一种信号交叉口直左冲突及其影响分析方法

摘要

本发明公开了一种信号交叉口直左冲突及其影响分析方法，获取布设于信号交叉口进口道的智能卡口检测数据，以卡口设备车辆抓拍断面为过车检测断面，根据左转车道以及对向直行车道的过车检测数据，生成左转车道以及对向直行车道在检测断面的过车信号图；生成直行车道过车间隔离散序列，根据幅值特性分析直行车辆的通行特性，同时结合左转与直行的过车信号图对直左相位信号放行阶段左转抢行进行判别；对直左冲突影响严重程度进行评价。该方法通过识别左转方向车辆的抢行行为，进而分析左转抢行对对向直行车辆的通行效率的影响，对交叉口的车辆通行秩序以及通行效率进行评估。

说明书

技术领域

本发明涉及交通控制领域，特别是一种信号交叉口直左冲突及其影响分析方法。

背景技术

信号交叉口通过交通信号控制方法实现对交叉口交通冲突的时空分离。在实际应用中常见存在专左车道缺乏左转专用相位的情况，在同一相位中对左转与直行同时放行，由此带来左转车流与对向直行车流的冲突。《道路交通安全法实施条例》规定：转弯机动车让直行车辆先行。但对实际的交通通行情况进行观察可以发现，左转车辆抢行的情况屡见不鲜，尤其在高峰时段内，左转抢行直接影响直行方向车辆通行效率，进而影响整个交叉口的通行秩序，更有可能带来交通安全事故。

交叉口的交通冲突是影响交叉口安全的重要因素，当前对道路基础设施交通安全评价方面亦从交通冲突的影响进行分析。国内外对于直左冲突方面取得众多研究成果，主要集中于冲突模型的构建，包括冲突延误模型(如HCM模型、TRRL模型等)、冲突预测模型等，进而对交叉口的交通冲突对交通流运行的影响情况进行分析。各类冲突分析模型以特定的假设为前提，以模式化的交通流运行分析为基础，一定程度上无法实现对交叉口交通流的真实反映。

能够对交叉口真实场景进行全过程记录的设备主要有视频监控设备，但受到图像处理技术的限制，监控视频所携带的有效信息尚无法充分利用。当前对交通流运行情况的数据采集主要依托于路面、路侧安装的各类车辆检测器，自动获取对应断面、车道的实时车辆通行数据。在这样的现状条件下，如何从断面的局部交通流通行情况对交叉口的真实车辆冲突情况进行分析，对于评估交叉口交通通行效率和安全具有重要意义。当前尚缺乏基于断面交通流运行检测数据进行交叉口左直冲突分析的方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种信号交叉口直左冲突及其影响分析方法，解决现有技术中存在的因缺乏全局性的交叉口车辆通行信息而无法对实际的车辆冲突情况进行分析的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种信号交叉口直左冲突及其影响分析方法，包括顺序执行的以下步骤：

S1、获取布设于信号交叉口进口道的智能卡口检测数据，所述的信号交叉口存在专左车道，但信号配时方案中无左转专用相位；从智能卡口检测数据中筛选直左相位内发生车辆通行的车道对应的过车检测数据，包括车道编号、过车时刻、车牌号码；

S2、以卡口设备车辆抓拍断面为检测断面，根据左转车道以及对向直行车道的过车检测数据，生成左转车道以及对向直行车道在检测断面的过车信号图；

S3、将步骤S2生成的检测断面的过车信号图进行转换，生成直行车道过车间隔离散序列，根据直行车道过车间隔离散序列的幅值特性分析直行车辆的通行特性，同时结合左转与直行的过车信号图对直左相位信号放行阶段出现左转抢行行为进行判别；

S4、设置交叉口安全等级评价标准，根据步骤S3对各周期内直左相位中发生的左转抢行行为的判断结果，从发生直左冲突的周期比例、直左冲突平均数、直左冲突引发的直行延误对直左冲突影响严重程度进行评价。

进一步的，步骤S2具体为：

S21、根据步骤S1获取的过车检测数据，在时间维度的信号图中分别绘制左转车道以及直行车道分别在检测断面的过车离散时间信号S_l(t)、S_s(t)，即若时刻t_i存在过车记录，则在时间维度的信号图中的对应时刻定义S(t_i)＝1；

S22、根据信号交叉口的信号配时方案，从S_l(t)、S_s(t)中将分析为周期C_i的过车离散时间信号进行截取，其中i为分析的周期序号，生成左转车道的截取结果和直行车道的截取结果其中u(t)为单位阶跃序列，即a、b分别为周期C_i的起止时刻。

进一步的，步骤S3具体为：

S31、根据左转车道、直行车道在检测断面的过车离散时间信号的脉冲信号分布情况以及信号交叉口的信号配时方案，按照如下方法对直左相位的放行阶段进行判断和截取：

将左转车道、直行车道在检测断面的过车离散时间信号在时间维度上的过车信号叠合在同一时间序列中，根据车辆通行特性将左转与直行脉冲集中在同一时间区间内的时段判断为直左相位的放行阶段，其中将该区间内最早出现过车脉冲的时刻作为左直相位的放行起始时刻根据直左阶段的配时时长以及时间序列行的脉冲分布，确定直左相位结束时刻进一步地，将左转车道、直行车道在检测断面的过车离散时间信号在该时间区间的信号进行截取：

S32、将进行变换，将其从时间维度的过车信号转换为车辆通过检测断面的时间间隔，即计算检测断面的车头时距，对于第k辆车的车头时距h_k＝t_k+1-t_k；进而生成直行车道在检测断面的以n为自变量的过车间隔离散序列定义i，即过车间隔离散序列的信号幅值为对应车辆的车头时距；

S33、分析直行车道在检测断面的过车间隔离散序列信号幅值特性，进而按照如下标准推演直行车辆通过检测断面的运行特性：若信号呈现的幅值特性为：n≤x幅值呈递减趋势，n>x幅值趋于稳定，即在该车道从第x辆车开始保持饱和车头间距，则判断直行车辆畅行；若存在不少于1个信号脉冲幅值与前后信号脉冲相比出现显著增大的情况，即脉冲幅值变化率大于阈值H，阈值H通常取0.85，则判断直行车辆受到干扰；

S34、若步骤S33中判断车辆受到干扰，则进行步骤S35，否则，转向步骤S37；

S35、对直行车道在检测断面的过车间隔离散序列中出现脉冲幅值显著增加的信号进行标记，生成直行车道行驶受阻车辆集合X：{x₁,…,x_p,…,x_i}，其中集合元素x_p使得幅值与前后脉冲幅值相比显著增大；根据与的映射关系，将集合X内元素对应的时间维度坐标进行标记T_s：其中m为集合X的元素数量；

S36、根据交叉口直行与对向左转的冲突点位置以及冲突点距离相应的直行与左转车道检测断面的距离设置左转检验时长I_l，检测在时间区间内是否存在信号脉冲，即检测是否存在使得若存在，则判断时刻发生的直行车辆行驶受阻是由对向的左转抢行造成的；

S37、结束周期C_i的分析，i＝i+1，转向步骤S2，对下一周期的直左相位的车辆通行情况进行分析。

进一步的，步骤S4具体步骤为：

S41、根据各周期内的左直冲突检测结果，统计对应周期的直左冲突次数N_i；

S42、剔除直行车道在检测断面的过车间隔离散序列中幅值显著增大的脉冲以及n≤x的脉冲信号，计算其他脉冲信号幅值平均值进而计算因直左冲突造成的车辆直行延误

S43、统计平峰时段、早晚高峰时段、低峰时段内发生直左冲突的周期数以及比例；

S44、根据步骤S41获得的各周期直左冲突数，对平峰时段、早晚高峰时段、低峰时段内的周期直左冲突次数的平均值进行统计；

S45、根据步骤S42获得的各周期因直左冲突造成的直行延误，对平峰时段、早晚高峰时段、低峰时段内的周期的直行延误平均值进行统计；

S46、设置交叉口安全评价等级，从发生直左冲突的周期比例、直左冲突平均数、直左冲突引发的直行延误对直左冲突影响严重程度进行评价，对应评价指标设置检测阈值，根据步骤S43～S45获得的交叉口直左冲突实际情况对交叉口安全等级进行评价。

有益效果：

本发明提供的信号交叉口直左冲突及其影响分析方法，具有以下优点：

一、该种信号交叉口直左冲突及其影响分析方法，基于信号交叉口进口道断面交通流数据进行交叉口冲突的判断与影响分析，鉴于当前信号交叉口停车线附近大多安装有智能卡口检测设备，因而本方法具有在数据采集的基础支撑方面具有显著的便利性和优势。

二、本发明通过绘制检测断面的过车时间离散信号，直观分析检测断面的车辆通行特性，进而对交叉口左转抢行进行识别。

三、本发明从冲突数、冲突延误等方面对左转抢行对对向直行造成的通行影响进行分时段评价，以分级评价方法对交叉口的左直冲突带来的通行效率与安全性进行评价，分析结果对于优化信号交叉口信号控制方案、交叉口渠化等组织形式具有实际意义。

附图说明

图1是本发明实施例信号交叉口直左冲突及其影响分析方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例

一种信号交叉口直左冲突及其影响分析方法，包括以下步骤：

S1、获取布设于信号交叉口进口道的智能卡口检测数据，所述的信号交叉口存在专左车道，但信号配时方案中无左转专用相位；从中筛选直左相位内发生车辆通行的车道对应的检测数据，包括车道编号、过车时刻、车牌号码。

S2、以卡口设备车辆抓拍断面为过车检测断面，根据左转车道以及对向直行车道的过车检测数据，生成左转车道以及对向直行车道在检测断面的过车信号图。

S21、根据步骤S1获取的过车检测数据，在时间维度的信号图中分别绘制左转车道、直行车道在检测断面的过车离散时间信号S_l(t)、S_s(t)，即若时刻t_i存在过车记录，则在信号图对应时刻定义S(t_i)＝1；

S22、根据交叉口的信号配时方案，从S_l(t)、S_s(t)中将分析周期C_i的过车信号进行截取，即其中u(t)为单位阶跃序列，即a、b分别为周期C_i的起止时刻。

S3、将步骤S2生成的检测断面过车信号图进行转换，生成直行车道过车间隔离散序列，根据幅值特性分析直行车辆的通行特性，同时结合左转与直行的过车信号图对直左相位信号放行阶段左转抢行进行判别。

S31、根据左转车道、直行车道在检测断面的过车离散时间信号的脉冲信号分布情况以及信号交叉口的信号配时方案，对直左相位的放行阶段进行判断和截取；实现方法为：

将左转车道、直行车道在检测断面的过车离散时间信号在时间维度上的过车信号叠合在同一时间序列中，根据车辆通行特性将左转与直行脉冲集中在同一时间区间内的时段判断为直左相位的放行阶段，其中将该区间内最早出现过车脉冲的时刻作为左直相位的放行起始时刻根据直左阶段的配时时长以及时间序列行的脉冲分布，确定直左相位结束时刻进一步地，将左转车道、直行车道在检测断面的过车离散时间信号在该时间区间的信号进行截取：

S32、将直行车道在检测断面的过车离散时间信号进行变换，将其从时间维度的过车信号转换为车辆通过检测断面的时间间隔，即计算检测断面的车头时距；对于第k辆车的车头时距h_k＝t_k+1-t_k；进而生成直行车道在检测断面的过车间隔离散序列定义即过车间隔离散序列的信号幅值为对应车辆的车头时距；

S33、分析直行车道在检测断面的过车间隔离散序列信号幅值特性，进而推演直行车辆通过检测断面的运行特性；对于畅行的直行车辆，信号应呈现的幅值特性为：n≤x幅值呈明显的递减趋势，n>x幅值趋于稳定，其中x一般不大于6；对于受到干扰的直行车辆，则存在不少于1个信号脉冲幅值出现显著增大的情况；

S34、若直行车道在检测断面的过车间隔离散序列存在步骤S33所述的存在不少于1个信号脉冲幅值出现显著增大的情况，则进行步骤S35，否则，转向步骤S37；

S35、在直行车道在检测断面的过车间隔离散序列出现脉冲幅值显著增加的信号进行标记，生成直行车道行驶受阻车辆集合X：{x₁,…,x_p,…,x_i}，其中集合元素x_p使得幅值与前后脉冲幅值相比显著增大；根据与的映射关系，将集合X内元素对应的时间维度坐标进行标记T_s：其中m为集合X的元素数量；

S36、根据交叉口直行与对向左转的冲突点位置以及冲突点距离相应的直行与左转车道检测断面的距离设置左转检验时长I_l，检测在时间区间内是否存在信号脉冲，即检测是否存在使得若存在，则判断时刻发生的直行车辆行驶受阻是由对向的左转抢行造成的；

S37、结束周期C_i的分析，i＝i+1，转向步骤S2，对下一周期的直左相位的车辆通行情况进行分析。

S4、设置交叉口安全等级评价标准，根据步骤S3对各周期内直左相位中发生的左转抢行行为的判断结果，从发生直左冲突的周期比例、直左冲突平均数、直左冲突引发的直行延误对直左冲突影响严重程度进行评价。

S41、根据各周期内的左直冲突检测结果，统计对应周期的直左冲突次数N_i；

S42、剔除直行车道在检测断面的过车间隔离散序列中幅值显著增大的脉冲以及n≤x的脉冲信号，计算直行车道在检测断面的过车间隔离散序列中的信号幅值相对稳定的信号的幅值平均值进而计算因直左冲突造成的车辆直行延误

S43、统计平峰时段、早晚高峰时段、低峰时段内发生直左冲突的周期数以及比例；

S44、根据步骤S41获得的各周期直左冲突数，对平峰时段、早晚高峰时段、低峰时段内的周期直左冲突次数的平均值进行统计；

S45、根据步骤S42获得的各周期因直左冲突造成的直行延误，对平峰时段、早晚高峰时段、低峰时段内的周期的直行延误平均值进行统计；

S46、设置交叉口安全评价等级，从发生直左冲突的周期比例、直左冲突平均数、直左冲突引发的直行延误对直左冲突影响严重程度进行评价，对应评价指标设置检测阈值，根据步骤S43～S45获得的交叉口直左冲突实际情况对交叉口安全等级进行评价。

实施例的信号交叉口直左冲突及其影响分析方法，通过对信号交叉口停车线附近的某一断面的车辆实际通行情况进行分析，识别左转方向车辆的抢行行为，进而分析左转抢行对对向直行车辆的通行效率的影响，对交叉口的车辆通行秩序以及通行效率进行评估。实施例目的是解决当前因缺乏全局性的交叉口车辆通行信息而无法对实际的车辆冲突情况进行分析的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。