一种道路交叉口交通信号系统控制方法

摘要

本发明公开了一种道路交叉口交通信号系统控制方法，包括以下步骤：S1：建立道路交叉口排队长度模型，通过所述道路交叉口排队长度模型计算道路交叉口排队长度；S2：根据公式(1)确定单进口道饱和点的位置，根据公式(2)确定单进口道溢出点的位置；S3：根据步骤S2中所述饱和点和所述溢出点的位置，对单进口道的交通状态进行判定，根据道路交叉口的各个进口道的交通状态，对该道路交叉口的交通状态进行判定；S4：根据步骤S3中所述道路交叉口交通状态的判定结果，对该道路交叉口的交通信号系统进行控制。本发明可以更加准确地计算排队长度、判定道路交叉口交通状态、提高交通信号系统控制准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种道路交叉口交通信号系统控制方法，应用于道路交叉口的 交通运营管理领域。

背景技术

近年来，我国城市道路交叉口的交通堵塞问题日趋严重。随着车辆的保有量 的不断上升，城市道路日益拥堵，从而导致城市道路交通事故频发。一旦道路上 发生拥堵，将直接降低路网的运行效率，也容易诱发二次事故。减少交通事故带 来的负面影响的有效途径，是通过实时运算拥堵造成的影响，根据计算可得到道 路达到最大排队长度的时间，为采取有效的措施处理拥堵提供可靠的理论依据。 排队长度是衡量交叉口拥堵程度的重要指标，是交叉口信号控制优化技术中重 要的输入条件，因此准确的采集获得排队长度指标具有重要意义。排队长度的引 入可以根据进口道的几何线型和车道功能加以更好分配信号时间。

中国专利文献CN102034353A公开了一种基于固定检测器的城市道路交通 事故排队长度测算方法。该方法是基于在道路中设置的固定检测器，用以检测车 辆的离去率，通过采用城市道路组合交通流来描述车辆到达的特征。根据车辆的 到达率和离去率，建立基于固定检测器的排队长度测算方法，再根据交通事故持 续的时间，计算交通事故造成的最大排队长度。该方法能够计算发生在固定检测 器沿车辆行驶方向前方的交通事故造成拥堵的车辆排队长度。但是，道路上车辆 发生碰撞的位置具有随机性，可能发生在固定检测器前方，也可能发生在固定检 测器后方，上述专利文献公开的方法无法计算实际中所有碰撞发生的位置，通用 性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种更加准确地计算排队长度、判定道 路交叉口交通状态、提高交通信号系统控制准确度的道路交叉口交通信号系统 控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种道路交叉口交通信号系统控制方法，包括以下步骤：

S1：建立道路交叉口排队长度模型，通过所述道路交叉口排队长度模型计算 道路交叉口排队长度；进一步包括以下步骤：

S11：建立道路交叉口排队长度模型：

L_q＝(Q₂-Q₁)*L_C

其中：L_C为车身长度与平均车头距离之和，Q₁：为一个周期内本相位绿灯时 间段内通过检测器I的交通量，Q₂：为一个周期内本相位绿灯时间段内通过检测 器II的交通量；

通过所述道路交叉口排队长度模型计算道路交叉口排队长度；

S12：通过公式(1)对所述道路交叉口排队长度模型进行修正，其中，公式 (1)满足公式(2)、(3)、(4)；

公式(1)：

$q_k^m(n+1)=q_k^m\left(n\right)+\frac{{\Sigma }_{j\in F_m}{\Sigma }_{i=1}^{DN}{\mathrm{arr}}_i(n-\theta )*{\mathrm{La}}_i(n-\theta )*{\alpha }_k^{i,j}-{\Sigma }_{j\in F_m}{\mathrm{dep}}_j\left(n\right)*{\mathrm{Ld}}_j\left(n\right)}{{\mathrm{Nf}}_k^m};$

公式(2)：

$\theta =\frac{\frac{v}{a}+\frac{q_{max}-queue\left(n\right)-\frac{v^2}{2a}}{v}}{\Delta t};$

公式(3)：

n-θ≥0；

公式(4)：

queue(n)≥0；

其中，第k进口第m车流第n步的排队长度；

arr_i(n-θ)：第i个上游检测器第n-θ步的到达车辆数；

La_i(n-θ)：第i个上游检测器第n-θ步的到达车辆长度；

dep_j(n)：第j个下游检测器第n步的驶离车辆数；

Ld_i(n-θ)：第j个下游检测器第n-θ步的到达车辆长度；

第m股车流的车道数目；

v：车速，m/s；

a：减速度，m/s²；

Δt：时间步长，s；

q_max：两检测器间距，m；

queue(n)：第n步排队长度；

θ：上游检测器检测到车辆行驶到排队末端的旅行时间与时间段的比值；

S13：通过如下方法对步骤1的道路交叉口排队长度进行累计误差修正：

(a)零值修正：在一段时间内，若均无车辆通过检测器Ⅰ与检测器Ⅱ，且 两检测器之间无车辆存留，则将排队长度调整为0；

(b)满值修正：在一段时间内，若均无车辆通过检测器Ⅰ与检测器Ⅱ，且 两检测器之间有较多车辆存留，则将排队长度调整为L₂-L₁。L₁为饱和点位置， L₂为溢出点位置；

其中，检测器Ⅰ与检测器Ⅱ为两个相邻检测器。

S2：根据公式(1)确定单进口道饱和点的位置，根据公式(2)确定单进口 道溢出点的位置，所述饱和点为道路交叉口的一个周期内有效绿灯时间内单进 口道可以消散的车辆占有的长度，所述溢出点为单进口道可以接受上游交叉口 最大绿灯时间内放行车辆数占有的长度且保证该单进口道排队时不会溢出影响 上游交叉口；

公式(1)：

$L_1=\frac{S_1\times f_1\times g_e\times L_C}{3600\times m_1}$

其中，L₁为饱和点到停车线的位置，s₁为路段的饱和流量，f₁为交叉口直行车 辆受转向车辆影响的折减系数，L_C为车身长度，m₁为进口道的车道数，g_e为道路 交叉口有效绿灯时间；

公式(2)：

$L_2=L-\frac{S_2\times f_2\times g_{max}\times L_C}{3600\times m_2}$

其中，L为路段总长度，L₂为溢出点到停车线的位置，s₂为路段的饱和流量， f₂为上游交叉口直行车辆受转向车辆影响的折减系数，L_C为车身长度，m₂为上游 交叉口出口道的车道数，g_max为上游交叉口最大绿灯时间；

S3：根据步骤S2中所述饱和点和所述溢出点的位置，对单进口道的交通状 态进行判定，根据道路交叉口的各个进口道的交通状态，对该道路交叉口的交通 状态进行判定；进一步包括以下步骤：

通过如下方法对单进口道的交通状态进行判定：

当车辆排队长度位于所述饱和点和停车线之间，即L_q<L₁，所述单进口道的 交通状态为不饱和状态；

当车辆排队长度位于于所述饱和点和所述溢出点之间，即L₁<L_q<L₂，所述 单进口道的交通状态为饱和不溢出状态；

当车辆排队长度超过溢出点位置，即L_q>L₂，所述单进口道的交通状态为饱 和溢出状态；

其中，L_q为车辆排队长度；

S4：根据步骤S3中所述道路交叉口交通状态的判定结果，对该道路交叉口 的交通信号系统进行控制。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案通过确定单进口道的饱和点位置， 作为时间要素，表征道路交叉口的绿灯时间利用率，饱和点表示该道路交叉口的 时间利用率达到饱和。通过确定单进口道的溢出点位置，作为空间要素，表征该 道路交叉口对上游道路交叉口的影响作用，溢出点表示该道路交叉口的空间利 用率达到饱和，通过综合分析时间和空间对道路交叉口交通的影响，提高了道路 交叉口交通状态判定和控制的准确性。本发明可以更加准确地计算排队长度、判 定道路交叉口交通状态、提高交通信号系统控制准确度。

附图说明

图1是本发明所述排队长度检测区域示意图。

图中所示：1、检测器Ⅰ；2、检测器Ⅱ；3、溢出点；4、饱和点。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

参照图1所示排队长度检测区域的布置，本发明的道路交叉口交通信号系 统控制方法，包括以下步骤：

S1：建立道路交叉口排队长度模型，通过所述道路交叉口排队长度模型计算 道路交叉口排队长度；进一步包括以下步骤：

S11：建立道路交叉口排队长度模型：

L_q＝(Q₂-Q₁)*L_C

其中：L_C为车身长度与平均车头距离之和，Q₁：为一个周期内本相位绿灯时 间段内通过检测器I的交通量，Q₂：为一个周期内本相位绿灯时间段内通过检测 器II的交通量；

通过所述道路交叉口排队长度模型计算道路交叉口排队长度。

S12：通过公式(1)对所述道路交叉口排队长度模型进行修正，其中，公式 (1)满足公式(2)、(3)、(4)；

公式(1)：

$q_k^m(n+1)=q_k^m\left(n\right)+\frac{{\Sigma }_{j\in F_m}{\Sigma }_{i=1}^{DN}{\mathrm{arr}}_i(n-\theta )*{\mathrm{La}}_i(n-\theta )*{\alpha }_k^{i,j}-{\Sigma }_{j\in F_m}{\mathrm{dep}}_j\left(n\right)*{\mathrm{Ld}}_j\left(n\right)}{{\mathrm{Nf}}_k^m};$

公式(2)：

$\theta =\frac{\frac{v}{a}+\frac{q_{max}-queue\left(n\right)-\frac{v^2}{2a}}{v}}{\Delta t};$

公式(3)：

n-θ≥0；

公式(4)：

queue(n)≥0；

其中，第k进口第m车流第n步的排队长度；

arr_i(n-θ)：第i个上游检测器第n-θ步的到达车辆数；

La_i(n-θ)：第i个上游检测器第n-θ步的到达车辆长度；

dep_j(n)：第j个下游检测器第n步的驶离车辆数；

Ld_i(n-θ)：第j个下游检测器第n-θ步的到达车辆长度；

第m股车流的车道数目；

v：车速，m/s；

a：减速度，m/s²；

Δt：时间步长，s；

q_max：两检测器间距，m；

queue(n)：第n步排队长度；

θ：上游检测器检测到车辆行驶到排队末端的旅行时间与时间段的比值，旅 行时间指车辆从上游检测器行驶到排队末端的时间。

需要说明的是，其中，k是进口的编号，代指交叉口的某个进口；m为交叉 口某进口的某个车道；n为划分的时间步长，即在做迭代计算时的最小时间单位。

S13：通过如下方法对步骤1的道路交叉口排队长度进行累计误差修正：

(a)零值修正：在一段时间内，若均无车辆通过检测器Ⅰ与检测器Ⅱ，且 两检测器之间无车辆存留，则将排队长度调整为0；

(b)满值修正：在一段时间内，若均无车辆通过检测器Ⅰ与检测器Ⅱ，且 两检测器之间有较多车辆存留，则将排队长度调整为L₂-L₁。L₁为饱和点位置， L₂为溢出点位置；

其中，检测器Ⅰ与检测器Ⅱ为两个相邻检测器。

步骤S11-13通过对道路交叉口排队长度模型的修正，迭代计算能够实时计 算交叉口的排队长度。与现有技术相比，该技术方案考虑了以下修正因素：

1、考虑车辆在区间内的行驶时间(车辆分为以一定初速度进入区间行驶与 车辆减速制动至停车开始排队过程)，从而准确的识别在区间内参与排队的车辆 数与在行驶中为到达队尾参与排队的车辆数。

2、考虑车辆车型，不同车型车辆长度差异较大，当排队车辆数较多时，会 造成排队长度估计的累积误差。

3、考虑车辆转向率，主要是用于对车辆换道行为导致同一车道检测器对之 间流量守恒原理的修正。

4、能够实时计算道路交叉口的排队长度，而且考虑因素全面，具有很好的 精度。

S2：根据公式(1)确定单进口道饱和点的位置，根据公式(2)确定单进口 道溢出点的位置，所述饱和点为道路交叉口的一个周期内有效绿灯时间内单进 口道可以消散的车辆占有的长度，所述溢出点为单进口道可以接受上游交叉口 最大绿灯时间内放行车辆数占有的长度且保证该单进口道排队时不会溢出影响 上游交叉口；

公式(1)：

$L_1=\frac{S_1\times f_1\times g_e\times L_C}{3600\times m_1}$

其中，L₁为饱和点到停车线的位置，s₁为路段的饱和流量，f₁为交叉口直行车 辆受转向车辆影响的折减系数，L_C为车身长度，m₁为进口道的车道数，g_e为道路 交叉口有效绿灯时间；

公式(2)：

$L_2=L-\frac{S_2\times f_2\times g_{max}\times L_C}{3600\times m_2}$

其中，L为路段总长度，L₂为溢出点到停车线的位置，s₂为路段的饱和流量， f₂为上游交叉口直行车辆受转向车辆影响的折减系数，L_C为车身长度，m₂为上游 交叉口出口道的车道数，g_max为上游交叉口最大绿灯时间。

S3：根据步骤S2中所述饱和点和所述溢出点的位置，对单进口道的交通状 态进行判定，根据道路交叉口的各个进口道的交通状态，对该道路交叉口的交通 状态进行判定；进一步包括以下步骤：

通过如下方法对单进口道的交通状态进行判定：

当车辆排队长度位于所述饱和点和停车线之间，即L_q<L₁，所述单进口道的 交通状态为不饱和状态；

当车辆排队长度位于于所述饱和点和所述溢出点之间，即L₁<L_q<L₂，所述 单进口道的交通状态为饱和不溢出状态；

当车辆排队长度超过溢出点位置，即L_q>L₂，所述单进口道的交通状态为饱 和溢出状态；

其中，L_q为车辆排队长度。

S4：根据步骤S3中所述道路交叉口交通状态的判定结果，对该道路交叉口 的交通信号系统进行控制。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案通过确定单进口道的饱和点位置， 作为时间要素，表征道路交叉口的绿灯时间利用率，饱和点表示该道路交叉口的 时间利用率达到饱和。通过确定单进口道的溢出点位置，作为空间要素，表征该 道路交叉口对上游道路交叉口的影响作用，溢出点表示该道路交叉口的空间利 用率达到饱和，通过综合分析时间和空间对道路交叉口交通的影响，提高了道路 交叉口交通状态判定和控制的准确性。本发明可以更加准确地计算排队长度、判 定道路交叉口交通状态、提高交通信号系统控制准确度。