基于動態(tài)od流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種智能交通領(lǐng)域的交通控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能化的交通信號優(yōu)化控制是緩解城市道路交通擁堵，提高城市交通系統(tǒng)運行效率的重要手段。目前，國內(nèi)外己成功研發(fā)了一系列自適應(yīng)交通信號控制系統(tǒng)，如英國的SCOOT系統(tǒng)，澳大利亞的SCAT系統(tǒng)，法國的CRONOS系統(tǒng)，美國的RHODES系統(tǒng)、OPAC系統(tǒng)、ACS Lite系統(tǒng)，我國的HiCon系統(tǒng)等，并取得了較為良好的應(yīng)用效益。
[0003]機動車出行起訖點的調(diào)查簡稱為OD流量調(diào)查，這種調(diào)查是為掌握公路總體交通出行特點，為公路網(wǎng)規(guī)劃、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整服務(wù)的。OD流量就是指起終點間的交通出行量?！癘”來源于英文ORIGIN，指出行的出發(fā)地點，“D”來源于英文DESTINAT1N，指出行的目的地。
[0004]緩解城市交通擁堵可以從交通需求和供給兩個方面進行調(diào)控，使得供需趨向平衡。信號控制系統(tǒng)主要是從交通供給能力著手調(diào)控交通流以提高路網(wǎng)的運行效率。就目前技術(shù)而言，區(qū)域信號控制系統(tǒng)未對路網(wǎng)的動態(tài)OD流量(交通需求)進行預(yù)測，不能可靠的獲知整個區(qū)域路網(wǎng)的動態(tài)交通需求變化態(tài)勢，使得基于交通信號控制器的供給調(diào)控手段僅具有局部的視野和被動反應(yīng)的特征，難于實現(xiàn)路網(wǎng)供給能力與交通需求的匹配。
[0005]整個說明書對【背景技術(shù)】的任何討論，并不代表該【背景技術(shù)】是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的現(xiàn)有技術(shù)；整個說明書中的對現(xiàn)有技術(shù)的任何討論并不代表認為該現(xiàn)有技術(shù)是廣泛公知的或是構(gòu)成本領(lǐng)域的公知常識。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明意在提供一種基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，以實現(xiàn)路網(wǎng)需求和供給能力的匹配，更好的發(fā)揮區(qū)域信號控制系統(tǒng)緩解交通擁堵的作用。
[0007]專利方案:本方案中的基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，其特征在于包括以下步驟:
(1)歷史數(shù)據(jù)收集與處理:針對上一歷史周期，利用高清卡口電子警察獲取的車牌號數(shù)據(jù)，計算得到當天各時間段的歷史動態(tài)OD流量；
(2)利用歷史動態(tài)OD流量并結(jié)合實時采集的道路斷面流量數(shù)據(jù)和信號配時參數(shù)，計算當前的路網(wǎng)動態(tài)OD流量，同時短時預(yù)測未來路網(wǎng)動態(tài)OD流量；
(3)利用在線交通仿真器跟蹤當前的路網(wǎng)交通狀態(tài)，輸入初始信號配時方案，然后將未來路網(wǎng)動態(tài)OD流量利用在線交通仿真器分配到路網(wǎng)上，短時預(yù)測路網(wǎng)所有路段上的交通狀態(tài)，同時針對該信號配時方案得到路網(wǎng)的性能評價指標；
(4)利用同步擾動隨機逼近算法對信號配時方案進行調(diào)整，重復(fù)步驟(3)，直至迭代次數(shù)達到設(shè)定上限或者路網(wǎng)的性能評價指標滿足設(shè)定要求；
(5)將優(yōu)化后的信號配時參數(shù)傳至各路口交通信號控制器具體實施。
[0008]本專利特提出一種基于路網(wǎng)動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，本發(fā)明避免了區(qū)域信號控制系統(tǒng)不對路網(wǎng)動態(tài)OD流量進行預(yù)測、不能針對無檢測器路口的信號控制方案進行在線優(yōu)化的弊端，可以利用現(xiàn)有的路口高清卡口電子警察的車牌號數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析歷史的動態(tài)OD流量，并結(jié)合道路斷面流量檢測器，估計和預(yù)測動態(tài)OD流量，作為快速交通仿真器的基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)，并結(jié)合同步擾動隨機逼近(SPSA)算法對信號配時方案進行在線優(yōu)化，實現(xiàn)路網(wǎng)需求和供給能力的匹配，更好的發(fā)揮區(qū)域信號控制系統(tǒng)緩解交通擁堵的作用。
[0009]本發(fā)明可以利用現(xiàn)有的高清卡口電子警察設(shè)備、信號控制機，無需安裝新的這些設(shè)備來實施；只要路網(wǎng)中超過30%的路段(兩交叉口間的一條單向道路)安裝有斷面流量和占有率檢測器，則一般無需安裝新的此類設(shè)備；基于推算的動態(tài)OD流量和路徑選擇模型，能夠估計或預(yù)測這些路口的各進口道流量，從而可在線優(yōu)化相應(yīng)的信號配時參數(shù)，節(jié)約檢測設(shè)備的投資。解決了對于未安裝任何檢測器的信號控制路口，配時方案不能根據(jù)實際流量進行自動調(diào)整的問題。
[0010]采用動態(tài)OD流量實時預(yù)測和在線交通仿真技術(shù)，獲得整個區(qū)域路網(wǎng)的動態(tài)交通需求和交通狀態(tài)的變化態(tài)勢，使得優(yōu)化后的信號控制方案更具有全局視野、主動預(yù)防式而不是被動響應(yīng)式的調(diào)節(jié)路網(wǎng)供給能力，使得交通供需更加匹配；同步擾動隨機逼近(SPSA)算法是一種高效率的全局隨機優(yōu)化方法，且與優(yōu)化向量的維數(shù)無關(guān)；同時，對于未安裝任何檢測器的信號控制交叉口，利用基于仿真的動態(tài)交通分配技術(shù)，可以獲得路口周邊路段的交通狀態(tài)并能夠?qū)π盘柨刂茀?shù)進行在線優(yōu)化，有利于節(jié)約檢測設(shè)備的投資成本。
[0011]進一步，在步驟I中，所述上一歷史周期為一周。以周作為時間周期，其數(shù)據(jù)的規(guī)律性更強。
[0012]進一步，在步驟I中，利用部分道路斷面流量數(shù)據(jù)替代或結(jié)合高清卡口電子警察獲取的車牌號數(shù)據(jù)，估計當天各時間段的歷史動態(tài)OD流量?？商岣邤?shù)據(jù)來源的全面性和準確性。
[0013]進一步:在步驟3中，評價指標可根據(jù)需要從在線交通仿真器的輸出結(jié)果中獲得，性能評價指標包括通過路網(wǎng)的總車輛數(shù)、車輛的平均延誤時間和/或排隊長度；
進一步，在步驟5后，當下一個時間段的檢測數(shù)據(jù)可以獲得時，重復(fù)步驟2?5，開始下一個優(yōu)化過程。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明:
實施例基本如圖1所示:基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法主要包括以下幾個步驟:
(I)歷史數(shù)據(jù)收集與處理:針對上一周同一天，利用路網(wǎng)中主要路口的高清卡口電子警察自動獲取的車牌號數(shù)據(jù)，結(jié)合利用部分道路斷面流量數(shù)據(jù)，估計當天各時間段的歷史動態(tài)OD流量；利用動態(tài)OD矩陣估計方法，例如，例如遞推最小二乘(RLS)算法等，在無任何歷史或先驗OD流量的情況下，僅通過部分路段的路段的斷面流量或速度檢測數(shù)據(jù)，是可以估計出一套等效的動態(tài)OD矩陣的。對于高速公路網(wǎng)，通過統(tǒng)計分析收費記錄歷史的動態(tài)對于高速公路網(wǎng)，通過統(tǒng)計分析收費記錄，歷史的動態(tài)OD流量可以準確獲得；城市路網(wǎng)中，隨著高清攝像頭日益廣泛的應(yīng)用，跟蹤每輛車的行駛軌跡將逐漸成為現(xiàn)實，使OD流量的獲取亦不再困難。
[0016](2)利用歷史的動態(tài)OD流量并結(jié)合實時采集的道路斷面流量數(shù)據(jù)、信號配時參數(shù)等，估計當前的并短時預(yù)測未來的路網(wǎng)動態(tài)OD流量，其中動態(tài)OD流量估計和預(yù)測方法可參考文獻(Ashok K.Estimat1n and predict1n of time- dependent origin-destinat1nflows[ D].Cambridge, USA: MIT, 1996.)；
(3)利用在線交通仿真器(可采用MIT智能交通實驗室開發(fā)的DynaMIT，美國亞利桑那大學開發(fā)的DynusT，美國Caliper公司開發(fā)的Transmodeler，德國PTV公司開發(fā)的最新版的Vissim，以及國內(nèi)的DynaCHINA等)跟蹤當前的路網(wǎng)交通狀態(tài)，輸入信號配時方案，然后將預(yù)測的動態(tài)OD流量利用在線交通仿真器分配到路網(wǎng)上，可短時預(yù)測路網(wǎng)所有路段(包括未安裝任何檢測器的路段)上的交通狀態(tài)，同時針對該信號配時方案得到路網(wǎng)的性能評價指標，其中評價指標可根據(jù)需要從在線交通仿真器的輸出結(jié)果中獲得，例如通過路網(wǎng)的總車輛數(shù)(準飽和交通)、車輛的平均延誤時間(中飽和交通)、排隊長度(過飽和交通)等；
(4)利用同步擾動隨機逼近(SPSA)算法對信號配時方案進行調(diào)整，重復(fù)步驟(3)，直至迭代次數(shù)達到上限或者路網(wǎng)的性能評價指標滿足要求；
(5)將優(yōu)化后的信號配時參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)下傳至各路口信號控制機具體實施；
(6)當下一個時間段的檢測數(shù)據(jù)可以獲得時，重復(fù)步驟(2)?(5)，開始下一個信號優(yōu)化過程。
[0017]以上所述的僅是本發(fā)明的實施例，方案中公知的具體結(jié)構(gòu)及特性等常識在此未作過多描述。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進，如將以上記載的具有相同功能的部件或部件組合相互替換構(gòu)成本申請中沒有直接描述的技術(shù)方案，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護范圍，這些都不會影響本發(fā)明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護范圍應(yīng)當以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準，說明書中的【具體實施方式】等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，其特征在于包括以下步驟:(I)歷史數(shù)據(jù)收集與處理:針對上一歷史周期，利用高清卡口電子警察獲取的車牌號數(shù)據(jù)，計算得到當天各時間段的歷史動態(tài)OD流量； (2)利用歷史動態(tài)OD流量并結(jié)合實時采集的道路斷面流量數(shù)據(jù)和信號配時參數(shù)，計算當前的路網(wǎng)動態(tài)OD流量，同時短時預(yù)測未來路網(wǎng)動態(tài)OD流量； (3)利用在線交通仿真器跟蹤當前的路網(wǎng)交通狀態(tài)，輸入初始信號配時方案，然后將未來路網(wǎng)動態(tài)OD流量利用在線交通仿真器分配到路網(wǎng)上，短時預(yù)測路網(wǎng)所有路段上的交通狀態(tài)，同時針對該信號配時方案得到路網(wǎng)的性能評價指標； (4)利用同步擾動隨機逼近算法對信號配時方案進行調(diào)整，重復(fù)步驟(3)，直至迭代次數(shù)達到設(shè)定上限或者路網(wǎng)的性能評價指標滿足設(shè)定要求； (5)將優(yōu)化后的信號配時參數(shù)傳至各路口交通信號控制器具體實施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，其特征在于:在步驟I中，所述上一歷史周期為一周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，其特征在于:在步驟I中，利用部分道路斷面流量數(shù)據(jù)替代或結(jié)合高清卡口電子警察獲取的車牌號數(shù)據(jù)，估計當天各時間段的歷史動態(tài)OD流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，其特征在于:在步驟3中，評價指標根據(jù)需要從在線交通仿真器的輸出結(jié)果中獲得，性能評價指標包括通過路網(wǎng)的總車輛數(shù)、車輛的平均延誤時間和/或排隊長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，其特征在于:在步驟5后，當下一個時間段的檢測數(shù)據(jù)可以獲得時，重復(fù)步驟2?5，開始下一個優(yōu)化過程。
【專利摘要】本申請公開了一種基于動態(tài)OD流量預(yù)測與仿真優(yōu)化的區(qū)域信號控制方法，以實現(xiàn)路網(wǎng)需求和供給能力的匹配，更好的發(fā)揮區(qū)域信號控制系統(tǒng)緩解交通擁堵的作用。包括以下幾個步驟：（1）歷史數(shù)據(jù)收集與處理：針對上一歷史周期，利用高清卡口電子警察獲取的車牌號數(shù)據(jù)，計算得到當天各時間段的歷史動態(tài)OD流量；（5）將優(yōu)化后的信號配時參數(shù)傳至各路口交通信號控制器具體實施。解決了對于未安裝任何檢測器的信號控制路口，配時方案不能根據(jù)實際流量進行自動調(diào)整的問題。
【IPC分類】G08G1-08
【公開號】CN104575036
【申請?zhí)枴緾N201510042646
【發(fā)明人】林勇
【申請人】重慶云途交通科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月28日