專利名稱：交叉口間的交通協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利申請涉及一種多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，由中心計算機和時鐘幾乎同步的備交叉口信號控制裝置組成，通過輸入各交叉口間路程長度、路段道路渠劃數(shù)、交叉口內(nèi)路面長度、交叉口內(nèi)路面的道路渠劃數(shù)等固定不變的空間幾何參數(shù)，由交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的中心計算機根據(jù)交通需求分布情況和用戶要求，包括希望車輛行駛公示速度范圍、交叉口參與協(xié)調(diào)控制的相位的最小綠燈時間和最大綠燈時間，離線或者在線進行優(yōu)化設(shè)計，或者對離線設(shè)計好的參數(shù)進行選擇確定，輸出各交叉口的統(tǒng)一周期、相位差、綠信比等參數(shù)，交給各交叉口的信號控制裝置執(zhí)行。通過交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的這些輸出參數(shù)，各交叉口可以“寸土必爭，分秒必爭”，充分利用交叉口時間和空間資源盡可能多地控制放行交通流。
背景技術(shù)：
眾所周知，對于干線或由干線構(gòu)成的道路網(wǎng)來說，由于上游交叉口的信號燈控制，車流將以隊列形式從上游交叉口離開，并以隊列形式到達下游交叉口。如果交叉口之間有好的協(xié)調(diào)控制，到達下游交叉口時就有可能遇到綠燈順利通過；如果交叉口之間沒有好的協(xié)調(diào)控制，到達下游交叉口時也有可能遇到紅燈而受阻等候。所以需要研究多個交叉口信號配時之間的協(xié)調(diào)控制問題。盡可能減弱交叉口對交通的交叉口阻尼作用。
干道交通信號協(xié)調(diào)控制是一維線性的控制，也是最基本的協(xié)調(diào)控制。實施的是干道直行機動車交通流優(yōu)先的策略，又稱“線控”系統(tǒng)?！熬€控”系統(tǒng)用于城市的主干道上，由中心計算機和時鐘幾乎同步的各交叉口信號控制裝置組成，讓干道上若干連續(xù)交叉口有節(jié)奏地變化綠燈，使在該干道線上綠波帶中按公示規(guī)定的車速跟隊行駛的直行機動車在第一個交叉口遇綠燈通過后，在到達下一個交叉口時也能遇上綠燈。這種交通控制在我國稱為“綠波”控制。希望可能減弱紅燈信號對直行機動車交通流的阻尼作用。
通常有一種在時間-路程長度圖上描述的交通干道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的“綠波帶”模型，如附圖1所示，用兩條連接各個交叉口綠燈放行時間的等時間間隔圖線表示，這兩條線分別代表綠波帶車隊第一輛車和最后一輛車的行駛軌跡，這兩條線之間的空間被稱為“綠波帶”，這兩條線之間的時間間隔被稱為“帶寬”，時間-路程長度圖中的縱、橫坐標分別表示機動車在干道上的位置和機動車行駛到該位置所用時間，綠波帶寬對周期時長的百分比稱為系統(tǒng)的綠波效率。
干道交通信號協(xié)調(diào)控制理論要求參與信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的各交叉口應該信號周期相同；各交叉口的放行綠燈的時間與信號周期的比值即所謂綠信比可以不同；但必須使相鄰交叉口信號間的相位差與直行機動車交通流車輛在其間的行程時間相適應。要保證相位差準確無誤必須要求各交叉口信號控制時鐘幾乎同步。
目前，有3種方法確定干道交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)周期長、綠信比和相位差。一是通過人工計算或圖解分析(李江等的《交通工程學》162-170頁，人民交通出版社，2002年)；二是采用離線計算機技術(shù)(史忠科等人的《交通控制系統(tǒng)導論》一書的113-118頁，科學出版社，2003)；三是采用在線計算機技術(shù)(陸化普的《智能運輸系統(tǒng)》一書的316-334頁，人民交通出版社，2002年)。陸化普，李瑞敏，朱茵，《智能交通系統(tǒng)概論》(北京市中國鐵道出版社，2004年)在199-228頁，詳細介紹了7種典型的國外交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。我國的交通部、公安部和南京市共同組織相關(guān)單位聯(lián)合攻關(guān)，研制建成了南京城市交通控制系統(tǒng)(代號2443，簡稱NUTCS)。
利用計算機數(shù)字計算技術(shù)可以把基于時間-路程長度圖的設(shè)計方法抽象轉(zhuǎn)化成種種數(shù)字方法。簡單論述了2相位雙向設(shè)計一維信號協(xié)調(diào)控制功能的圖解法和數(shù)解法。簡單介紹了設(shè)計二維區(qū)域信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的一種數(shù)字方法。詳細介紹了3種典型的國外交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。交通部、公安部、南京市就建成了南京城市交通控制系統(tǒng)(代號2443，簡稱NUTCS)。
協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計的最優(yōu)指標是使系統(tǒng)的綠波效率達到最大。由于各交叉口之間路程長度不等和雙向行駛車流量的差別，綠波帶寬很難占到各交叉口綠燈通行時間的百分之百，而且上下行2個方向的綠波帶寬可以設(shè)計得不相同。最理想的綠波設(shè)計是使綠波帶寬達到關(guān)鍵交叉口沿控制方向放行的綠燈通行時間。
但所有這些方法實際設(shè)計出的定時信號協(xié)調(diào)控制參數(shù)卻往往都達不到理想的效果。很難讓用戶滿意。
主要問題是，進入綠波帶的車輛，按公示規(guī)定的車速跟隊行駛，總會逐漸落伍，過了幾個路口之后就趕不上綠波帶了。有許多機動車為了趕上綠波帶，就出現(xiàn)了“超速”現(xiàn)象和違章“闖紅燈”搶信號現(xiàn)象。
史忠科等人的《交通控制系統(tǒng)導論》對“NUTCS”系統(tǒng)評價說“NUTCS系統(tǒng)結(jié)合了SCOOT與SCAT的優(yōu)點，是我國完全國產(chǎn)化自行設(shè)計建成的第一個適合中國混合交通條件及路網(wǎng)密度低、路口間路程長度懸殊的城市道路條件的交通控制系統(tǒng)。但在運行中也表現(xiàn)出如下方面的不足之處…機動車與非機動車控制模式尚不完善，車流相互影響的現(xiàn)象仍大量存在，限制了控制效果…”。
總之，如此眾多的國內(nèi)外的涉及多個平面交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，其實際設(shè)計運行的系統(tǒng)參數(shù)卻都往往達不到理想的效果。廣大用戶和市民，甚至設(shè)計者本人都很難滿意，需要繼續(xù)改進和提高，但是史忠科等人的《交通控制系統(tǒng)導論》并沒有對如何“完善機動車與非機動車控制模式、解決車流相互影響的現(xiàn)象”提出詳細建議。
本專利申請認為，出現(xiàn)上述問題的根本原因在于，所有交通信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計系統(tǒng)都是按機動車勻速運動的模型進行設(shè)計的，也就是說，如附圖1所示，都是基于時間-路程長度圖上的“綠波帶”模型軌跡完全保持直線的模型進行設(shè)計的。這些方法所依據(jù)的干道交通的時間-路程長度圖模型的設(shè)計理論要求受干道交通信號協(xié)調(diào)控制的干道車流必須保持勻速。當然，實際上幾乎所有機動車都并不能做到始終保持勻速，在綠波帶上的速度總有上下波動，但這些速度波動變化可以視為是隨機累計誤差為0的變化。
本專利申請認為，雖然出于簡化計算的目的，可以簡化模型，可以忽略不計某些隨機的累計誤差為0的速度誤差。但對于根據(jù)中國實際國情要求，某些必然出現(xiàn)的明顯累計誤差不為0的機動車速度誤差就絕對不可以忽略不計了。
比如A)中國是世界上交通事故最嚴重的國家之一，中國平均每年因交通事故死亡的人數(shù)已經(jīng)達到10萬人。僅2004年一年，中國因交通事故造成的直接經(jīng)濟損失就達到27.7億元，死亡104000人，占當年全球交通事故死亡率的五分之一。非機動車和行人的交通守法意識比較薄弱，是造成交通事故率居高不下的主要原因之一。在交叉路口的各種交通干擾比在路段上的交通干擾要大得多。當然，隨著交通秩序的逐步整頓，情況會逐漸變好。但在目前乃至相當一段時間內(nèi)，仍需要機動車駕駛員格外提高注意力，隨時準備應付突發(fā)事件。
B)根據(jù)中國實際國情，許多有經(jīng)驗的資深駕駛員和駕駛員學校的教師也一直在言傳身教，在車輛通過有交通信號或交通標志控制的交叉路口時，必須以人為本、注意安全，過交叉口速度總是要適當?shù)陀诼范嗡俣?，要“一慢、二看、三通過”。實際上，廣大機動車駕駛員也確實是這樣做的。
C)《中華人民共和國道路交通安全法》76條2款特別規(guī)定“機動車與非機動車駕駛?cè)恕⑿腥酥g發(fā)生交通事故的，由機動車一方承擔責任；但是，有證據(jù)證明非機動車駕駛?cè)?、行人違反道路交通安全法律、法規(guī)，機動車駕駛?cè)艘呀?jīng)采取必要處置措施的，減輕機動車一方的責任。”減速就是一種必要處置措施。即使車輛不減速不違法，也必須承擔交通事故責任。
也就是說，如果機動車的路段速度是54公里/小時，在駕駛員控制下，機動車過交叉口的速度就可能只有36公里/小時。同樣是通過60米的路程長度，在交叉口實際花費6秒，而以路段速度行駛的理論花費時間為4秒，兩者相差1.5倍。而且這種車輛減速，早在車輛到達交叉口之前三十米左右的地方可能就開始了。
如果考慮中國實際國情要求的這種車輛變速，在時間-路程長度圖上的車輛軌跡就出直線變成了曲線，而且在同一個交叉口，上、下行的軌跡曲線還有可能是互不重合的兩條曲線，如附圖3的曲線軌跡所示。顯然，這些曲線模型由于過于復雜，不方便設(shè)計，不宜采用。

發(fā)明內(nèi)容
本專利申請把這種在交叉口實際花費的時間與以路段速度過交叉口的理論花費時間的比值(比如1.5)稱為該交叉口的阻尼系數(shù)。為了把問題簡單化，本專利申請把機動車在距路口三十米左右的地方減速慢行造成的時間損失也統(tǒng)統(tǒng)計算到交叉口的阻尼系數(shù)中。從而把附圖3中的曲線軌跡簡化成一種折線形軌跡模型。
顯然，不同交叉口的情況不同，交叉口阻尼系數(shù)也就可能不同。這里，求取交叉口阻尼系數(shù)的具體公式是交叉口的阻尼系數(shù)＝交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度HG/交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度HF≈車輛通過交叉口路面實際長度的實際使用時間AC/以公示規(guī)定路段速度通過交叉口路面實際長度的理想使用時間AB≈公示規(guī)定使用的路段速度/車輛通過該交叉口實際平均速度這里使用“約等于”符號“≈”的意思是，交叉口的阻尼系數(shù)中還包含前面所說的“機動車須在距路口一百至三十米的地方減速慢行”造成的時間損失。
用附圖3中標注的字符點來說，就是用如下步驟測量、計算上游交叉口的阻尼系數(shù)i.實際開車測量時間OC遵守《交通安全法》，沿實際道路OF多行駛幾次，擬合曲線軌跡OE，求取時間OC的平均值；ii.根據(jù)交叉口間的路程長度，上游交叉口內(nèi)路面實際長度和公示規(guī)定路段速度，計算時間OA，AB，AC；iii.計算上游交叉口的阻尼系數(shù)＝AC/AB本專利申請認為，由附圖3可知，在時間-路程長度圖上，目前使用的車輛軌跡完全保持直線的軌跡模型是對曲線模型的一種簡化，但存在速度誤差和時間誤差BC，所以交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計效果總是不很理想。因此，這種簡化就是一種失真到完全不能用程度的簡化，是脫離實際的，不符合中國國情的，必須矯正、復原成符合中國實際國情要求的曲線或多條折線情況。雖然附圖3中簡化了的折線形模型與曲線軌跡也存在速度誤差，但由于消除了時間誤差，就具有了一定的實用性。
本專利申請認為，只有附圖3的折線形模型才是值得考慮采用的符合中國實際國情要求的簡化模型，所有協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計應該根據(jù)折線形模型進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計。
也就是說本專利申請公開了一種在時間-路程長度圖上描述的交通干道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的“綠波帶”模型，用兩條連接各個交叉口綠燈放行時間的等時間間隔圖線表示，這兩條線分別代表綠波帶車隊第一輛車和最后一輛車的行駛軌跡，這兩條線之間的空間被稱為“綠波帶”，這兩條線之間的時間間隔被稱為“帶寬”，時間-路程長度圖中的縱、橫坐標分別表示機動車在干道上的位置和機動車行駛到該位置所用時間，軌跡圖線的斜率表示機動車速度，其特征是這兩條軌跡圖線不是直線而是折線，各個折線的轉(zhuǎn)折點位于各個交叉口間的路段與交叉口的連接處，路段上機動車速度與交叉口內(nèi)機動車速度的比值等于該交叉口的阻尼系數(shù)。
這種折線形模型推廣到二維區(qū)域交通信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計系統(tǒng)就是，一種二維區(qū)域交通信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計系統(tǒng)，由中心計算機和各交叉口的信號控制裝置組成，通過輸入各交叉口間路程長度、路段道路渠劃數(shù)、交叉口內(nèi)路面長度、交叉口內(nèi)路面的道路渠劃數(shù)等固定不變的空間幾何參數(shù)，由交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的中心計算機根據(jù)交通需求分布情況和用戶要求，包括希望路段上機動車行駛公示速度范圍、交叉口參與協(xié)調(diào)控制的相位的最小綠燈時間和最大綠燈時間等要求，離線或者在線進行優(yōu)化設(shè)計，或者對離線設(shè)計好的各參數(shù)進行選擇確定，輸出各交叉口的統(tǒng)一周期、相位差、綠信比等設(shè)計參數(shù)，交給各交叉口的信號控制裝置執(zhí)行，其特征是路段上機動車設(shè)計速度與交叉口內(nèi)機動車設(shè)計速度不相同，路段上機動車設(shè)計速度與交叉口內(nèi)機動車設(shè)計速度的比值等于該交叉口的阻尼系數(shù)。
但使用折線形模型，也增加了實際繪圖設(shè)計的復雜性。如附圖1所示。在出現(xiàn)各交叉口綠燈時間和多條折線都需要設(shè)計的情況下，直接用試湊的方法是很難確定各交叉口綠燈時間和折線的位置的，解析設(shè)計方法就更幾乎是不可能的。
綜上所述，可以看到A、以前得到的各種設(shè)計方法，都是基于時間-路程長度圖上的車輛軌跡完全保持直線的簡化模型進行設(shè)計的，因此是脫離實際的，不符合中國實際國情的。
B、時間-路程長度圖上的車輛軌跡完全保持直線的簡化模型是一種失真到完全不能用程度的簡化，存在時間誤差BC，必須加以矯正、復原成符合中國實際國情要求的不存在時間誤差的折線形簡化模型情況。
C、現(xiàn)在突出來的問題是，時間-路程長度圖上的車輛軌跡模型矯正、復原成符合中國實際國情的折線形模型情況后如何進行多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計問題？不解決這個問題，時間-路程長度圖上的車輛軌跡模型就是矯正、復原得再逼真，再符合中國國情要求，也是無濟于事，與事無補的。
也許有人注意到，可能要問，本專利申請附圖1的折線形方案又是怎樣設(shè)計出來的？難道以前得到的各種設(shè)計方法真的就完全報廢不能再利用了嗎？本專利申請?zhí)岢鲆环N多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)改進方案，可以按折線形的模型進行設(shè)計，可以設(shè)計出本專利申請附圖1的折線形方案，也有可能可以使以前得到的各種設(shè)計方法重新得到利用設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)計出符合中國實際國情要求的折線形簡化模型的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)。具體介紹如下本專利申請?zhí)岢鲆环N多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計系統(tǒng)，由中心計算機和各交叉口的信號控制裝置組成，通過輸入各交叉口間路程長度、路段道路渠劃數(shù)、交叉口內(nèi)路面長度、交叉口內(nèi)路面的道路渠劃數(shù)等固定不變的空間幾何參數(shù)，由交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的中心計算機根據(jù)交通需求分布情況和用戶要求，包括希望路段上機動車行駛公示速度范圍、交叉口參與協(xié)調(diào)控制的相位的最小綠燈時間和最大綠燈時間等要求，離線或者在線進行優(yōu)化設(shè)計，或者對離線設(shè)計好的各參數(shù)進行選擇確定，輸出各交叉口的統(tǒng)一周期、相位差、綠信比等設(shè)計參數(shù)，交給各交叉口的信號控制裝置執(zhí)行，其特征是其路段上機動車設(shè)計速度與交叉口內(nèi)機動車設(shè)計速度相同；還包含一個變比例裝置，該裝置把各個相鄰交叉口間的路程長度區(qū)分為兩個方向的路程長度上行路程長度(11)和下行路程長度(7)；下行路程長度(7)由交叉口間路段長度(10)和上端交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(9)兩部分構(gòu)成；而上行路程長度由交叉口間路段長度(10)和下端交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(13)兩部分構(gòu)成；變比例裝置使得設(shè)計中使用的交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(9、13)而不是交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度(8、12)；該交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(9、13)與交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度(8、12)的比值等于該交叉口的阻尼系數(shù)。
也就是說，本專利申請?zhí)岢鲆环N多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)變比例裝置，該裝置對其設(shè)計依據(jù)的同一個有向路程長度的不同組成部分使用了不同的比例尺各交叉口間路段長度保持了真實尺寸的正常比例，而交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度的尺寸則較交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度的尺寸擴大了相當于交叉口阻尼系數(shù)大的倍數(shù)后再按正常比例繪制。
注意本專利申請所說的各相鄰交叉口間的路程長度，不再是各相鄰交叉口中心點間的路程長度。在交叉口的阻尼系數(shù)為1的情況下，上行路程長度(11)的真實含義是從下端交叉口的入口停車線到上端交叉口的入口停車線的道路長度，下行路程長度(7)的真實含義是從上端交叉口的入口停車線到下端交叉口的入口停車線的道路長度。而路段長度則是指從與進入本路段的上端交叉口出口并列的入口停車線到由本路段進入下端交叉口的入口停車線道路長度(10)。
在上述定義下，每對相鄰路口之間可能有兩個不相等的有向路程長度，上行路程長度(11)與下行路程長度(7)。這是由于其涉及的上、下端交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度(9、13)不同，而且交叉口的阻尼系數(shù)也可能不同，從而導致的上、下端交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(8、12)也不同。
注意到，二維區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計可以看作是一維線控技術(shù)向二維的簡單推廣。故本專利申請還可以簡單推廣應用到區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計中，只要添加上速度或空間變比例裝置即可。
也就是說，為了使以前得到的各種設(shè)計方法重新得到利用，本專利申請?zhí)岢隽嗽诙鄠€平面交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中增加一個變比例計算裝置的設(shè)計方案。該裝置使交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中各交叉口間路程長度和交叉口內(nèi)路面長度不再使用同一個比例，而是把交叉口內(nèi)路面長度的實際大小乘以交叉口阻尼系數(shù)，也就是把交叉口內(nèi)路面長度的實際大小擴大一定比例后再以正常比例和正常比例的各交叉口間路程長度合在一起組成固定不變的空間幾何參數(shù)，再按原方法設(shè)計多個平面交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)，就是符合中國實際國情要求的折線形簡化模型的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)。


附圖1是作者在某地設(shè)計綠波方案時考慮到車輛的變速使得時間-路程長度圖上的車輛軌跡由直線變成了折線的模型示意圖。圖中1是路段長度；2是交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度；3是綠波方向紅燈的相位；4是綠波方向綠燈的相位；
5是綠燈向紅燈過渡的黃燈。
附圖2是對應于附圖1采用了變比例裝置后使得時間-路程長度圖上的車輛軌跡由曲線或折線變成了直線的設(shè)計示意圖。圖中6是交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度的尺寸乘以交叉口阻尼系數(shù)后所得的交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度的尺寸。
附圖3是對應于附圖1和附圖2中采用了變比例裝置后使得時間-路程長度圖上的車輛軌跡由曲線或折線變成了直線各變量關(guān)系的示意圖。圖中7是到下游交叉口的下行路程長度；8是上游交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度；9是上游交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度；10是交叉口間路段長度；11是到上游交叉口的下行路程長度；12是下游交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度；13是下游交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度；14是通過下游交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度的實際平均使用時間；15是通過下游交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度的理想使用時間；16是通過交叉口間路段長度的實際平均使用時間；17是通過上游交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度的理想使用時間；18是通過上游交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度的實際平均使用時間；19是按綠波協(xié)調(diào)公示規(guī)定車輛使用的路段速度行駛的機動車軌跡；20是考慮車輛通過路面實際長度的平均實際使用速度行駛的簡化折線模型機動車軌跡；21是按“機動車須在距路口一百至三十米的地方減速慢行”要求行駛的實際機動車軌跡。
具體實施例方式
顯然，有了前面對發(fā)明方案內(nèi)容的詳細記敘，本專利申請的技術(shù)方案是不難實施實現(xiàn)的。
關(guān)于實現(xiàn)本專利申請涉及的與所有現(xiàn)有的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相同的各種設(shè)計技術(shù)就不在此細說了，都是設(shè)計一種多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，由中心計算機和時鐘幾乎同步的各交叉口信號控制裝置組成，通過輸入各交叉口間路程長度、路段道路渠劃數(shù)、交叉口內(nèi)路面長度、交叉口內(nèi)路面的道路渠劃數(shù)等固定不變的空間幾何參數(shù)，由交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的中心計算機根據(jù)交通需求分布情況和用戶要求，包括希望車輛行駛公示速度范圍、交叉口參與協(xié)調(diào)控制的相位的最小綠燈時間和最大綠燈時間等要求，離線或者在線進行優(yōu)化設(shè)計，或者對離線設(shè)計好的各參數(shù)進行選擇確定，輸出各交叉口的統(tǒng)一周期、相位差、綠信比等設(shè)計參數(shù)，交給各交叉口的信號控制裝置執(zhí)行?，F(xiàn)在只說不同的特征部分的實施方法。
以附圖1所示的4路口綠波設(shè)計為例。對各交叉口阻尼系數(shù)皆取為1.5。在繪制1∶3000的干道交通的時間-路程長度圖時，如附圖2所示，用交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度尺寸乘以交叉口阻尼系數(shù)后所得的交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度尺寸作為交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度。也就是說，該干道交通的時間-路程長度圖中，各交叉口間路段長度符合1∶3000，而各交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度卻符合1∶2000。比例尺確實差了1.5倍。
當然，具體實施中各交叉口阻尼系數(shù)也可以不一樣，根據(jù)各交叉口的實際情況確定。
這樣的變比例設(shè)計可以充分考慮到機動車安全過交叉口的減速時間損失，把交叉口阻尼系數(shù)的影響補償回來，就既可以使協(xié)調(diào)控制的設(shè)計更符合實際交通的需要。更重要的是這樣的變比例設(shè)計還可以使得時間-路程長度圖上的速度由折線變成了直線，從而可以繼續(xù)使用現(xiàn)有的所有各種設(shè)計技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，這些參數(shù)就是符合中國實際國情要求的折線形簡化模型的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)?，F(xiàn)有的所有各種設(shè)計技術(shù)又復活能用了。
也就是說，為了使以前得到的各種設(shè)計方法重新得到利用，本專利申請?zhí)岢隽嗽诙鄠€平面交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中增加一個變比例計算裝置的設(shè)計方案。該裝置使交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中各交叉口間路程長度和交叉口內(nèi)路面長度不再使用同一個比例，而是把交叉口內(nèi)路面長度的實際大小乘以交叉口阻尼系數(shù)，也就是把交叉口內(nèi)路面長度的實際大小擴大一定比例后再以正常比例和正常比例的各交叉口間路程長度合在一起組成固定不變的空間幾何參數(shù)，再按原方法設(shè)計多個平面交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)，這些參數(shù)就是符合中國實際國情要求的折線形簡化模型的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)。
而且，本專利申請實際上是先有了附圖2的改進設(shè)計圖，才繪制了附圖1的符合中國實際國情要求的真實交通情況模擬圖。顯然，有了附圖2的設(shè)計方案，再繪制附圖1的符合中國實際國情要求的真實交通情況模擬圖就不難了，而且得到了各交叉口的統(tǒng)一周期、相位差、綠信比等設(shè)計參數(shù)，也不需要再繪制附圖1的模擬圖了。
實際上本專利申請的技術(shù)方案已經(jīng)完成2個道路的線控設(shè)計，我們是在實施成功了以后，才想到需要技術(shù)推廣和保護自主知識產(chǎn)權(quán)等問題的。
本專利申請的技術(shù)方案是比較隱秘的，即使有人能夠見到如附圖2樣的設(shè)計圖方案，因為附圖2與習慣的時間-路程長度圖形狀極為類似，沒有人能夠覺察到其中路口尺寸的比例變化，也就不會有人能夠覺察到其中隱藏著本專利申請的技術(shù)秘密。
事實上，本專利申請的符合中國實際國情要求的技術(shù)方案已經(jīng)完成2個道路的線控設(shè)計，并且已經(jīng)實施2年。任何見到的人只能說，這個道路的線控設(shè)計方案設(shè)計得不錯。但如果不告訴其中的技術(shù)秘密，他們并不能夠自行洞察。
從外部輸入?yún)?shù)來看，實施本專利申請的技術(shù)方案需要用戶要在現(xiàn)有的所有設(shè)計技術(shù)要求輸入的參數(shù)之外，不再是簡單地輸入各相鄰交叉口間的路程長度，還需要分別輸入每對相鄰路口之間的路段長度和上、下端交叉口內(nèi)渠劃的路面長度，還要輸入交叉口的阻尼系數(shù)。當然，這些參數(shù)也可以改用其他組合方式進行輸入，這是很容易做到的，但仍不失為本專利申請的符合中國實際國情要求的內(nèi)容。
交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計者可以把本專利申請的符合中國實際國情要求的技術(shù)方案合并入自己的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法中，從而可以對有不同阻尼系數(shù)的交叉口、或同一交叉口在不同時段有不同阻尼系數(shù)的情況進行靈活設(shè)計。
作為用戶，可以使用本專利申請的符合中國實際國情要求的技術(shù)方案，直接把“用交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度尺寸乘以交叉口阻尼系數(shù)后所得的交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度尺寸作為交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度”提供給交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計者，用原有設(shè)計方法設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，這些參數(shù)就是符合中國實際國情要求的折線形簡化模型的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)。
本專利申請的符合中國實際國情要求的技術(shù)方案的實用性非常明顯，它使設(shè)計結(jié)果更符合實際交通需要。比如，繪制干道交通的時間-路程長度圖時，充分考慮到過交叉口的時間損失，把交叉口阻尼系數(shù)的影響補償回來，就既可以使協(xié)調(diào)控制的設(shè)計更符合實際交通的需要，還可以使得時間-路程長度圖上的速度由符合中國實際國情要求的折線變成了直線，利用原有設(shè)計方法設(shè)計系統(tǒng)參數(shù)，這些參數(shù)就是符合中國實際國情要求的折線形簡化模型的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)。
如果過去已經(jīng)形成的、或花費重金引進的多個平面交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，允許同樣相鄰交叉口之間，上行路程長度與下行路程長度的參數(shù)不同，就比較容易改造，只要增補上變比例計算裝置，就能按原方法進行設(shè)計，設(shè)計出符合中國實際國情要求的系統(tǒng)參數(shù)。
本專利申請還可以簡單推廣應用到某些路段公示車速與其他路段公示車速不同的情況。那里，也只需要對這些路段的實際長度尺寸乘以對應的路段阻尼系數(shù)就可以得到這些路段的設(shè)計長度了。
本專利申請還可以簡單推廣應用到區(qū)域控制系統(tǒng)的設(shè)計中，只要考慮到速度變比例因素即可。
權(quán)利要求
1.一種在時間-路程長度圖上描述的交通干道協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的“綠波帶”模型，用兩條連接各個交叉口綠燈放行時間的等時間間隔圖線表示，這兩條線分別代表綠波帶車隊第一輛車和最后一輛車的行駛軌跡，這兩條線之間的空間被稱為“綠波帶”，這兩條線之間的時間間隔被稱為“帶寬”，時間-路程長度圖中的縱、橫坐標分別表示機動車在干道上的位置和機動車行駛到該位置所用時間，軌跡圖線的斜率表示機動車速度，其特征是這兩條軌跡圖線不是直線而是折線，各個折線的轉(zhuǎn)折點位于各個交叉口間的路段與交叉口的連接處，路段上機動車速度與交叉口內(nèi)機動車速度的比值等于該交叉口的阻尼系數(shù)。
2.一種二維區(qū)域交通信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計系統(tǒng)，由中心計算機和各交叉口的信號控制裝置組成，通過輸入各交叉口間路程長度、路段道路渠劃數(shù)、交叉口內(nèi)路面長度、交叉口內(nèi)路面的道路渠劃數(shù)等固定不變的空間幾何參數(shù)，由交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的中心計算機根據(jù)交通需求分布情況和用戶要求，包括希望路段上機動車行駛公示速度范圍、交叉口參與協(xié)調(diào)控制的相位的最小綠燈時間和最大綠燈時間等要求，離線或者在線進行優(yōu)化設(shè)計，或者對離線設(shè)計好的各參數(shù)進行選擇確定，輸出各交叉口的統(tǒng)一周期、相位差、綠信比等設(shè)計參數(shù)，交給各交叉口的信號控制裝置執(zhí)行，其特征是路段上機動車設(shè)計速度與交叉口內(nèi)機動車設(shè)計速度不相同，路段上機動車設(shè)計速度與交叉口內(nèi)機動車設(shè)計速度的比值等于該交叉口的阻尼系數(shù)。
3.一種多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制設(shè)計系統(tǒng)，由中心計算機和各交叉口的信號控制裝置組成，通過輸入各交叉口間路程長度、路段道路渠劃數(shù)、交叉口內(nèi)路面長度、交叉口內(nèi)路面的道路渠劃數(shù)等固定不變的空間幾何參數(shù)，由交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的中心計算機根據(jù)交通需求分布情況和用戶要求，包括希望路段上機動車行駛公示速度范圍、交叉口參與協(xié)調(diào)控制的相位的最小綠燈時間和最大綠燈時間等要求，離線或者在線進行優(yōu)化設(shè)計，或者對離線設(shè)計好的各參數(shù)進行選擇確定，輸出各交叉口的統(tǒng)一周期、相位差、綠信比等設(shè)計參數(shù)，交給各交叉口的信號控制裝置執(zhí)行，其特征是其路段上機動車設(shè)計速度與交叉口內(nèi)機動車設(shè)計速度相同；還包含一個變比例裝置，該裝置把各個相鄰交叉口間的路程長度區(qū)分為兩個方向的路程長度上行路程長度(11)和下行路程長度(7)；下行路程長度(7)由交叉口間路段長度(10)和上端交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(9)兩部分構(gòu)成；而上行路程長度由交叉口間路段長度(10)和下端交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(13)兩部分構(gòu)成；變比例裝置使得設(shè)計中使用的交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(9、13)而不是交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度(8、12)；該交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度(9、13)與交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度(8、12)的比值等于該交叉口的阻尼系數(shù)。
全文摘要
一種多個交叉口的交通信號協(xié)調(diào)控制裝置，其用兩條軌跡圖線在時間－路程長度圖上描述的系統(tǒng)“綠波帶”模型不是直線而是折線，交叉口內(nèi)軌跡線斜率與路段上軌跡線斜率的比值等于該交叉口的阻尼系數(shù)。該裝置為了能使路段上機動車的設(shè)計速度與交叉口內(nèi)機動車的設(shè)計速度按相同處理，該裝置包含了一個變比例裝置，該裝置對其設(shè)計依據(jù)的同一個有向路程長度的不同組成部分使用了不同的比例尺各交叉口間路段長度保持了真實尺寸的正常比例，而交叉口內(nèi)渠劃的路面設(shè)計長度的尺寸則較交叉口內(nèi)渠劃的路面實際長度的尺寸擴大了相當于交叉口阻尼系數(shù)大的倍數(shù)后再按正常比例繪制。
文檔編號G08G1/07GK1845202SQ20051011755
公開日2006年10月11日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者王大海 申請人:王大海