基于聚类分析的信号交叉口相位组合优化方法研究
聚类算法在智能交通系统中的应用研究
聚类算法在智能交通系统中的应用研究智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）是利用先进的信息技术和感知设备对交通流进行监控、管理和调度的系统。
随着城市交通流量的不断增加和交通拥堵问题的日益严重，如何优化交通系统，提高交通效率成为了迫切需要解决的问题。
聚类算法作为一种数据分析技术，在智能交通系统中发挥着重要的作用。
通过聚类算法，我们可以对交通数据进行分析和分类，从而实现精确的交通状况评估和智能化的交通管理。
首先，聚类算法可以帮助我们对交通数据进行预处理。
在智能交通系统中，我们通常会收集大量的交通数据，包括车辆位置数据、路口信号数据等。
这些数据可能存在噪声和冗余信息，难以直接分析和应用。
聚类算法能够帮助我们对数据进行降维和清洗，去除冗余信息，并将数据分类和分组。
其次，聚类算法可以帮助我们对交通流进行预测和分析。
通过对历史交通数据的聚类分析，我们可以探索不同时间段和区域的交通流特征和规律，预测未来的交通流量和拥堵情况，并采取相应的措施进行调度和管理。
例如，聚类算法可以将交通流量分为高峰期和低峰期，并在高峰期提出合理的交通控制策略，以减少交通拥堵。
另外，聚类算法可以帮助我们发现城市交通网络中的瓶颈和瓶颈区域。
通过聚类算法，我们可以对交通网络中的交叉口、道路和区域进行分析和分类，找出交通瓶颈和拥堵问题的源头，并提出相应的改进措施。
例如，聚类算法可以将路口按照车辆密度分为高密度和低密度区域，在高密度区域增加红绿灯的时间，以提高交通流量和减少拥堵。
此外，聚类算法还可以帮助我们优化交通信号控制系统。
交通信号控制是智能交通系统中的重要组成部分，它决定了交通流量的顺畅与否。
通过聚类算法对交通数据进行分析和分类，我们可以根据不同区域和时间段的交通特征，优化信号控制系统的参数和算法，提高交通流畅度和减少交通拥堵。
例如，聚类算法可以将交通数据分为高速公路、城市主干道和小区道路等不同类型，针对不同类型的道路采取相应的信号控制策略，提高交通效率。
交叉口信号控制模型与基于深度学习的优化方法
可以利用深度学习模型学习和 理解交通流的动态特性，进而
优化信号灯的配时方案。
此外，深度学习还可以结合其 他交通管理手段，如智能车辆 、交通诱导等，实现更加智能 化、协同化的交叉口交通管理 。
03
基于深度学习的交叉口信号优化 模型
模型架构与设计
架构设计
基于深度学习的交叉口信号优化 模型通常采用多层神经网络结构 ，包括输入层、隐藏层和输出层 ，以捕捉交通数据的复杂特征。
对未来工作的建议
进一步拓展多模态交通数据的应用
未来的研究可以探索如何利用多来源、多模态的交通数据（如公交、地铁、共 享单车等），进一步完善交叉口信号控制模型，并提高深度学习在其中的优化 效果。
强化模型的可解释性与鲁棒性
在深度学习模型的开发过程中，应注重提高模型的可解释性，以便更好地理解 模型的决策过程。同时，要加强模型的鲁棒性研究，以确保模型在不同场景和 条件下的稳定性和可靠性。
输入数据
模型的输入通常包括交通流量、 车速、车辆排队长度等实时交通 数据，以及交叉口几何形状、信
号灯配时等静态数据。
输出结果
模型的输出为目标信号灯的配时 方案，用于控制交叉口的交通流
。
数据收集与处理
数据收集
收集大量的实时交通数据，包括交通摄像头、线圈检测器、GPS 轨迹等数据源，确保数据的准确性和全面性。
从而提高交通运行效率。
减少交通事故
合理的信号控制可以减少交叉口的 冲突点，降低交通事故发生的概率 ，保障行车安全。
优化城市交通布局
交叉口信号控制可以引导交通流向 ，有助于优化城市交通布局，提高 整个交通网络的运行效率。
传统信号控制模型介绍
定时控制
根据历史交通数据和经验，预先设定 好信号灯的配时方案。这种控制方式 简单，但无法应对实时的交通变化。
信号交叉口优化设计
案下的交通运行状况。
优化设计方案提出及实施效果评估
优化目标
提高交叉口通行效率，减少车辆等待时间，缓解交通拥堵 。
优化措施
调整信号配时方案，采用多时段控制、感应控制等先进技 术。
方案实施
对优化后的信号配时方案进行实施，包括硬件设备更新和 软件系统调试。
效果评估
通过交通流量监测、问卷调查等方式对优化效果进行评估 ，结果显示优化后交叉口通行效率明显提高，车辆等待时 间减少，交通拥堵得到缓解。
左转车道优化
针对左转交通流较大的交叉口，可设 置左转待转区或左转专用车道，提高 左转车辆通行效率。
人行道设计
优化人行道布局，提高行人过街安全 性和便利性。
智能交通技术应用
交通信号控制
交通检测与诱导
采用自适应信号控制技术等手段，实现交 叉口信号配时的智能化和实时化。
利用交通检测技术获取实时交通流信息， 通过可变情报板等手段对交通流进行诱导 和分流。
未来研究方向展望
1
进一步研究信号交叉口优化模型在不同交通场景 下的适用性和优化效果，如考虑非机动车和行人 等交通参与者的影响。
2
探索信号交叉口优化模型与其他交通管理措施的 协同作用，如与智能交通系统、公共交通优先等 策略的融合应用。
3
针对信号交叉口优化模型的算法和实现技术进行 深入研究，提高模型的计算效率和实时性，以满 足实际应用的需求。
确保交叉口设计符合交 通安全标准，降低交通
事故风险。
效率性原则
提高交叉口通行能力， 减少交通拥堵现象。
舒适性原则
优化交通流组织，提高 行车舒适性和乘客满意
度。
环保性原则
减少交叉口车辆排放和 噪音污染，提升城市环
378-基于相位相序的交叉口信号配时优化研究
f Cqmin / 3600 2
（4）
在一般情况下，建议不改变原有转向车道，否则与直行车道组合。
3 实例分析
以成都市高升桥交叉口为例子，分别使用传统 4 相位配时方法和结合道路渠化条件的 NEMA 相位设计对其进行了仿真研究。交叉口的车道设置和交通量（图上所示交通量分别 为右转、直行、左转高峰小时交通量）如图 4 所示。交叉口现有相位和信号配时图如图 5 所示。东西向的交通流量较大，因此分配较多的绿灯时间，现有的配时为标准的传统 4 相位 配时方案，周期为 90s，黄灯时间均为 3s。
374 436 185
275 750 228 81 728 170
80 354 86
图 4 交叉口的车道设置和交通流量图
32s
交叉口交通信号相位优化技术研究
Ｆ
衰 １ 交叉 口 ： 交通漉时阔需求衰 弱号 有效绿灯时问 Ｃ秒 ）
ｌ ５５ １
２
ｌ３ Ｏ０
ｌ４ ８ ５６ ２ ６ ２６ ９ ５ 镌 儿６ ６
＇ ３ 、 ４
５ ６ ７ ８
短 的 信 号 周 期 是提 高通 行 能 力 的 基 本 方
— —
要 求 一 组 满 足 相 位 优 化 设 计 思 想 的 相 位 组 合 ， 决 这 个 问 题 的 方 法 是 以 网 解 络 图的形式列 出所有可能 的相位 ， 据 根
之 和；
相位优化的原理与方法
通 过 一 个 交 叉 口 的 例 子 具 体 说 明
ｌ Ｌ
＇ １ ｆ
＾ Ｂ
相 位 优 化 的 原 理 和 求 解 优 化 相 位 组 合
的 方法 。
ｎ— — 冲 突 点 总 和 。 为 了保 证 交 叉 口的 交 通 安 全 ，为 了 使 车 辆 顺 利 通 过 交 叉 口 ， 应 该 通 过 设 就 置交 通 信 号 灯 和 各 种 相 位 组 合 ， 少 冲 减 突 点 个 数 ， 低 冲 突 点 对 交 通 流 的 影 响 降
‘＇ 、ｌ ；
基于有序加权平均算子的交叉口信号配时优化研究的开题报告
基于有序加权平均算子的交叉口信号配时优化研究的开题报告一、选题背景及意义随着交通流量的不断增加，城市交通拥堵问题日益严重，交叉口信号配时优化成为提高道路通行能力和交通流量的有效途径。
传统的配时优化方法主要基于经验公式和专家经验，缺乏科学性和可靠性。
因此，开展交叉口信号配时优化研究，探索更为科学、实用的优化方法具有重要的研究意义和现实意义。
现有的交叉口信号配时优化方法中，有序加权平均算子是一种常用的优化方法，其能够综合考虑多种交通指标，实现信号配时的最优化。
因此，本文拟以有序加权平均算子为核心，探究交叉口信号配时优化研究。
二、研究内容及预期目标本研究旨在基于有序加权平均算子，探究交叉口信号配时优化方法，并对其进行验证和评估。
具体研究内容如下：1.综述交叉口信号配时优化研究发展现状，分析现有优化方法的局限性和挑战。
2.研究有序加权平均算子的原理和应用方法，分析其在交叉口信号配时优化中的作用。
3.基于有序加权平均算子，构建交叉口信号配时优化模型，并进行实验验证。
4.评估交叉口信号配时优化模型的改进效果，分析其在实际道路运行环境中的适应性和可行性。
预期目标：1.构建基于有序加权平均算子的交叉口信号配时优化模型。
2.实验验证交叉口信号配时优化模型的优化效果，并得出实验结果。
3.评估交叉口信号配时优化模型的改进效果，并分析其在实际道路运行环境中的适应性和可行性。
三、研究方法及路径1.研究方法本研究将采用文献资料法、数学模型分析法、实验验证法等方法，根据当前交叉口信号配时优化研究的现状和需求，从有序加权平均算子的基础理论和实际应用出发，构建交叉口信号配时优化模型，并进行实验验证和效果评估。
2.研究路径(1)文献综述：对当前交叉口信号配时优化的研究现状进行系统总结和分析，明确研究的背景和前提条件。
(2)有序加权平均算子研究：探究有序加权平均算子的原理、运算方法和应用场景，分析其在交叉口信号配时优化中的作用。
(3)交叉口信号配时优化模型构建：基于有序加权平均算子，构建交叉口信号配时优化模型，并对模型进行分析和验证。
基于多目标优化相邻两交叉口信号配时研究
目录一、问题重述随着城市化水平的提高，机动车数量急剧增加，城市交通拥堵问题日益严重。
平面交叉口是道路交通的主要冲突点，不仅机动车数量多，而且行人和非机动车也在同一平面通过。
定时控制这种传统信号灯控制方法会造成某些方向绿时浪费，而在有些方向上车辆通行又延误严重。
因此，智能交通信号控制成为了主要控制手段，优化交叉口信号配时是提高交叉口运行效率最有效的方法之一。
现有武汉市某相邻两交叉口A、B交通数据如表1所示，交叉口A 的第一、二、三、四相位时间分别为56s、23s、35 s、26s。
测得两个交叉口的相位差为8 s，交叉口B 的第一、二、三、四相位时间分别为47 s、21s、39 s、22s。
每个相位时间都包括3s黄灯时间、1s红灯时间。
表 1 交通数据交通数据交通流量/(PCU·h-1) 车均延误时间/s左转直行右转左转直行右转武汉市A交叉口东进口366 1394 98 西进口295 166 72 南进口525 408 300 北进口100 394 576武汉市B交叉口东进口802 1154 576 西进口450 304 329 南进口169 420 84 北进口132 535 90为有效指导提高实际平面交叉口的通行能力和服务水平，减少城市交通网的交通延误，改善城市交通现状，要解决的问题有：●设计通用模型与算法，对交通信号进行配时优化研究；●求解出改善后的交通信号配时方案并进行仿真检验；●从时间复杂度、空间复杂度、收敛性进行对比分析，对模型进行进一步优化。
二、问题分析这是一个配时优化问题，根据武汉市两相邻平面交叉路口A、B的交通数据对交通信号配时方案进行优化，以提高实际平面交叉口的通行能力和服务水平，减少城市交通网的交通延误，改善城市交通现状。
问题的特点在于A、B为两个相邻的交叉路口，且交通信号为四种相位。
问题的难点在于所建立的模型在充分考虑单交叉口各进口处车辆流向和流量的基础上需要将A、B连接起来加以协调控制，构成干线交叉口交通信号的协调控制系统，以减少相交道路车流对干线车流的干扰。
交叉口信号控制模型与基于深度学习的优化方法
04
交叉口信号控制模型的深度学 习优化实践
数据采集与预处理
01
数据采集
通过交通摄像头、传感器等设备 采集交叉口车辆流量、车速、等 待时间等数据。
数据清洗
02
03
数据标注
去除异常值、缺失值，对数据进 行格式化处理，为模型训练提供 准确数据。
对采集的数据进行标注，如车辆 类型、行驶方向等，为模型训练 提供参考。
实时自适应模型
该模型在自适应模型的基础上，进一步提高了实时性，能够 更好地应对突发交通状况。但需要更复杂的算法和硬件支持 。
强化学习模型
该模型采用强化学习算法来优化信号灯的配时方案，能够在 不确定的环境中自主学习和决策。具有较好的实时性和适应 性，但需要大量的数据和计算资源。
03
基于深度学习的优化方法
交叉口信号控制模型与基于 深度学习的优化方法
汇报人： 2023-12-25
目录
• 引言 • 交叉口信号控制模型 • 基于深度学习的优化方法 • 交叉口信号控制模型的深度学
习优化实践 • 结论与展望
Hale Waihona Puke 01引言研究背景与意义
01
02
03
交通拥堵问题
随着城市交通流量的增长 ，交叉口成为交通拥堵的 主要瓶颈之一。
模型训练与验证
1 2
模型选择
选择合适的深度学习模型，如卷积神经网络（ CNN）、循环神经网络（RNN）等，用于交叉 口信号控制优化。
模型训练
使用采集的数据进行模型训练，调整模型参数， 提高模型的预测准确性和泛化能力。
3
模型验证
使用独立的验证数据集对模型进行验证，评估模 型的性能和效果。
优化效果评估
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于聚类分析的信号交叉口相位组合优化方法研究
发表时间：2019-05-28T09:10:23.730Z 来源：《城镇建设》2019年第03期作者：康睿蒋雨洋张康宇[导读] 信号相位设计作为信号交叉口交通设计的核心问题，虽然已经在某些方面进行了研究，但仍然缺乏。
济南市公安局交通警察支队山东济南250000
摘要：人们常说的使用信号机控制交通流称为交通信号控制。
交通信号控制的目的是与交通量相适应,用时间比分配给相互交错的交通流通行权,以形成畅通且有秩序的交通流。
为此,交通信号控制的工作为显示及控制参数的决定。
交叉口作为城市交通网络的关键节点，是不同部分的连接器，使车辆和行人连续运行。
随着城市交通发展的不断完善，人们逐渐意识到交叉路口交通设计的重要性。
信号相位设计作为信号交叉口交通设计的核心问题，虽然已经在某些方面进行了研究，但仍然缺乏。
关键词：相位结构设计流程；相位组合优化；相位切换优化
1交叉口信号相位相序设置分析
在交叉口的信号配时过程中，将信号相位引入的主要目的是把交叉口内可能会存在着相互冲撞或互相干扰行驶的交通流适当隔离，使其达到交叉口交通冲突和干扰的最小化。
信号配时的关键之处则是信号相位设计，其不仅影响了配时方案的准确性，并直接影响道路交叉口的交通安全和通行能力。
交通灯相位是信号灯控制的一个主要特征，即在信号相位的设置下，对不同方向的交通流按照次序分别给予交通控制绿灯—黄灯—红灯信号。
定义如下：在一个信号周期内每个相位的时段，一股或几股车流，在同一个时间获得完全相同的交通灯色指示，这个连续：“绿—黄—红”时间段称作一个信号相位。
在每一个信号相位，灯色显示时序都是“绿—黄—红”的循环。
一个信号周期可以分别对不同方向交通流分配不同的相位，根据交叉口的交通流状况，可以设计成2相位、3相位、4相位、6相位和8相位等。
各个信号相位周期性交替获得绿灯显示，即通过交叉口的“通行权”。
“通行权”的每一次转换就称为一个信号相位阶段。
一个信号周期则由按照预先设置的所有相位时间段之各构成。
当交叉口的左转车流较大时，应该设置专用左转车道，每个周期内平均到达3辆以上时，应该考虑左转专用相位。
交叉口需要划分相位的主要是各条道路的直行交通和左转车道交通。
由于右转交通通常是允许的，因此一般情况下右转不单独考虑相位，但是当行人自行车等交通与右转交通流冲突严重时，需要考虑设置单独的右转相位。
一个标准的十字路口有十二种车辆运动方式，分别是直行（东-西，西-东，南-北，北-南），小转（东-北，西-南，北-西，南-东），大转（东-南，西-北，北-东，南-西）。
这十二种运动可以分为四组： 1）东西直行：东-西，西-东，东-北，西-南
2）南北直行：南-北，北-南，南-东，北-西
3）东南西北：东-南，西-北
4）北东南西：北-东，南-西
四组信号灯需要不同的信号控制，也就是四个不同的相位，不同的相位批次独立，互不干扰。
相位设置信息主要是信号周期、红灯时间、绿灯时间，绿灯时间最后2-3秒为黄灯。
各相位的周期相等，需要单独设置。
此外为了让前一个相位清空车辆，在前一个相位亮红灯后2秒后一个相位才能亮绿灯。
交叉口信号相位的设置是需要根据每个交叉口的具体情况来考虑的。
一般情况下，相位数越少，整体交通延误会越小。
然而，当交叉口的各个方向交通流都很大时，在同一个相位内部产生过多交通流质检的冲突，则必须设置更多相位才能够给各个方向交通流分配合理“路权通行”绿灯，减少在相位时间段内的冲突，增加交通安全和通行效率。
2信号搭接相序优化
搭接相位是采用对称放行且直行左转分属不同相位的路口，在该相位放行期间，某进口左转和直行同时放行，而对向进口左转和直行均停车等待的情形。
如在南北直行和南北左转之间，设置了北口单放的搭接相位。
搭接相位主要适用于进口道交通流不对称的情形；另外，在协调控制中，搭接相位的合理设置在一定程度上对双向绿波的设置能够起到积极作用。
以济宁市崇文大道与东外环交叉口为例，早高峰信号现状其中东西南北四向进口的右转信号灯常亮，黄灯时间为3s，信号周期总长为151s。
现状交叉口信号配时方案如下：第一相位南北直行47s；第二相位南北左转22s；第三相位东西直行45s；第四相位东西左转25s。
根据调查可得到交叉口各车道的流量流向.为了便于衡量转向车流和直行车流的流向，需要将转向车流量当量化为等效的直行车流量以统一标准。
东向：直行944；左转48；右转78
南向：直行686；左转219；右转86
西向：直行1654；左转177；右转69
北向：直行975；左转249；右转95
通过本次交叉口的渠化设计，根据空间渠化方案确定崇文大道与东外环交叉口的信号相序图如。
方案采用五相位的信号配时，分别为第一相位：东西向直行和右转，第二相位：西向直行、左转和右转，第三相位：东西向左转，第四相位：南北向直行和右转，第五项位：南北向左转和右转。
1）交叉口参数
东向直行4车道，左转1车道；西向直行4车道，左转1车道；南向直行左转均为2车道；北向直行左转均为2车道。
2）标准车道通行能力计算
东向直行和左转还原标准车道通行能力分别为1927.71pcu/h和888.89pcu/h；西向直行和左转还原标准车道通行能力分别为2141.90pcu/h和1391.30pcu/h；南向直行和左转还原标准车道通行能力分别为2236.02pcu/h和2424.24pcu/h；北向直行和左转还原标准车道通行能力分别为2236.02pcu/h和2424.24pcu/h。
3）设计通行能力计算
东向直行和左转设计车道通行能力分别为1627pcu/h和889pcu/h；
西向直行和左转设计车道通行能力分别为1606pcu/h和1043pcu/h；
南向直行和左转设计车道通行能力分别为1642pcu/h和1952pcu/h；
北向直行和左转设计车道通行能力分别为1624pcu/h和1952pcu/h；
4）项位优化
东向直行和左转车道交通流量比分别为0.15和0.05；
西向直行和左转车道交通流量比分别为0.26和0.17；
南向直行和左转车道交通流量比分别为0.21和0.06；
北向直行和左转车道交通流量比分别为0.30和0.06
最终方案确定为五相位，分别是：第一相位东西直行30s；第二相位西口单方25s；第三项位东西左转20 参考文献：
[1]赵靖,付晶燕,杨晓光信号控制交叉口动态车道功能优化方法同济大学学报:自然科学版,2013,41(7):996-1001.
[2]赖进恒,陈小鸿交叉口进口车道功能动态划分的实现方法研究]交通标准化,2012(5):53-58
[3] 道路与交通工程研究学会,交通信号控制指南国现行规范出与李克平,译北录:中国速筑工业出社,20。