一种阶段结构和环结构信号方案的转换方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及交通信号技术领域，具体而言，涉及一种阶段结构和环结构信号方案的转换方法、装置及系统。


背景技术：

2.目前信号机控制方式包括两种，一种为基于环
‑
分界实现的美国ntcip(national transportation communications for its(intelligent traffic system，智能交通系统) protocol，国家运输its通信协议)的控制方式，一般常见的控制形式为单环或者双环，另一种控制方式为按照相位阶段协议的控制模式。
3.这两种协议由于架构不同无法实现平滑互转，由于不同路口的配置不尽相同，在相互转换的过程中难免出现很多疏漏和不匹配的情况，对不同信号机接入统一平台造成了很大的阻力。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是如何实现阶段结构信号方案和环结构信号方案的平滑转换。
5.为解决上述问题，本发明提供一种阶段结构和环结构信号方案的转换方法，包括：获取阶段结构；将所述阶段结构转换为中间结构；将所述中间结构转换为环结构；其中，基于所述阶段结构的控制方案包括每个阶段的具体信息；其中，基于所述中间结构的控制方案包括每个相位在周期内的开始时间和持续时间；其中，基于所述环结构的控制方案包括每个环包含的相位号及其顺序。
6.本发明所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法，通过将阶段结构转换为中间结构再转换为环结构，实现了阶段结构到环结构的平滑转换，有利于构建统一的信号控制平台。
7.可选地，所述将所述阶段结构转换为中间结构包括：遍历所述阶段结构内的每一个相位，根据所述阶段结构中所述阶段的具体信息确定所述相位放行的阶段；若所述相位放行的阶段连续，则将第一次放行的阶段开始时间作为所述相位在周期内的开始时间以确定所述中间结构中所述相位的持续时间，其中，所述中间结构中所述相位的持续时间为所述阶段的时间总和；若所述相位放行的阶段不连续，则将所述相位拆分为多个相位以确定所述中间结构。
8.本发明所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法，根据相位放行的阶段连续与否选择不同的方式确定中间结构，进而能够将阶段结构转换为中间结构。
9.可选地，在将所述相位拆分为多个相位后，所述阶段结构和环结构信号方案的转换方法还包括：为多个拆分后的相位生成对应的相位号，以使每个相位只有一次放行。
10.本发明所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法，通过为拆分后的多个相位生成对应的相位号，保证每个相位只有一次放行，保证了信号控制的有序性。
11.可选地，所述将所述中间结构转换为环结构包括：根据所述中间结构确定输入变
量，将所述输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量以确定所述环结构。
12.本发明所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法，根据中间结构确定输入变量，将输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量以确定环结构，进而实现了阶段结构到环结构的平滑转换，有利于构建统一的信号控制平台。
13.可选地，所述根据所述中间结构确定输入变量包括：根据所述中间结构中所述相位在周期内的开始时间和持续时间确定结束时间，根据所述中间结构中所述相位在周期内的开始时间和结束时间确定周期时间的分割点，其中，所述环结构中各相位的时间以所述周期时间的分割点作为开始时间和结束时间。
14.本发明所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法，根据中间结构中相位在周期内的开始时间和持续时间确定结束时间，根据中间结构中相位在周期内的开始时间和结束时间确定周期时间的分割点，进而完成输入变量的确定。
15.可选地，所述根据所述中间结构确定输入变量还包括：判断在所述周期时间外的时间分割点是否为分界；若一侧为行人专用相位，则所述时间分割点为分界；若两侧相互冲突的机动车相位超过2/3，则所述时间分割点为分界。
16.本发明所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法，通过判断周期时间外的时间分割点是否为分界，完成输入变量的确定。
17.可选地，所述混合整数线性规划模型包括目标函数和约束条件，所述将所述输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量包括：当所述目标函数满足预设优化条件且所述输入变量和所述决策变量满足约束条件时，将对应的所述决策变量作为所述混合整数线性规划模型的输出。
18.本发明所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法，设置当目标函数满足预设优化条件且输入变量和决策变量满足约束条件时，将对应的决策变量作为混合整数线性规划模型的输出，以确定环结构。
19.本发明还提供一种阶段结构和环结构信号方案的转换装置，包括：获取模块，用于获取阶段结构；第一转换模块，用于将所述阶段结构转换为中间结构；第二转换模块，用于将所述中间结构转换为环结构；其中，基于所述阶段结构的控制方案包括每个阶段的具体信息；其中，基于所述中间结构的控制方案包括每个相位在周期内的开始时间和持续时间；其中，基于所述环结构的控制方案包括每个环包含的相位号及其顺序。所述阶段结构和环结构信号方案的转换装置与上述阶段结构和环结构信号方案的转换方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
20.本发明还提供一种阶段结构和环结构的信号方案转换系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上述所述的阶段结构和环结构的转换方法。所述阶段结构和环结构信号方案的转换系统与上述阶段结构和环结构信号方案的转换方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
21.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上述所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法。所述计算机可读存储介质与上述阶段结构和环结构信号方案的转换方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
22.图1为本发明实施例的阶段结构和环结构信号方案的转换方法的流程示意图。
具体实施方式
23.为了使本领域技术人员更好地理解本技术实施例提供的技术方案，下面先对现有交通信号控制方案中的部分术语以及传统的基于环
‑
分界的交通信号控制策略和基于相位阶段的交通信号控制策略进行简单说明。
24.一、术语解释信号周期(可以简称为周期)：信号灯的灯色按设定的放行方向、放行顺序以及放行时间轮询放行一圈所需的时间；相位：在一个信号周期内，同时获得通行权的一个或多个交通流的信号显示状态；相序：多个相位组合起来排列一个放行顺序；相位阶段：用来描述一个信号周期内，交叉口“通行权”在各个相位之间的转换次数，“通行权”的每次转换进入一个新的阶段；环：有别于相位阶段，由美国电气制造商协会定义的信号相位表达相关术语，现有基于环
‑
分界(ring
‑
barrier)的相位相序表达结构中，每个分界所包含环数必须一样，且每个分界中各环所包含相位的总时长必须相等；控制策略(也可以称为控制方案)：路口关于相位设置、相位序列设置、信号配时的有序集合。
25.二、基于环
‑
分界的交通信号控制策略传统的基于环
‑
分界的交通信号控制策略中，或者说基于环结构协议的交通信号控制策略中，一个信号周期中可以包括一个或多个(通常为一个或两个)环，一个环中可以包括一个或多个相位，对应的交通放行存在冲突的相位之间需要隔离，分属于不同的分界。当存在多个环时，同一分界中的各环并发运行，且各环中的相位均运行结束时，才能进入下一个分界，下一个分界开始运行。
26.传统的基于环
‑
分界的交通信号控制策略存在如下约束：每个分界所包含环数一样，且每个分界中各环所包含相位的总时长相等。
27.三、基于相位阶段的交通信号控制策略传统的基于相位阶段的交通信号控制策略中，或者说基于相位结构协议的交通信号控制策略中，一个信号周期可以包括多个相位阶段，一个相位阶段中可以包括一个或多个相位，同一相位阶段中的不同相位并发运行。在进行策略配置时，可以对各相位阶段的时长，以及各相位阶段中各相位的黄灯时长和全红时长进行配置，各相位阶段中各相位的绿灯时长可以基于相位阶段的时长、各相位的黄灯时长和全红时长确定。
28.一般来说，阶段的配时结构相比环结构更容易理解，特别是对于非信号专业从业人员；例如一周多次放行等特殊相位结构，阶段结构下和一般的相位相序结构设置没有区别。
29.环结构通过相位时间能够轻易调整是否采用搭接相位、采用哪个搭接相位。由于信号优化算法优化的是每股交通流的绿灯时间，阶段结构下每股交通流的绿灯时间经常被拆分到多个阶段，需要加起来增加额外的约束。相比较而言环结构更具便捷性。
green_clear, yellow, all_red)stages_dict —— 相位时间
ꢀꢀ
key = stage_id,value= stage (stage_id, phase_list, late_start, early_truncate)late_start, key = phase_id, value = 相位在该阶段的迟启时间early_truncate,key = phase_id, value = 相位在该阶段的早断时间注：1、一个movement可以对应多个phase。
40.2、一个phase可以在多个（可以不连续的）stage中出现。
41.（2）环结构plan_id —— 交叉口方案编号cycle_length —— 周期时长movements_dict —— 交通流
ꢀꢀꢀ
key = movement_id, value=movement (movement_id, direction, approach_id, flow_direction, no_conflict_movements)phases_dict —— 相位
ꢀꢀꢀ
key=phase_id, value = ringphase (phase_id, movement_id, ring_num, concurrency_phases, light_group_ids, lag, green_clear, yellow, all_red, phase_type=0)ring_num, 环号concurrency_phases, 并发相位（phase_id的list）value = overlapphase (phase_id, movement_id, included_phases, modifier_phases, overlap_type, light_group_ids, lag, green_clear, yellow, all_red, phase_type=1)included_phases, 母相位（phase_id的list）modifier_phases, 修正相位（phase_id的list）overlap_type, 跟随类型（1
ꢀ‑
未描述, 2
ꢀ‑ꢀ
受母相位控制, 3
ꢀ‑
受母相位和修正相位控制）ring_phases —— 环包含的相位
ꢀꢀꢀꢀ
key = ring_num,
ꢀꢀꢀꢀ
value = 相位链（phase_id的list）phase_durations —— 相位的持续时间
ꢀꢀꢀꢀ
key = ring_num,
ꢀꢀꢀꢀ
value = 相位时间链（相位持续时间的list）注：1、一周多次放行的相位，都设置为跟随相位。
42.2、周期的第一个阶段和最后一个阶段都放行的相位，也叫一周多次放行。
43.3、同一股车流只有一个相位号，每个相位号在环内只出现一次。
44.（3）中间结构
plan_id —— 交叉口方案编号cycle_length —— 周期时长movements_dict —— 交通流
ꢀꢀꢀꢀ
key = movement_id, value=movement (movement_id, direction, approach_id, flow_direction, no_conflict_movements)phases_dict —— 相位
ꢀꢀꢀꢀ
key=phase_id, value = phase (phase_id, movement_id, light_group_ids, lag, green_clear, yellow, all_red)phase_times —— 相位时间
ꢀꢀꢀꢀ
key = phase_id, value = [相位开始时间，相位持续时间]注：1、一个phase只放行一次，一个movement可以对应多个phase。
[0045]
在本实施例中，通过将阶段结构转换为中间结构再转换为环结构，实现了阶段结构信号方案到环结构信号方案的平滑转换，有利于构建统一的信号控制平台。
[0046]
可选地，所述将所述阶段结构转换为中间结构包括：遍历所述阶段结构内的每一个相位，根据所述阶段结构中所述阶段的具体信息确定所述相位放行的阶段；若所述相位放行的阶段连续，则将第一次放行的阶段开始时间作为所述相位在周期内的开始时间以确定所述中间结构中所述相位的持续时间，其中，所述中间结构中所述相位的持续时间为所述阶段的时间总和；若所述相位放行的阶段不连续，则将所述相位拆分为多个相位以确定所述中间结构。
[0047]
具体地，在本实施例中，将阶段结构转换为中间结构包括：遍历阶段结构内的每一个相位，根据阶段结构中阶段的具体信息确定相位放行的阶段；若相位放行的阶段连续，则将第一次放行的阶段开始时间作为相位在周期内的开始时间以确定中间结构中相位的持续时间，其中，中间结构中相位的持续时间为阶段的时间总和；若相位放行的阶段不连续，则将相位拆分为多个相位以确定中间结构。
[0048]
在本实施例中，根据相位放行的阶段连续与否选择不同的方式确定中间结构，进而能够将阶段结构转换为中间结构。
[0049]
可选地，在将所述相位拆分为多个相位后，所述阶段结构和环结构信号方案的转换方法还包括：为多个拆分后的相位生成对应的相位号，以使每个相位只有一次放行。
[0050]
具体地，在本实施例中，在将相位拆分为多个相位后，阶段结构和环结构的转换方法还包括：为多个拆分后的相位生成对应的相位号，以使每个相位只有一次放行。一般若存在一周多次放行，则需要将跟随相位拆分为多个相位，并生成对应的相位号，保证每个相位只有一次放行。
[0051]
在本实施例中，通过为拆分后的多个相位生成对应的相位号，保证每个相位只有一次放行，保证了信号控制的有序性。
[0052]
可选地，所述将所述中间结构转换为环结构包括：根据所述中间结构确定输入变量，将所述输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量以确定所述环结构。
[0053]
具体地，在本实施例中，将中间结构转换为环结构包括：根据中间结构确定输入变量，将输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量以确定环结构。混合整数线
性规划模型中，部分变量要求取整数。
[0054]
如下提供应用混合整数线性规划模型的示例。
[0055]
1、变量表1
‑
变量变量变量2、计算输入变量2.1周期时间分割相位的开始时间和结束时间的时刻的集合，组成周期时间的分割点，生成的环结
构的各相位的时间只能以这些时间分割点作为开始时间和结束时间。
[0056]
2.2 barrier位置对上述每一个周期开始时间和周期结束时间以外的时间分割点进行判断：如果一侧是行人专用相位，则该分割点是barrier；如果两侧相互冲突的机动车相位超过2/3，则该分割点是barrier；其他情况不是barrier。
[0057]
3、约束3.1环的相位链的时间约束前一个相位的结束时间等于后一个相位的开始时间。
[0058]
。
[0059]
前一个相位的时间是0，则其后全部相位的时间都是0。
[0060]
。
[0061]
一个环的全部相位的时间加起来等于0或周期时长。其中，是0
‑
1变量。
[0062]
。
[0063]
3.2相位和时间片的包含关系相位的最细时间粒度就是时间片，不能再被分割为更小的时间片。是0
‑
1变量，表示相位在时间片上是否放行，相位的持续时间就是每个放行时间片的时间长度相加。
[0064]
其中，是0
‑
1变量，是非常大的正常数。
[0065]
。
[0066]
3.3给每个分配相位且时间一致环的第个相位，最多被一个相位占用；每个相位，最多被分配至一个环的 相位。
[0067]
。
[0068]
环的第个相位被相位占用，则相位开始时间和持续时间一致。
[0069]
。
[0070]
3.4给每个分配barrier用的值来标记每个属于哪个barrier，从0开始取，相邻barrier的标记值相差1。
[0071]
。
[0072]
同时放行的相位和，所属的barrier也相同。
[0073]
。
[0074]
相同barrier的开始时间（或结束时间）相同。
[0075]
相位和是同一个barrier的最后一个相位，其中，即则有下一个相位和的开始时间相同，即。
[0076]
由于可能存在
“”
、
“”
、
“”
三种情况，引入三个0
‑
1变量来表达这三种情况，对应
“”
；对应
“”
；对应
“”
。
[0077]
线性化表达如下：相位和分别在两个连续的时间片上放行，若这两个时间片
跨barrier，则这两个相位属于不同的barrier。
[0078]
。
[0079]
3.5同环的相邻相位相互冲突如果相位和同属于环内的相位，且相邻，则两个相位是相互冲突的。若为环内相位，则一定相互冲突，若不是环内相位，除了有行人相位的情况下，也需要满足相互冲突的约束。
[0080]
。
[0081]
3.6同barrier的并发相位相互不冲突如果相位和互为并发相位，即同barrier不同环，则分别跟随这两个相位的相位和相互不冲突。即满足下述条件时，有。
[0082]
。
[0083]
线性化表达如下：4、优化目标4.1目标函数母相位和修正相位的个数尽量少空相位的个数尽量少机动车相位 都尽量不是跟随相位都尽量不是跟随相位其中，。
[0084]
在本实施例中，根据中间结构确定输入变量，将输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量以确定环结构，进而实现了阶段结构信号方案到环结构信号方案的平滑转换，有利于构建统一的信号控制平台。
[0085]
可选地，所述根据所述中间结构确定输入变量包括：根据所述中间结构中所述相位在周期内的开始时间和持续时间确定结束时间，根据所述中间结构中所述相位在周期内的开始时间和结束时间确定周期时间的分割点，其中，所述环结构中各相位的时间以所述周期时间的分割点作为开始时间和结束时间。
[0086]
具体地，在本实施例中，根据中间结构确定输入变量包括：根据中间结构中相位在周期内的开始时间和持续时间确定结束时间，根据中间结构中相位在周期内的开始时间和结束时间确定周期时间的分割点，其中，环结构中各相位的时间以周期时间的分割点作为开始时间和结束时间。由于相位的开始时间和结束时间的时刻的集合，组成周期时间的分
割点，生成的环结构的各相位的时间只能以这些时间分割点作为开始时间和结束时间。
[0087]
在本实施例中，根据中间结构中相位在周期内的开始时间和持续时间确定结束时间，根据中间结构中相位在周期内的开始时间和结束时间确定周期时间的分割点，进而完成输入变量的确定。
[0088]
可选地，所述根据所述中间结构确定输入变量还包括：判断在所述周期时间外的时间分割点是否为分界；若一侧为行人专用相位，则所述时间分割点为分界；若两侧相互冲突的机动车相位超过2/3，则所述时间分割点为分界。
[0089]
具体地，在本实施例中，根据中间结构确定输入变量还包括：判断在周期时间外的时间分割点是否为分界（barrier）；若一侧为行人专用相位，则时间分割点为分界；若两侧相互冲突的机动车相位超过2/3，则时间分割点为分界。
[0090]
在本实施例中，通过判断周期时间外的时间分割点是否为分界，完成输入变量的确定。
[0091]
可选地，所述混合整数线性规划模型包括目标函数和约束条件，所述将所述输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量包括：当所述目标函数满足预设优化条件且所述输入变量和所述决策变量满足约束条件时，将对应的所述决策变量作为所述混合整数线性规划模型的输出。
[0092]
具体地，在本实施例中，混合整数线性规划模型包括目标函数和约束条件，将输入变量输入到混合整数线性规划模型中获得决策变量包括：当目标函数满足预设优化条件且输入变量和决策变量满足约束条件时，将对应的决策变量作为混合整数线性规划模型的输出。优化问题三要素：决策变量、目标函数和约束条件（解某些线性规划问题时，该问题已知的并须遵守的前提条件）。
[0093]
在本实施例中，设置当目标函数满足预设优化条件且输入变量和决策变量满足约束条件时，将对应的决策变量作为混合整数线性规划模型的输出，以确定环结构。
[0094]
本发明另一实施例提供一种阶段结构和环结构信号方案的转换装置，包括：获取模块，用于获取阶段结构；第一转换模块，用于将所述阶段结构转换为中间结构；第二转换模块，用于将所述中间结构转换为环结构；其中，基于所述阶段结构的控制方案包括每个阶段的具体信息；其中，基于所述中间结构的控制方案包括每个相位在周期内的开始时间和持续时间；其中，基于所述环结构的控制方案包括每个环包含的相位号及其顺序。
[0095]
本发明另一实施例提供一种阶段结构和环结构信号方案的转换系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上述所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法。
[0096]
本发明另一实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上述所述的阶段结构和环结构信号方案的转换方法。
[0097]
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。