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基于视频信息的交叉口信号控制优化方法研究

基于视频信息的交叉口信号控制优化方法研究

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作者：陶薇同延边大学

学位级别：硕士

随着我国经济的发展,城镇人口增多,步行交通量随之增大,但很多交叉口的信号配时控制并不完善,不能合理地同时满足机动车和行人的通行效率,导致交叉口交通秩序混乱、安全隐患增加,严重影响交叉口运行效率和节能减排效益。随着信息技术的... 详细信息

随着我国经济的发展,城镇人口增多,步行交通量随之增大,但很多交叉口的信号配时控制并不完善,不能合理地同时满足机动车和行人的通行效率,导致交叉口交通秩序混乱、安全隐患增加,严重影响交叉口运行效率和节能减排效益。随着信息技术的发展,对于智能交通的研究也越来越广泛,如何运用智能技术对城市交叉口的信号配时进行优化更具有重要的现实意义。目前国内的交叉口信号控制多以机动车为主,没有充分考虑到行人过街的问题。因此,在促进人车和谐出行的大环境下,通过视频处理技术和遗传算法优化交叉口信号控制,不仅有利于合理设置行人信号时间,也有利于行人过街安全,同时也减少了机动车延误及人车冲突问题,提高了整个交叉口的运行效率和安全系数。首先,论文提出了随着车流量的变化而自适应调整阈值的背景获取及阴影检测算法。该算法根据车流量的不同而采用不同的背景提取和更新方法提取出运行车辆,然后再利用虚拟线圈检测方法得到交叉口的车流量数据;通过对行人过街的交通特性的研究,采用AdaBoost分类器对行人流量进行检测。其次,由于目前大多数交叉口只设有控制直行和左转的专用信号灯,而右转机动车并未设专用信号灯,所以论文分析了行人与右转机动车冲突问题,考虑到车头时距会随着交通流量的变化而发生改变,结合机动车抢行概率及双向行人流的阻滞作用,提出了改进的机动车平均延误和行人平均延误的计算方法。最后,以行人平均延误、机动车平均延误和交叉口的通行能力作为性能控制指标,提出了考虑行人因素的多目标优化配时方案。本论文利用遗传算法对多目标函数的各个性能指标进行求解。通过论文中的配时方法和现在采用的配时方法及Webster方法的对比研究,为优化配时方案的应用提供了理论支持。实验结果表明,本论文提出的改进的配时方法与现在采用的配时方法及Webster方法求得的配时方法相比,性能指标有明显的提高。基于自适应阈值的背景提取和阴影检测方法能有效地从交通视频中检测出运行车辆,并通过虚拟线圈的检测方法测得平均车流量检测精度为85%左右。此外,文中采用的AdaBoost行人检测方法可排除路口复杂环境的大部分影响,检测准确率大于 75%。

关键词：多目标配时优化模型自适应阈值机动车延误行人延误遗传算法

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城市交通拥堵路段的交叉口信号配时多目标优化

城市交通拥堵路段的交叉口信号配时多目标优化

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作者：邓朝东北农业大学

学位级别：硕士

随着经济的快速发展,交通需求也在不断增长。如今,交通拥堵已成为城市中的严峻问题,直接影响是长时间的延误、较长的车辆排队,从而导致交通运行效率的降低。此外,它也会导致交通运输性能的降低,如燃料消耗和空气污染量等指标的增加。随... 详细信息

随着经济的快速发展,交通需求也在不断增长。如今,交通拥堵已成为城市中的严峻问题,直接影响是长时间的延误、较长的车辆排队,从而导致交通运行效率的降低。此外,它也会导致交通运输性能的降低,如燃料消耗和空气污染量等指标的增加。随着可持续发展成为当代世界发展的主题,降低能耗并减少尾气排放量也成为近些年来的研究热点。然而大多数现有的信号时序模型,其重点是交通运行效率,很少考虑外部环境效益。因此,通过道路交通的控制和优化,在交通效率和环境效益之间进行有意义的权衡,具有重要的理论和实际意义。论文主要研究了城市交通拥堵路段的交叉口信号配时的多目标优化调整策略,衡量优化效果的三个目标函数分别是交叉口的车辆总延误,排队长度和CO排放量。提出了一种PSO-GA混合算法进行模型求解,该算法引入遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的交叉和变异算子,并结合粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)的全局最优导引能力,可以更好、更快地获得最优解。将Synchro交通仿真软件与各种方案和算法结合在一起,评估不同时序方案(包括现有方案、Synchro优化方案、GA模型和提出的PSO-GA模型)的优劣。论文的主要研究成果如下:(1)建立低碳条件下的城市交叉口信号配时多目标优化模型,并使用PSO-GA混合算法进行模型求解。引入反映交通效率和环境效益偏好的两个权系数将多目标优化问题转变为单目标最小化问题。PSO-GA混合算法用于求解多目标问题,该算法以GA算法和PSO算法为基础,并结合两种算法的优点,具有收敛快和稳定性好的特点。PSO-GA方案在现有交通条件下,能最大程度的改善交通条件和外部环境。(2)利用Synchro仿真软件进行交叉口的仿真模拟和优化。根据Synchro系统的交叉口信号优化功能,重新进行交叉口的配时和优化,生成Synchro优化方案。同时使用Synchro系统模拟交叉口的不同时序方案,基于仿真结果获取当前车流量状况下的最优方案,并对不同信号配时方案的优劣进行评价。(3)以武汉市某路口为例,在低碳条件下进行城市交叉口配时多目标优化。比较GA算法和PSO-GA算法的性能指标值发现,PSO-GA混合算法是求解信号配时问题的有效方法。利用Synchro系统,评估PSO-GA模型下的九种不同情境(表明不同交通效率和环境效益偏好)。通过分析获得了最优权重优化策略,并发现排放水平由环境效益与交通效率综合决定,降低环境效益并不意味着交通运行状况的改善。对比各种配时方案的道路优化效果,提出的PSO-GA最优方案能实现更好的信号优化控制,获得低碳条件下更高的交通效率。

关键词：多目标配时优化模型碳排放 PSO-GA模型 Synchro交通模拟

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