一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置系统及方法

摘要

本发明公开了一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置系统及方法，包括图像采集模块，用于采集人行横道两侧行人站立区域的过街行人的图像信号，并将该信号传输到图像处理模块；图像处理模块，等待过街的行人数的最大值传输到交通信号控制器；车辆检测器，将采集到的等待右转的车辆数传送到交通信号控制器，同时在右转信号绿灯期间实时采集新增右转车辆数；交通信号控制器，用于计算行人过街信号绿灯时间Gp和右转车辆信号绿灯时间TR，随后将信号控制指令传输给交通信号控制器及信号控制机，用于控制过街行人与右转车辆的信号灯时间，本发明能实现交叉口车辆及行人的高速通行。

说明书

技术领域

本发明涉及交通管理技术领域，特别涉及一种孤立交叉口同相位右转与行 人信号的设置系统及方法。

背景技术

目前，我国城市交通组成复杂，由于存在密集的人流，相互干扰对机动车 通行能力产生很大的影响，这已经成为城市交通问题的主要成因之一。一方面， 混合交通的交织与冲突现象又突出地表现在城市的交叉口，大大降低了交叉口 作为城市交通网络节点的服务能力，而以往对于交叉口的研究多关注于左转机 动车的冲突问题，对右转车辆与行人的冲突分析研究较少。另一方面，大多数 右转车道并无信号控制，由于与过街行人存在冲突，其运行服务水平受到很大 的影响。

当城市道路某交叉口同与之相邻的交叉口间距较大、相互影响不甚明显， 交叉口之间关联度不强时，可以认为此交叉口为城市道路孤立交叉口。根据城 市道路孤立交叉口的特点，采用单点信号控制方式更具优势。

如果在信号交叉口等待过街的行人较多，而行人过街信号时间又不充足， 则会导致发生行人的二次过街行为；如果在信号交叉口等待过街的行人较少， 而行人过街信号时间又较长，则会导致信号时间的浪费，造成排队车辆的停车 延误和排队时间增加。综上所述，需要合理地设置行人信号时间和右转车辆通 行时间，这样既能保障“行人优先”、体现“以人为本”的思想，又能实现交 叉口右转车辆的高效通行。

如图3所示，分析不同车道内机动车、行人之间的相互影响，可以认为右 转车辆受到混合交通的影响较为明显，行人对机动车干扰往往成为右转车辆延 误的主要原因。

为减少右转车辆与行人冲突区域5，保障过街行人与右转车辆的有效通行， 需要将两者进行同相位时间划分通行。如果将过街行人与同相位右转车辆同时 放行，当行人流量较大时，行人连续通过冲突区，导致右转车辆的穿越空当较 少，右转车辆的延误增加；随着行人流量增加，右转机动车的延误进一步增加。 由于右转机动车等待时间过长，易导致驾驶员产生焦躁情绪，强行穿越行人流， 给行人安全带来隐患。在这种情况下，有必要通过信号控制将两者在时间上予 以分离。

发明内容

本发明为了克服城市道路孤立交叉口同相位右转车辆与过街行人的冲突， 引导右转车辆的安全通行与过街行人安全过街，本发明提供一种孤立交叉口同 相位右转与行人信号的设置系统及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置方法，包括如下步骤：

S1获得目标城市道路孤立交叉口的基本信息；

S2在行人绿灯启亮前，采集人行横道两侧驻足区站立行人的图像，通过处 理得到人行横道两侧行人的最大值N_p；

S3根据人行横道两侧行人的最大值N_p，计算满足等待过街行人数N_p的绿 灯时长

S4考虑人行道绿灯启亮及持续期间新增过街行人到达交叉口，则假设同一 周期内行人的到达率不变，则预测等待过街行人及新增过街行人的总人数

$N_{pmax}=\frac{T+{\bar{G}}_p}{T}·N_p$

通过预测总人数N_pmax，计算行人过街需要的绿灯信号时间G_p，开启行人 信号绿灯；

S5在行人绿灯结束前，获取同一相位等待右转的车辆数据N，计算N辆右 转车辆需要的信号时间，生成相应指令开启右转车辆信号 绿灯。

所述S5还包括，

在右转车辆绿灯持续期间，实时采集右转车道是否有车辆到达，

S5.1如果有，则每新增一辆车，则相应增加单位右转相位时间依次递 加，所述为一个常数；

S5.1.1当检测到下一相位等待通过交叉口排队车辆超过预先设定的阈值Q， 则结束右转放行，右转相位时间T_R＝T′_R+△t₁，则n为右转相位绿灯持续 期间新增右转车辆中可通过交叉口的车辆数；

S5.1.2当检测到下一相位等待通过交叉口排队的车辆未超过预先设定的阈 值Q，且右转车辆绿灯时间T_R未到达预先设定的阈值T_Rmax时，则右转相位时间为 T_R＝T′_R+△t₂，n₁为右转相位绿灯期间新增的右转车辆数；

S5.1.3当检测到下一相位等待通过交叉口排队的车辆未超过预先设定的阈 值Q，且右转车辆绿灯时间T_R到达预先设定的阈值T_Rmax时，结束右转车辆绿灯信 号，此时右转相位时间为T_R＝T′_R+△t₃，n₂为此情形下右转相位绿灯期 间到达并准许通行的车辆数；

S5.2若没有，则右转车辆绿灯信号启亮T′_R后结束右转放行。

所述S4中，计算行人过街需要的绿灯信号时间G_p，

$G_p=(\frac{l}{V_p}+t)-\frac{l^{\prime }}{2V_p}+\frac{N_{p\max }·l^{\prime }/V_p}{2{\eta }_1·{\eta }_2·d}+\frac{1}{2}\sqrt{{(-2(\frac{l}{V_p}+t)+\frac{l^{\prime }}{V_p}-\frac{N_{p\max }·l^{\prime }/V_p}{{\eta }_1·{\eta }_2·d})}^2-4({(\frac{l}{V_p}+t)}^2-(\frac{l}{V_p}+t)·\frac{l^{\prime }}{V_p})}$

式中：G_p—行人过街绿灯时间长度，单位s，l—行人横道长度，单位m；V_p—行人步行平均速度；t—行人损失时间t＝t₁+t₂，t₁为等待过街的行人对灯色变 换的反应时间，t₂为绿灯末行人因安全感降低使流量未达饱和所造成的损失，l′ —前后行人平均间距，η₁—对向人流干扰折减系数，η₂—行人、自行车、电动 车混合过街横向影响折减系数，根据人行横道过街需求中自行车和电动车的比 例，取不同的折减系数；d—人行横道宽度，单位m。

所述S3中，

${\bar{G}}_p=(\frac{l}{V_p}+t)-\frac{l^{\prime }}{2V_P}+\frac{N_p·l^{\prime }/V_p}{2{\eta }_1·{\eta }_2·d}+\frac{1}{2}\sqrt{{(-2(\frac{l}{V_p}+t)+\frac{l^{\prime }}{V_p}-\frac{N_p·l^{\prime }/V_p}{{\eta }_1·{\eta }_2·d})}^2-4({(\frac{l}{V_p}+t)}^2-(\frac{l}{V_p}+t)·\frac{l^{\prime }}{V_p})}$

V_p—行人步行平均速度；t—行人损失时间，l—行人横道长度，m，l′—前 后行人平均间距，取1.0m，η₁—对向人流干扰折减系数，η₂—行人、自行车、 电动车混合过街横向影响折减系数，d—人行横道宽度，m。

所述t₂取值为2s，l′取1m，η₁是0.95，行人步行平均速度取1.5m/s，所述基 本信息包括交叉口各进口车道数及车道划分，人行横道长度，信号相位设置、 右转车辆平均车头时距。

一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置方法的系统，用于城市道路 孤立交叉口，其特征在于，包括：图像采集模块、图像处理模块、车辆检测器、 交通信号控制器及信号控制机；

图像采集模块，设置在孤立交叉口两个进口人行横道，用于采集人行横道 两侧行人站立区域的过街行人的图像信号，并将该信号传输到图像处理模块；

图像处理模块，用于识别、处理及分析过街行人的图像信号，进一步得到 等待过街的行人数，从人行横道两侧等待过街行人数中选择行人数最大值传输 到交通信号控制器；

车辆检测器，用于在行人绿灯结束前△t时刻，检测交叉口等待右转车辆的车 辆数，并在右转信号绿灯期间实时采集新增右转车辆数，并将数据输出到交通 信号控制器；

交通信号控制器，用于接收等待过街的行人数据，等待右转的车辆数及新 增右转车辆数，进一步计算行人过街信号绿灯时间和右转车辆信号绿灯时间， 随后将信号控制指令传输给信号控制机；

信号控制机，用于接收信号控制指令，控制过街行人与右转车辆的信号灯 时间。

所述车辆检测器埋设在对应每个进口的右转车道，具体位置距离停车线后 50m处。

所述交通信号控制器设置在交通信号控制机内。

所述图像采集模块包括摄像机或视频采集器，设置在交叉口中对应每个进 口处。

所述△t为2～3S。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置系统及方法， 旨在避免城市道路孤立交叉口同相位右转车辆与过街行人的交通冲突，引导右 转车辆安全通行与行人安全过街，提升了城市道路孤立交叉口的安全性；

本发明引导右转车辆的安全通行与过街行人安全过街，避免了同相位右转 车辆与过街行人的交通冲突，提升了城市道路孤立交叉口的行车安全性。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明中一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置系统的示意 图；

图3是本发明中一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置系统的结构 连接示意图。

图4是本发明中一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置系统的工作 原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施 方式不限于此。

实施例

如图2、图3及图4所示，一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置系 统，包括图像采集模块1、图像处理模块、车辆检测器4、交通信号控制器及信 号控制机，还有行人过街信号灯2，右转车辆信号灯3，右转车辆与行人冲突区 域5。

图像采集模块，包括摄像机或视频采集器，设置在孤立交叉口两个进口人 行横道，用于采集人行横道两侧行人站立区域的过街行人的图像信号，并将该 信号传输到图像处理模块；

图像处理模块，用于识别、处理及分析过街行人的图像信号，进一步得到 等待过街的行人数，从人行横道两侧等待过街行人数中选择行人数最大值传输 到交通信号控制器；

车辆检测器，埋设在对应每个进口的右转车道，且距离停车线约50米处， 用于在行人绿灯结束前△t时刻，所述△t为2～3S，通过车辆检测器检测交叉口等 待右转车辆数N，然后将采集到的等待右转的车辆数传送到交通信号控制器， 同时在右转信号绿灯期间实时采集新增右转车辆数；

交通信号控制器，设置在交通信号控制机内，用于接收等待过街的行人数 据N_p，等待右转的车辆数及新增右转车辆数，进一步计算行人过街信号绿灯时 间G_p和右转车辆信号绿灯时间T_R，随后将信号控制指令传输给信号控制机；

信号控制机，用于接收信号控制指令，控制过街行人与右转车辆的信号灯 时间，右转车辆与人行横道行人过街信号灯，用于根据信号控制机发送的指令 对过街行人与右转车辆做出相应指示。

如图1所示，一种孤立交叉口同相位右转与行人信号的设置方法，包括如 下步骤：

S1采集目标城市道路孤立交叉口的基本信息，所述基本信息包括交叉口各 进口车道数及车道划分，人行横道长度，信号相位设置、右转车辆平均车头时 距等将信息输入并保存到交通信号控制器；

S2在涉及相位的行人绿灯启亮前，通过安装在人行横道一侧的图像采集模 块(如摄像机)对人行横道两侧驻足区站立的行人进行图像采集，获取等待过 街的行人图像，然后将上述捕捉到的图像通过无线传输送入图像处理模块进行 图像识别、处理和分析，从而得到等待过街的行人数的最大值N_p；

S3根据行人横道行人数的最大值N_p，信号控制器计算满足等待过街的行人 数N_p的绿灯时长

${\bar{G}}_p=(\frac{l}{V_p}+t)-\frac{l^{\prime }}{2V_p}+\frac{N_p·l^{\prime }/V_p}{2{\eta }_1·{\eta }_2·d}+\frac{1}{2}\sqrt{{(-2(\frac{l}{V_p}+t)+\frac{l^{\prime }}{V_p}-\frac{N_p·l^{\prime }/V_p}{{\eta }_1·{\eta }_2·d})}^2-4({(\frac{l}{V_p}+t)}^2-(\frac{l}{V_p}+t)·\frac{l^{\prime }}{V_p})}$

S4考虑人行道绿灯启亮及持续期间新增过街行人到达交叉口，则假设同一 周期内行人的到达率不变，则预测等待过街行人及新增过街行人的总人数

$N_{pmax}=\frac{T+{\bar{G}}_p}{T}·N_p$

通过预测总人数N_pmax，计算行人过街需要的绿灯信号时间G_p，生成相应 指令传输到信号控制机，开启行人信号绿灯，其中T为周期时长；

$G_p=(\frac{l}{V_p}+t)-\frac{l^{\prime }}{2V_P}+\frac{N_{pmax}·l^{\prime }/V_p}{2{\eta }_1·{\eta }_2·d}+\frac{1}{2}\sqrt{{(-2(\frac{l}{V_p}+t)+\frac{l^{\prime }}{V_p}-\frac{N_{pmax}·l^{\prime }/V_p}{{\eta }_1·{\eta }_2·d})}^2-4({(\frac{l}{V_p}+t)}^2-(\frac{l}{V_p}+t)·\frac{l^{\prime }}{V_p})}$

式中：G_p—行人过街绿灯时间长度，单位s，l—行人横道长度，m；V_p—行 人步行平均速度；t—行人损失时间t＝t₁+t₂，t₁为等待过街的行人对灯色变换的 反应时间，t₂为绿灯末行人因安全感降低使流量未达饱和所造成的损失，一般 取2S，l′—前后行人平均间距，取1.0m；η₁—对向人流干扰折减系数，一般为0.95， η₂—行人、自行车、电动车混合过街横向影响折减系数，根据人行横道过街需 求中自行车和电动车的比例，取不同的折减系数；d—人行横道宽度，m。

S5在行人绿灯即将结束前，通过车辆检测器检测同一相位交叉口等待右转 车辆数N，然后将采集到的车辆数据发送到信号控制器，信号控制器计算N辆 右转车辆右转的信号时间，

生成相应的指令，传输到信号控制机对过街行人 与右转车辆做出相应指示。

式中：T′_R—右转车辆信号绿灯开启时分配的时间；

R—右转车辆行驶轨迹半径，m；

V—绿灯启亮后第一辆车到达出口人行横道的瞬时速度，m/s；

N—实时检测到的等待通过交叉口的右转车辆数；

—右转车辆平均车头视距，s；

t₀—排队等待右转的第一辆车在右转绿灯启亮后的反应时间，取0.7s。

S6在S5中的右转车辆绿灯持续期间，车辆检测器实时采集右转车道是否 有车辆到达，

S6.1如果有，则每增加一辆车，则相应增加单位右转相位时间依次递加， 所述为一个常数，与实际交叉口的几何构造、路段车辆限速等条件有关，所以应 由实际情况确定。当出现如下情况时，结束右转放行车辆，具体为：

S6.1.1当检测到下一相位等待通过交叉口排队车辆超过预先设定的阈值Q， 则结束右转放行，右转相位时间T_R＝T′_R+△t₁，则n为右转相位绿灯持续 期间新增右转车辆中可通过交叉口的车辆数，Q根据实际交叉口的几何构造、 交通流状况等条件确定。

S6.1.2当检测到下一相位等待通过交叉口排队的车辆未超过预先设定的阈 值Q，且右转车辆绿灯时间T_R未到达预先设定的阈值T_Rmax时，则右转相位时间为 T_R＝T′_R+△t₂，n₁为右转相位绿灯期间新增的右转车辆数；

S6.1.3当检测到下一相位等待通过交叉口排队的车辆未超过预先设定的阈 值Q，且右转车辆绿灯时间T_R到达预先设定的阈值T_Rmax时，结束右转车辆绿灯信 号，此时右转相位时间为T_R＝T′_R+△t₃，n₂为此情形下右转相位绿灯期 间到达并准许通行的车辆数；

S6.2若没有，则右转车辆绿灯信号启亮T′_R后结束右转放行。

S7本相位结束，开启下一相位的放行。

城市道路孤立交叉口的信号周期与相位绿灯时间并非固定不变，它们将随 实时交通流量(包括人流量与车流量)的到达情况而变，适合设置基于图像识 别技术的同相位右转车辆与行人过街信号时间的设置系统，引导了右转车辆的 安全通行与过街行人安全过街，避免了同相位右转车辆与过街行人的交通冲突， 提升了城市道路孤立交叉口的行车安全性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。