一种基于向量分析的交通信号配时时段划分方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种交通信号控制技术，特别设及一种基于向量分析的交通信号配时 时段划分方法。
【背景技术】
[0002] 交通信号控制是提高道路资源利用率的有效手段，是缓解城市交通拥堵的主要方 式。交通信号分时段控制根据交叉口历史流量变化合理地将全天划分为多个时段，所得的 每个时段交通流是相对稳定的，根据每个时段的交通量相应地配置不同时段的交通信号配 时方案，在定时控制系统、自适应控制系统中应用广泛。实际工程中，多W主观经验对交叉 口进行时段划分，此后众多研究采用聚类算法来划分时段，各类聚类算法主要W总流量、周 期等作为聚类对象。但针对总流量或者周期聚类有几点不足：
[0003] 1)用周期、绿信比等参数聚类需要大量的配时计算且计算复杂，难W操作。
[0004] 2)总流量甚至信号周期相似情况下，流量分布可能相差较大且交通流不稳定时， 所划分出的时段并不能真实地体现实际交通流状况，得到的时段划分点也是不合理的。
[0005]交通信号分时段控制的目的是根据每个时段的平均出行量进行交通分配，从而使 得道路资源能够满足当前的交通需求。本发明W向量分析为主要方法，向量化各流向交通 流，设计出一种实用的交通信号分时段控制方法。
【发明内容】
[0006]本发明是针对W总流量或者周期作为聚类对象进行交通信号分时段控制存在的 问题，提出了 一种基于向量分析的交通信号配时时段划分方法，较准确地区分流量分布，得 到合理的时段划分点，降低交叉口整体延误。
[0007]本发明的技术方案为；一种基于向量分析的交通信号配时时段划分方法，具体包 括如下步骤：
[0008] 1) W两相位交叉口T为研究对象，采集交叉口交通流，构建交通流向量模型，分析 交通流各流向差异性与不稳定性时段，计算各流向向量和并求得零点，作为时段划分点；
[0009] 2)由C均值聚类算法对全天划分时段，将设定时间采集的数据加入C均值聚类算 法，输出S个聚类中屯、，根据聚类中屯、确定时段划分点；
[0010] 3)根据步骤1)和2)所得时段划分点，根据韦伯斯特经典配时方法，计算信号周 期、最优信号周期时长、绿信比参数，根据下面公式式得到交叉口整体延误：
[0011] D = q*d
[0012] 式中D为整体延误，单位S，q为车流量，单位辆，d为车辆平均延误，单位s/辆。
[0013] 所述步骤1)具体包括如下步骤：
[0014] A ;设定采集时间，采集交叉口交通流数据，并进行异常数据处理；
[0015] B;确定交叉口相位W及车道数量，各流向的交通流作向量化处理，流量向量化算 法即将各流向的交通流设为向量，计算各流向交通流的向量和为向量C为：
[0016]
[0017] 其中；ai为i流向的交通量向量，i的值代表不同流向，g为交通流流向数；
[001引 C;根据B所建向量模型计算时段划分点：
[0019] 步骤1;向量和C转换为函数f并计算其表达式的零点个数N，若N〉0,计算零点 (tk，0)化=1，? ? ?，脚，并令k= 1 ;若N<1则转到步骤6 ;
[0020] 步骤2 ;若k《N，转向步骤3 ;否则转向步骤6 ;
[0021] 步骤3;时段[tk-At/2，tk+At/リ内的零点个数Nk=l且满足下式，tk则是时段 划分点：A> 丫
[002引式中A为不同流向交通流差异性参数A=max(|c|)/s，即在 [tk-At/2，tk+At/2]区段向量和|c|最大值与进口道通行能力S比值；At为时段划分的 最小时间，经仿真验证取60min; 丫为不同流向交通流差异性阔值，经仿真取0. 04 ;
[002引步骤4 ;若在时段[tk-At/2,tk+At/2]，Nk> 2,则tk不作为时段划分点；
[0024] 步骤5 ;k=k+1，转向步骤2 ;
[0025] 步骤6 ;结束；
[002引 D ;根据C，得到时段划分点。
[0027] 所述步骤2)具体包括：
[002引 E;利用化1)间的随机数初始化隶属度矩阵U= [U。]，并满足条件下式：
【主权项】
1. 一种基于向量分析的交通信号配时时段划分方法，其特征在于，具体包括如下步 骤： 1) 以两相位交叉口 T为研宄对象，采集交叉口交通流，构建交通流向量模型，分析交通 流各流向差异性与不稳定性时段，计算各流向向量和并求得零点，作为时段划分点； 2) 由C均值聚类算法对全天划分时段，将设定时间采集的数据加入C均值聚类算法，输 出s个聚类中心，根据聚类中心确定时段划分点； 3) 根据步骤1)和2)所得时段划分点，根据韦伯斯特经典配时方法，计算信号周期、最 优信号周期时长、绿信比参数，根据下面公式式得到交叉口整体延误： D = q*d 式中D为整体延误，单位s，q为车流量，单位辆，d为车辆平均延误，单位s/辆。
2. 根据权利要求1所述基于向量分析的交通信号配时时段划分方法，其特征在于，所 述步骤1)具体包括如下步骤： A :设定采集时间，采集交叉口交通流数据，并进行异常数据处理； B :确定交叉口相位以及车道数量，各流向的交通流作向量化处理，流量向量化算法即 将各流向的交通流设为向量，计算各流向交通流的向量和为向量c为：
其中：a# i流向的交通量向量，i的值代表不同流向，g为交通流流向数； C :根据B所建向量模型计算时段划分点： 步骤1 :向量和C转换为函数f并计算其表达式的零点个数N，若N>0,计算零点（tk，0) (k = 1，· · ·，N)，并令k = 1 ;若N〈1则转到步骤6 ; 步骤2 :若k < N，转向步骤3 ;否则转向步骤6 ; 步骤3 :时段[tk_At/2，tk+At/2]内的零点个数Nk= 1且满足下式，tjlj是时段划分 点：Δ彡γ 式中Δ为不同流向交通流差异性参数Δ = max(| c |)/s，即在[tk_A t/2, tk+A t/2]区 段向量和I c I最大值与进口道通行能力s比值；Δ t为时段划分的最小时间，经仿真验证取 60min ; γ为不同流向交通流差异性阈值，经仿真取0. 04 ; 步骤4 :若在时段[tk_ Λ t/2, tk+ Λ t/2]，Nk彡2,则t k不作为时段划分点； 步骤5 :k = k+Ι，转向步骤2 ; 步骤6 :结束； D :根据C，得到时段划分点。
3. 根据权利要求1或2所述基于向量分析的交通信号配时时段划分方法，其特征在于， 所述步骤2)具体包括： E :利用（0, 1)间的随机数初始化隶属度矩阵U = [\_]，并满足条件下式：
F :根据下式计算s个聚类中心比，
9 式中Uij为隶属度矩阵元素 ，(Ku yi，η为样本数，Iii为组i的聚类中心，x」为第j个数 据； G :根据下式（5)重新求隶属度矩阵U，
式中Clij为第i个聚类中心h i与第j个数据点X」的欧式距离d i」=I |h「X」I I，m为加 权指数，m e [1，〇〇 ); H :计算目标函数M，如果M小于设定阀值，结束算法；否则转F继续迭代，
I :结束。
【专利摘要】本发明涉及一种基于向量分析的交通信号配时时段划分方法，考虑交叉口不同流向交通流分布差异及不稳定性，构建向量分析模型与算法，向量化各流向的交通流，针对各流向流量分布差异较大以及不稳定时段，设计计算时段划分点的算法，为多时段信号配时提供了重要依据。本发明按照系统效益最优原则，划分出较合理的时段，降低交叉口整体延误。
【IPC分类】G08G1-08
【公开号】CN104867339
【申请号】CN201510239130
【发明人】王浩, 何保敬, 刘云翔, 李晓丹, 包林基, 徐爱秋, 王红彩
【申请人】上海应用技术学院
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月12日