交通控制方法、装置及设备与流程

1.本技术实施例涉及交通信号控制技术领域，特别是涉及一种交通控制方法、装置及设备。


背景技术：

2.随着中国城市化与机动化进程的深入，交通拥堵问题日益突出，已成为制约城市发展的主要瓶颈之一。
3.交通信号控制作为交通系统管理最重要的手段之一，具有投资少、效果好的优势，在城市交通治理中的作用越来越重要，也更科学。交通信号控制包括子区划分、制定配时方案等步骤。
4.而目前交通信号控制管理中，未结合交通路网实际的交通状况进行子区划分及配时，对交通拥堵状况的缓解作用有限。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种交通控制方法、装置及设备，以提高路网的交通运行效率。
6.第一方面提供一种交通控制方法。该方法包括：获取交通路网中的每一路口在第一预设时间段内的车流数据，车流数据包括路口的各方向的车流量，交通路网包括n个路口，n为大于或等于2的整数；获取每一路口的路口车流量和主车流方向，路口车流量为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量之和，主车流方向为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量中车流量最大的方向；根据路口车流量与主车流方向对n个路口进行子区划分获得协调路径，协调路径包括串联的至少一个路口；根据车流数据对协调路径进行交通控制。利用路口的主车流方向作为特征数据来进行子区划分，使得划分到同一协调路径中的路口在实际交通场景中关联性更强，从而子区划分更加准确，基于协调路径进行交通控制的效果能够提高协调路径的交通运行效率。
7.在一种可能的实现方式中，根据路口车流量与主车流方向对n个路口进行子区划分获得协调路径包括：在n个路口中确定未进行子区划分且路口车流量最大的路口为目标路口；将目标路口划入到协调路径中；根据目标路口的主车流方向获取关联路口；若关联路口符合预设条件，则确定关联路口为目标路口，返回将目标路口划入到协调路径中的步骤；直至关联路口不符合预设条件，或n个路口中不存在未进行子区划分的路口，输出协调路径。
8.在一种可能的实现方式中，主车流方向包括主流向和主进向，主进向为第一预设时间段内驶入目标路口的车流量最大的方向，主流向为第一预设时间段内从主进向对应的路段驶向目标路口其他的方向中车流量最大的方向，关联路口包括目标路口的下游路口。
9.在一种可能的实现方式中，关联路口还包括目标路口的上游路口。
10.在一种可能的实现方式中，根据车流数据对协调路径进行交通控制包括：根据车
流数据将第一时间段划分为m个协调时间段；获取协调时间段内协调路径的上行车流量、下行车流量以及主路口的上行饱和度和下行饱和度，主路口为协调路径中路口车流量最大的路口，上行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口上行方向的车流量之和，下行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口下行方向的车流量之和；根据上行车流量、下行车流量、上行饱和度和下行饱和度确定协调时间段内协调路径的交通控制方案。
11.在一种可能的实现方式中，车流数据包括每一路口的k个子路口车流量，子路口车流量为路口在第二预设时间段内的各方向的车流量之和，k个第二时间段组成第一时间段，k为大于或等于3的整数，根据车流数据将第一时间段划分为m个协调时间段包括：获取协调路径的k个路径车流量和时段数量，路径车流量为协调路径中所有路口在第二预设时间段内的子路口车流量之和；根据路径车流量和时段数量将第一预设时间段分成m个协调时间段，使得m个协调时间段的路径车流量方差之和最小，每一协调时间段包括至少一个第二预设时间段，路径车流量方差为协调时间段对应的路径车流量之间的方差，m为大于或等于2的整数，k大于m。
12.在一种可能的实现方式中，根据上行车流量、下行车流量、上行饱和度和下行饱和度确定协调时间段内协调路径的交通控制方案包括：获取上行车流量与下行车流量的比值；
13.若比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行拥堵协调控制；若比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行绿波协调控制；若比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行拥堵协调控制；若比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行绿波协调控制；若比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度或下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行拥堵协调控制；若比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度和下行饱和度均小于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行绿波协调控制。
14.第二方面提供一种交通控制装置。该装置包括：获取模块，用于获取交通路网中的每一路口在第一预设时间段内的车流数据，车流数据包括路口的各方向的车流量，交通路网包括n个路口，n为大于或等于2的整数；获取模块，还用于获取每一路口的路口车流量和主车流方向，路口车流量为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量之和，主车流方向为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量中车流量最大的方向；子区划分模块，用于根据路口车流量与主车流方向对n个路口进行子区划分获得协调路径，协调路径包括串联的至少一个路口；交通控制模块，用于根据车流数据对协调路径进行交通控制。
15.在一种可能的实现方式中，子区划分模块具体用于：在n个路口中确定未进行子区划分且路口车流量最大的路口为目标路口；将目标路口划入到协调路径中；根据目标路口的主车流方向获取关联路口；若关联路口符合预设条件，则确定关联路口为目标路口，返回将目标路口划入到协调路径中的步骤；直至关联路口不符合预设条件，或n个路口中不存在未进行子区划分的路口，输出协调路径。
16.在一种可能的实现方式中，主车流方向包括主流向和主进向，主进向为第一预设时间段内驶入目标路口的车流量最大的方向，主流向为第一预设时间段内从主进向对应的
路段驶向目标路口其他的方向中车流量最大的方向，关联路口包括目标路口的下游路口。
17.在一种可能的实现方式中，关联路口还包括目标路口的上游路口。
18.在一种可能的实现方式中，交通控制模块具体用于：根据车流数据将第一时间段划分为m个协调时间段；获取协调时间段内协调路径的上行车流量、下行车流量以及主路口的上行饱和度和下行饱和度，主路口为协调路径中路口车流量最大的路口，上行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口上行方向的车流量之和，下行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口下行方向的车流量之和；根据上行车流量、下行车流量、上行饱和度和下行饱和度确定协调时间段内协调路径的交通控制方案。
19.在一种可能的实现方式中，车流数据包括每一路口的k个子路口车流量，子路口车流量为路口在第二预设时间段内的各方向的车流量之和，k个第二时间段组成第一时间段，k为大于或等于3的整数，交通控制模块具体还用于：获取协调路径的k个路径车流量和时段数量，路径车流量为协调路径中所有路口在第二预设时间段内的子路口车流量之和；根据路径车流量和时段数量将第一预设时间段分成m个协调时间段，使得m个协调时间段的路径车流量方差之和最小，每一协调时间段包括至少一个第二预设时间段，路径车流量方差为协调时间段对应的路径车流量之间的方差，m为大于或等于2的整数，k大于m。
20.在一种可能的实现方式中，交通控制模块具体还用于：获取上行车流量与下行车流量的比值；若比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行拥堵协调控制；若比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行绿波协调控制；若比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行拥堵协调控制；若比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行绿波协调控制；若比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度或下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行拥堵协调控制；若比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度和下行饱和度均小于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行绿波协调控制。
21.第三方面提供一种交通控制设备。该交通设备包括处理器和存储器，处理器耦接存储器，处理器被配置为基于存储在存储器中的指令，执行如第一方面或其任一可能的实现方式中的交通控制方法。
22.第四方面提供一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行以实现第一方面或其任一可能的实现方式中的交通方法。
附图说明
23.图1为本技术提供的交通控制方法第一实施例的流程示意图；
24.图2为本技术提供的路口的方向的示意图；
25.图3为本技术提供的根据路口车流量与主车流方向对n个路口进行子区划分获得协调路径一实施方式的流程示意图；
26.图4为协调路径上行方向和下行方向的示意图；
27.图5为本技术提供的单向绿波协调控制的示意图；
28.图6为本技术提供的拥堵协调控制的示意图；
29.图7为本技术提供的双向绿波协调控制的示意图；
30.图8为本技术提供的交通控制装置一实施例的结构示意图；
31.图9为本技术提供的交通控制设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
32.本技术实施例提供了一种交通控制方法、装置和设备，以提高交通片区的交通能力。
33.在交通信号优化的场景中，优化的对象是一个交通片区，这个交通片区由若干个交叉路口构成交通路网，合理的交通信号控制能够使交通路网中的时间和空间资源能够分配到各个车流方向，从而提高交通路网的通行速度，缓解交通拥堵。
34.城镇等交通密集的区域，交通路网包括有成千上百个交通路口，交通状况复杂，通过将路网划分成多个独立的子区进行交通信号控制，每个子区包括一个或相邻的多个路口，能够更加灵活、有效地提升城镇交通路网运行效益。交通状态变化是动态的，例如一天之中有些时间段是车流高峰期，有些时间段是平峰期，不同的时间段配置不同的信号控制方案，能够进一步提高交通运行效率。
35.因而，合理的子区划分、时间段分割及信号控制方案，对于提高城镇交通路网的运行效率，降低高峰拥堵具有重要意义。
36.如图1所示，图1为本技术提供的交通控制方法第一实施例的流程示意图。本实施例的执行主体为计算设备。计算设备例如为服务器、计算机、平板电脑和智能手机等具有算力的设备。本实施例包括如下步骤：
37.s101：获取交通路网中的每一路口在第一预设时间段内的车流数据，车流数据包括路口的各方向的车流量。
38.其中，交通路网包括n个路口，n为大于或等于2的整数。
39.第一预设时间段例如为0：00-23：59、0：00-12：00或6：00-23：59、12：00-23：59等。第一时间段根据实际需求确定，本技术对此不做限制。本实施例以第一时间段为0：00-23：59进行说明。
40.虽然交通路网的车流状态具有随机性和动态性，但整体上仍存在一些规律，车流状态跟大众的工作生活密切关联，车流状态大致以周为周期变化。例如工业园区、学校等的附近的交通路网在工作日的车流量会明显高于周末的车流量，周一的车流量可能会高于其他工作日的车流量等，但同一交通路网本周一与上周一交通状况变化不会太大，本周六与上周六交通状况变化也不会太大。因此可以为不同的工作日和周末分别制定不同的交通控制方案进行交通控制，或者为工作日制定一套交通控制方案，为周末制定一套交通控制方案。
41.车流数据为交通路网的历史车流数据，车流数据具体例如为上周同一天的车流数据，或者前面至少两周的同一天的平均车流数据。例如，在为周一制定交通控制方案时，可以获取上周一的车流数据，或者前面4个周一的平均车流数据。对于一些特殊日期，例如节假日、开学日、寒暑假等，则可以获取往年同期车流数据。
42.车流数据包括n个路口中每一路口的各个方向的车流量。例如，当路口为东西和南北方向交叉的十字路口时，该路口包括有由南向北、东、西，由北向南、东、西，由东向西、南、
北，由西向东、南、北，共12个方向，车流数据包括这12个方向的车流量。
43.当然，为了简化统计车流量以及后续计算的复杂度，路口的方向还可以以进向、出向来表示。其中，进向是指车辆驶入到该路口的方向，流向是指车辆驶出该路口的方向。例如，上述的十字路口的方向可分为东进向、东流向、西进向、西流向、南进向、南流向、北进向和北流向8个方向，车流数据包括这8个方向的车流量。t型路口以此类推，此处不再赘述。每一路口具体有多少个方向根据该路口实际情况而定，本技术对此不做限制。例如，当上述的十字路口的北向为单向时，则该路口包括7个方向，该路口的车流数据也就包括7个方向的车流量。本实施例以进向、流向作为路口方向为例进行说明。
44.如图2所示，图2为本技术提供的路口的方向的示意图。
45.本实施例中，车流量是指在一个指定的时间段内通过的车辆数量。例如，第一预设时间段内路口东进向的车流量，是指第一预设时间段内通过路口东进向对应的路段的所有车辆的数量。
46.s102：获取每一路口的路口车流量和主车流方向，路口车流量为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量之和，主车流方向为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量中车流量最大的方向。
47.比较路口各个方向的车流量的大小，将车流量最大的方向确定为该路口的主车流方向。进向和流向之间的车流量可以分开比较，分别得到该路口的主进向和主流向。主进向为第一预设时间段内路口的多个进向方向的车流量中车流量最大的方向，主流向为第一预设时间段内从主进向对应的路段驶向目标路口其他的方向中车流量最大的方向。例如，东进向、西进向、南进向和北进向这4个进行方向的车流量进行比较确定某一路口的主进向为西进向，再获取从西进向对应的路段驶出的车辆进入到该路口的东流向、西流向、南流向和北流向这4个流向方向的路段的车流量，其中车流量最大的流向方向为东流向，那么可以确定主流向为东流向。
48.计算每一路口在第一预设时间段内各方向的车流量之和，得到对应路口的路口车流量。路口的各进向方向车流量之和等于各流向方向车流量之和，本实施例路口车流量可以是指各进向方向车流量之和，或各流向方向车流量之和。
49.s103：根据路口车流量与主车流方向对n个路口进行子区划分获得协调路径，协调路径包括串联的至少一个路口。
50.具体地，将n个路口中未进行子区划分且路口车流量最大的路口作为主路口，筛选与主路口关联性强的路口，得到协调路径。本实施例中，利用路口的主车流方向这一特征寻找与该路口相关联的其他路口。由主车流方向串起的至少两个路口，说明有很多车辆有连续通过这些路口的需求，将这些路口划分到同一子区，即同一协调路径中进行交通控制，在平峰时段更易实现绿波协调控制，在高峰时段则更易通过拥堵协调控制缓解堵塞的情况。主路口的车流量大、交通压力大，其交通状态对整个城镇交通路网的交通状态的影响相较于车流量小的路口更大，影响范围也更广，以主路口为中心划分子区，能够保证主路口的时间和空间资源被合理分配，从而更好地缓解交通压力。
51.具体而言，如图3所示，图3为本技术提供的根据路口车流量与主车流方向对n个路口进行子区划分获得协调路径一实施方式的流程示意图。本实施方式包括如下步骤：
52.s1031：确定n个路口中剩余的未进行子区划分且路口车流量最大的路口为主路
口。
53.s1032：将主路口为目标路口。
54.s1033：将目标路口划入到协调路径中。
55.s1034：根据目标路口的主车流方向获取关联路口。
56.主车流方向例如包括主流向和/或主进向，关联路口包括上游路口和/或下游路口。
57.具体地，根据目标路口的主流向可以确定相邻的下游路口。根据目标路口的主进向可以确定相邻的上游路口。
58.相邻的两个路口通过一个路段连接起来，从而在知晓目标路口的主流向后，根据主流向可以确定主流向对应的路段所连接的相邻路口为下游路口。在知晓目标路口的主进向后，根据主进向可以确定主进向对应的路段所连接的相邻路口为上游路口。
59.当交通路网中不存在目标路口的关联路口，或n个路口中不存在未进行子区划分的路口时，执行s1037。
60.s1035：判断关联路口是否符合预设条件。
61.在获取关联路口后，进一步判断关联路口与目标路口之间的关联性是否符合预设条件。本实施例中可以基于关联路口和目标路口之间的车流比判断关联路口是否符合预设条件。
62.具体地，对于目标路口与下游路口，分别获取目标路口和下游路口的主进向车流量，计算目标路口的主进向车流量与下游路口的主进向车流量的比值，得到第一车流比。判断第一车流比是否大于或等于第一协调阈值，若第一车流比大于或等于第一协调阈值，则确定关联路口符合预设条件，执行s1036；若第一车流比小于第一协调阈值，则确定关联路口不符合预设条件，执行s1037。
63.对于目标路口与上游路口，分别获取目标路口和上游路口的主进向车流量，计算目标路口的主进向车流量与上游路口的主进向车流量的比值，得到第二车流比。判断第二车流比是否大于或等于第二协调阈值，若第二车流比大于或等于第二协调阈值，则确定关联路口符合预设条件，执行s1036；若第二车流比小于第二协调阈值，则确定关联路口不符合预设条件，执行s1037。
64.当关联路口包括上游路口和下游路口时，则第一车流比小于第一协调阈值且第二车流比小于第二协调阈值时，执行s1037。
65.第一协调阈值例如为0.2、0.25、0.5或0.6等，第二协调阈值例如为0.2、0.25、0.5或0.6等。第一协调阈值与第二协调阈值可以相同，也可以不同。
66.本实施例除了根据主车流方向获取关联路口，还进一步判断目标路口与关联路口是否符合预设条件，能够避免协调路径无限延伸、将关联性实际不强的路口划分到同一路口中，从而提高子区划分的准确性。
67.s1036：确定关联路口为目标路口，返回将目标路口划入到协调路径中的步骤。
68.关联路口符合预设条件，则重新确定关联路口为目标路口，返回s1033，继续寻找该目标路口的关联路口。
69.s1037：输出协调路径。
70.当协调路径中有多个路口时，将这些路口合成为一条协调路径并输出。输出协调
路径后，执行s1038。
71.s1038：判断n个路口中是否存在未进行子区划分的路口。
72.若n个路口中存在未进行子区划分的路口，则返回s1301。
73.若不存在，则执行s1039。
74.s1039：结束。
75.s104：根据车流数据对协调路径进行交通控制。
76.在对交通路网进行子区划分得到协调路径后，进一步根据车流数据为协调路径制定交通控制方案，基于交通控制方案对协调路径进行交通控制。
77.本步骤具体包括时间段划分、配置交通控制方案以及根据交通控制方案配时等过程。
78.1.时间段划分
79.针对一天之中不同的时间段协调路径的车流量状态不同的情况，本实施例根据历史车流数据将第一时间段划分为m个协调时间段，使得每一协调时间段协调路径的车流量平稳，从而将高峰期和平峰期更好地分割出来。m为大于或等于2的整数，例如为3、5、8、10、12或15等。
80.本实施例采用动态规划的算法，利用车流量的方差来表征车流在某一段时间内的平稳性，动态规划的目标函数是使得划分出的各时段车流方差的平方和最小。方差越大的时间段，车流量的变化越剧烈；方差越小的时间段，车流量的变化越平缓。
81.车流数据例如包括每一路口的k个子路口车流量，子路口车流量为路口在第二预设时间段内的各方向的车流量之和，k个第二时间段组成第一时间段，k为大于或等于3的整数。k大于m。第二预设时间段的时长例如为5分钟、10分钟、15分钟、20分钟或30分钟等。例如，第一时间段的时长为24小时，第二时间段的时长为5分钟，车流数据包括每一路口的288个字路口车流量。
82.获取协调路径的k个路径车流量和时段数量m，路径车流量为协调路径中所有路口在第二预设时间段内的子路口车流量之和。时段数量m可以是人工配置的，也可以是计算设备预测得到的。根据路径车流量和时段数量将第一预设时间段分成m个协调时间段，使得m个协调时间段的路径车流量方差之和最小。每一协调时间段包括至少一个第二预设时间段，协调时间段的时长是第二预设时间段的时长的整数倍。路径车流量方差为协调时间段对应的路径车流量之间的方差。目标函数表示如下：
[0083][0084]
其中，m为时段数量，vj是划分的第j个协调时间段的路径车流量方差。需要寻找最优的区间切分的点，使得这个目标函数最小。
[0085]
使用动态规划求解。dp[i][j]表示0到j的区间，被切了i(即m-1)刀之后最小的加权平方差之和，所以状态转移方程：
[0086]
dp[i][j]＝min(dp[i-1][k]+vk),1≤k≤j
[0087]
其中，vk表示从k到第j这段时间内，协调路径的车流量的方差值。
[0088]
2.配置交通控制方案
[0089]
获取协调时间段内协调路径的上行车流量、下行车流量以及主路口的上行饱和度
和下行饱和度。上行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口上行方向的车流量之和，下行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口下行方向的车流量之和。如图4所示，图4为协调路径上行方向和下行方向的示意图。图4中，路口a、b、c和d组成协调路径，路口a和路口d为协调路径的两个端点路口，上行方向可以为路口a
→
路口b
→
路口c
→
路口d的方向，下行方向则为路口d
→
路口c
→
路口b
→
路口a的方向。图2中上行方向和下行方向仅作为示例，不理解为对本技术的限制。
[0090]
上行饱和度为协调路径上行方向的实际车流量与设计的通行能力的比值，下行饱和度为协调路径下行方向的实际车流量与设计的通行能力的比值。上行饱和度/下行饱和度大于第二阈值时，可以确定协调路径对应的上行方向/下行方向处于拥堵状态。第二阈值例如为0.8、0.9或1。
[0091]
根据上行车流量、下行车流量、上行饱和度和下行饱和度确定协调时间段内协调路径的交通控制方案。
[0092]
具体地，获取上行车流量与下行车流量的比值。若上行车流量与下行车流量的比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行拥堵协调控制。第一阈值例如为1.8、2或2.5等。上行车流量与下行车流量的比值大于或等于第一阈值，说明上行车流量远大于下行车流量，协调路径的上行方向的交通压力大于下行方向；上行饱和度大于或等于第二阈值，说明协调路径的上行方向处于拥堵状态，需要拥堵协调控制，缓解交通拥挤。若上行车流量与下行车流量的比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行绿波协调控制。上行饱和度小于第二阈值，说明协调路径的上行方向尚未拥堵，但仍然存在一定的交通压力，为了避免进入拥堵状态，对上行方向进行绿波协调控制，提高车辆的行驶速度，提高协调路径的通行效率。
[0093]
若上行车流量与下行车流量的比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行拥堵协调控制。第三阈值例如为0.4、0.5或0.55等。上行车流量与下行车流量的比值小于或等于第三阈值，说明下行车流量远大于上行车流量，协调路径的下行方向的交通压力大于上行方向；下行饱和度大于或等于第二阈值，说明协调路径的下行方向处于拥堵状态，需要拥堵协调控制，缓解交通拥挤。若上行车流量与下行车流量的比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行绿波协调控制。
[0094]
若上行车流量与下行车流量的比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度或下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行拥堵协调控制。上行车流量与下行车流量的比值小于第一阈值且大于第三阈值，说明协调路径上行方向和下行方向车流量相差不大，可以对协调路径的上行方向和下行方向陪着相同的交通控制方案。上行饱和度和下行饱和度存在一者大于或等于第二阈值，而协调路径上行方向和下行方向车流量相差不大，说明协调路径上行方向和下行方向均存在拥堵的状况，则需要对协调路径进行双向的拥堵协调控制。
[0095]
若上行车流量与下行车流量的比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度和下行饱和度中均小于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行绿波协调控制。
[0096]
根据各个协调路径的主路口饱和度以及上/下行车流量的关系，在各个协调时间段选择合理的协调方式。在车流饱和度大的时段和路口，比如早晚高峰时期，算法可能会选择拥堵协调的方式，保证车流在各个路口均衡，防止拥堵，平峰时期，算法可能会选择绿波协调的方式，保证车流通行顺畅。
[0097]
3.根据交通控制方案配时
[0098]
不同的交通控制方案对应不同的协调控制算法为协调路径的配时。
[0099]
3.1单向绿波协调控制方案
[0100]
本方案包括上行方向或下行方向的绿波协调控制。
[0101]
如图5所示，图5为本技术提供的单向绿波协调控制的示意图。单向绿波是指上游车辆到达下游路口时，下游路口绿灯刚好启亮，如果考虑下游路口的排队长度，则“绿波”表现为下游排队车辆刚好消散时，上游车辆也恰好到达下游路口，因此上下游路口之间的相对相位差公式表示为：
[0102][0103]
其中，ф表示协调路径中相邻的路口之间的相对相位差，d是协调路径中相邻的两个路口之间的距离，v是协调速度，q是下游路口排队车辆的消散时间，由排队长度乘以车头时距来进行估算。相对相位差即为协调路径在对应的协调时间段的配时方案。协调速度为绿波速度，指的是保持这个速度可以最大提升车辆通行能力，在路口减少车辆等待红灯的时间。
[0104]
可以理解，本实施例所述的下游路口/上游路口是一个相对的概念，不特指某一个具体的路口。例如，如图4所示，在下行方向，路口b是路口a的下游路口，路口a是路口b的上游路口；在上行方向，路口a是路口b的下游路口，路口b是路口a的上游路口。
[0105]
3.2拥堵协调控制方案
[0106]
本方案包括上行方向和/或下行方向的拥堵协调控制。即单向拥堵协调控制方案和双向拥堵协调控制方案同样适用。
[0107]
如图6所示，图6为本技术提供的拥堵协调控制的示意图。拥堵协调控制一般用在协调路径上的主路口饱和度过高时，需要将主路口的车流压力分散在其他路口。拥堵协调控制由红波协调控制和绿波协调控制组成，拥堵协调控制时，主路口的上游路口采用红波协调控制，主路口的下游路口采用绿波协调控制的方式，其中红波协调的示意图如图6所示，也就是上游车辆恰好碰到下游车辆的红灯。相对相位差为在绿波相位差的基础上减去协调相位的时长，具体表达为：
[0108][0109]
其中，ф表示协调路径中相邻的路口之间的相对相位差，d是协调路径中相邻的两个路口之间的距离，v是协调速度，τ是协调相位的绿灯时长。
[0110]
3.3双向绿波协调控制
[0111]
如图7所示，图7为本技术提供的双向绿波协调控制的示意图。
[0112]
本实施例中的双向绿波协调控制可以采用图解法、数解法、maxband法和multiband法等。本实施例以采用是maxband方法举例说明，该方法通过求解一个混合整数
规划(mip)模型，得到各个路口的相位差，从而实现双向绿波协调。
[0113]
maxband数学规划模型具体包括输入变量、决策变量、优化目标和约束条件。
[0114]
输入变量：
[0115]
c，路口信号周期；第i个路口上行绿灯时长；第i个路口下行绿灯时长；第i个路口上行绿灯超前下行绿灯启亮的时距；相邻路口上行时长；相邻路口下行时长；相邻路口上行排队清理时长；相邻路口下行排队清理时长。
[0116]
决策变量：
[0117]bd
，上行绿波带宽；bu，下行绿波带宽；第i个路口，上行绿灯启亮时刻到滤波带开始时刻之间的时距；第i个路口，上行绿波带结束时刻到绿灯结束时刻之间的时距；第i个路口，下行绿灯启亮时刻到滤波带开始时刻之间的时距；第i个路口，下行绿波带结束时刻到绿灯结束时刻之间的时距；mi，正整数，i＝1，2
…
n-1
[0118]
优化目标：
[0119]
max{bu+bd}
[0120]
约束条件：
[0121][0122][0123][0124][0125]
令为从路口h到路口i的上行方向相对相位差(小于一个周期)：
[0126][0127]
其中，为不大于的最大整数。
[0128]
本实施例中，基于车流主流向的协调子区域划分方法，该方法在饱和交通流和非饱和交通流状态下都适用，且协调路径的划分结果具有可解释性。基于车流平稳性的时段划分方法，该方法根据车流的平稳性对配时时段进行切分，保证配时在每个时段的合理性，且为每条协调路径在不同的车流状态下自动选择不同的协调方式，保证算法在任意车流状态下的适用性。
[0129]
如图8所示，图8为本技术提供的交通控制装置一实施例的结构示意图。
[0130]
交通控制装置800包括：获取模块801，用于获取交通路网中的每一路口在第一预设时间段内的车流数据，车流数据包括路口的各方向的车流量，交通路网包括n个路口，n为大于或等于2的整数。获取模块801，还用于获取每一路口的路口车流量和主车流方向，路口车流量为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量之和，主车流方向为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量中车流量最大的方向。子区划分模块802，用于根据路口车流量与主车流方向对n个路口进行子区划分获得协调路径，协调路径包括串联的至少一个路口。
交通控制模块803，用于根据车流数据对协调路径进行交通控制。
[0131]
在一种可能的实现方式中，子区划分模块具体用于802：在n个路口中确定未进行子区划分且路口车流量最大的路口为目标路口；将目标路口划入到协调路径中；根据目标路口的主车流方向获取关联路口；若关联路口符合预设条件，则确定关联路口为目标路口，返回将目标路口划入到协调路径中的步骤；直至关联路口不符合预设条件，或n个路口中不存在未进行子区划分的路口，输出协调路径。
[0132]
在一种可能的实现方式中，主车流方向包括主流向和主进向，主进向为第一预设时间段内驶入目标路口的车流量最大的方向，主流向为第一预设时间段内从主进向对应的路段驶向目标路口其他的方向中车流量最大的方向，关联路口包括目标路口的下游路口。
[0133]
在一种可能的实现方式中，关联路口还包括目标路口的上游路口。
[0134]
在一种可能的实现方式中，交通控制模块803具体用于：根据车流数据将第一时间段划分为m个协调时间段；获取协调时间段内协调路径的上行车流量、下行车流量以及主路口的上行饱和度和下行饱和度，主路口为协调路径中路口车流量最大的路口，上行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口上行方向的车流量之和，下行车流量为在协调时间段内协调路径中所有路口下行方向的车流量之和；根据上行车流量、下行车流量、上行饱和度和下行饱和度确定协调时间段内协调路径的交通控制方案。
[0135]
在一种可能的实现方式中，车流数据包括每一路口的k个子路口车流量，子路口车流量为路口在第二预设时间段内的各方向的车流量之和，k个第二时间段组成第一时间段，k为大于或等于3的整数，交通控制模块803具体还用于：获取协调路径的k个路径车流量和时段数量，路径车流量为协调路径中所有路口在第二预设时间段内的子路口车流量之和；根据路径车流量和时段数量将第一预设时间段分成m个协调时间段，使得m个协调时间段的路径车流量方差之和最小，每一协调时间段包括至少一个第二预设时间段，路径车流量方差为协调时间段对应的路径车流量之间的方差，m为大于或等于2的整数，k大于m。
[0136]
在一种可能的实现方式中，交通控制模块803具体还用于：获取上行车流量与下行车流量的比值；若比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行拥堵协调控制；若比值大于或等于第一阈值，且上行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的上行方向进行绿波协调控制；若比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行拥堵协调控制；若比值小于或等于第三阈值，且下行饱和度小于第二阈值，则对协调路径的下行方向进行绿波协调控制；若比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度或下行饱和度大于或等于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行拥堵协调控制；若比值小于第一阈值且大于第三阈值，且上行饱和度和下行饱和度均小于第二阈值，则对协调路径的上行方向及下行方向进行绿波协调控制。
[0137]
如图9所示，图9为本技术提供的交通控制设备一实施例的结构示意图。交通控制设备900包括处理器901和存储器902。处理器901耦接存储器902，处理器901被配置为基于存储在存储器902中的指令，执行上述的交通控制方法。
[0138]
交通控制设备例如为电脑、服务器、智能手机和平板等具有算力的设备。
[0139]
交通控制设备900还可以包括显示器(图未示)。显示器具有两个功能，首先是负责用户与算法的交互，包括交通片区的选定、算法的启动、对算法的结果进行更改、审核等，另
外一个功能就是负责对算法计算出来的结果进行展示，例如协调路径的展示、时段划分的展示等。在计算得到配时方案后，通过显示器把数据信息呈现出来，由用户根据数据信息对配时方案进行审核，并对配时不合理的地方进行修改与调整。通过人工加ai算法的交互式，保证了配时结果的有效性和安全性，在实际情况中，交通车流数据往往会出现一些异常，ai算法得到的配时结果可能会不可靠，采用人工交互的模式能够保证配时结果的安全性，同时ai算法提供了人工所不具备的计算能力，使得配时具有有效性。
[0140]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机执行时实现上述任一方法实施例的交通控制方法流程。
[0141]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0142]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0143]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0144]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0145]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

技术特征：
1.一种交通控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取交通路网中的每一路口在第一预设时间段内的车流数据，所述车流数据包括所述路口的各方向的车流量，所述交通路网包括n个路口，所述n为大于或等于2的整数；获取每一所述路口的路口车流量和主车流方向，所述路口车流量为所述路口在所述第一预设时间段内的所述各方向的车流量之和，所述主车流方向为所述路口在所述第一预设时间段内的所述各方向的车流量中车流量最大的方向；根据所述路口车流量与所述主车流方向对所述n个路口进行子区划分获得协调路径，所述协调路径包括串联的至少一个所述路口；根据所述车流数据对所述协调路径进行交通控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述路口车流量与所述主车流方向对所述n个路口进行子区划分获得协调路径包括：在所述n个路口中确定未进行子区划分且所述路口车流量最大的所述路口为目标路口；将所述目标路口划入到所述协调路径中；根据所述目标路口的所述主车流方向获取关联路口；若所述关联路口符合预设条件，则确定所述关联路口为所述目标路口，返回将所述目标路口划入到所述协调路径中的步骤；直至所述关联路口不符合所述预设条件，或所述n个路口中不存在未进行子区划分的所述路口，输出所述协调路径。3.据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主车流方向包括主流向和主进向，所述主进向为所述第一预设时间段内驶入所述目标路口的车流量最大的方向，所述主流向为所述第一预设时间段内从所述主进向对应的路段驶向所述目标路口其他的方向中车流量最大的方向，所述关联路口包括所述目标路口的下游路口。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述关联路口包括所述目标路口的上游路口。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述车流数据对所述协调路径进行交通控制包括：根据所述车流数据将所述第一时间段划分为m个协调时间段；获取所述协调时间段内所述协调路径的上行车流量、下行车流量以及主路口的上行饱和度和下行饱和度，所述主路口为所述协调路径中所述路口车流量最大的所述路口，所述上行车流量为在所述协调时间段内所述协调路径中所有路口上行方向的车流量之和，所述下行车流量为在所述协调时间段内所述协调路径中所有路口下行方向的车流量之和；根据所述上行车流量、所述下行车流量、所述上行饱和度和所述下行饱和度确定所述协调时间段内所述协调路径的交通控制方案。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述车流数据包括每一所述路口的k个子路口车流量，所述子路口车流量为所述路口在第二预设时间段内的所述各方向的车流量之和，k个所述第二时间段组成所述第一时间段，所述k为大于或等于3的整数，所述根据所述车流数据将所述第一时间段划分为m个协调时间段包括：获取所述协调路径的k个路径车流量和时段数量，所述路径车流量为所述协调路径中
所有路口在所述第二预设时间段内的所述子路口车流量之和；根据所述路径车流量和所述时段数量将所述第一预设时间段分成所述m个协调时间段，使得所述m个协调时间段的所述路径车流量方差之和最小，每一所述协调时间段包括至少一个所述第二预设时间段，所述路径车流量方差为所述协调时间段对应的所述路径车流量之间的方差，所述m为大于或等于2的整数，所述k大于所述m。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述根据所述上行车流量、所述下行车流量、所述上行饱和度和所述下行饱和度确定所述协调时间段内所述协调路径的交通控制方案包括：获取所述上行车流量与所述下行车流量的比值；若所述比值大于或等于第一阈值，且所述上行饱和度大于或等于第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向进行拥堵协调控制；若所述比值大于或等于第一阈值，且所述上行饱和度小于第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向进行绿波协调控制；若所述比值小于或等于第三阈值，且所述下行饱和度大于或等于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述下行方向进行拥堵协调控制；若所述比值小于或等于第三阈值，且所述下行饱和度小于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述下行方向进行绿波协调控制；若所述比值小于所述第一阈值且大于所述第三阈值，且所述上行饱和度或所述下行饱和度大于或等于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向及所述下行方向进行拥堵协调控制；若所述比值小于所述第一阈值且大于所述第三阈值，且所述上行饱和度和所述下行饱和度均小于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向及所述下行方向进行绿波协调控制。8.一种交通控制装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于获取交通路网中的每一路口在第一预设时间段内的车流数据，所述车流数据包括所述路口的各方向的车流量，所述交通路网包括n个路口，所述n为大于或等于2的整数；所述获取模块，还用于获取每一所述路口的路口车流量和主车流方向，所述路口车流量为所述路口在所述第一预设时间段内的所述各方向的车流量之和，所述主车流方向为所述路口在所述第一预设时间段内的所述各方向的车流量中车流量最大的方向；子区划分模块，用于根据所述路口车流量与所述主车流方向对所述n个路口进行子区划分获得协调路径，所述协调路径包括串联的至少一个所述路口；交通控制模块，用于根据所述车流数据对所述协调路径进行交通控制。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述子区划分模块具体用于：在所述n个路口中确定未进行子区划分且所述路口车流量最大的所述路口为目标路口；将所述目标路口划入到所述协调路径中；根据所述目标路口的所述主车流方向获取关联路口；若所述关联路口符合预设条件，则确定所述关联路口为所述目标路口，返回将所述目
标路口划入到所述协调路径中的步骤；直至所述关联路口不符合所述预设条件，或所述n个路口中不存在未进行子区划分的所述路口，输出所述协调路径。10.据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述主车流方向包括主流向和主进向，所述主进向为所述第一预设时间段内驶入所述目标路口的车流量最大的方向，所述主流向为所述第一预设时间段内从所述主进向对应的路段驶向所述目标路口其他的方向中车流量最大的方向，所述关联路口包括所述目标路口的下游路口。11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述关联路口为所述目标路口的上游路口。12.根据权利要求8至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述交通控制模块具体用于：根据所述车流数据将所述第一时间段划分为m个协调时间段；获取所述协调时间段内所述协调路径的上行车流量、下行车流量以及主路口的上行饱和度和下行饱和度，所述主路口为所述协调路径中所述路口车流量最大的所述路口，所述上行车流量为在所述协调时间段内所述协调路径中所有路口上行方向的车流量之和，所述下行车流量为在所述协调时间段内所述协调路径中所有路口下行方向的车流量之和；根据所述上行车流量、所述下行车流量、所述上行饱和度和所述下行饱和度确定所述协调时间段内所述协调路径的交通控制方案。13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述车流数据包括每一所述路口的k个子路口车流量，所述子路口车流量为所述路口在第二预设时间段内的所述各方向的车流量之和，k个所述第二时间段组成所述第一时间段，所述k为大于或等于3的整数，所述交通控制模块具体还用于：获取所述协调路径的k个路径车流量和时段数量，所述路径车流量为所述协调路径中所有路口在所述第二预设时间段内的所述子路口车流量之和；根据所述路径车流量和所述时段数量将所述第一预设时间段分成所述m个协调时间段，使得所述m个协调时间段的所述路径车流量方差之和最小，每一所述协调时间段包括至少一个所述第二预设时间段，所述路径车流量方差为所述协调时间段对应的所述路径车流量之间的方差，所述m为大于或等于2的整数，所述k大于所述m。14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述交通控制模块具体还用于：获取所述上行车流量与所述下行车流量的比值；若所述比值大于或等于第一阈值，且所述上行饱和度大于或等于第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向进行拥堵协调控制；若所述比值大于或等于第一阈值，且所述上行饱和度小于第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向进行绿波协调控制；若所述比值小于或等于第三阈值，且所述下行饱和度大于或等于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述下行方向进行拥堵协调控制；若所述比值小于或等于第三阈值，且所述下行饱和度小于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述下行方向进行绿波协调控制；若所述比值小于所述第一阈值且大于所述第三阈值，且所述上行饱和度或所述下行饱
和度大于或等于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向及所述下行方向进行拥堵协调控制；若所述比值小于所述第一阈值且大于所述第三阈值，且所述上行饱和度和所述下行饱和度均小于所述第二阈值，则对所述协调路径的所述上行方向及所述下行方向进行绿波协调控制。15.一种交通控制设备，其特征在于，所述交通设备包括处理器和存储器，所述处理器耦接所述存储器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如权利要求1-7中任一项所述的交通控制方法。16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现权利要求1至7任意一项所述的交通方法。

技术总结
本申请实施例公开了一种交通控制方法、装置及设备，用于提高交通路网的运行效率。该方法包括：获取交通路网中的每一路口在第一预设时间段内的车流数据，车流数据包括路口的各方向的车流量，交通路网包括N个路口；获取每一路口的路口车流量和主车流方向，路口车流量为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量之和，主车流方向为路口在第一预设时间段内的各方向的车流量中车流量最大的方向；根据路口车流量与主车流方向对N个路口进行子区划分获得协调路径，协调路径包括串联的至少一个路口；根据车流数据对协调路径进行交通控制。据车流数据对协调路径进行交通控制。据车流数据对协调路径进行交通控制。


技术研发人员：鄢文刚 李哲宇
受保护的技术使用者：华为云计算技术有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2023/6/4