基于大數據分析平臺的交通信號動態控制方法

黃晶 中設設計集團股份有限公司

基于大數據分析平臺的交通信號動態控制方法

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本文介紹了一種基于大數據分析平臺的交通信號動態控制方法，包括以下步驟：數據采集；歷史信息；分析；預測、預警、決策；動態反饋控制；通過實時采集區域內人流、車流、排隊和擁堵情況以及道路、環境的實際情況，根據最大交通流量需要以及道路網絡交叉口的信號燈狀態，動態調整多個道路交叉口信號燈的配時時間，達到最優控制效果，在大數據分析平臺的支持下，可以實現多個交叉口信號燈的協同聯動控制，解決目前高密度交通狀態下多交叉口的聯動控制，以達到區域交通優化控制的目的。

大數據 平臺 交通信號 動態控制

1 引言

城市道路交叉口交通信號的控制對于交通流的分配，和道路交通通行流量具有重要作用。現有城市區域道路交叉口信號控制主要采用單點控制、干線綠波帶控制，以及區域協同控制，大多數基于稀疏交通流的前提條件。隨著城市人口擁有車輛數的快速增長與城市規模的的不斷擴大，交通流越來越呈現高密度的重交通流情況，城市交通道路的發展難以滿足交通流量需求的不斷增長，擁堵問題日益嚴重。一方面，隨著城市交通系統的信息化發展，交通管理與控制系統趨于大型化、復雜化發展，系統涉及的信息和數據已經具備大數據的特點。另一方面，隨著計算機與網絡技術的不斷發展，特別是智能計算、數據挖掘、大數據分析算法等技術的不斷發展，計算機系統處理海量信息和大數據的能力不斷提高，使得通過云計算、大數據等的信息技術手段實現智能化的交通管理與控制成為可能。

2 方法介紹

基于大數據分析平臺的交通信號動態控制方法該包括如下步驟：

第一，通過對城市交通區域內每個交叉口各相位信號燈狀態信息，各交叉口人、車，以及每條路段、環境信息的實時數據采集，獲得當前區域內的人流、車流、排隊和擁堵狀態。采集得到的數據信息包括人流密度、速度、人流量、車輛密度、速度、車流量、車輛排隊長度、排隊等侯時間、短時擁堵隊列長度、延誤時間、停車次數、道路飽和度、車道總體流量及其分布。

第二，導入區域內一段時間內每個交叉口的人、車，每條路段、環境的歷史信息及規律，便于下一步的區域交通擁堵狀態和行為的趨勢的分析與預測。歷史信息及規律包括該段區域內過去一小時、十二小時、一天二十四小時、一周、一月、一季度、半年、一整年、以及過去兩年內的人、車、路、環境的人流量、車流量，道路交通流量、發生事故率、道路與環境的通行能力與狀態變化等統計信息與得到的歷史趨勢規律。

第三，在一定的統計分析方法，智能算法及大數據分析平臺等的支撐下，結合當前城市交通區域內每個交叉口人、車，以及每條路段、環境信息的實時數據，以及歷史信息及規律，進行當天區域內的交通擁堵狀態和行為趨勢進行分析與預測。通過預測與分析，可以得到該區域下一時間周期內，如一天、一周等的交通流量趨勢，擁堵態勢等可能的發展趨勢與規律。該統計分析方法主要包括：主成分分析、多元統計分析、均值、方差、標準差分析以及參數估計、非參數估計等各種統計學方法。其中智能算法主要包括：人工神經網絡算法、決策樹算法、貝葉斯學習算法、機器學習算法以及數據挖掘算法等；大數據分析平臺具體實現各種智能算法，同時具備交通系統各種大數據的分析處理能力，包括交通視頻、圖像、文本等數據信息的分析處理。

第四，結合當前區域內的每條路段道路設計標準規范、道路通行能力，進行動態預測、預警；同時，依據相應的控制措施調整預案，對紅綠燈配時、分流、誘導等控制策略的動態決策。具體控制過程為如果車輛隊列排隊長度超過允許的長度閾值，則調整當前隊列下游交叉口車隊方向交通相位綠燈時間；具體配時根據動態變化的車輛排隊長度，以及單點配時控制方式進行計算，動態配置綠燈時間。同理，如果人流隊列密度和長度超過運行的閾值，則調整當前隊列交叉口行人方向交通相位綠燈時間；具體配時根據動態變化的人流排隊密度、長度以及單點配時控制方式進行計算，動態配置綠燈時間。其余各交通相位狀態按照此方式進行動態調整。在高密度情況下，下游交叉口的車流密度或車輛排隊長度過長，則會進一步影響上游路段的交通。因此，這里需要一種區域流量分配策略或預案，比如整體區域網絡均衡策略，要求區域內交通流量盡量保持各路段平衡分配，來對區域內整體交通進行管理和控制。如此，即可基于該流量分配策略或預案，進一步對下游和上游交叉口的信號燈進行配時控制，完成對紅綠燈配時、分流、誘導等控制策略的動態決策。預案主要包括紅綠燈配時調整策略、交通誘導分流預案，臨時交通管制措施等。

第五，實施控制措施之后，車流量等交通狀態在一定的時間周期內會有一定的變化，可能改善或惡化。通過將控制措施實施后得到的交通狀態的改善與惡化效果以及信號系統狀態反饋到實時數據采集階段，動態優化和調整下一階段的流程和步驟，形成閉環的反饋控制過程。

3 小結

基于大數據分析平臺的交通信號動態控制方法是根據現代城市道路交通發展管理控制系統的需要，結合智能計算、大數據分析等信息技術，提出的技術方案能夠實現多個交叉口信號燈的協同聯動控制，解決目前高密度交通狀態下多交叉口的聯動控制，可以達到城市道路交通區域優化控制的目的。

[1]林艷.大數據在我國高速公路中的應用探討[J].北方交通,2016（5）:162-164

[2]曹光.大數據在高速公路行業的應用[J].數字技術與應用,2016（7）:108-109