad′＝当前绿灯时间-最小绿灯时间；

(3.6.2)等比例削减目标相位的绿灯时间：

目标相位n的调节时间tad-n＝mix(目标相位n当前绿灯时间-最小绿灯时间，

)；

(3.6.3)计算各目标相位调节时间，求和并更新调节总时间tad；

(3.6.4)计算各其余相位的可调节时间：

(3.6.5)等比例增加其余相位的调节时间：

其余相位m的调节时间(最大绿灯时间-目标相位n当前绿灯时间，)；

(3.6.6)退出步骤。

采用了该基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法，根据关键路口瓶颈路段的交通态势，自动地调整上下游路口汇入该拥堵路段的车辆数量，有效的降低关键路口的车辆的排队长度；采用基于路口流量数据和固定模式相结合的方法，自动生成最佳的信号配时调整方案；针对重点区域(老城区、重点商区)进行有轨电车防拥堵控制，在统筹协调前提下，给予有轨电车优先通行权，尽量保证有轨电车的准点，有效地缓解高峰期间交通拥堵。

附图说明

图1为本发明的基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法的流程图。

图2为本发明的基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法的微调方案的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法，其中包括以下步骤：

(1)判断多条瓶颈路段同时拥堵时各瓶颈路段的拥堵情况，并取拥堵等级最大的瓶颈路段为控制目标；

(1.1)判断上游交叉口对应的瓶颈路段是否大于1，如果是，则继续步骤(1.2)；否则，继续步骤(2)；

(1.2)判断各瓶颈路段拥堵的等级是否相同，如果是，则不进行信号配时调节，退出步骤；否则，取拥堵等级最高的瓶颈路段为防拥堵控制目标，并确定该瓶颈路段的调整相位；

(2)判断所述的瓶颈路段是否拥堵，如果是，继续步骤(3)；否则，计算并保存微调信号配时方案；

(2.1)判断所述的瓶颈路段是否拥堵，如果是，继续步骤(2.4)；否则，继续步骤(2.2)；

(2.2)判断是否正在执行默认方案，如果是，则退出步骤；否则，继续(2.3)；

(2.3)判断当前方案的运行时间是否大于固定阈值，如果是，则计算并保存微调信号配时方案，退出步骤；否则，退出步骤；

(2.3.1)判断当前运行方案的各相位绿灯时间是否小于默认方案各相位绿灯时间，如果是，则削减绿灯时间；否则，进一步判断当前运行方案的各相位绿灯时间是否大于默认方案各相位绿灯时间，如果是，则增加绿灯时间；否则，不做调整；

(2.3.1.1)计算各相位削减时间：

cx＝max(ax，bx-δt)；

其中，δt为微调时间，相位x为需要削减绿灯时间的相位，an为默认方案相位绿灯时间，bn为当前方案相位绿灯时间，cn为微调后的各相位绿灯时间；

(2.3.1.2)计算各相位总的削减时间t0；

(2.4)判断上一个运行的方案是否是默认方案，如果是，则该瓶颈路段的调整相位，继续步骤(3)；否则，恢复上一个微调方案，退出步骤；

(3)计算所述的瓶颈路段拥堵情况的调节方案；

(3.1)判断上游交叉口各相位流量数据获取是否正常，如果是，则读取上游交叉口各相位的流量，继续步骤(3.2)；否则，按照默认模式调整方案，继续步骤(3.3)；

(3.2)判断目标相位数是否等于方案相位总数，如果是，则选择流量最大的相位为目标相位；否则，继续步骤(3.4)，并继续步骤(3.5)；

(3.3)判断目标相位数是否等于方案相位总数，如果是，则选择直行相位为目标相位；否则，继续步骤(3.4)，并继续步骤(3.6)；

(3.4)计算目标相位最大削减时间、其余相位最大增加时间和调节总时间；

(3.4.1)求和计算最大削减总时间t1_all和最大增加总时间t2_all；

(3.4.2)计算调节最大总时间：

tad_max＝mix(t1_all，t2_all)；

(3.4.3)判断调节总时间tad_max是否大于预设的最低调节时间tad_mix，如果是，则计算调节时间：

tad＝[(瓶颈路段当前拥堵等级/拥堵等级数)×tad_max]；

(3.5)根据流量计算各目标相位削减的时间和其他相位增加的时间，退出步骤；

(3.5.1)计算各目标相位的可调节时间：

tad′＝当前绿灯时间-最小绿灯时间；

(3.5.2)根据各相位流量比例计算各目标相位削减调节时间：

目标相位n的调节时间tad-n＝mix(目标相位n当前绿灯时间-最小绿灯时间，

)；

(3.5.3)计算各目标相位调节时间，求和并更新调节总时间tad；

(3.5.4)计算各其余相位的可调节时间：

(3.5.5)根据各相位流量比例计算其余相位增加调节时间：

其余相位m的调节时间(最大绿灯时间-目标相位n当前绿灯时间，

)；

(3.5.6)退出步骤；

(3.6)计算等比例削减目标相位的绿灯时间和增加其他相位的绿灯时间，退出步骤；

(3.6.1)计算各目标相位的可调节时间：

tad′＝当前绿灯时间-最小绿灯时间；

(3.6.2)等比例削减目标相位的绿灯时间：

目标相位n的调节时间tad-n＝mix(目标相位n当前绿灯时间-最小绿灯时间，

)；

(3.6.3)计算各目标相位调节时间，求和并更新调节总时间tad；

(3.6.4)计算各其余相位的可调节时间：

(3.6.5)等比例增加其余相位的调节时间：

其余相位m的调节时间(最大绿灯时间-目标相位n当前绿灯时间，)；(3.6.6)退出步骤。

较佳地，所述的步骤(2.3)中的固定阈值可变且由系统预设。

较佳地，所述的步骤(2.3.1)中的增加绿灯时间，具体为：

根据以下公式计算剩余相位增加时间：

cy＝mix(ay，[t0/m]+by)；

其中，相位y为需要增加绿灯时间的相位，m为需要削减的相位数量，an为默认方案相位绿灯时间，bn为当前方案相位绿灯时间，cn为微调后的各相位绿灯时间。

较佳地，所述的步骤(3.4)中计算目标相位最大削减时间，具体为：

根据以下公式计算目标相位最大削减时间：

最大削减时间t1＝当前绿灯时间-最小绿灯时间。

较佳地，所述的步骤(3.4)中计算其余相位最大增加时间，具体为：

根据以下公式计算其余相位最大增加时间：

最大增加时间t2＝最大绿灯时间-当前绿灯时间。

本发明的具体实施方式中，本有轨电车防拥堵控制算法的主要任务是在给予有轨电车优先通行后，对瓶颈路段进口道的拥堵情况做分级，如畅通、基本畅通、轻度拥赌、中度拥堵和严重拥堵。通过分级的结果对冲突相位方向上游路口驶入的车辆进行控制，调整上游交叉口的配时方案，减少对于有轨电车路口的通行需求，缓解瓶颈路段的拥堵状况。

一、名词解释

关键交叉口：有轨电车经过的路口。

上游交叉口：有轨电车所经过关键交叉口相邻的上游交叉口，通过对此交叉口的信号调整，以减少关键交叉口的拥堵情况。

瓶颈路段：位于关键交叉口与上游交叉口之间，由于有轨电车通行造成此路段成为交通瓶颈。

二、防拥堵控制算法

有轨电车防拥堵控制的具体流程。详细步骤如下：

步骤1：由于存在一个上游交叉口可对应多个瓶颈路段，当多条瓶颈路段同时拥堵时，应优先缓解拥堵等级较高的瓶颈路段的拥堵情况。

若瓶颈路段拥堵等级相同，则不给予调节。

故步骤1首先检测上游交叉口对应的瓶颈路段是否大于1。若不大于1则进入步骤3；若大于1则进入步骤2。

步骤2：比较各瓶颈路段的拥堵等级，若拥堵等级相同，则不对信号配时调节，结束本次流程。若不相同，则取拥堵等级最大的瓶颈路段为控制目标，确定该瓶颈路段关联的上游交叉口信号相位(称为调整相位)。完成后进入步骤3。

步骤3：判断瓶颈路段是否拥堵。当瓶颈路段为拥堵时，进入步骤4；当拥堵等级为不拥堵时，判断是否正在执行默认方案，若正在执行默认方案则结束本次流程；反之，进入判断当前方案的运行时间是否大于固定阈值t(即方案调整的间隔时间，t值可自定义)，若大于则计算微调信号配时方案；否则结束本次流程。

计算微调方案：

假设默认方案各相位绿灯时间为(a1,a2,a3,……,an)，当前方案各相位绿灯时间为(b1,b2,b3,……,bn)。微调后的各相位绿灯时间为(c1,c2,c3,……,cn)。

(1)当前运行方案的各相位绿灯时间与默认方案各相位绿灯时间对应相减：

a1-b1,a2-b2,a3-b3,……,an-bn

对计算结果大于0对应的相位，增加绿灯时间；小于0则削减绿灯时间；等于0的不做调整。

(2)计算各相位削减时间：设相位x是需要削减绿灯时间的相位，则削减后时间为：

cx＝max(ax,bx-δt)，δt为微调时间(可调)

(3)求各相位总的削减时间t0。

(4)计算剩余相位增加时间：设相位y是需要增加绿灯时间的相位，总共有m个相位需要削减，则增加后时间为：

cy＝mix(ay,[t0/m]+by)

步骤4：判断上一个运行的方案是否是默认方案，如果不是，则恢复上一次运行的方案(微调方案)；反之，则先确定瓶颈路段关联上游交叉口的目标相位，进入下一步，计算调节方案。

步骤5：判断上游交叉口各相位流量数据获取是否正常。若不正常，直接进入步骤8；若正常，则读取上游交叉口各相位的流量，当目标相位数等于方案相位总数时，则选择流量最大的相位为目标相位，对于目标相位数小于方案相位总数的情况不做处理，进入步骤6；

步骤6：

(1)计算各目标相位最大削减时间：

最大削减时间t1＝当前绿灯时间-最小绿灯时间。

求和后得最大削减总时间t1_all

(2)计算其余相位最大增加时间：

最大增加时间t2＝最大绿灯时间-当前绿灯时间。

求和后得最大增加总时间t2_all

(3)计算调节最大总时间：

tad_max＝mix(t1_all,t2_all)

(4)判断调节总时间tad_max是否大于最低调节时间tad_mix(可配置)。若低于最低调节时间，则不给于调节；反之，计算调节时间：

tad＝[(瓶颈路段当前拥堵等级/拥堵等级数)*tad_max)]

步骤7：根据流量分别计算各目标相位削减的时间和其他相位增加的时间。

(1)计算各目标相位的可调节时间：tad′＝当前绿灯时间-最小绿灯时间，根据可调时间的值按从大到小进行排序，目标相位1可调时间最短，…，目标相位n可调时间最长。

(2)根据各相位流量比例计算各目标相位削减调节时间：

目标相位1的调节时间tad-1＝mix(目标相位1当前绿灯时间-最小绿灯时间，[(目标相位1的流量/目标相位总流量)*tad])；

目标相位2的调节时间tad-2＝mix(目标相位2当前绿灯时间-最小绿灯时间，[(目标相位2的流量/目标相位总流量)*tad])；

……

最后一个目标相位n的调节时间tad-n＝mix(目标相位n当前绿灯时间-最小绿灯时间，)

(3)根据上一步，计算各目标相位调节时间，求和并更新调节总时间tad。

(4)计算各其余相位的可调节时间：根据可调时间的值按从大到小进行排序，其余相位1可调时间最短，…，其余相位m可调时间最长。

(5)根据各相位流量比例计算其余相位增加调节时间：

其余相位1的调节时间(最大绿灯时间-其余相位1当前绿灯时间，[(其余相位1的流量/其余相位总流量)*tad])；

其余相位2的调节时间(最大绿灯时间-其余相位2当前绿灯时间，[(其余相位2的流量/其余相位总流量)*tad])；

……

最后一个其余相位m的调节时间(最大绿灯时间-目标相位n当前绿灯时间，)；

(6)进入步骤11；

步骤8：按固定调节模式调节。当目标相位数等于方案相位总数时，取直行相位为目标相位；反之不作处理；对于目标相位削减绿灯时间，其他相位增加绿灯时间；进入步骤9；

步骤9：

(1)计算各目标相位最大削减时间：

最大削减时间t1＝当前绿灯时间-最小绿灯时间。

求和后得最大削减总时间t1_all

(2)计算其余相位最大增加时间：

最大增加时间t2＝最大绿灯时间-当前绿灯时间。

求和后得最大增加总时间t2_all

(3)计算调节最大总时间：

tad_max＝mix(t1_all,t2_all)

(4)判断调节总时间tad_max是否大于最低调节时间tad_mix(可配置)。若低于最低调节时间，则不给于调节；反之，计算调节时间：

tad＝[(瓶颈路段当前拥堵等级/拥堵等级数)*tad_max)]

步骤10：等比例削减目标相位的绿灯时间和增加其他相位的绿灯时间。

(1)计算各目标相位的可调节时间：tad′＝当前绿灯时间-最小绿灯时间，根据可调时间的值按从大到小进行排序，目标相位1可调时间最短，…，目标相位n可调时间最长。

(2)等比例削减目标相位的绿灯时间。

目标相位1的调节时间tad-1＝mix(目标相位1当前绿灯时间-最小绿灯时间，[(1/目相位数)*tad])；

目标相位2的调节时间tad-2＝mix(目标相位2当前绿灯时间-最小绿灯时间，[(1/目相位数)*tad])；

……

最后一个目标相位n的调节时间tad-n＝mix(目标相位n当前绿灯时间-最小绿灯时间，)

(3)根据上一步，计算各目标相位调节时间，求和并更新调节总时间tad。

(4)计算各其余相位的可调节时间：根据可调时间的值按从大到小进行排序，其余相位1可调时间最短，…，其余相位m可调时间最长。

(5)等比例增加其余相位的调节时间，其余相位增加绿灯时间计算如下：

其余相位1的调节时间(最大绿灯时间-其余相位1当前绿灯时间，[(1/其余相数)*tad])；

其余相位2的调节时间(最大绿灯时间-其余相位2当前绿灯时间，[(1/其余相数)*tad])；

……

最后一个其余相位m的调节时间(最大绿灯时间-目标相位n当前绿灯时间，)

步骤11：结束程序。

采用了该基于道路交通状态实现有轨电车防拥堵控制的方法，根据关键路口瓶颈路段的交通态势，自动地调整上下游路口汇入该拥堵路段的车辆数量，有效的降低关键路口的车辆的排队长度；采用基于路口流量数据和固定模式相结合的方法，自动生成最佳的信号配时调整方案；针对重点区域(老城区、重点商区)进行有轨电车防拥堵控制，在统筹协调前提下，给予有轨电车优先通行权，尽量保证有轨电车的准点，有效地缓解高峰期间交通拥堵。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。