基于大数据分析平台的交通信号动态控制方法

黄晶 中设设计集团股份有限公司

基于大数据分析平台的交通信号动态控制方法

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本文介绍了一种基于大数据分析平台的交通信号动态控制方法，包括以下步骤：数据采集；历史信息；分析；预测、预警、决策；动态反馈控制；通过实时采集区域内人流、车流、排队和拥堵情况以及道路、环境的实际情况，根据最大交通流量需要以及道路网络交叉口的信号灯状态，动态调整多个道路交叉口信号灯的配时时间，达到最优控制效果，在大数据分析平台的支持下，可以实现多个交叉口信号灯的协同联动控制，解决目前高密度交通状态下多交叉口的联动控制，以达到区域交通优化控制的目的。

大数据 平台 交通信号 动态控制

1 引言

城市道路交叉口交通信号的控制对于交通流的分配，和道路交通通行流量具有重要作用。现有城市区域道路交叉口信号控制主要采用单点控制、干线绿波带控制，以及区域协同控制，大多数基于稀疏交通流的前提条件。随着城市人口拥有车辆数的快速增长与城市规模的的不断扩大，交通流越来越呈现高密度的重交通流情况，城市交通道路的发展难以满足交通流量需求的不断增长，拥堵问题日益严重。一方面，随着城市交通系统的信息化发展，交通管理与控制系统趋于大型化、复杂化发展，系统涉及的信息和数据已经具备大数据的特点。另一方面，随着计算机与网络技术的不断发展，特别是智能计算、数据挖掘、大数据分析算法等技术的不断发展，计算机系统处理海量信息和大数据的能力不断提高，使得通过云计算、大数据等的信息技术手段实现智能化的交通管理与控制成为可能。

2 方法介绍

基于大数据分析平台的交通信号动态控制方法该包括如下步骤：

第一，通过对城市交通区域内每个交叉口各相位信号灯状态信息，各交叉口人、车，以及每条路段、环境信息的实时数据采集，获得当前区域内的人流、车流、排队和拥堵状态。采集得到的数据信息包括人流密度、速度、人流量、车辆密度、速度、车流量、车辆排队长度、排队等侯时间、短时拥堵队列长度、延误时间、停车次数、道路饱和度、车道总体流量及其分布。

第二，导入区域内一段时间内每个交叉口的人、车，每条路段、环境的历史信息及规律，便于下一步的区域交通拥堵状态和行为的趋势的分析与预测。历史信息及规律包括该段区域内过去一小时、十二小时、一天二十四小时、一周、一月、一季度、半年、一整年、以及过去两年内的人、车、路、环境的人流量、车流量，道路交通流量、发生事故率、道路与环境的通行能力与状态变化等统计信息与得到的历史趋势规律。

第三，在一定的统计分析方法，智能算法及大数据分析平台等的支撑下，结合当前城市交通区域内每个交叉口人、车，以及每条路段、环境信息的实时数据，以及历史信息及规律，进行当天区域内的交通拥堵状态和行为趋势进行分析与预测。通过预测与分析，可以得到该区域下一时间周期内，如一天、一周等的交通流量趋势，拥堵态势等可能的发展趋势与规律。该统计分析方法主要包括：主成分分析、多元统计分析、均值、方差、标准差分析以及参数估计、非参数估计等各种统计学方法。其中智能算法主要包括：人工神经网络算法、决策树算法、贝叶斯学习算法、机器学习算法以及数据挖掘算法等；大数据分析平台具体实现各种智能算法，同时具备交通系统各种大数据的分析处理能力，包括交通视频、图像、文本等数据信息的分析处理。

第四，结合当前区域内的每条路段道路设计标准规范、道路通行能力，进行动态预测、预警；同时，依据相应的控制措施调整预案，对红绿灯配时、分流、诱导等控制策略的动态决策。具体控制过程为如果车辆队列排队长度超过允许的长度阈值，则调整当前队列下游交叉口车队方向交通相位绿灯时间；具体配时根据动态变化的车辆排队长度，以及单点配时控制方式进行计算，动态配置绿灯时间。同理，如果人流队列密度和长度超过运行的阈值，则调整当前队列交叉口行人方向交通相位绿灯时间；具体配时根据动态变化的人流排队密度、长度以及单点配时控制方式进行计算，动态配置绿灯时间。其余各交通相位状态按照此方式进行动态调整。在高密度情况下，下游交叉口的车流密度或车辆排队长度过长，则会进一步影响上游路段的交通。因此，这里需要一种区域流量分配策略或预案，比如整体区域网络均衡策略，要求区域内交通流量尽量保持各路段平衡分配，来对区域内整体交通进行管理和控制。如此，即可基于该流量分配策略或预案，进一步对下游和上游交叉口的信号灯进行配时控制，完成对红绿灯配时、分流、诱导等控制策略的动态决策。预案主要包括红绿灯配时调整策略、交通诱导分流预案，临时交通管制措施等。

第五，实施控制措施之后，车流量等交通状态在一定的时间周期内会有一定的变化，可能改善或恶化。通过将控制措施实施后得到的交通状态的改善与恶化效果以及信号系统状态反馈到实时数据采集阶段，动态优化和调整下一阶段的流程和步骤，形成闭环的反馈控制过程。

3 小结

基于大数据分析平台的交通信号动态控制方法是根据现代城市道路交通发展管理控制系统的需要，结合智能计算、大数据分析等信息技术，提出的技术方案能够实现多个交叉口信号灯的协同联动控制，解决目前高密度交通状态下多交叉口的联动控制，可以达到城市道路交通区域优化控制的目的。

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