一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法与流程

1.本发明属于道路控制技术领域，具体为一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法。


背景技术：

2.随着我国经济社会的高速发展和城市化进程的推进,机动车的数量日益增加,随之带来的城市交通问题也日益凸显。诸如交通拥堵、交通事故和汽车尾气造成的环境污染等问题,对城市区域路网的通行效率和市政交通管理都造成了严重的影响,城市交通管理者们迫切需要寻找合理高效的交通管制方案解决这些问题。而在影响城市区域交叉口通行能力的众多因素中,交叉口信号灯优化控制是至关重要的因素之一,也是现代交通管理的主要内容。利用在线实时交通仿真系统,城市交通管理者可以观察分析区域交通流变化,建立线上仿真环境再现真实交通流状态,并优化调节信号灯配时相位和参数,模拟不同交通场景,利用在线交通仿真验证信号灯方案的有效性。这样的系统已成为交通方案辅助决策的有效实验工具和探索平台。
3.在现有技术中，公开号为：“cn110209068a”的专利：“一种红绿灯配时优化与仿真模拟方法”，通过对不同车道数路口的相位，编写不同的相位控制脚本，并且通过计算不同车道数路口配时时长，进行相位调控和车辆控制，实现红绿灯配时仿真模拟。存在需要对不同的车道数路口进行不同的相位脚本编写，适应性不强的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，以解决背景技术中提出的，现有技术中，存在需要对不同的车道数路口进行不同的相位脚本编写，适应性不强的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，包括以下步骤：
7.步骤s1，在模型中选中需要进行信号灯配时编辑的路口，并生成虚拟信号灯控制机；
8.步骤s2，在选中的路口生成信号灯模型；
9.步骤s3，对生成的信号灯模型进行编辑，添加信号灯控制方案；
10.步骤s4，对有待行区的路口进行待行区添加与移动；
11.步骤s5，完成信号灯方案编辑，并对信号灯进行模拟仿真。
12.根据上述技术方案，步骤s2中，信号灯模型生成具体为：
13.步骤a1，获取路口信息；
14.步骤a2，根据道路信息获取路口顶点信息，顶点用于放置信号灯；
15.步骤a3，根据道路朝向路口的方向，调整信号灯朝向；
16.步骤a4，根据道路路口法线向量，调整信号灯法线方向；
17.步骤a5，根据道路路口的车道数，调整信号灯的指示灯数量；
18.步骤a6，将信号灯与对应道路及对应车道进行关联；并完成信号灯的生成。
19.根据上述技术方案，步骤a1中，路口信息包括路口连接道路信息，每条道路的车道数量信息。
20.根据上述技术方案，步骤s3中，添加信号灯控制方案具体为：
21.步骤b1，设置信号灯运行仿真总时长；
22.步骤b2，设置信号灯运行周期；
23.步骤b3，设定信号灯不同指示灯的运行时长，完成信号灯方案的设置。
24.根据上述技术方案，指示灯的设置为：首先在路口生成方便选择的道路直行、左转及右转标识，然后添加相位1，输入该相位时间，在标识上选择该相位允许通行的方位，点击标识变为绿色；
25.重复上述过程，直至添加多个相位将所有周期时间占满，即为一个路口信号灯一个周期添加完毕。
26.根据上述技术方案，在相位设置中还包括指示灯闪烁设置。
27.根据上述技术方案，步骤s4中，待行区的路口设置具体为：
28.首先，根据起始车道的位置，计算对应的左转目标车道，得到起始车道与左转目标车道的位置后，计算得到起始车道与左转目标车道的中点，根据起始车道中点与目标车道中点及路口中点，计算得到曲线路径；然后在曲线路径的四分之一处生成待行区。
29.根据上述技术方案，计算曲线路径具体为：
30.b2(t)＝(1
–
t)2p0+2t(1
–
t)p1+t2p2,t∈[0,1]
[0031]
式中，p0为第一点，p1为中间点，p2为结束点，t为时间，b(t)为贝塞尔曲线b随时间的变化。
[0032]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0033]
1、通过本发明中的方法，提高了仿真系统的适配性，本发明中的信号灯配时方法适应现行道路中的所有路口，能够减少不必要的重复调整工作。
[0034]
2、本发明中的方法能包括任意相位，每一相位包含任意车道轨迹，可以基本适应所有情况下对路口配时方案的生成。
[0035]
3、本发明中的配时方法能够实现对路口待行区以及信号灯位置的编辑，方便了对待行区以及信号灯位置的调整，使得本发明中的方法能够适应不同的路口。
[0036]
4、本发明中的配时方法在模拟仿真中还可以通过设置多个不同的信号灯控制方案，实现不同方案之间的切换，方便对信号灯模拟仿真的控制，提高仿真效率，效果优异。
附图说明
[0037]
图1为本发明路口建设示意图；图2为本发明路口选择与信号机添加示意图；图3为本发明方案设置与相位添加加示意图；图4为本发明不同相位添加示意图；图5为本发明信号灯位置摆放示意图；图6为本发明待行区添加示意图；
图7为本发明待行区位置修改示意图；图8为本发明信号灯仿真运行示意图；图9为本发明信号灯控制路口车辆运动情况示意图；图10为本发明信号灯正确计时示意图；图11为本发明不同路口信号灯实测示意图；图12为本发明曲线路径示意图。
具体实施方式
[0048]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049]
实施例一
[0050]
如图1至图8所示，一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，包括以下步骤：
[0051]
步骤s1，如图2所示，在模型中选中需要进行信号灯配时编辑的路口，并生成虚拟信号灯控制机；
[0052]
步骤s2，在选中的路口生成信号灯模型；
[0053]
步骤s3，如图3、图4和图5所示，对生成的信号灯模型进行编辑，添加信号灯控制方案；
[0054]
步骤s4，如图6和图7所示，对有待行区的路口进行待行区添加与移动；
[0055]
步骤s5，如图8所示，完成信号灯方案编辑，并对信号灯进行模拟仿真。
[0056]
1、通过本发明中的方法，提高了仿真系统的适配性，本发明中的信号灯配时方法适应现行道路中的所有路口，能够减少不必要的重复调整工作。
[0057]
2、本发明中的方法能包括任意相位，每一相位包含任意车道轨迹，可以基本适应所有情况下对路口配时方案的生成。
[0058]
3、本发明中的配时方法能够实现对路口待行区以及信号灯位置的编辑，方便了对待行区以及信号灯位置的调整，使得本发明中的方法能够适应不同的路口。
[0059]
4、本发明中的配时方法在模拟仿真中还可以通过设置多个不同的信号灯控制方案，实现不同方案之间的切换，方便对信号灯模拟仿真的控制，提高仿真效率，效果优异。
[0060]
实施例二
[0061]
本实施例为实施例一的进一步细化。步骤s2中，信号灯模型生成具体为：
[0062]
步骤s2中，信号灯模型生成具体为：
[0063]
步骤a1，获取路口信息；
[0064]
步骤a2，根据道路信息获取路口顶点信息，顶点用于放置信号灯；
[0065]
步骤a3，根据道路朝向路口的方向，调整信号灯朝向；
[0066]
步骤a4，根据道路路口法线向量，调整信号灯法线方向；
[0067]
步骤a5，根据道路路口的车道数，调整信号灯的指示灯数量；
[0068]
步骤a6，将信号灯与对应道路及对应车道进行关联；并完成信号灯的生成。
[0069]
步骤a1中，路口信息包括路口连接道路信息，每条道路的车道数量信息。
[0070]
具体的，根据道路信息获取路口顶点信息，根据顶点信息，计算出顶点1的位置，用于自动放置信号灯。
[0071]
道路朝向路口的方向向量d＝m0-m1；用于自动更改信号灯朝向道路路口法线向量n＝p0-p1；用于自动更新信号灯法线方向。
[0072]
然后根据车道数，比如1车道、2车道或者3车道，生成信号灯包含1个指示灯、2个指示灯或3个指示灯。
[0073]
将信号灯与对应道路及对应车道进行关联，如道路默认有直行，左转及右转属性，对应信号灯左转灯控制车辆是否允许左转，直行灯控制车辆是否允许直行，右转灯控制车辆是否允许右转。
[0074]
实施例三
[0075]
本实施例为实施例一的进一步细化。步骤s3中，添加信号灯控制方案具体为：
[0076]
步骤b1，设置信号灯运行仿真总时长；
[0077]
步骤b2，设置信号灯运行周期；
[0078]
步骤b3，设定信号灯不同指示灯的运行时长，完成信号灯方案的设置。
[0079]
指示灯的设置为：首先在路口生成方便选择的道路直行、左转及右转标识，然后添加相位1，输入该相位时间，在标识上选择该相位允许通行的方位，点击标识变为绿色；
[0080]
重复上述过程，直至添加多个相位将所有周期时间占满，即为一个路口信号灯一个周期添加完毕。
[0081]
在相位设置中还包括指示灯闪烁设置。
[0082]
具体为，信号灯添加方案如下图3所示，对于路口信号灯可以添加多个方案，添加方案首先是设置方案运行时间段，如0-1200秒。为仿真开始后前1200秒路口信号灯按该方案运行；
[0083]
其次是设置信号灯运行周期，例如周期共120秒，然后设置相位，如下图三与图四所示。相位(信号控制交叉口，其每一种控制状态(一种通行权)，即对各种进口道不同方向所显示的不同灯色的组合，称为一个信号灯相位)
[0084]
首先在路口生成方便选择的道路直行、左转及右转标识。然后添加相位1，输入该相位时间，在标识上选择该相位允许通行的方位，点击标识变为绿色。
[0085]
以上过程重复多次，直至添加多个相位将所有周期时间占满，即为一个路口信号灯一个周期添加完毕。
[0086]
在相位设置中可以选择该路口是否添加红闪，绿闪，黄灯及全红时间，根据我国道路信号灯相关规定，黄灯跟随在绿灯后，红闪，绿闪分别为红灯最后几秒和绿灯最后几秒，全红时间为一个相位结束后几秒。以上可以基本满足路口信号灯不同的设置需求。
[0087]
实施例四
[0088]
本实施例为实施例一的进一步细化。步骤s4中，待行区的路口设置具体为：
[0089]
首先，根据起始车道的位置，计算对应的左转目标车道，得到起始车道与左转目标车道的位置后，计算得到起始车道与左转目标车道的中点，根据起始车道中点与目标车道中点及路口中点，计算得到曲线路径；然后在曲线路径的四分之一处生成待行区。
[0090]
如图12所示，计算曲线路径具体为：
[0091]
b2(t)＝(1
–
t)2p0+2t(1
–
t)p1+t2p2,t∈[0,1]
[0092]
式中，p0为第一点，p1为中间点，p2为结束点，t为时间，b(t)为贝塞尔曲线b随时间的变化。
[0093]
如图12所示，待行区轨迹起点为p0，道路中心点为p1，目标车道中心点为p2，可以根据公式绘制出如图所示曲线，其中从起点p0出发大致四分之一长度生成待行区，待行区长度可编辑，待行区宽度与起始车道宽度一致，弯曲程度与该曲线一致。
[0094]
实施例五
[0095]
本发明的发明构思为：本实施例采用un i ty3d搭建虚拟场景，对路口及周边道路及地形进行还原，模拟现实中路口的场景。
[0096]
第一步，路口三维实景建设。首先需要建设一个虚拟路口及周边的道路。
[0097]
第二步，场景相机移动到需要设置路口信号的路口处，选中路口；
[0098]
第三步，输入待添加的配时信号灯名称，确认后，在路口自动生成对应路口的红绿灯模型，及待编辑的路口信号灯相位配时面板。
[0099]
第四步，可以选择添加方案，进入路口信号灯方案添加面板，对该方案进行相位编辑，编辑相位时，选择相位对应的车道及转向标识，输入相位时间，完成一个相位的添加，所有相位编辑完成后，计算该信号灯方案总时间。
[0100]
第五步，选择信号灯的类型，信号灯类型包括，黄闪，红闪和绿闪，信号灯类型可多选，所有类型默认时间为3秒。可以填写方案运行时间段和启动时间，该配置可以让该路口信号灯方案自由的在仿真不同时间触发。可以极大的方便进行路口多方案模拟。
[0101]
第六步，编辑方案完成后，回到信号控制机界面，可以选择设置信号灯灯头位置，具体如下：
[0102]
点击信号灯位置按钮，进入信号灯位置编辑状态，在路口上点击鼠标选择想要编辑位置的信号灯，选择后信号灯将跟随鼠标位置移动，再次点击鼠标进行放置，然后点击信号灯位置按钮退出信号灯位置编辑状态。通过该信号灯位置按钮，可以方便的实现路口信号灯位置摆放功能。
[0103]
第七步，可以选择设置路口待行区，具体如下：
[0104]
1、点击路口待行区按钮，进入路口待行区编辑状态，在路口相关联的道路上点击要生成待行区的车道，点击后，路口对应车道自动生成路口待行区，生成路口待行区自动与车道宽度匹配，弯曲度根据路口转向标识通往对应的车道。
[0105]
2、生成的待行区，可以通过点击待行区头部的标示线，然后鼠标前后拖动进行方便的拉长或减短。
[0106]
第八步，如图9、图10和图11所示，进行系统模拟，信号灯会根据配置的时间进行灯色的变换，时间的显示，及最重要的对路口进行管理，使用户可以方便的模拟道路信号灯运行状态，并观察车辆在路口的拥堵情况，然后修改信号灯配时，或者增加新的信号灯配时，可以自由的配置路口信号灯运行方案，然后观察或者获取关于不同信号灯配时情况下路口拥堵情况，车辆排队情况的报告，有效缓解路口拥堵情况。
[0107]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非
排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0108]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤s1，在模型中选中需要进行信号灯配时编辑的路口，并生成虚拟信号灯控制机；步骤s2，在选中的路口生成信号灯模型；步骤s3，对生成的信号灯模型进行编辑，添加信号灯控制方案；步骤s4，对有待行区的路口进行待行区添加与移动；步骤s5，完成信号灯方案编辑，并对信号灯进行模拟仿真。2.根据权利要求1所述的一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：步骤s2中，信号灯模型生成具体为：步骤a1，获取路口信息；步骤a2，根据道路信息获取路口顶点信息，顶点用于放置信号灯；步骤a3，根据道路朝向路口的方向，调整信号灯朝向；步骤a4，根据道路路口法线向量，调整信号灯法线方向；步骤a5，根据道路路口的车道数，调整信号灯的指示灯数量；步骤a6，将信号灯与对应道路及对应车道进行关联；并完成信号灯的生成。3.根据权利要求2所述的一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：步骤a1中，路口信息包括路口连接道路信息，每条道路的车道数量信息。4.根据权利要求1所述的一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：步骤s3中，添加信号灯控制方案具体为：步骤b1，设置信号灯运行仿真总时长；步骤b2，设置信号灯运行周期；步骤b3，设定信号灯不同指示灯的运行时长，完成信号灯方案的设置。5.根据权利要求4所述的一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：指示灯的设置为：首先在路口生成方便选择的道路直行、左转及右转标识，然后添加相位，输入该相位时间，在标识上选择该相位允许通行的方位，点击标识变为绿色；重复上述过程，直至添加多个相位将所有周期时间占满，即为一个路口信号灯一个周期添加完毕。6.根据权利要求5所述的一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：在相位设置中还包括指示灯闪烁设置。7.根据权利要求1所述的一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：步骤s4中，待行区的路口设置具体为：首先，根据起始车道的位置，计算对应的左转目标车道，得到起始车道与左转目标车道的位置后，计算得到起始车道与左转目标车道的中点，根据起始车道中点与目标车道中点及路口中点，计算得到曲线路径；然后在曲线路径的四分之一处生成待行区。8.根据权利要求7所述的一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，其特征在于：计算曲线路径具体为：b2(t)＝(1
–
t)2p0+2t(1
–
t)p1+t2p2,t∈[0,1]式中，p0为第一点，p1为中间点，p2为结束点，t为时间，b(t)为贝塞尔曲线b随时间的变化。

技术总结
本发明公开了一种可视化路口信号灯通用快速配时仿真模拟方法，包括以下步骤：步骤S1，在模型中选中需要进行信号灯配时编辑的路口，并生成虚拟信号灯控制机；步骤S2，在选中的路口生成信号灯模型；步骤S3，对生成的信号灯模型进行编辑，添加信号灯控制方案；步骤S4，对有待行区的路口进行待行区添加与移动；步骤S5，完成信号灯方案编辑，并对信号灯进行模拟仿真。通过本发明中的方法，提高了仿真系统的适配性，本发明中的信号灯配时方法适应现行道路中的所有路口，能够减少不必要的重复调整工作。作。作。


技术研发人员：刘双侨 黄世贤 邓鸿耀 王一峰
受保护的技术使用者：四川易方智慧科技有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/6/26