基于車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的平面十字交叉口信號(hào)控制的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市道路交通控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及道路交叉口信號(hào)控制領(lǐng)域， 具體為基于車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的平面十字交叉口信號(hào)控制的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市機(jī)動(dòng)車保有量快速增長(zhǎng)，交通擁堵發(fā)生頻率越 來越高，對(duì)城市居民的日常生活出行帶來的不利影響。優(yōu)化現(xiàn)有平面交叉口的信號(hào)控制方 案是一種低成本、高成效的治堵方法，受到了越來越多的重視與投入。
[0003] 目前，交通信號(hào)控制的優(yōu)化方法包括相位相序優(yōu)化方法和信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法，其 中相位相序優(yōu)化方法是通過優(yōu)化各流向交通流在交叉口內(nèi)的放行順序提高交叉口的運(yùn)行 效率，如增設(shè)保護(hù)左轉(zhuǎn)相位、疊加相位等；而信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法則是通過優(yōu)化各相位的持續(xù) 時(shí)間以均衡各流向的交通負(fù)荷，提高交叉口服務(wù)水平，如利用韋伯斯特（Webster)法或上 海市工程建設(shè)規(guī)范《城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)規(guī)程》所推薦的配時(shí)方法進(jìn)行配時(shí)優(yōu) 化計(jì)算。
[0004] 但是，隨著城市早晚高峰交通擁堵問題的日益嚴(yán)重，僅采用單一的相位相序優(yōu)化 方法或者單一的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法來進(jìn)行信號(hào)控制的優(yōu)化已無法有效地在交叉路口防止 過飽和現(xiàn)象的發(fā)生，因此也無法滿足現(xiàn)有交叉路口信號(hào)控制的優(yōu)化要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了基于車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的平面十字交叉口信號(hào)控制的優(yōu) 化方法，其能解決目前僅采用單一的交通信號(hào)控制優(yōu)化方法無法滿足交叉路口實(shí)際信號(hào)控 制優(yōu)化要求的問題。
[0006] 基于車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的平面十字交叉口信號(hào)控制的優(yōu)化方法，其特征在于：其包括 以下步驟，
[0007] (1)獲取交叉路口各流向在其放行相位開始時(shí)的起始排隊(duì)長(zhǎng)度G和放行相位結(jié)束 時(shí)的剩余排隊(duì)長(zhǎng)度/,)，其中，i為信號(hào)相位序號(hào)，i = 1，2, 3, 4, j為該相位內(nèi)的放行流向進(jìn) 口道方向，j = E，W，S，N;
[0008] (2)計(jì)算交叉路口各流向可接受綠信比凡;；
[0009] (3)判斷交叉口是否要進(jìn)行疊加相位設(shè)置，若需要地疊加相位設(shè)置則確定疊加相 位持續(xù)時(shí)間；
[0010] (4)根據(jù)所述步驟（3)的判斷結(jié)果優(yōu)化交叉口信號(hào)配時(shí)方案。
[0011] 進(jìn)一步的，所述步驟（2)的具體步驟為：首先獲取交叉口各流向的飽和綠燈時(shí)間 4，再計(jì)算交叉口各流向可接受綠燈時(shí)間以，最后再計(jì)算各流向可接受綠信比凡|，所述飽 和綠燈時(shí)間是指相位持續(xù)時(shí)間內(nèi)，放行流向排隊(duì)車輛以飽和車頭時(shí)距通過停車線的持續(xù)時(shí) 間；
[0012] 進(jìn)一步的，若g<g,·，則判斷相應(yīng)流向?yàn)椴伙柡土鳎伙柡土飨碌慕徊婵诹飨蚩?接受綠燈時(shí)間
?若
，則判斷相應(yīng)流向?yàn)檫^飽和流，過飽和流 下的交叉口流向可接受綠燈時(shí)間
，其中g(shù)l為相位i的持續(xù)時(shí)間， 呈廣為相應(yīng)流向根據(jù)交叉口幾何特征獲取的最短綠燈時(shí)間；
[0013] 所述各流向可接受綠信比冗=以/7%其中T為交叉口現(xiàn)狀信號(hào)配時(shí)的周期長(zhǎng)度。
[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟（3)的具體步驟為：
[0015] 步驟3. 1，將各相位中放行流向可接受綠信比中較大的值作為相位可接受綠信比 Ph
[0016] 步驟3. 2,根據(jù)所述相位可接受綠信比W判斷交叉口是否過飽和，若
，現(xiàn) 有信號(hào)控制方案未飽和，則直接執(zhí)行所述步驟（4);若
'現(xiàn)有信號(hào)控制方案過飽和， 執(zhí)行步驟3. 3 ;
[0017] 步驟3. 3,定義各相位放行流向中可接受綠信比較大的流向?yàn)橄辔皇滓飨?，較小 的流向?yàn)橄辔淮我飨?，并將相位首要流向與次要流向的可接受綠燈時(shí)間的比值作為相位 流向平衡比將相位流向平衡比最大的相位作為交叉口關(guān)鍵非平衡相位，則所述交叉口 關(guān)鍵非平衡相位的相位流向平衡比
[0018] 步驟3. 4,根據(jù)所述交叉口關(guān)鍵非平移相位的相位流向平衡比甙cy判斷是否存 在交通潮汐現(xiàn)象，若則判斷不存在交通潮汐現(xiàn)象，直接執(zhí)行所述步驟（4);若
?則判斷存在交通潮汐現(xiàn)象；
[0019] 步驟3. 5,當(dāng)判斷存在交通潮汐現(xiàn)象后，則判斷潛在疊加相位上下游常規(guī)相位的首 要流向所在進(jìn)口道是否一致，具體步驟為：
[0020] 步驟3. 5a :若關(guān)鍵非平衡相位的放行流向?yàn)橹毙?，轉(zhuǎn)入步驟3. 5b ;若關(guān)鍵非平衡 相位的放行流向?yàn)樽筠D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)入步驟3. 5c ;
[0021] 步驟3. 5b:檢查關(guān)鍵非平衡相位的首要流向是否與下一相位的首要流向的進(jìn)口 道方向相同，若相同，在關(guān)鍵非平衡相位后為首要流向進(jìn)口道方向提供疊加相位，并計(jì)算疊 加相位持續(xù)時(shí)間g d;若不相同，轉(zhuǎn)入步驟（4);
[0022] 步驟3. 5c:檢查關(guān)鍵非平衡相位的首要流向是否與上一相位的首要流向的進(jìn)口 道方向相同，若相同，在關(guān)鍵非平衡相位前為首要流向進(jìn)口道方向提供疊加相位，并計(jì)算疊 加相位持續(xù)時(shí)間g d;若不相同，轉(zhuǎn)入步驟（4);
[0023] 所述疊加相位持續(xù)時(shí)間
為關(guān)鍵非平衡相位首要流 向的可接受綠燈時(shí)間；
[0024] 進(jìn)一步的，所述步驟⑷的具體步驟為：若未執(zhí)行疊加相位，計(jì)算未執(zhí)行疊 加相位時(shí)各相位持續(xù)時(shí)間
為為原信號(hào)控制方案對(duì)應(yīng)相位首要流 向的可接受綠燈時(shí)間；若執(zhí)行疊加相位，令放行流向與疊加相位直行放行流向重疊 的信號(hào)相位的序號(hào)為k= 1，疊加相位的序號(hào)為k = 2,放行流向與疊加相位左轉(zhuǎn)放 行流向重疊的信號(hào)相位的序號(hào)為k = 3,放行流向未與疊加相位放行流向重疊的信 號(hào)相位的序號(hào)為k = 4, 5;計(jì)算執(zhí)行疊加相位時(shí)各相位持續(xù)時(shí)間
，計(jì)算公式為
.其中，
為原信號(hào)控制 方案對(duì)應(yīng)相位次要流向的可接受綠燈時(shí)間，gf，gf為原信號(hào)控制方案對(duì)應(yīng)相位首要流 向的可接受綠燈時(shí)間；最后計(jì)算優(yōu)化方案周期長(zhǎng)度
°
[0025] 進(jìn)一步的，其通過布設(shè)在交叉口各進(jìn)口道停車線上方高清視頻車輛檢測(cè)器來獲取 所述交叉路口各流向在其放行相位開始時(shí)的起始排隊(duì)長(zhǎng)度和放行相位結(jié)束時(shí)的剩余排 隊(duì)長(zhǎng)度謂。
[0026] 本發(fā)明的基于車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的平面十字交叉口信號(hào)控制的優(yōu)化方法，其能夠?qū)崿F(xiàn) 相位相序和信號(hào)配時(shí)的協(xié)調(diào)優(yōu)化，對(duì)潮汐現(xiàn)象明顯但能夠通過信號(hào)配時(shí)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)過飽和控 制的交叉口不予設(shè)置疊加相位，以提高成本效益并減少駕駛員因疊加相位引起的通行困 擾；另外，本發(fā)明通過高清視頻車輛檢測(cè)器獲取的排隊(duì)長(zhǎng)度來進(jìn)行配時(shí)方案的優(yōu)化，避免了 過飽和現(xiàn)象帶來的流量難以獲取問題，具有更好的便捷性與準(zhǔn)確性，因而能夠有效提高過 飽和交叉口的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化效果；同時(shí)，其通過相位流向平衡比的引入實(shí)現(xiàn)了疊加相位持 續(xù)時(shí)間與疊加相位上下游常規(guī)相位持續(xù)時(shí)間的精確計(jì)算，能夠根據(jù)交叉口運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算疊 加相位的持續(xù)時(shí)間，大大簡(jiǎn)化了有疊加相位信號(hào)方案的配時(shí)優(yōu)化過程。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明基于車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的平面十字交叉口信號(hào)控制的優(yōu)化方法的流程 圖；
[0028] 圖2為疊加相位作用原理的示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明方法中步驟（3)的疊加相位判斷機(jī)制流程圖；
[0030] 圖4為交叉口內(nèi)部車輛行駛軌跡相關(guān)參數(shù)的示意圖；
[0031] 圖5為采用本發(fā)明方法執(zhí)行疊加相位后的前后控制方案對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖以四相位信號(hào)控制交叉口控制為例，具體描述一下發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn) 過程：
[0033] 首先，在四相位信號(hào)控制交叉口，安裝用于記錄各車道車輛數(shù)及車輛排隊(duì)長(zhǎng)度的 高清視頻車輛檢測(cè)器、信號(hào)機(jī)及信號(hào)燈，高清視頻車輛檢測(cè)器布設(shè)在各進(jìn)口道停車線上 方；
[0034] (1)通過布設(shè)在交叉口各進(jìn)口道停車線上方高清視頻車輛檢測(cè)器來獲取交叉路 口各流向在其放行相位開始時(shí)的起始排隊(duì)長(zhǎng)度^和放行相位結(jié)束時(shí)的剩余排隊(duì)長(zhǎng)度，其 中，i為信號(hào)相位序號(hào)，i = 1，2,3,4, j為該相位內(nèi)的放行流向進(jìn)口道方向，j = E，W，S，N。
[0035] (2)計(jì)算交叉路口各流向可接受綠信比:通過高清視頻檢測(cè)器獲取交叉口各流 向的飽和綠燈時(shí)間g|，飽和綠燈時(shí)間是指相位持續(xù)時(shí)間內(nèi)，放行流向排隊(duì)車輛以飽和車頭 時(shí)距通過停車線的持續(xù)時(shí)間，若^ < g,，則相應(yīng)流向?yàn)椴伙柡土?，不存在二次排?duì)現(xiàn)象，不 飽和流下的交叉口流向可接受綠燈時(shí)間
為相應(yīng)流向根據(jù)交叉 口幾何特征獲取的最短綠燈時(shí)間，I. 1為常數(shù)項(xiàng)，用于滿足流向飽和度不超過〇. 9,并保證 流向無二次停車概率的置信度高于95% ;若g,·，則相應(yīng)流向?yàn)檫^飽和流，存在二次排 隊(duì)現(xiàn)象，過飽和流下的交叉口流向可接受綠燈時(shí)間
，其中g(shù)l為相 位i的持續(xù)時(shí)間，I. 1為常數(shù)項(xiàng)，用于滿足流向飽和度不超過0.9 ;再計(jì)算各流向可接受綠信 比
，其中T為交叉口現(xiàn)狀信號(hào)配時(shí)的周期長(zhǎng)度；
[0036] 其中，相位最短綠燈時(shí)間與交叉口幾何特征相關(guān)，主要為車輛在交叉口內(nèi)部行駛 軌跡的相關(guān)參數(shù)有1^與L 2，見圖4,圖4中A為出口道起始位置，B為停車線標(biāo)識(shí)，
[0037] L1S直行車輛在交叉口內(nèi)部的行駛路徑，為停車線至直行出口道起始位置間的直 線距離山2則為左轉(zhuǎn)車輛在交叉口內(nèi)部的行駛路徑，計(jì)算公式為L(zhǎng) 2= π r/2,其中r為左轉(zhuǎn) 車道停車線中點(diǎn)至左側(cè)路緣石之間的直線距離。
[0038] 因此，得到相位最短綠燈時(shí)間的計(jì)算公式為：
，其 中，V為交叉口期望車速；
[0039] 其中，飽和車頭時(shí)距的確定：在紅燈期間到達(dá)的交叉口排隊(duì)車輛，在綠燈放行期 間，開始幾輛車輛通過停車線時(shí)會(huì)因?yàn)轳{駛員的反應(yīng)過程、車輛的加速過程造成一定的啟 動(dòng)損失時(shí)間，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的研究，我國(guó)交叉口的啟動(dòng)損失時(shí)間為4秒。同時(shí)，排隊(duì)車輛通 過停車線時(shí)，經(jīng)過開始幾輛車輛車頭時(shí)距的變