群组路口实时交通号制控制方法及所需绿灯时间预测方法

摘要

本发明是揭露一种群组路口实时交通号制控制方法及其疏解路口车流所需绿灯时间预测方法，其是利用区分群组路口的主要车流路径，依据车流路径配置主要车流路径的时相，再透过等高线原理，在各主要车流路径上设置至少一车辆侦测器侦测主要车流路径的车辆停等状况，并且通过车辆停等时间状况求得各种冲击波，再藉冲击波原理预测出各车流路径所需绿灯时间，最后将所预测出的所需绿灯时间进行最佳分配以求得各主要路径的均衡绿灯时间。

说明书

技术领域

本发明是关于一种群组路口实时交通号制逻辑建置方法，特别是关于一种 适应性可实时调整交通号制运作的群组路口实时交通号制控制方法及其疏解路 口车流所需绿灯时间预测方法。

背景技术

现今都市化发展即为快速，各种都市建设，都市更新与园区建立等建案不 断推陈出新。这些建案将造就地区性及整体社会的繁荣，但也往往使得交通网 络更加繁忙复杂。因此，如何建置有效的交通号制逻辑，以疏解路口车潮汇集 的交通问题，是为都市建案中相当重要的课题。

控制交通号制逻辑解决车流问题，目前已有提出定时时制交控策略、触动 控制策略、动态查表交控策略、动态计算交控策略等控制方式或适应性交控策 略等。然而，定时时制，无法解决车流不稳定路口，其它的实时交控策略，虽 可依车流量动态调整号制，然而其依赖实时侦测器所侦测的流量、速度及占有 率等三个交通参数，一但路口拥塞，车流走走停停，大多数侦测器的车流量， 速度就无法正确回报，如此将造成车流量预测准确度不佳，无法迅速反应，最 终导致号制于拥塞时段运作绩效不彰。再者，有流量、速度及占有率的侦测器 的成本，也远高于只输出有无车讯息的侦测器。此外，一般控制策略为求各路 段车流概况，往往在每一路段装设至少一台侦测器，若路口数变多，则侦测器 数量颇多，建置成本变高。

有鉴于此，本发明是针对上述该些困扰，提出一种群组路口实时交通号制 控制方法及其疏解路口车流所需绿灯时间预测方法，将有别于传统采取将路口 每一方向车流分开分析的方式，利用群组路口的概念，整体性解决路径车流问 题，只在关键路径上布设侦测器，且只需使用车辆有无的侦测器，加上做出具 实时车流预测及号制控制决策，因而能降低建置成本，并提升拥塞群组路口交 通号制控制系统的整体运作效能。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种群组路口实时交通号制控制方法及其疏解 路口车流所需绿灯时间预测方法，其是将群组内，各路口的车流方向，依行车 路线，合并视为单一路径车流来做规划，有效简化交通号制逻辑分析复杂度。

本发明的另一目的是在提供一种群组路口实时交通号制控制方法及其疏解 路口车流所需绿灯时间预测方法，其是能够快速且动态的应变交通车流的瞬时 变化，实时做出最合理的交通号制控制决策，大幅提升交通号制控制系统整体 运作效能。

本发明的再一目的是在提供一种群组路口实时交通号制控制方法及其疏解 路口车流所需绿灯时间预测方法，配合路径控制方法，其是能够减少侦测器布 设数量，降低交通号制控制系统整体建设成本。

本发明的又一目的是在提供一种群组路口实时交通号制控制方法及其疏解 路口车流所需绿灯时间预测方法，其是能只使用最简单的车辆有无交通参数 (presence)即可进行实时号制控制，减少使用侦测器的每一支成本，降低交通号 制控制系统整体建设成本。

为达到上述的目的，本发明提供一种群组路口实时交通号制控制方法，其 包含有下列步骤：

区分群组路口的至少一主要车流路径；

依据该主要车流路径配置该群组路口的时相；

设置至少一车辆侦测器于该主要车流路径；

侦测该主要车流路径的车辆停等时间；

依据该冲击波原理预测该主要车流路径的所需绿灯时间；以及

依据该所需绿灯时间计算该主要路径的均衡绿灯时间。

本发明提出的群组路口实时交通号制控制方法，其将一群组路口的车流行 经路线，区分数个主要车流路径，且依据各主要车流路径进行时相的配置。并 且只设置车辆侦测器于主要车流路径，以侦测主要车流路径上的车辆停等，再 藉冲击波原理预测出各车流路径所需绿灯时间；接着将所求得的所需绿灯时间 进行最佳化，计算出主要车流路径的均衡绿灯时间。

为达到上述的目的，本发明提供一种疏解路口车流所需绿灯时间预测方法， 其包含下列步骤：

透过侦测一侦测区的车辆停等时间初始值，量测所需绿灯时间初始值；以 及

透过连续两周期同一该侦测区的车辆停等时间增减值，得知所需绿灯时间 增减值。

本发明提出的疏解路口车流所需绿灯时间预测方法，其将透过侦测侦测区 的车辆停等时间初始值，以量测所需绿灯时间初始值，并且透过连续两周期同 一侦测区的车辆停等时间增减值，得知所需绿灯时间增减值。

底下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目 的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明的交通号制逻辑建置流程图；

图2为本发明的群组路口示意图；

图3为本发明的群组路口主要车流路径示意图；

图4(a)为本发明的群组路口的路径时相示意图；

图4(b)为本发明的群组路口完整时相示意图；

图5为本发明的群组路口依等高线原则设置车辆侦测器示意图；

图6为本发明的群组路口侦测冲击波示意图；

图7(a)为本发明的通过冲击波原理计算所需绿灯时间示意图；

图7(b)为本发明的通过冲击波计算所需绿灯增减时间示意图。

附图标记说明：

10-群组路口；22-等高线；24-车辆侦测器。

具体实施方式

本发明提出一种群组路口实时交通号制控制方法及其疏解路口车流所需绿 灯时间预测方法，其是将群组路口的主要车流路径皆能顺畅通行的原则下，疏 解群组路口的壅塞问题，以计算出实际的群组路口各车流路径的绿灯时间。底 下则将以较佳实施例详述本发明的技术特征。

图1为本发明的交通号制逻辑建置流程图，如图所示，首先，如步骤S10， 将群组路口内各行车路线，区分成至少一主要车流路径。之后，如步骤S12，依 据主要车流路径配置各路口的时相。接着，如步骤S14，布设至少一车辆侦测器 于每一主要车流路径。接续，如步骤S16，侦测各主要车流路径的车辆停等。再 来，如步骤S18，通过冲击波原理预测主要车流路径的所需绿灯时间。最后，如 步骤S20，将求得的所需绿灯时间进行适当分配，计算主要车流路径的均衡绿灯 时间。

以上为本发明的整体建置流程的说明，底下将针对各个步骤做更进一步详 细说明。

于步骤S10请参阅图2及图3所示，一群组路口10，通过观察群组车流路 线，区分出此群组路口10包含的路径1、路径2、路径3与路径4等主要车流 路径。

接着进行步骤S12，请同时参阅图3与图4(a)所示。将利用路口至路径 的两轴显示方式，以路口1、路口2、路口3为基础，依照车流方向配置路径1、 路径2、路径3与路径4等主要车流路径的时相。

至于，群组路口10的主要车流路径——路径1、路径2、路径3与路径4， 未能含盖的剩余车流方向为非主要车流路径，其车流应相对稳定或稀少。当非 主要车流路径与主要路径车流时相冲突，则非主要车流路径的时相可安排于主 要车流路径的时相之间，意即在图4(a)中，两个主要车流路径时相之间的空 格。非主要车流路径的时相绿灯时间则可以用另一种控制策略来计算，例如给 一固定值；若剩余车流方向的非主要车流路径，完全与某一主要路径车流时相 不冲突，其时相可直接安插于此主要路径车流的时相内，其时相绿灯时间即受 本发明的群组控制方法所控制。图4(b)所示为配置群组路口的主要车流路径 与非主要车流路径的时相的最终结果，包含于群组路口的所有车流路径皆配置 完时相，且彼此间不相冲突。

配置时相完成后，进行步骤S14，请参阅图5所示，将以群组路口10为中 心绘制等高线22，等高线22高度越高(圆圈越大)表示车辆停等车队长度越长， 反之，越低(圆圈越小)表示车辆停等车队长度越短。车辆侦测器24是设置于路 径1、路径2、路径3、路径4的主要车流路径与等高线22交接处，并且单一车 流路径上可布设单一个车辆侦测器24，或设定侦测区域布设多个车辆侦测器24。 每一路径的车辆侦测器24数量布设愈多，则侦测拥塞车流准确度也愈高，至少 每一主要路径需配置一颗侦测器。当一路径只配一颗车辆侦测器24时，三路口 四路径，只需布设四支车辆侦测器24，比起其它控制策略至少每个路口的每一 方向都需安装车辆侦测器24，总共需求至少11支，明显少很多。

接着，进行步骤S16，车辆停等时间，可透过车辆出现讯号(Presence)维持 一段时间而测得。

继续进行步骤S18，通过冲击波原理预测主要路径——路径1、路径2、路 径3、路径4的所需绿灯时间。请参阅图6，回堵冲击波W₃₀及疏解冲击波W₁₀可以透过车辆侦测器24的多个侦测区的停等状况，透过线性回归计算斜率而得。 到达冲击波W₃₁则是等于回堵冲击波W₃₀减去疏解冲击波W₁₀。(透过车流理论 中的流量密度图，即Q-K图，可知W₃₁＝W₃₀-W₁₀)。

再图7(a)为本发明的通过冲击波原理计算所需绿灯时间示意图，如图所 示，O为坐标原点，r为红灯时间，g为所需绿灯时间，W₁₀为疏解冲击波，W₃₀为回堵冲击波，W₃₁为到达冲击波，S为车辆停等时间，t₁为车辆侦测器24侦测 车辆开始停车的时间点，t₂为车辆侦测器24侦测车辆结束停车开始移动的时间 点，d为设置的车辆侦测器24至群组路口10的距离。当车辆侦测器24于t₁侦 测到车辆开始停等，即可查知A点坐标；当于t₂侦测到车辆结束停等，开始移 动，即可查知B点坐标；知道A、B两点坐标后，即可知车辆停等时间S；再透 过冲击波当斜率及欧式几何，即可求出C点及E点坐标，最后，计算出所需绿 灯时间长g(即E点的x轴分量)，如下列式(1)所示，

$g=\frac{{{\mathrm{SW}}^2}_{10}}{{(W_{10}-W_{30})}^2}+\frac{d}{W_{10}-W_{30}}+t_1---\left(1\right);$

由于随着路径车流壅塞变化，车流停等时间会在连续周期时间内有增减， 透过连续两周期，在侦测区上，车辆停等时间的变化量，可察知该两周期所需 绿灯的增减值。参阅图7(b)，车流状况在连续两周期内通常变化不大，可以 假设下周期的流量与本周期流量相等，亦即前后两周期冲击波的值都相同。显 示在图中，即回堵冲击波W₃₀、到达冲击波W₃₁各会有两条并行线。当车辆侦测 器24侦测布设在离群组路口10距离d的位置，且前周期侦测到车辆停滞在侦 测区的停等时间长是S，而若本周期侦测器所侦测到的停滞时间增加ΔS，则透 过欧式几何坐标方式及ΔS、Δg因并行线关系可以平移，可求得本周期新增的 所需绿灯时间Δg，如下列式(2)所示。

$\mathrm{\Delta g}=[{\left(\frac{W_{10}}{W_{31}}\right)}^2-1]\times \mathrm{\Delta S}---\left(2\right);$

而此关系式，于停等时间Δg减少时，亦可同样求得减少的所需绿灯时间Δ g。该公式的意义，是车辆侦测器24侦测到的停等时间增加，则所需绿灯时间 亦增加，侦测器侦测到的停等时间减少，则所需绿灯时间亦减少。增减关系是 线性，成一定比值。主要路径的所需绿灯时间每个周期可以单独透过公式(1)计 算而不使用公式(2)。也可以先透过公式(1)计算车辆停等时间S做为初值所对应 的绿灯时间需求g，之后比对前后两周期的停等时间增减值ΔS，透过公式(2)， 求得增减绿灯差异值Δg。

预测出所需绿灯时间后，最后，进行绿灯时间分配，即步骤S20，利用最佳 化原理计算出主要路径的均衡绿灯时间，此均衡绿灯时间是如下列式(3)所示。

$\mathrm{Min}|\frac{G_1}{\mathrm{\Sigma G}}-\frac{g_1}{\mathrm{\Sigma g}}|+|\frac{G_2}{\mathrm{\Sigma G}}-\frac{g_2}{\mathrm{\Sigma g}}|+...+|\frac{G_n}{\mathrm{\Sigma G}}-\frac{g_n}{\mathrm{\Sigma g}}---\left(3\right);$

∑G＝G₁+G₂+G₃+...+G_n

∑G≤MaxPathCycle

∑g＝g₁+g₂+g₃+...+g_n

MinG_i≤G_i≤MaxG_i，1≤i≤n

其中，G_i为第i个主要车流路径的均衡绿灯时间，∑G为所有主要车流路径 均衡绿灯时间的总和，g_i为预测的第i个主要车流路径的未疏解车流所需绿灯时 间，∑g为所有预测的主要车流路径的未疏解车流所需绿灯时间的总合，MaxG_i为第i个主要车流路径的最大均衡绿灯时间，MinG_i为第i个主要车流路径最小 均衡绿灯时间，i为自然数，n为最大主要车流路径数。以本实施例而言，主要 车流路径有4，因此n＝4。MaxPathCycle是所有主要车流路径均衡时间总和的最 大限制值。

经由实施例说明可知本发明是将此群组路口的各路径车流视为一整体性车 流问题，并且透过路径控制概念有效解决此群组路口的壅塞问题，以达到实际 排解群组路口路径车流壅塞的窘境。本发明能够快速地因应交通车流的瞬间变 化，迅速做出最具实时性具最合理的号制控制决策，对于车流量型态起伏大， 且车流变化缺乏稳定性的群组路口将可有效排解车流壅塞问题。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习 此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的 专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在 本发明的专利范围内。