基于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的交通信號(hào)動(dòng)態(tài)控制方法

黃晶 中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司

基于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的交通信號(hào)動(dòng)態(tài)控制方法

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本文介紹了一種基于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的交通信號(hào)動(dòng)態(tài)控制方法，包括以下步驟：數(shù)據(jù)采集；歷史信息；分析；預(yù)測(cè)、預(yù)警、決策；動(dòng)態(tài)反饋控制；通過(guò)實(shí)時(shí)采集區(qū)域內(nèi)人流、車流、排隊(duì)和擁堵情況以及道路、環(huán)境的實(shí)際情況，根據(jù)最大交通流量需要以及道路網(wǎng)絡(luò)交叉口的信號(hào)燈狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整多個(gè)道路交叉口信號(hào)燈的配時(shí)時(shí)間，達(dá)到最優(yōu)控制效果，在大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的支持下，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)交叉口信號(hào)燈的協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制，解決目前高密度交通狀態(tài)下多交叉口的聯(lián)動(dòng)控制，以達(dá)到區(qū)域交通優(yōu)化控制的目的。

大數(shù)據(jù) 平臺(tái) 交通信號(hào) 動(dòng)態(tài)控制

1 引言

城市道路交叉口交通信號(hào)的控制對(duì)于交通流的分配，和道路交通通行流量具有重要作用。現(xiàn)有城市區(qū)域道路交叉口信號(hào)控制主要采用單點(diǎn)控制、干線綠波帶控制，以及區(qū)域協(xié)同控制，大多數(shù)基于稀疏交通流的前提條件。隨著城市人口擁有車輛數(shù)的快速增長(zhǎng)與城市規(guī)模的的不斷擴(kuò)大，交通流越來(lái)越呈現(xiàn)高密度的重交通流情況，城市交通道路的發(fā)展難以滿足交通流量需求的不斷增長(zhǎng)，擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重。一方面，隨著城市交通系統(tǒng)的信息化發(fā)展，交通管理與控制系統(tǒng)趨于大型化、復(fù)雜化發(fā)展，系統(tǒng)涉及的信息和數(shù)據(jù)已經(jīng)具備大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是智能計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)分析算法等技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理海量信息和大數(shù)據(jù)的能力不斷提高，使得通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等的信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)智能化的交通管理與控制成為可能。

2 方法介紹

基于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的交通信號(hào)動(dòng)態(tài)控制方法該包括如下步驟：

第一，通過(guò)對(duì)城市交通區(qū)域內(nèi)每個(gè)交叉口各相位信號(hào)燈狀態(tài)信息，各交叉口人、車，以及每條路段、環(huán)境信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，獲得當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的人流、車流、排隊(duì)和擁堵?tīng)顟B(tài)。采集得到的數(shù)據(jù)信息包括人流密度、速度、人流量、車輛密度、速度、車流量、車輛排隊(duì)長(zhǎng)度、排隊(duì)等侯時(shí)間、短時(shí)擁堵隊(duì)列長(zhǎng)度、延誤時(shí)間、停車次數(shù)、道路飽和度、車道總體流量及其分布。

第二，導(dǎo)入?yún)^(qū)域內(nèi)一段時(shí)間內(nèi)每個(gè)交叉口的人、車，每條路段、環(huán)境的歷史信息及規(guī)律，便于下一步的區(qū)域交通擁堵?tīng)顟B(tài)和行為的趨勢(shì)的分析與預(yù)測(cè)。歷史信息及規(guī)律包括該段區(qū)域內(nèi)過(guò)去一小時(shí)、十二小時(shí)、一天二十四小時(shí)、一周、一月、一季度、半年、一整年、以及過(guò)去兩年內(nèi)的人、車、路、環(huán)境的人流量、車流量，道路交通流量、發(fā)生事故率、道路與環(huán)境的通行能力與狀態(tài)變化等統(tǒng)計(jì)信息與得到的歷史趨勢(shì)規(guī)律。

第三，在一定的統(tǒng)計(jì)分析方法，智能算法及大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等的支撐下，結(jié)合當(dāng)前城市交通區(qū)域內(nèi)每個(gè)交叉口人、車，以及每條路段、環(huán)境信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及歷史信息及規(guī)律，進(jìn)行當(dāng)天區(qū)域內(nèi)的交通擁堵?tīng)顟B(tài)和行為趨勢(shì)進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。通過(guò)預(yù)測(cè)與分析，可以得到該區(qū)域下一時(shí)間周期內(nèi)，如一天、一周等的交通流量趨勢(shì)，擁堵態(tài)勢(shì)等可能的發(fā)展趨勢(shì)與規(guī)律。該統(tǒng)計(jì)分析方法主要包括：主成分分析、多元統(tǒng)計(jì)分析、均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差分析以及參數(shù)估計(jì)、非參數(shù)估計(jì)等各種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。其中智能算法主要包括：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、決策樹算法、貝葉斯學(xué)習(xí)算法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法以及數(shù)據(jù)挖掘算法等；大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)具體實(shí)現(xiàn)各種智能算法，同時(shí)具備交通系統(tǒng)各種大數(shù)據(jù)的分析處理能力，包括交通視頻、圖像、文本等數(shù)據(jù)信息的分析處理。

第四，結(jié)合當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的每條路段道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、道路通行能力，進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、預(yù)警；同時(shí)，依據(jù)相應(yīng)的控制措施調(diào)整預(yù)案，對(duì)紅綠燈配時(shí)、分流、誘導(dǎo)等控制策略的動(dòng)態(tài)決策。具體控制過(guò)程為如果車輛隊(duì)列排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)允許的長(zhǎng)度閾值，則調(diào)整當(dāng)前隊(duì)列下游交叉口車隊(duì)方向交通相位綠燈時(shí)間；具體配時(shí)根據(jù)動(dòng)態(tài)變化的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度，以及單點(diǎn)配時(shí)控制方式進(jìn)行計(jì)算，動(dòng)態(tài)配置綠燈時(shí)間。同理，如果人流隊(duì)列密度和長(zhǎng)度超過(guò)運(yùn)行的閾值，則調(diào)整當(dāng)前隊(duì)列交叉口行人方向交通相位綠燈時(shí)間；具體配時(shí)根據(jù)動(dòng)態(tài)變化的人流排隊(duì)密度、長(zhǎng)度以及單點(diǎn)配時(shí)控制方式進(jìn)行計(jì)算，動(dòng)態(tài)配置綠燈時(shí)間。其余各交通相位狀態(tài)按照此方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在高密度情況下，下游交叉口的車流密度或車輛排隊(duì)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)進(jìn)一步影響上游路段的交通。因此，這里需要一種區(qū)域流量分配策略或預(yù)案，比如整體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)均衡策略，要求區(qū)域內(nèi)交通流量盡量保持各路段平衡分配，來(lái)對(duì)區(qū)域內(nèi)整體交通進(jìn)行管理和控制。如此，即可基于該流量分配策略或預(yù)案，進(jìn)一步對(duì)下游和上游交叉口的信號(hào)燈進(jìn)行配時(shí)控制，完成對(duì)紅綠燈配時(shí)、分流、誘導(dǎo)等控制策略的動(dòng)態(tài)決策。預(yù)案主要包括紅綠燈配時(shí)調(diào)整策略、交通誘導(dǎo)分流預(yù)案，臨時(shí)交通管制措施等。

第五，實(shí)施控制措施之后，車流量等交通狀態(tài)在一定的時(shí)間周期內(nèi)會(huì)有一定的變化，可能改善或惡化。通過(guò)將控制措施實(shí)施后得到的交通狀態(tài)的改善與惡化效果以及信號(hào)系統(tǒng)狀態(tài)反饋到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集階段，動(dòng)態(tài)優(yōu)化和調(diào)整下一階段的流程和步驟，形成閉環(huán)的反饋控制過(guò)程。

3 小結(jié)

基于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的交通信號(hào)動(dòng)態(tài)控制方法是根據(jù)現(xiàn)代城市道路交通發(fā)展管理控制系統(tǒng)的需要，結(jié)合智能計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)，提出的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)交叉口信號(hào)燈的協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制，解決目前高密度交通狀態(tài)下多交叉口的聯(lián)動(dòng)控制，可以達(dá)到城市道路交通區(qū)域優(yōu)化控制的目的。

[1]林艷.大數(shù)據(jù)在我國(guó)高速公路中的應(yīng)用探討[J].北方交通,2016（5）:162-164

[2]曹光.大數(shù)據(jù)在高速公路行業(yè)的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2016（7）:108-109