一种交通信号机可变车道的自适应控制方法及系统与流程

1.本发明涉及智能交通的信号控制技术领域，尤其涉及一种信号机可变车道自适应控制方法及系统。


背景技术：

2.交通信号控制系统中的可变车道方案控制，是将车道设定为可变车道，即车道类型可变，路口某一车道在不同控制方案或不同时间段内，可以设为直行车道、左转车道等不同车道类型。通过可变车道的切换可以提升道路交通的控制，减少路口车辆数，降低路口车辆排队长度，缓解路口拥挤等问题。随着我国道路交通系统的快速发展、车辆数量的增多，对于交通信号控制系统的控制方案的适应性和时间精度的要求也越来越高，需要更高效、更合理、更智能化的调整运行方案；
3.当前的交通信号控制系统内部对于可变车道方案的控制，更多采用时段切换的方式，即在某时段内只放行固定可变车道类型，其智能化较弱，控制方式单一；且其实时性不足，难以适应路口复杂实际情况的处理。如何开发出一种能够高效实时的交通信号控制系统已经成为急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种根据实际路口的车流量状况、车辆排队长度等数据实时控制可变车道放行的自适应控制方法及系统。
5.为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种交通信号机可变车道的自适应控制系统由信号机主控模块以及通信优化模块、配置文件读取模块、自适应控制模块组成，其中主控模块通过can总线与通信优化模块相连，进行可变车道控制方案编号的传输；配置文件读取模块读取信控专业人员根据实际道路配置的控制参数信息文件，通过线程间消息队列发送给自适应控制模块；通信优化模块通过以太网与数据检测器相连，获取车道排队长度数据；自适应控制模块通过线程间消息队列与通信优化模块进行通信，实现车道数据和控制方案编号的收发，并根据车道数据和配置文件中相应信息计算判定结果；
7.其中的数据检测器可以是路口卡口、电警等车辆视频检测器；
8.主控模块主要用于配置可变车道放行方案，控制路口实际信号灯的放行；方案配置人员可在交通控制信号机的上位机网页端或交管中心控制平台对路口进行可变车道方案的配置，通过以太网下发给主控模块，主控模块根据配置的方案信息执行相应的路口信号灯控制和放行，主控模块在开机启动和可变车道方案切换时将当前执行的可变车道方案号下发给通信优化模块；并能够在收到通信优化模块发送的需要执行的可变车道方案号时，通过更新信号设计中的日计划和调度计划数据，切换控制方案，实时控制路口的放行；
9.通信优化模块用于与信号机主控模块以及路口卡口、电警或视频检测设备等进行通信，通信优化模块与主控模块间的通信，可获取主控模块下发的当前正在执行的可变车
道方案号，并可在自适应模块计算后向主控发送计算得到的应切换执行的可变车道方案号；与卡口、电警等视频检测器通信，可根据国标gat920-2010道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议，解析获取当前视频检测器检测到的车道车辆排队长度等数据，其中，车辆排队长度数据单位为米，用来表示当前车道上停留的车辆排队有多长，表明了车道的拥挤程度，能作为道路拥挤判定的重要指标；
10.配置文件读取模块用来读取可变车道配置文件，该配置文件通过方案配置人员根据路口实际情况进行手动配置，其包含算法运算所需的各种配置参数，文件中具体包含的参数如下：启动阈值，含义为满足算法判定所需的检测器车道排队长度数据条数，其值不小于3，即至少有3条数据；异常阈值，时间参数，单位为秒，用于判定是否与检测器通信断连时间过长，从而判断数据是否实时，其值要大于检测器数据上报周期时间；中断阈值，时间参数，单位为秒，方案切换后再次进行方案切换判断的间隔时间，防止方案频繁切换；条件信息表，包含多条根据不同放行方案号设置的判定条件；条件方案号，隶属于条件信息表，用于与当前放行的方案号进行对应，找到相应的判定条件；结果信息表，隶属于条件信息表，包含输出结果方案号、输出规则、以及判定信息表；输出结果方案号，隶属于条件信息表，表明判定如果成立，应放行的方案编号；输出规则，隶属于条件信息表，表明由多条判定信息表得到的判定结果通过与运算还是或运算来求出最终结果；判定信息表，包含在判定过程中所需的多种判定规则；判定编号，隶属于判定信息表，表明是判定信息表中第几条判定规则；判定通道，表明判定信息表中该条判定规则所使用到的路口车道编号；判定规则，表明判定时对多条车道的数据进行处理的方法；统计次数，表明使用到的车道数据的条数；统计规则，表明处理后的车道数据与判定阈值比较时使用的规则，包含1-计次、2-平均值、3-最大值；生效次数，仅在统计规则为1-计次时生效，表明当前判定成立时需要有多少个车道数据满足阈值；判定条件，车道数据与判定阈值进行比较时的规则，大于或小于；判定阈值，车辆排队长度阈值；
11.其中条件信息表中包含多组结果信息表，结果信息表中包含多组判定信息表，三者类似于根节点、子节点以及叶子节点的关系，其中具体配置文件可如下表1至表4所示，其中可根据主控模块中通过上位机配置的多个可变车道方案而配置多个表2，每个方案可对应一个表2；每个表2中可配置多个表3，每个表3的输出结果方案号不同，且如果有多个表3时，有且仅有一个表3能同时成立，最终输出一个确定的结果方案号；每个表3中可以配置多个表4，每个表4可以有不同的判定通道、判定规则、判定条件等参数；
12.表1配置文件
[0013][0014][0015]
表2条件信息表
[0016]
参数说明方案号仅限于主控模块中存在的方案号结果信息表见表3
[0017]
表3结果信息表
[0018][0019]
表4判定信息表
[0020]
参数说明判定编号1-n判定通道数据上传通道号集合，不可为空判定规则1-平均值，2-求和，3-最大值统计次数统计次数，》0但不大于启动阈值统计规则1-计次，2-平均值，3-最大值生效次数统计规则为1-计次时生效判定条件1-大于，2-小于判定阈值排队长度阈值
[0021]
配置文件具体配置方法如下，设某路口存在一条直行车道编号为a1，一条可变车道编号为a2，一条左转车道编号为a3；主控模块中可变车道控制方案一将可变车道设为直行车道，可变车道控制方案二将可变车道设为左转车道；则可配置两条条件信息表分别对应方案一和方案二；对应方案一的条件信息表中，可配置一条结果信息表，输出结果方案号设为2，输出规则使用与规则；同时，可在结果信息表中配置两条判定信息表；判定信息表1，判定通道使用车道a3，判定规则使用平均值，统计次数为5，统计规则为计次，生效次数为3，判定条件为大于，判定阈值为80；判定信息表2，判定通道使用车道a1和车道a2，判定规则为平均值，统计次数为5，统计规则为计次，生效次数为3，判定条件为小于，判定阈值为30。
[0022]
当运行方案一时，可变车道为直行，所以车道a1和车道a2可以看作相同类型车道，如果实时的车道数据经计算满足配置文件，即当车道a1和车道a2上的连续时刻内车辆排队长度数据小于阈值，且车道a3的车辆排队长度数据大于阈值这两条同时成立时，应该将车道a2切换成左转，增加左转方向的车辆通行能力，即运行方案二。同理，当运行方案二时，可配置车道a2和车道a3作为一条判定信息中的判定通道，车道a1作为另一条判定信息中的判定通道，从而判定左转方向的车辆是否小于阈值，直行方向的车辆是否大于阈值，是否需要切换方案。在实际更复杂的路口时，可以根据检测器检测到的车道数量、路口的可变车道数量、路口能放行的可变车道方案，来配置更详细更多的判定信息表和结果信息表。
[0023]
自适应控制模块是可变车道自适应控制算法实现流程模块，根据道路实际车辆排队长度数据、可变车道配置文件信息、当前执行的可变车道方案号来计算出实际应放行的可变车道方案编号。且自适应控制模块通过定时器模块进行时间控制，从而判断能否与视
频检测器正常通信，实时获取车道排队长度数据；以及在进行方案变更后，进入预设的中断流程，等待设定的时间再进行后续分析，避免方案频繁切换。
[0024]
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：本发明能够根据实时的道路车辆排队长度信息，对路口可变车道方案的放行进行实时控制，解决交通拥堵问题，相比现有的固定时段路口可变车道方案控制技术，实时性高，智能性强，具有更高的适应性和时间精度，能够满足日益增长的道路智能化控制需求。
附图说明
[0025]
图1为本发明方法模块通信图；
[0026]
图2为本发明方法流程图；
[0027]
图3为本发明系统可变车道自适应控制算法流程图。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
[0029]
本发明旨在解决现有技术中交通信号控制系统可变车道方案控制的实时性低、固定时段内控制方式单一的缺陷，提供一种能够根据实时车道数据，分析路口实际情况，进行智能化的可变车道控制，能有效解决路口交通拥挤问题；参照附图1、2、3，提出一种信号机可变车道自适应控制方案，其具体包括：
[0030]
(一)可变车道方案的选取
[0031]
信号机主控模块可进行可变车道方案控制，方案配置人员通过上位机在主控模块配置多个不同的可变车道方案，并运行初始可变车道方案，其中可变车道方案设置方法如下：假设当前路口在东方向存在一条可变车道，则可在主控模块中进行路口放行方案配置，配置方案一为将该可变车道设为直行，方案二为将该车道设为左转，方案三为将该车道设为灭灯，同理，在路口某方向可以有多条可变车道，在三岔路口、十字路口或更多岔路口可以同时设置多条可变车道，每个方案可以控制其中的任意条可变车道为某种放行方式，以上均可在信号机的上位机或中心控制平台进行配置。
[0032]
(二)切换可变车道方案的方法
[0033]
自适应控制模块通过通信优化模块获取主控模块发来的当前正在执行的可变车道方案号、检测器检测到的道路车辆排队长度数据和配置文件模块中读取到的配置文件参数，配置文件中配置了当前放行方案所涉及到的可变车道编号，自适应控制模块将所涉及车道一定时间内的连续多条车辆排队长度数据，通过取平均、最大值等方法，得出可用的判定值；将其与配置文件中的车辆排队长度阈值数据进行比较，判断是否满足阈值，从而决定继续执行当前可变车道方案还是切换可变车道方案。如满足切换条件，将配置文件中设定的可变车道输出结果方案号发送给通信优化模块，从而转发给信号机主控模块，主控模块实时切换可变车道控制方案。配置文件中的可变车道输出结果方案号应在主控模块中已配置，否则主控模块不能执行方案切换操作；
[0034]
自适应控制模块方法如下：设当前运行可变车道方案一，配置文件中方案1对应的输出结果方案号为2，输出规则为与，包含一条判定信息表；判定信息表使用的判定通道为
车道a1和车道a2，统计次数为10，判定规则为取平均，则从数据仓中获取车道a1和车道a2上连续10次的车辆排队长度数据，将这十组共二十个数据对应取平均，得到最终的10个数据；当判定信息表中的统计规则为计次，生效次数为8，判定条件为大于，判定阈值为80时，即从上一步得到的10个最终数据中，依次与80比较，看大于80的数据的个数，如果个数达到8次，认为该条判定信息成立；当判定信息表中的统计规则为平均值时，将上一步得到的10个数据累加取平均，将得到的平均值和判定阈值进行比较，如果满足判定阈值，认为该条判定信息成立。统计规则为最大值时同上。由于输出规则为与，且仅有一条判定信息表，则当该判定信息表成立时，认为当前判定成立，将输出结果方案号发送给主控模块，进行可变车道控制方案的切换，否则不切换。具体可根据配置文件中设定的判定信息表、判断条件、统计规则、判断阈值等参数的不同，进行实际的切换判断。
[0035]
基于上述方案设置一种信号机可变车道自适应控制方法：
[0036]
步骤s100，读取方案配置人员设定的可变车道切换配置文件，获取文件中的配置参数信息，并获取正在放行的可变车道控制方案号；所述配置参数信息包括由可变车道可实施的不同控制方案号对应的条件信息表组成的根节点，由多个结果信息表组成的子节点以及由多个判定信息表组成的叶子节点；
[0037]
针对当前放行的可变车道方案编号，获取配置参数文件条件信息表中与之对应的多个结果信息表，结果信息表中包括输出规则、输出结果方案号、判定信息表等配置信息，多个结果信息表最终只有一个能成立或都不成立。每个结果信息表中可以有多个判定信息表，且其也包含有多条不同的判定信息，每条判定信息都包含判定编号、判断通道、判定规则、统计次数、统计规则、生效次数、判定阈值等参数；
[0038]
步骤s200，获取判定信息表中所需要的不同车道在连续时间内多条排队长度数据，其具体包括
[0039]
步骤a100，初始化数据仓，异常状态以及中断状态，根据配置文件中的异常阈值参数，初始化异常状态，如果没有收到检测器数据的时间超过异常时间阈值，认为和检测器之间断连或检测器故障，不能获取数据进行实时控制，则进入异常状态，退出控制算法，清空现存的车道数据，等待检测器的重连；根据中断时间阈值参数，初始化中断状态，判断在上一次进行计算判断切换之后车道放行时间是否超过设定的中断时间阈值，避免程序频繁的切换可变车道控制方案，造成交通事故；
[0040]
步骤a200，更新数据仓，根据启动阈值参数存储同一车道上连续的多条排队长度数据，并在达到启动阈值后使用新数据替代旧数据，通过通信优化模块获取检测设备发来的车道排队长度数据，更新数据仓，如果不能正常进行数据的获取及更新则进入中断及异常处理；
[0041]
步骤a300，数据处理启动条件，获取的同一车道上连续的多条排队长度数据满足启动阈值，且没有进行中断状态或异常状态时，等待进入数据处理；
[0042]
当满足启动条件，即收到的车道排队长度数据满足计算需求，且没有进入中断状态或异常状态时，可以开始进行可变车道方案结果的判断流程，否则进入相应的中断或异常处理状态。可变车道方案结果判断流程，根据当前实际放行的可变车道方案编号，从配置参数文件中找到与之对应的判定规则、判定阈值、输出结果方案号等参数，计算得出是否应切换方案或继续放行当前方案，其步骤如下：
[0043]
步骤s300，根据步骤s100获取的正在放行的可变车道控制方案号对应的条件信息表根节点下不同判定信息表叶子节点的判定规则对步骤s200中获取的数据进行处理，计算得到多条判定信息；
[0044]
根据结果信息表中判定信息表包含的多条判定信息，分别计算出每条判定信息的结果，具体包括如下：根据统计次数参数，从数据仓中获取判定信息中判定通道参数所包含的车道上的连续多条车辆排队长度数据值。统计次数参数不大于启动阈值，即可以选择数据仓存放的中每条车道的部分或全部数据进行计算。每个判定通道集合中包含的车道编号与主控控制方案中有多少条可变车道、路口检测器能检测到的车道等因素相关。如某十字路口有四条可变车道，且四条车道在不同方案中的放行方式不同，路口存在的视频检测器能检测到这四条车道上的排队长度数据，或能检测到该四条车道及临近车道的数据，或不能检测到全部车道数据等多种情况，则在设定配置文件信息时，交通信号控制专业人员可根据实际情况选择一条或多条车道作为判定通道信息，使用其车道数据参与后续计算。
[0045]
根据配置文件判定信息表中的判定规则，将车道在连续时间内的多条排队长度数据，进行平均、求和、取最大值等处理。如果判定规则为平均值处理规则，即将判定通道中包括的每条车道的多条数据对应取平均，得出的数据结果数量等于统计参数值；如果判定规则为求和处理规则，即将每条车道的数据对应相加；如果判定规则为最大值规则，即将每条车道的数据对应取最大值。
[0046]
根据配置文件中的统计规则、判定阈值、判定条件和生效次数等参数，得到每条判定信息表的判定信息。如果统计规则为计次规则，将上一步得到的每条数据依照判定条件和判定阈值进行比较，大于还是小于，记录达到阈值的数据的个数，如果达到阈值的个数满足生效次数阈值，认为该条判定结果成立，否则不成立。如果统计规则为平均值规则，将上一步得到的最终数据累加取平均，并和判定阈值相比较，满足阈值时认为该条判定结果成立。如果统计规则为最大值规则，即取上一步获得的最终数据中的最大值和判定阈值比较，满足阈值时认为该统判定结果成立；
[0047]
步骤s400，根据步骤s100获取的正在放行的可变车道控制方案号对应的条件信息表根节点下不同结果信息表子节点的输出规则对步骤s300计算得到的判定信息进行处理，判定是否进行控制方案切换，若判定结果为不切换，继续保存正在放行的控制方案号，若判定结果为切换，则进入步骤s500；
[0048]
将判定信息表得出的多条判定结果，根据输出规则，判断是否改变方案编号，如果输出规则是与规则，即将得到的多个判定结果相与，得到最终判定结果；如果输出规则是或规则，即将得到的多个判定结果相或，得到最终判定结果。如果最终判定结果为不切换，即继续保持当前放行方案，自适应模块不向主控发送可变车道方案号，主控将继续放行当前控制方案；如果判定结果为切换，则将配置文件中设定的输出结果方案号作为要放行的方案编号发送给主控模块，主控模块进行控制方案的实时切换。如前所述，设定的输出结果方案号要在主控中通过上位机配置存在，否则主控将不进行方案切换
[0049]
步骤s500，将正在放行的可变车道控制方案号切换至结果信息表中记载的输出结果方案号，同时通信优化模块将新的方案号发送给信号机主控模块，主控模块根据方案号进行可变车道方案的切换及实时控制，然后自适应计算模块将算法运行状态设为中断状态，即等待设定的时间间隔之后再重新进行计算，从而避免程序的反复计算和方案的频繁
切换。
[0050]
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。