基于圖像檢測與密度飽和狀態(tài)電子空穴約束模型的交通信號(hào)控制方法
【專利摘要】為了解決現(xiàn)有交叉路口信號(hào)控制還不能同時(shí)考慮排隊(duì)長度和交通流模型、影響車輛放行效率問題，本發(fā)明提出了一種基于圖像檢測與密度飽和狀態(tài)電子空穴約束模型的交通信號(hào)控制方法，該方法設(shè)計(jì)了完整的多路圖像檢測方案，并以FPGA芯片作為交叉路口各個(gè)方向車輛排隊(duì)長度的檢測和處理中心，完成對(duì)交叉路口各個(gè)方向的圖像快速采集、圖像處理、車輛排隊(duì)長度和行人信息提取；同時(shí)，設(shè)置了完整的交通“綠沖突”約束、建立了優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)和多車輛跟馳約束交通流模型，采用交叉路口放行車輛優(yōu)化和依賴交通流模型時(shí)間對(duì)應(yīng)的兩步法進(jìn)行交通信號(hào)的優(yōu)化配時(shí)，完成一個(gè)完整周期的交通信號(hào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)；提高了交叉路口車輛放行效率。
【專利說明】
基于圖像檢測與密度飽和狀態(tài)電子空穴約束模型的交通信號(hào) 控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于圖像檢測與密度飽和狀態(tài)電子空穴約束模型的交通信號(hào)控 制方法，屬于信號(hào)處理、通信技術(shù)和交通信號(hào)控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著各種交通工具的數(shù)量大大增加，國際上很多國家的設(shè)施、道路、交通 管理系統(tǒng)已經(jīng)很難適應(yīng)運(yùn)種發(fā)展速度，特別是大、中城市交通基礎(chǔ)設(shè)施不足、交通信號(hào)控制 的不協(xié)調(diào)、交通疏導(dǎo)系統(tǒng)缺乏、車輛調(diào)度和管理的混亂、交通參與者的交規(guī)意識(shí)淡薄等諸多 方面的原因?qū)е铝顺鞘薪煌ㄝ^擁堵現(xiàn)象，由此又引發(fā)了交通安全、環(huán)境污染等一系列的社 會(huì)經(jīng)濟(jì)問題;為此，國內(nèi)外很多學(xué)者致力于交通擁堵問題研究，并試圖W公交優(yōu)先等優(yōu)化調(diào) 度方式解決城市交通擁堵問題;在北京、上海等十幾個(gè)城市引進(jìn)了國外的交通控制網(wǎng)絡(luò)，期 望能夠緩解城市交通問題；由于中國城市交通控制問題遠(yuǎn)比國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家復(fù)雜，特別 是機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人的相互干擾、道路質(zhì)量、投入經(jīng)費(fèi)等問題，使得國際許多著名交通 控制系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)常常效果不佳甚至失效;原因是國外的SCATS和SCOOT等系統(tǒng)僅僅考慮交 通不擁堵情況，與控制系統(tǒng)配套的檢測方案僅僅是進(jìn)入或駛出交通路口的車流量，由此得 到的優(yōu)化方案常常出現(xiàn)錯(cuò)誤；因此，W上措施和理想化的研究工作仍不能緩解交通擁堵問 題。
[0003] 交通信號(hào)控制是利用交通信號(hào)，對(duì)道路上運(yùn)行的車輛和行人進(jìn)行指揮和疏導(dǎo)，交 通信號(hào)自動(dòng)控制是交通擁堵緩解控制的重要組成部分，是科學(xué)交通管理的一種有效手段， 路口信號(hào)機(jī)是交通信號(hào)的控制器，其主要用于路口的信號(hào)燈控制，其既可W獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)控 審IJ，又可W實(shí)時(shí)地采集交通信息提供給中央控制機(jī)作為決策的依據(jù);現(xiàn)有的信號(hào)機(jī)實(shí)現(xiàn)獨(dú) 立控制的功能已經(jīng)比較強(qiáng)大:根據(jù)各交通路口的不同需要可W實(shí)現(xiàn)多相位控制方式;根據(jù) 不同時(shí)間段交通流量的不同可W實(shí)現(xiàn)多時(shí)段的控制方式，并且還可W根據(jù)工作日與節(jié)假日 來設(shè)置不同的控制方案;控制面板上的按鈕可W方便的實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)、聯(lián)動(dòng)、感應(yīng)、多時(shí) 段、綠沖突等控制，并且配有通信接口，可W實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制，W方便地使指揮中屯、對(duì)路 口的信號(hào)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控或通過便攜機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，滿足區(qū)域協(xié)調(diào)控制的要求。
[0004] 通過交通圖像檢測、建立合理的交通流模型，是提高交叉路口車輛放行率的有效 途徑;而現(xiàn)有交叉路口信號(hào)控制方法還不能同時(shí)考慮排隊(duì)長度和交通流模型，影響了交叉 路口車輛放行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有交叉路口信號(hào)控制還不能同時(shí)考慮排隊(duì)長度和交通流模型、影響車 輛放行效率問題，本發(fā)明提出了一種基于圖像檢測與密度飽和狀態(tài)電子空穴約束模型的交 通信號(hào)控制方法，該方法設(shè)計(jì)了完整的多路圖像檢測方案，并WFPGA忍片作為交叉路口各 個(gè)方向車輛排隊(duì)長度的檢測和處理中屯、，完成對(duì)交叉路口各個(gè)方向的圖像快速采集、圖像 處理、車輛排隊(duì)長度和行人信息提??；同時(shí)，設(shè)置了完整的交通"綠沖突"約束、建立了優(yōu)化 指標(biāo)函數(shù)和多車輛跟馳約束交通流模型，采用交叉路口放行車輛優(yōu)化和依賴交通流模型時(shí) 間對(duì)應(yīng)的兩步法進(jìn)行交通信號(hào)的優(yōu)化配時(shí)，完成一個(gè)完整周期的交通信號(hào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)； 提高了交叉路口車輛放行效率。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:一種基于圖像檢測與密度飽和狀態(tài)電 子空穴約束模型的交通信號(hào)控制方法，其特征包含W下步驟：
[0007] 步驟1:交叉路口的交通信號(hào)控制方案每個(gè)信號(hào)周期設(shè)計(jì)一次，交通信號(hào)控制方案 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括多路圖像信息檢測、"綠沖突"約束設(shè)置、排隊(duì)車輛交通流模型、信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì) 四部分內(nèi)容;交通信號(hào)控制方案設(shè)計(jì)時(shí)間TsheW小于給定值，在信號(hào)執(zhí)行過程中不能反復(fù)調(diào) 整;在執(zhí)行下一個(gè)信號(hào)周期之前TsheW時(shí)刻就設(shè)計(jì)該周期交通信號(hào)控制方案，W保證多路圖 像信息檢測得到最新的交通狀況；
[0008] 步驟2:將多路交通視頻經(jīng)過視頻解碼模塊數(shù)字化后送入FPGA，在FPGA中先通過邊 緣檢測和二值化、完成對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理并將其存入SRAM緩沖，然后根據(jù)車道線像素構(gòu)成 的車道檢測區(qū)域?qū)D像進(jìn)行分割和腐蝕，提取出路口各個(gè)方向排隊(duì)車輛長度和車間距，并 將相鄰兩帖圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息W得到車輛運(yùn) 動(dòng)速度;類似的方法用于檢測行人多寡和行進(jìn)速度;多路圖像信息檢測獲取W下信息：
[0009] (1)東向西直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0010] 間西向東直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0011] 間北向南直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0012] (4)南向北直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0013] 間東向南左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0014] 做西向北左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0015] 例北向東左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0016] 腳南向西左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0017] (9)東向北右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0018] (10)西向南右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0019] (11)北向西右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0020] (12)南向東右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0021] (13)行人東向西:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0022] (14)行人西向東:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0023] (15)行人南向北:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0024] (16)行人北向南:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0025] 步驟3:綠沖突約束：
[0026] (1)對(duì)于車輛，定義下標(biāo)第一個(gè)字母S是車輛自北向南方向，n是車輛自南向北方向， e是車輛自西向東方向，W是車輛自東向西方向；下標(biāo)第二個(gè)字母S是車輛直行、r是車輛右 轉(zhuǎn)、1是車輛左轉(zhuǎn);下標(biāo)第S個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；下標(biāo)rwr為行 人從右手邊、即北邊、自東向西方向穿越交叉路口，rwl為行人從左手邊、即南邊、自東向西 方向穿越交叉路口，rer為行人從右手邊、即南邊、自西向東方向穿越交叉路口，rel為行人 從左手邊、即北邊、自西向東方向穿越交叉路口，rnr為行人從右手邊、即東邊、自南向北方 向穿越交叉路口，rnl為行人從左手邊、即西邊、自南向北方向穿越交叉路口，rsr為行人從 右手邊、即西邊、自北向南方向穿越交叉路口，rsl為行人從左手邊、即東邊、自北向南方向 穿越交叉路口；對(duì)于行人，下標(biāo)第四個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；
[0027] 間假設(shè)每個(gè)方向綠燈開啟時(shí)間不同，毎個(gè)周期內(nèi)起始時(shí)間設(shè)為to，周期設(shè)為T，車 輛自北向南直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)3
，車輛自北向南左轉(zhuǎn)方 向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)）車輛自北向南右轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 、

[002引車輛自南向北直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
，車輛自南 向北左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)；
，車輛自南向北右轉(zhuǎn)方向綠燈 f旨號(hào)標(biāo)識(shí)^
[0029] 車輛自西向東直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
，車輛自西 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)呆
車輛自西向東右轉(zhuǎn)方向綠燈信 號(hào)標(biāo)識(shí)為
，
[0030] 車輛自東向西直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)；
，車輛自 東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)^
，車輛自東向西右轉(zhuǎn)方向綠 燈信號(hào)標(biāo)識(shí)夫
;
[0031] 間行人從右手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
I西方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 I東方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 I東方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 I北方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 [0036]行人從左手邊自南向北方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 向南方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 向南方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
[0039] (4)必選的綠沖突約束為：bss ? bes = 0，bss ? bws = 0，bss ? bnl = 0，bns ? bsl = 0，bes ? bwl = 0，bws ? bel = 0，bss ? brm: = 0，bss ? brwl = 0，bss ? bre:r = 0，bss ? brel = 0，bns ? bes = 0，bns ? bws = 0;bns ? brwr = 0，bns ? brwl = 0，bns ? brer = 0，bns ? brel = 0;
[0040] 間選擇采用的綠沖突約束為：
[0041] 當(dāng)東向西直行綠燈早于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)，
，即北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于東向西直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 j最后一輛車由斑馬線通過北向南方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之 直行綠燈晚于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)， ，即東向西直行綠燈開啟時(shí)刻大于北向南方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與北 5束后最后一輛車由斑馬線通過東向西直行車道后的時(shí)間之 直行綠燈早于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， 即南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于西向東直行綠燈結(jié)束后最后一 向北方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 直行綠燈晚于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， 即西向東直行綠燈開啟時(shí)刻大于南向北方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)西向東直行車道后的時(shí)間^；,/^_^之和； 直行綠燈早于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， ，即東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于南向北直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 向北直行綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線通過東向西方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之 和；
[0046]當(dāng)南向北直行綠燈晚于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， I即南向北直行綠燈開啟時(shí)刻大于東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 束后最后一輛車由斑馬線通過南向北直行車道后的時(shí)間。,之
直行綠燈早于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)， !P西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于北向南直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與北 i后一輛車由斑馬線通過西向東方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 直行綠燈晚于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)， !P北向南直行綠燈開啟時(shí)刻大于西向東方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南直行車道后的時(shí)間打//Xw之和；
[0049]當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，trwriHslf，即東向西右手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0化0]當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，《撕即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西右手方向行人綠 燈結(jié)束后東向西右手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間^1^,/_^之和；
[0051] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，>'e// +是//_rw，即東 向西右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間是//-_,胃?之和；
[0052] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，teliHrwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0化3] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，trwliHnlf，即東向西左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0054]當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí) 南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束日T .綠 燈結(jié)束后東向西左手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向：
[0化5]當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈日 ^ 即 東向西左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)閒之和；
[0化6] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，teliHrwlf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0057]當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，treriHnlf，即西向東右方向 行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[005引當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)
即南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東右手方向行人綠 燈結(jié)束結(jié)束后西向東右手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之 和；
[0059] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)
，即 西向東右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間而之和；
[0060] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，teliHrwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0061] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，treliHslf，即西向東左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0062] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)
即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左手方向行人綠 燈結(jié)束后西向東左手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和；
[0063] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，
即西 向東左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間之和；
[0064] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，teliHrelf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0065] 將路口方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，即北代替原來東、西代替原來北、南代替原來西、東 代替原來南，同理可W得到南向北、北向南行人的綠沖突約束條件；
[0066] 步驟4:交通流模型動(dòng)態(tài)約束表達(dá)如下：
[0067] ①密度飽和狀態(tài)下的電子空穴微觀交通流模型為：
[006引
(1)
[0069]式中，xn(t)是時(shí)刻t第n輛車所在位置，%^是時(shí)刻t第n輛車的速度，Axn(t)是 d/ 連續(xù)的兩輛車之間的車頭間距，V[ A xn(t)]是第n輛車優(yōu)化速度函數(shù)，a是駕駛員的敏感系 數(shù)，是相對(duì)速度差的反應(yīng)參數(shù)，m為前方車輛數(shù)，丫 ak>0是對(duì)第n+k-1輛車優(yōu)化速度差的反 應(yīng)參數(shù)，A tk-i為第n輛車前方第n+k-1輛車對(duì)第n輛車的優(yōu)化速度差反應(yīng)參數(shù)所取的延遲時(shí) 間，正常排隊(duì)時(shí)S = O,前方的第n+1輛車通過斑馬線而第n輛車被交通信號(hào)燈禁止通過時(shí)S = I，第n輛車跟隨前方的第n+1輛車行駛時(shí)有空隙而被其它車道車輛插入、第n輛車不得不調(diào) 整速度時(shí)s = 2,第n輛車駛向其它車道插隊(duì)時(shí)s = 3，sgn為符號(hào)函數(shù)
為車輛可W插入的最小跟車空隙，丫 a為第n輛車對(duì)插入車輛的反應(yīng)系數(shù)，V[ A xi(t)]為插入 車輛的前向優(yōu)化速度函數(shù)，當(dāng)?shù)趎輛車駛向其它車道但尾部仍在當(dāng)前車道導(dǎo)致后方的第n-1 車不能越過時(shí)山=1，當(dāng)?shù)趎輛車已經(jīng)完全駛向其它車道、當(dāng)前車道后方的第n-1車能夠越過 時(shí)山=-1，丫 bo為第n-1輛車對(duì)第n輛車駛向其它車道但尾部仍在當(dāng)前車道的反應(yīng)系數(shù)，丫 bi 為第n-1輛車對(duì)第n輛車已經(jīng)完全駛向其它車道、可W加速追趕跟隨前方第n+1輛車的反應(yīng) 系數(shù)，A〉0為剎車加速度;模型中的參數(shù)關(guān)系為：A tk- A tk-i〉0, 丫 ak> 丫 a(k+：L)化=1,2,…,m);
[0070]
[007。 P)
[0072] 其中，T為采樣周期；
[0073] 得到前方m輛車影響的改進(jìn)跟馳微觀離散交通流模型為：
[0074]
[0077]其中，Vi[ A xn( iT)]是第n輛車在t = iT時(shí)的優(yōu)化速度函數(shù)，N為正整數(shù)； ：3)
[
[ 典
[007引③給定Xn(O) = 0，Xn(l) = 0,根據(jù)（4)式可 W得到當(dāng) I Xn[(N+2)T]-Ln I <S時(shí)的N，其 中，Ln為第n輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛的距離，S為給定的正數(shù)；
[0079] 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到第n輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后需要延時(shí)tdn后才能開動(dòng)，運(yùn)樣，第n輛 排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛距離Ln所需時(shí)間tnf為:tnf = tdn+NT;
[0080] 步驟5:信號(hào)優(yōu)化配時(shí)方法如下：
[0081] (1)建立優(yōu)化指標(biāo)：
[0082] J _min {入ewsLews+入enrLenr+入eslLesl+"^wesLwes+"^wnlLwnl+"^wsrLwsr+入snsLsns+入SerLser+入swlLswl +入 ns S Lns S+入nwr Lnwr+入nel Lnel+PewrRewr+Pewl Rewl+Pwer Rwer+Pwel Rwel+Pns JfRnsr+Pnsl Rnsl+Psnr Rsnr+P snlRsnl}
[0083] 其中：A表示車輛加權(quán)系數(shù)，L表示排隊(duì)車輛長度，P表示行人加權(quán)系數(shù)，R表示行人 數(shù)，A和L的下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方向，且第1位朝向第2位方向； 第S位S，r，l分別表示直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn);例如Lews為東向西直行方向的車輛排隊(duì)隊(duì)長，入ews 為東向西直行方向的車輛排加權(quán)系數(shù);P和R下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、 北方向，且第1位朝向第2位方向；第=位l，r分別表示從前進(jìn)方向的左手邊或右手邊穿越人 行道；
[0084] (2)選取交叉路口信號(hào)總周期：
[00化]Tz二 fz 化ews , Lwes , Lsns , Lnss )
[0086] 其中：Tz為所有方向車輛和行人綠燈放行時(shí)間并集，即交叉路口信號(hào)總周期，fz (；Lews，Lwes，Lsns，Lnss )為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確定的函數(shù)；
[0087] 根據(jù)步驟5(1)的優(yōu)化指標(biāo)和步驟3的綠沖突約束，采用線性規(guī)劃方法確定各個(gè)綠 燈開啟、持續(xù)時(shí)間及需要放行的車輛數(shù)；
[0088] (3)根據(jù)步驟4的改進(jìn)跟馳車輛交通流模型確定放行車輛數(shù)與放行時(shí)間的關(guān)系，按 照各個(gè)方向需要放行的車輛數(shù)，對(duì)步驟5(2)確定的各個(gè)綠燈開啟、持續(xù)時(shí)間進(jìn)行修正，確定 信號(hào)總周期。
[0089] 本發(fā)明的有益效果是:設(shè)計(jì)了完整的多路圖像檢測方案，并WFPGA忍片作為交叉 路口各個(gè)方向車輛排隊(duì)長度的檢測和處理中屯、，完成對(duì)交叉路口各個(gè)方向的圖像快速采 集、圖像處理、車輛排隊(duì)長度和行人信息提??；同時(shí)，設(shè)置了完整的交通"綠沖突"約束、建立 了優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)和多車輛跟馳約束交通流模型，采用交叉路口放行車輛優(yōu)化和依賴交通流 模型時(shí)間對(duì)應(yīng)的兩步法進(jìn)行交通信號(hào)的優(yōu)化配時(shí)，完成一個(gè)完整周期的交通信號(hào)控制優(yōu)化 設(shè)計(jì);提高了交叉路口車輛放行效率。
[0090] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0091] 附圖1是本發(fā)明的流程結(jié)構(gòu)框圖；
[0092] 附圖2是本發(fā)明的圖像采集與排隊(duì)長度提取硬件結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0093] 參照附圖1、附圖2。
[0094] 步驟1:交叉路口的交通信號(hào)控制方案每個(gè)信號(hào)周期設(shè)計(jì)一次，交通信號(hào)控制方案 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括多路圖像信息檢測、"綠沖突"約束設(shè)置、排隊(duì)車輛交通流模型、信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì) 四部分內(nèi)容;交通信號(hào)控制方案設(shè)計(jì)時(shí)間TsheW小于給定值，在信號(hào)執(zhí)行過程中不能反復(fù)調(diào) 整;在執(zhí)行下一個(gè)信號(hào)周期之前TsheW時(shí)刻就設(shè)計(jì)該周期交通信號(hào)控制方案，W保證多路圖 像信息檢測得到最新的交通狀況；
[00M]步驟2:每個(gè)方向視頻采集單元采用4個(gè)CCD，它可W把現(xiàn)場圖像采集進(jìn)來并送給A/ D轉(zhuǎn)化忍片作進(jìn)一步處理;A/D忍片采用PHILIPS公司的711IH忍片，711IH忍片有4個(gè)模擬通 道，通過分時(shí)采集4路的圖像信號(hào)，分時(shí)進(jìn)行處理，可W通過編程選擇7111的轉(zhuǎn)換模式，通過 I2C總線進(jìn)行編程，完成7111H的初始化工作，信號(hào)的輸出格式也由I2C總線進(jìn)行控制，采用 CCIR601的4:2:2格式;運(yùn)樣，現(xiàn)場圖像就從模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，可W通過緩存器，送 給FPGA忍片進(jìn)行相應(yīng)的處理;FPGA采用美國Altera公司的切clone系列FPGA中的EP1C12忍 片;該忍片密集度達(dá)12060個(gè)LE單元(每個(gè)LE包括一個(gè)LUT，一個(gè)觸發(fā)器和相關(guān)邏輯，是忍片 實(shí)現(xiàn)邏輯的最基本結(jié)構(gòu)，也是FPGA綜合性能評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)），完全能夠滿足圖像處理算法 和系統(tǒng)邏輯控制的需要；169個(gè)用戶可用I/O端口滿足系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像采集和存儲(chǔ)的多個(gè)忍片 連接要求;緩沖器采用了FIFO器件1041V;由A/D轉(zhuǎn)換忍片轉(zhuǎn)換而來的視頻數(shù)據(jù)直接進(jìn)入 FIFO,在FIFO中暫時(shí)存放；當(dāng)FPGA需要對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，可W通過重復(fù)讀指令進(jìn)行讀操作， 因?yàn)橹貜?fù)指令可W把一條多到5個(gè)周期的指令變?yōu)?個(gè)周期的指令，所WFPGA-次可W讀大 量的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)緩沖的功能;將多路交通視頻經(jīng)過視頻解碼模塊數(shù)字化后送入FPGA，在 FPGA中先通過邊緣檢測和二值化完成對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理并將其存入SRAM緩沖，然后根據(jù)車 道線像素構(gòu)成的車道檢測區(qū)域?qū)D像進(jìn)行分割和腐蝕，提取出路口各個(gè)方向排隊(duì)車輛長度 和車間距，并將相鄰兩帖圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息 W得到車輛運(yùn)動(dòng)速度;類似的方法用于檢測行人多寡和行進(jìn)速度;多路圖像信息檢測獲取 W下信息：
[0096] (1)東向西直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0097] 間西向東直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0098] 間北向南直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0099] (4)南向北直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間；
[0100] 間東向南左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0101] 做西向北左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0102] 例北向東左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0103] 腳南向西左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0104] (9)東向北右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)北路口時(shí)間；
[0105] (10)西向南右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)南路口時(shí)間；
[0106] (11)北向西右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)西路口時(shí)間；
[0107] (12)南向東右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬 線時(shí)間、到達(dá)東路口時(shí)間；
[0108] (13)行人東向西:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0109] (14)行人西向東:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0110] (15)行人南向北:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0111] (16)行人北向南:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人 數(shù)多寡及構(gòu)成情況；
[0112] 步驟3:綠沖突約束；
[0113] (1)對(duì)于車輛，定義下標(biāo)第一個(gè)字母S是車輛自北向南方向，n是車輛自南向北方向， e是車輛自西向東方向，W是車輛自東向西方向；下標(biāo)第二個(gè)字母S是車輛直行、r是車輛右 轉(zhuǎn)、1是車輛左轉(zhuǎn);下標(biāo)第S個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；下標(biāo)rwr為行 人從右手邊、即北邊、自東向西方向穿越交叉路口，rwl為行人從左手邊、即南邊、自東向西 方向穿越交叉路口，rer為行人從右手邊、即南邊、自西向東方向穿越交叉路口，rel為行人 從左手邊、即北邊、自西向東方向穿越交叉路口，rnr為行人從右手邊、即東邊、自南向北方 向穿越交叉路口，rnl為行人從左手邊、即西邊、自南向北方向穿越交叉路口，rsr為行人從 右手邊、即西邊、自北向南方向穿越交叉路口，rsl為行人從左手邊、即東邊、自北向南方向 穿越交叉路口；對(duì)于行人，下標(biāo)第四個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；
[0114] 間假設(shè)每個(gè)方向綠燈開啟時(shí)間不同，每個(gè)周期內(nèi)起始時(shí)間設(shè)為to,周期設(shè)為T，車 輛自北向南直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)）
，車輛自北向南左轉(zhuǎn)方 向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
，車輛自北向南右轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
[0115] 車輛自南向北直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)；
串輛自南 向北左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)戈
，車輛自南向北右轉(zhuǎn)方向綠燈 f旨號(hào)標(biāo)識(shí)^
，
[0116] 車輛自西向東直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
，車輛自西 一 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)女
，車輛自西向東右轉(zhuǎn)方向綠燈信 號(hào)標(biāo)識(shí)；
，.
[0117] 車輛自東向西直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)女
，車輛自 東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí).
I車輛自東向西右轉(zhuǎn)方向綠 燈信號(hào)標(biāo)識(shí)夫
；
[011引間行人從右手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
向西方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 向東方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 向東方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
[0122]行人從右手邊自南向北方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
^向北方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 ;向南方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為 ;向南方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為
[0126] (4)必選的綠沖突約束為：bss ? bes = 0，bss ? bws = 0，bss ? bnl = 0，bns ? bsl = 0，bes ? bwl = 0，bws ? bel = 0，bss ? brwr = 0，bss ? brwl = 0，bss ? brer = 0，bss ? brel = 0，bns ? bes = 0，bns ? bws 二0;bns ? brwr二o'bns ? brwl 二o'bns ? brer 二o'bns ? brel二0;
[0127] 間選擇采用的綠沖突約束為：
[012引當(dāng)東向西直行綠燈早于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)， /，即北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于東向西直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 后最后一輛車由斑馬線通過北向南方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間磚^-_^之 3直行綠燈晚于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)， ,.，即東向西直行綠燈開啟時(shí)刻大于北向南方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與北 結(jié)束后最后一輛車由斑馬線通過東向西直行車道后的時(shí)間巧。之 S直行綠燈早于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， ，即南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于西向東直行綠燈結(jié)束后最后一 旨向北方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； S直行綠燈晚于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)， ，?即西向東直行綠燈開啟時(shí)刻大于南向北方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 向北左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)西向東直行車道后的時(shí)間巧之和； [0132]當(dāng)南向北直行綠燈早于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， I .，即東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于南向北直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與南 言最后一輛車由斑馬線通過東向西方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間是之
直行綠燈晚于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， ,，即南向北直行綠燈開啟時(shí)刻大于東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束時(shí)刻與東 吉束后最后一輛車由斑馬線通過南向北直行車道后的時(shí)間 直行綠燈早于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)， 即西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于北向南直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與北 f最后一輛車由斑馬線通過西向東方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 直行綠燈晚于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)， .即北向南直行綠燈開啟時(shí)刻大于西向東方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西 向東左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南直行車道后的時(shí)間之和；
[0136] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，trwriHslf，即東向西右手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0137] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí) ，即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束S ^人綠 燈結(jié)束后東向西右手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向 ];
[0138] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí) ，即東 向西右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間之和；
[0139] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，teliHrwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0140] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，trwliHnlf，即東向西左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0141] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí) ]南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束日^ 、綠 燈結(jié)束后東向西左手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向
[0142] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈E ，即 東向西左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間軒之和；
[0143] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，teliHrwlf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[01 44]當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，treriHnlf，即西向東右方向 行人綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0145] 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)
即南 向北左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東右手方向行人綠 燈結(jié)束結(jié)束后西向東右手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之 和；
[0146] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈日T
即 西向東右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間而//_,胃之和；
[0147] 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，teliHrwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[014引當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，treliHslf，即西向東左手方 向行人綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0149] 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈K
，即北 向南左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左手方向行人綠 燈結(jié)束后西向東左手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和；
[0150] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)
即西 向東左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間之和；
[0151] 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，teliHrelf，即西向東左轉(zhuǎn)綠 燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻；
[0152] 將路口方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，即北代替原來東、西代替原來北、南代替原來西、東 代替原來南，同理可W得到南向北、北向南行人的綠沖突約束條件；
[0153] 步驟4:交通流模型動(dòng)態(tài)約束表達(dá)如下：
[0154] ①密度飽和狀態(tài)下的電子空穴微觀交通流模型為：
[01551 (1)
[0156] 式中，Xn(t)是時(shí)亥IJt第n輛車所在位置，是時(shí)亥IJt第n輛車的速度，Axn(t)是 d/ 連續(xù)的兩輛車之間的車頭間距，V[ A xn(t)]是第n輛車優(yōu)化速度函數(shù)，a是駕駛員的敏感系 數(shù)，Aa是相對(duì)速度差的反應(yīng)參數(shù)，m為前方車輛數(shù)，丫 ak>0是對(duì)第n+k-1輛車優(yōu)化速度差的反 應(yīng)參數(shù)，A tk-i為第n輛車前方第n+k-1輛車對(duì)第n輛車的優(yōu)化速度差反應(yīng)參數(shù)所取的延遲時(shí) 間，正常排隊(duì)時(shí)S = O,前方的第n+1輛車通過斑馬線而第n輛車被交通信號(hào)燈禁止通過時(shí)S = 1，第n輛車跟隨前方的第n+1輛車行駛時(shí)有空隙而被其它車道車輛插入、第n輛車不得不調(diào) 整速度時(shí)s = 2,第n輛車駛向其它車道插隊(duì)時(shí)s = 3，sgn為符號(hào)函數(shù)
為車輛可W插入的最小跟車空隙，丫 a為第n輛車對(duì)插入車輛的反應(yīng)系數(shù)，V[Axi(t)]為插入 車輛的前向優(yōu)化速度函數(shù)，當(dāng)?shù)趎輛車駛向其它車道但尾部仍在當(dāng)前車道導(dǎo)致后方的第n-1 車不能越過時(shí)山=1，當(dāng)?shù)趎輛車已經(jīng)完全駛向其它車道、當(dāng)前車道后方的第n-1車能夠越過 時(shí)山=-1，丫 bo為第n-1輛車對(duì)第n輛車駛向其它車道但尾部仍在當(dāng)前車道的反應(yīng)系數(shù)，丫 bi 為第n-1輛車對(duì)第n輛車已經(jīng)完全駛向其它車道、可W加速追趕跟隨前方第n+1輛車的反應(yīng) 系數(shù)，A〉0為剎車加速度;模型中的參數(shù)關(guān)系為：A tk- A tk-i〉0, 丫 ak> 丫 a(k+：L)化=1,2,…,m);
[0157] ②將^近似表達(dá)為： dt dt dr
[015引
（2)
[0159] 其中，T為采樣周期；
[0160] 得到前方m輛車影響的改進(jìn)跟馳微觀離散交通流模型為：
[0161]
餅
[0162]進(jìn)而得到遞推計(jì)算式： 「01
㈱
[0164]其中，Vi[ Axn(iT)]是第n輛車在t = iT時(shí)的優(yōu)化速度函數(shù)，N為正整數(shù)；
[01 化]③給定Xn(O) = 〇，Xn(l) = 0,根據(jù)（4)式可 W得到當(dāng) I Xn[(N+2)T]-Ln I <8時(shí)的N，其 中，Ln為第n輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛的距離，S為給定的正數(shù)；
[0166] 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到第n輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后需要延時(shí)tdn后才能開動(dòng)，運(yùn)樣，第n輛 排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛距離Ln所需時(shí)間W為:tnf = tdn+NT;
[0167] 步驟5:信號(hào)優(yōu)化配時(shí)方法如下：
[016引（1)建立優(yōu)化指標(biāo)：
[01 69] J - min {入ewsLews+入enrLenr+入es止esl+入wesLwes+入wnlLwnl+入WsrLwsr+入snsLsns+入SerLser+入SW止Swl +入 ns S Lns S+入nwr Lnwr+入nel Lnel+PewrRewr+Pewl Rewl+Pwer Rwer+Pwel Rwel+Pnsr Rnsr+Pnsl Rnsl+Psnr Rsnr+P snlRsnl}
[0170] 其中：A表示車輛加權(quán)系數(shù)，L表示排隊(duì)車輛長度，P表示行人加權(quán)系數(shù)，R表示行人 數(shù)，A和L的下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方向，且第1位朝向第2位方向； 第S位S，r，l分別表示直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn);例如Lews為東向西直行方向的車輛排隊(duì)隊(duì)長，入ews 為東向西直行方向的車輛排加權(quán)系數(shù);P和R下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、 北方向，且第1位朝向第2位方向；第=位l，r分別表示從前進(jìn)方向的左手邊或右手邊穿越人 行道；
[0171] (2)選取交叉路口信號(hào)總周期：
[0172] Tz = f Z (Lews , Lwes , Lsns , Lnss )
[0173] 其中：Tz為所有方向車輛和行人綠燈放行時(shí)間并集，即交叉路口信號(hào)總周期，fz (Xews , Lwes , Lsns , Lnss)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確走的函數(shù)；
[0174] 根據(jù)步驟5(1)的優(yōu)化指標(biāo)和步驟3的綠沖突約束，采用線性規(guī)劃方法確定各個(gè)綠 燈開啟、持續(xù)時(shí)間及需要放行的車輛數(shù)；
[0175] (3)根據(jù)步驟4的改進(jìn)跟馳車輛交通流模型確定放行車輛數(shù)與放行時(shí)間的關(guān)系，按 照各個(gè)方向需要放行的車輛數(shù)，對(duì)步驟5(2)確定的各個(gè)綠燈開啟、持續(xù)時(shí)間進(jìn)行修正，確定 信號(hào)總周期。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于圖像檢測與密度飽和狀態(tài)電子空穴約束模型的交通信號(hào)控制方法，其特征 包含以下步驟： 步驟1:交叉路口的交通信號(hào)控制方案每個(gè)信號(hào)周期設(shè)計(jì)一次，交通信號(hào)控制方案設(shè)計(jì) 內(nèi)容包括多路圖像信息檢測、"綠沖突"約束設(shè)置、排隊(duì)車輛交通流模型、信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)四部 分內(nèi)容;交通信號(hào)控制方案設(shè)計(jì)時(shí)間T sh_小于給定值，在信號(hào)執(zhí)行過程中不能反復(fù)調(diào)整;在 執(zhí)行下一個(gè)信號(hào)周期之前Tsh_時(shí)刻就設(shè)計(jì)該周期交通信號(hào)控制方案，以保證多路圖像信息 檢測得到最新的交通狀況； 步驟2:將多路交通視頻經(jīng)過視頻解碼模塊數(shù)字化后送入FPGA，在FPGA中先通過邊緣檢 測和二值化、完成對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理并將其存入SRAM緩沖，然后根據(jù)車道線像素構(gòu)成的車 道檢測區(qū)域?qū)D像進(jìn)行分割和腐蝕，提取出路口各個(gè)方向排隊(duì)車輛長度和車間距，并將相 鄰兩幀圖像中指定的同一區(qū)域在FPGA進(jìn)行比較，獲得有無目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息以得到車輛運(yùn)動(dòng)速 度;類似的方法用于檢測行人多寡和行進(jìn)速度;多路圖像信息檢測獲取以下信息： ⑴東向西直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間； ⑵西向東直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間； (3)北向南直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間； ⑷南向北直行:每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)對(duì)面路口時(shí)間； (5) 東向南左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)南路口時(shí)間； (6) 西向北左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)北路口時(shí)間； (7) 北向東左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)東路口時(shí)間； (8) 南向西左轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)西路口時(shí)間； (9) 東向北右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)北路口時(shí)間； (10) 西向南右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)南路口時(shí)間； (11) 北向西右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)西路口時(shí)間； (12) 南向東右轉(zhuǎn):每個(gè)排隊(duì)車輛的車間距、綠燈開啟后排隊(duì)車輛的每輛車到達(dá)斑馬線時(shí) 間、到達(dá)東路口時(shí)間； (13) 行人東向西:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； (14) 行人西向東:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； (15) 行人南向北:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； (16) 行人北向南:分別從右、左兩邊分析行人在人行綠燈開啟后與車輛沖突，分析人數(shù)多 寡及構(gòu)成情況； 步驟3:綠沖關(guān)約束； ⑴對(duì)于車輛，定義下標(biāo)第一個(gè)字母s是車輛自北向南方向，η是車輛自南向北方向，e是 車輛自西向東方向，w是車輛自東向西方向；下標(biāo)第二個(gè)字母s是車輛直行、r是車輛右轉(zhuǎn)、1 是車輛左轉(zhuǎn)；下標(biāo)第三個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻；下標(biāo)rwr為行人從 右手邊、即北邊、自東向西方向穿越交叉路口，rwl為行人從左手邊、即南邊、自東向西方向 穿越交叉路口，rer為行人從右手邊、即南邊、自西向東方向穿越交叉路口，rel為行人從左 手邊、即北邊、自西向東方向穿越交叉路口，rnr為行人從右手邊、即東邊、自南向北方向穿 越交叉路口，rnl為行人從左手邊、即西邊、自南向北方向穿越交叉路口，rsr為行人從右手 邊、即西邊、自北向南方向穿越交叉路口，rsl為行人從左手邊、即東邊、自北向南方向穿越 交叉路口；對(duì)于行人，下標(biāo)第四個(gè)字母i表示綠燈開啟時(shí)刻，f表示綠燈關(guān)閉時(shí)刻； ⑵假設(shè)每個(gè)方向綠燈開啟時(shí)間不同，每個(gè)周期內(nèi)起始時(shí)間設(shè)為to,周期設(shè)為T，車輛自北 向南直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為>車輛自北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈 信號(hào)標(biāo)識(shí)為有輛自北向南右轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為車輛自南向北直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)，牟輛自南向北 左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為輛自南向北右轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào) 標(biāo)識(shí)^車輛自西向東直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為，車輛自西向東 左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為g輛自西向東右轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo) 識(shí)〉車輛自東向西直行方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)戈車輛自東向西 左轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)^g輛自東向西右轉(zhuǎn)方向綠燈信號(hào) 標(biāo)識(shí)^(3)行人從右手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自東向西方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為行人從右手邊自西向東方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自西向東方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為行人從右手邊自南向北方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自南向北方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為行人從右手邊自北向南方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為行人從左手邊自北向南方向穿越交叉路口綠燈信號(hào)標(biāo)識(shí)為⑷必選的綠沖突約束為:bss · bes = 0，bss · bws = 0，bss · bni = 0，bns · bsi = 0，bes · bwi = 〇，bws · bel - 0，bss · brwr - 0，bss · brwl - 0，bss · brer - 〇，bss · brel - 0，bns · bes - 〇，bns · bws - 0 ; bns · brwr - 0，bns · brwl - 0，bns · brer - 0，bns · brel - 0; (5)選擇采用的綠沖突約束為： 當(dāng)東向西直行綠燈早于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)，匕"_s/，即 北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于東向西直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西直行綠燈結(jié)束后最 后一輛車由斑馬線通過北向南方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間^_,/之和； 當(dāng)東向西直行綠燈晚于北向南方向左轉(zhuǎn)，即向東方向，綠燈時(shí)，+7^丨_^，即 東向西直行綠燈開啟時(shí)刻大于北向南方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與北向南左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線通過東向西直行車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東直行綠燈早于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)Λ/ζ· >+1/_"/，即 南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于西向東直行綠燈結(jié)束后最后一輛車由斑馬線通過南向 北方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間1^/4/之和； 當(dāng)西向東直行綠燈晚于南向北方向左轉(zhuǎn)，即向西方向，綠燈時(shí)，&Μ > ?Η// + ，即 西向東直行綠燈開啟時(shí)刻大于南向北方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與南向北左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)西向東直行車道后的時(shí)間^//4,之和； 當(dāng)南向北直行綠燈早于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)，'& ， 即東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于南向北直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與南向北直行綠燈結(jié)束后 最后一輛車由斑馬線通過東向西方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)南向北直行綠燈晚于東向西方向左轉(zhuǎn)，即向南方向，綠燈時(shí)， 即南向北直行綠燈開啟時(shí)刻大于東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié) 束后最后一輛車由斑馬線通過南向北直行車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)北向南直行綠燈早于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)，+ ，即 西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈開啟時(shí)刻大于北向南直行綠燈結(jié)束時(shí)刻與北向南直行綠燈結(jié)束后最 后一輛車由斑馬線通過西向東方向左轉(zhuǎn)車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)北向南直行綠燈晚于西向東左轉(zhuǎn)方向，即向北方向，綠燈時(shí)，>'// + ζ//·_Μ，即 北向南直行綠燈開啟時(shí)刻大于西向東方向左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)方向綠燈結(jié)束 后最后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南直行車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，trwri>tsif，即東向西右手方向行人 綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，^* >+ 即北向南 左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西右手方向行人綠燈結(jié) 束后東向西右手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，+ re/j_ntT卩東向西 右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最后 一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間ξ//·_ ηιτ之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西右手方向行人綠燈時(shí)，teii>trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于東向西右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，trwli>tnlf，即東向西左手方向行人 綠燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，("http:// >?ην// +&"；//_"/，即南向北 左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左手方向行人綠燈結(jié) 束后東向西左手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，+ :，即東向西 左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最后 一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于東向西左手方向行人綠燈時(shí)，teii>trwif，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于東向西左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，tmiHnlf，即西向東右方向行人綠 燈開啟時(shí)間大于南向北左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)南向北左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，^，即南向北 左轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東右手方向行人綠燈結(jié) 束結(jié)束后西向東右手方向行人由等待線通過南向北左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，胃，即西向 東右手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與東向西左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最 后一輛車由斑馬線到達(dá)北向南車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)東向西左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東右手方向行人綠燈時(shí)，teii>trwrf，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于西向東右手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，treliHslf，即西向東左手方向行人 綠燈開啟時(shí)間大于北向南左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻； 當(dāng)北向南左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，匕// > + 丨fl/，即北向南左 轉(zhuǎn)綠燈開啟時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左手方向行人綠燈結(jié)束 后西向東左手方向行人由等待線通過北向南左轉(zhuǎn)方向車道的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈早于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，+ _7.p/，即西向東 左手方向行人綠燈開啟時(shí)間大于西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束時(shí)刻與西向東左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束后最后 一輛車由斑馬線到達(dá)南向北車道后的時(shí)間之和； 當(dāng)西向東左轉(zhuǎn)綠燈晚于西向東左手方向行人綠燈時(shí)，teii>treif，即西向東左轉(zhuǎn)綠燈開啟 時(shí)間大于西向東左手方向行人綠燈結(jié)束時(shí)刻； 將路口方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，即北代替原來東、西代替原來北、南代替原來西、東代替 原來南，同理可以得到南向北、北向南行人的綠沖突約束條件； 步驟4:交通流模型動(dòng)態(tài)約束表達(dá)如下： ① 密度飽和狀態(tài)下的電子空穴微觀交通流模型為：式中，xn(t)是時(shí)亥Ijt第η輛車所在位置，^^是時(shí)亥Ijt第η輛車的速度，Axn(t)是連續(xù)的 dt 兩輛車之間的車頭間距，V[AXn(t)]是第η輛車優(yōu)化速度函數(shù)，a是駕駛員的敏感系數(shù)，入3是 相對(duì)速度差的反應(yīng)參數(shù)，m為前方車輛數(shù)，γ ak>0是對(duì)第η+k-l輛車優(yōu)化速度差的反應(yīng)參數(shù)， A 為第η輛車前方第η+k-l輛車對(duì)第η輛車的優(yōu)化速度差反應(yīng)參數(shù)所取的延遲時(shí)間，正常 排隊(duì)時(shí)s = 0,前方的第η+1輛車通過斑馬線而第η輛車被交通信號(hào)燈禁止通過時(shí)s = l，第η輛 車跟隨前方的第η+1輛車行駛時(shí)有空隙而被其它車道車輛插入、第η輛車不得不調(diào)整速度時(shí) s = 2,第η輛車駛向其它車道插隊(duì)時(shí)s = 3，sgn為符號(hào)函數(shù)，sgnCd-U A:(^，daS車輛可 以插入的最小跟車空隙，ya為第η輛車對(duì)插入車輛的反應(yīng)系數(shù)，V[ AXi(t)]為插入車輛的前 向優(yōu)化速度函數(shù)，當(dāng)?shù)讦禽v車駛向其它車道但尾部仍在當(dāng)前車道導(dǎo)致后方的第n-1車不能越 過時(shí)4 = 1，當(dāng)?shù)讦禽v車已經(jīng)完全駛向其它車道、當(dāng)前車道后方的第n-1車能夠越過時(shí)db = _l， Tb〇為第n-1輛車對(duì)第η輛車駛向其它車道但尾部仍在當(dāng)前車道的反應(yīng)系數(shù)，ybi為第n-1輛 車對(duì)第η輛車已經(jīng)完全駛向其它車道、可以加速追趕跟隨前方第η+1輛車的反應(yīng)系數(shù)，A>0為 剎車加速度;模型中的參數(shù)關(guān)系為：A tk- Δ tk-00，γ ak> γ a(k+1) (k= 1，2，…，m); ② 將遷似表達(dá)為：其中，T為采樣周期； 得到前方m輛車影響的改進(jìn)跟馳微觀離散交通流模型為：進(jìn)而得到遞推計(jì)算式：其中，Vi[AXn(iT)]是第η輛車在t=iT時(shí)的優(yōu)化速度函數(shù)，N為正整數(shù)； ③給定xn(0)=0，xn(l)=0，根據(jù)⑷式可以得到當(dāng)|xn[(N+2)T]-L n|〈δ時(shí)的N，其中，Ln為 第η輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后要行駛的距離，δ為給定的正數(shù)； 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到第η輛排隊(duì)車輛在綠燈開啟后需要延時(shí)tdn后才能開動(dòng)，這樣，第η輛排隊(duì) 車輛在綠燈開啟后要行駛距離匕所需時(shí)間tnf為:tnf = tdn+NT; 步驟5:信號(hào)優(yōu)化配時(shí)方法如下： (1)建立優(yōu)化指標(biāo)： J Hlin {^ewsLews+入enrLenr+入eslLesl+^wesLwes+XwnlLwnl+^wsrLwsr+ 入 snsLsns+入 serLser+入 swlLswl+入nssLnss+入nwrLnwr+入nelLnel+PewrRewr+ PewlRewl^PwerRwer^PwelRwel^PnsrRnsr +PnslR nsl~l~PsnrRsnr~l~PsnlRsnl} 其中：λ表示車輛加權(quán)系數(shù)，L表示排隊(duì)車輛長度，P表示行人加權(quán)系數(shù)，R表示行人數(shù)，λ 和L的下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方向，且第1位朝向第2位方向；第三 位s，r，l分別表示直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn);例如U ws為東向西直行方向的車輛排隊(duì)隊(duì)長，λ_為東 向西直行方向的車輛排加權(quán)系數(shù);Ρ和R下標(biāo)第1和第2位的e，s，w，n分別表示東、南、西、北方 向，且第1位朝向第2位方向；第三位l，r分別表示從前進(jìn)方向的左手邊或右手邊穿越人行 道； (2) 選取交叉路口信號(hào)總周期： Tz f z ( Lews , Lwes , Lsns , Lnss ) 其中：Tz為所有方向車輛和行人綠燈放行時(shí)間并集，即交叉路口信號(hào)總周期，fz(Lews， Lwes，Lsns，Lnss)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)確定的函數(shù)； 根據(jù)步驟5(1)的優(yōu)化指標(biāo)和步驟3的綠沖突約束，采用線性規(guī)劃方法確定各個(gè)綠燈開 啟、持續(xù)時(shí)間及需要放行的車輛數(shù)； (3) 根據(jù)步驟4的改進(jìn)跟馳車輛交通流模型確定放行車輛數(shù)與放行時(shí)間的關(guān)系，按照各 個(gè)方向需要放行的車輛數(shù)，對(duì)步驟5(2)確定的各個(gè)綠燈開啟、持續(xù)時(shí)間進(jìn)行修正，確定信號(hào) 總周期。
【文檔編號(hào)】G08G1/08GK105957361SQ201610383742
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】史忠科
【申請(qǐng)人】西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司