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基于交通流量预测的实时自适应区域协调优化信号控制

2019-11-28

来源 : 安徽三联三京

作者 : 王飞

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1.项目概述

六安市312国道贯穿东西方向,通过支路与主城区相连,来往车流量大,早晚高峰车辆汇集密集。紧邻312国道北侧便是南屏路,由东向西横穿了东城路、安丰路、淠史杭南路,形成了三个交叉口且距离312国道路口不到百米之隔,路口间距短,同时现有信号机功能单一,因此早晚高峰期会出现路口车辆排队长,车辆等待时间长,从而导致整个路段拥堵等问题。

六安市测试路段包含迎宾大道、东城路、安丰路、淠史杭、六舒路(梅山路)与312国道交叉的五个路口,全程4.9km。

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312国道早高峰时期六舒路口(梅山路)最先出现拥堵并持续到迎宾大道路口,在晚高峰来临时,由迎宾大道路口最先出现拥堵并持续到六舒路。在路口各个方向安装视频车流量检测设备,检测距离路口大约100米左右的车流量。

2.优化控制策略

ARTEMIS(Autonomous and Real-Time signal control based on Estimation traffic demand for Minimization of Signal waiting time,基于预测的交通需求实现信号等待时间最小化的自适应实时信号控制)系统是一种环境友好型信号控制系统。其基于与相邻路口信息交互获得车辆信息,具有预测和检测控制对象路口的流入车流量以及到达时间的机能,通过模拟探知使得延迟时间最小化的信号切换时间点的机能和生成在确定的时间点往下游路口传输交通数据的机能,以及判定过饱和交通状态的机能并自动选择应对过饱和交通状态的控制模式。

信号机在联网时,根据区域交通流状况,信号机之间可以自主进行子区的结合和分离,实现区域内组网功能。东城路、安丰路、淠史杭三个路口的交通形状、交通量都较为相似,故将其划分为同一子区,采用相位差跟随的控制方式,实现双向绿波控制。

信号机在联网时互相通信,交换车流量和信号控制信息,预测本路口即将达到的交通流量,实时统计分析路口各个方向到达的车流量信息,实现实时自适应信号协调优化控制。交通流量预测如下图所示:

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相邻路口信号机之间通过交互车辆信息来预测即将到达的交通流,再结合自身路口车辆感应器接收到的车辆信息以及上一周期未通过车辆数量进行综合考量,实时计算信号控制所需的周期、相位和相位差,将信号配时调整至最适合的状态。信号控制流程如下图所示:

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3.测定方法

1.测定项目:

车辆移动时间(车辆通过自适应信号控制路段的用时)。

2.测定时间

早晚高峰(7:30-8:40  17:00-18:00);

优化前 6月21日(周五)-6月24日(周一);

优化后 6月28日(周五)-7月1 日(周一)。

3.样本数据处理

项目组向六安支队申请提取了交通信号优化前后测定日期时段的平台过车数据,并分析了六舒路(梅山路)和迎宾大道路口电警拍摄的过车时间记录。对优化前后通过路段的过车时间按照同一组车流进行对比,即同一相位经过第一个路口的车辆,到达最后一个路口所需的平均时间。样本数据示例如下:

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4.ARTEMIS信号优化效果

1.早晚高峰车辆通行时间分布对比

早高峰西向东方向车流量非常大,优化后车辆通行时间大大缩短。晚高峰时段由东向西方向车流量显著增加,优化后车辆通行时间缩短,车辆平均通行时间均衡。早高峰时段由东向西方向,晚早高峰时段由西向东方向车流量相对平稳,优化后车辆通行时间缩短,且东西双向车辆平均通行时间比较均衡,优化后车辆通行时间更为集中,显示车流运行更为通畅,减少车辆排队等待时间。通行时间分布如下图所示,横轴为样本车辆通过优化路段的时间,纵轴为样本车辆占比。

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2.早晚高峰每组车流平均通行时间对比

早晚高峰共有20个信号周期,对优化前后每个周期的同一组车流通过路段的过车时间进行对比,即同一相位经过第一个路口的车辆,到达最后一个路口所需的平均时间。通行时间对比如下:

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3.优化前后路况对比

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早高峰优化前后路况对比   信号优化前后第三方地图路况数据对比

4.优化前后总体效果

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优化前信号机之间无协调控制功能,优化后信号机之间进行车流量的交互,同时根据路面交通流状况自适应控制信号优化方案,有效缓解早晚高峰路口拥堵情况,最大通行时间缩短43%;早晚高峰非拥堵时通行时间也有10%-18%的提升。

由于信号机可以实时“掌握”路面车流量状态和即将到达路口的交通流量信息,在各个时段通行效率都有所提高,东西双向路段通行时间优化后相对稳定。优化后,基于车流量提前预测和淠史杭路口、安丰路口、东城路口之间的绿波协调控制,基本实现三个路口“零”停车通行。

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