CN102419907B - 考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，包括感应线圈检测器、视频检测器、交通信号控制机和信号灯；交叉口采用两相位全感应控制，每个进口车道均埋设两个感应线圈检测器，其中主线圈检测器埋设在进口道停止线上，用于检测路段的交通流量，辅助线圈检测器埋设在主线圈检测器的上游的可能的最大排队处，用来辅助主线圈检测器检测机动车辆；每个人行横道的两端的行人过街等待区各安装一个视频检测器，检测过街行人流量；交通信号控制机与主线圈检测器、辅助线圈检测器以及视频检测器通过数据线进行数据交换，同时通过数据线控制位于人行横道和交叉口处的信号灯。本发明可实现行人过街的安全和通过效率，并且保证了机动车的通过率。

Description

考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统

技术领域

本发明涉及交通信号控制系统，特别是一种考虑行人过街感应信号控制系统，主要针对城市道路交叉口行人的安全过街控制。

背景技术

随着城市机动化的不断加快和慢行交通的逐步发展，交叉口处人行横道作为行人过街的基础设施，由于行人横穿马路，与主干道上行驶的机动车发生冲突，严重影响了进口道的通行能力。目前对交叉口行人过街的主要交通管制方式有：定时式信号控制、按钮式信号控制和无信号控制。在机动车交通流量比较大的交叉口，为了保证道路通行效率一般对行人过街采用定时信号控制；在行人到达随机性和流量变化比较大，而机动车流量不大的区域如学校、工厂等，一般使用按钮式信号控制来实现行人与机动车在通行时间上的分离；而无信号控制主要是针对路段上行人流量不多的情况，行人和机动车利用间隙通过冲突区域。

专利文献“行人过街按钮装置（专利号02132566.9）”介绍了一种按钮式行人过街系统，该系统通过行人按过街按钮向系统发送过街请求，系统在一个计算的时间段后，赋予行人通行权。此系统的缺点在于，很多行人因未看到、或不了解、或不习惯使用行人过街按钮，导致行人过街按钮的使用率很低。专利文献“一种载荷式行人过街信号控制装置（申请号200620032972）”介绍了一种载荷式行人过街信号控制装置，该装置通过检测准备过街的行人数量，判断行人绿灯放行时刻，以此来提高行人绿灯时间的利用率，增加道路的通行能力。此装置的缺点在于，没有考虑路段上机动车的流量以及车辆脉冲式到达的特点，导致上游车辆以连续车队形式通过人行横道时，由于行人过街的请求使车队被迫停止，从而造成了车辆行程时间的延误。专利文献“行人过街信号控制系统及方法（申请号200710130953.X）”通过系统优化算法将行人过街与上游交叉口协调控制，形成绿波带，在保证行人有足够过街通行权的情况下充分提供道路的利用率。由于不同的数量的人群过街时间也不同，该系统没有考虑行人过街的需求时间，只能在一定程度上保证行人的通行权。

另外，目前的行人过街信号控制方法还存在着一些问题：

1. 交叉口信号控制方案主要考虑机动车通行，行人绿灯时间通常与本相位机动车绿灯时间保持一致，而无法根据行人过街需求来调整行人绿灯时间，经常导致行人过街时间不足或行人绿灯时间浪费，存在交通安全隐患。

2. 由于行人和机动车的速度不同，其通过交叉口所需要的时间也不同。在绿灯时间末期进入交叉口的行人，经常来不及通过交叉口，而与下一相位绿灯时间初期进入交叉口的机动车发生冲突。为减少这一情况，交通管理者通常采取“迟启”或“早断”的处理方法，迟启是指机动车相位延长当前相位的红灯时间，至超过原相位设定的时间长度，早断即行人相位绿灯提前终止而进入红灯时间。这两种方式都相对增加了行人过街的清空时间。但这段增加的时间一般根据经验来确定，且采用固定值，这样就可能会出现行人清空时间不足或者浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述问题，提供一种考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，该系统能够在保证行人安全过街的前提下，可以让机动车相位绿灯得到充分利用，从而达到“以人为本”，提高交叉口通行能力的目的。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，其包括感应线圈检测器、视频检测器、交通信号控制机和信号灯；交叉口采用两相位全感应控制，每个进口车道均埋设两个感应线圈检测器，其中主线圈检测器埋设在进口道停止线上，用于检测路段的交通流量，辅助线圈检测器埋设在主线圈检测器的上游的可能的最大排队处，用来辅助主线圈检测器检测机动车辆；每个人行横道的两端的行人过街等待区各安装一个视频检测器，检测过街行人流量；交通信号控制机与主线圈检测器、辅助线圈检测器以及视频检测器通过数据线进行数据交换，同时通过数据线控制位于人行横道和交叉口处的信号灯。

本发明提供的考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，其用于城市道路交叉口行人与的安全过街控制。

本发明提供的考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，在用于城市道路交叉口行人的安全过街控制过程中，至少包括以下几个步骤：

1）交通信号控制机预设感应信号控制相关参数，包括机动车相位初始绿灯时间、单位绿灯延长时间、黄灯时间、行人清空时间、机动车清空时间、绿灯极限延长时间。

2）视频检测器和主线圈检测器分别检测等待过街行人数量和机动车数量，计算行人过街和机动车过街所需要的时间。

3）将行人过街和机动车过街所需时间进行比较，取两者中的较大者。若小于下一相位行人极限等待时间，则依据该值分别计算机动车绿灯显示时间和行人绿灯显示时间；若大于下一相位行人极限等待时间，则依据行人极限等待时间分别计算机动车绿灯显示时间和行人绿灯显示时间。

4）在行人显示绿灯结束前的单位绿灯时间内，统计一次行人流量和机动车流量。若视频检测器检测到的行人数量小于阈值P，则执行步骤5），否则执行步骤6）。行人数量阈值P与绿灯放行时间有关，可以用下式来计算：

上式中，

：行人平均到达率，可以通过统计方法获得；

：行人绿灯显示时间。

5）辅助线圈检测器在单位绿灯时间内是否检测到有车辆经过，若是，则行人相位和机动车相位分别增加单位绿灯时间，转向步骤4）否则，行人相位进入红灯时间，机动车相位转向黄灯，继而进入转入红灯。

6）视频检测器检测到单位绿灯时间内行人数量超过行人数量阈值，则若机动车类饱和度超过设定的类饱和度阈值，则行人和机动车相位分别增加一段绿灯延长时间。若机动车类饱和度小于设定的阈值，则转向步骤5）。

本发明与现有技术相比具有以下的主要的优点：

1. 通过视频检测器检测等待过街的行人数量、通过主线圈检测器和辅助线圈检测器来检测交叉口进口道机动车流量和排队长度，通过系统优化算法，来实现行人过街的安全和通过效率，同时也保证了机动车的通过率。

2. 在交叉口信号控制中，考虑了行人需求。且设定了一个随时间增加而增加的行人数量阈值，这样有利于截断后续离散的到达人群，使其在下一信号周期过街，提高行人绿灯利用率。当行人数量较少时，行人相位绿灯时间将由机动车到达规律来决定，这样也提高了道路的通行能力。

3. 在保证行人安全过街的前提下，可以让机动车相位绿灯得到充分利用，从而达到“以人为本”，提高交叉口通行能力的目的。

附图说明

图1为本发明的工作流程示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为行人与机动车的清空时间差示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。

本发明提供的考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，其结构如图2所示，包括感应线圈检测器、视频检测器、交通信号控制机和信号灯。交叉口采用两相位全感应控制，每个进口车道均埋设两个感应线圈检测器，其中，主线圈检测器R1埋设在进口道停止线S附近，用于检测路段的交通流量；辅助线圈检测器R2埋设在主线圈检测器R1的上游的可能最小流量的最大排队处，用来辅助主线圈检测器R2检测机动车辆。每个人行横道的两端的行人过街等待区各安装一个视频检测器C，检测过街行人流量。交通信号控制机TC与主线圈检测器R1、辅助线圈检测器R2以及视频检测器C，通过数据线L进行数据交换，同时通过数据线L控制位于人行横道P和交叉口处的信号灯V。

所述交通信号控制机TC可以采用市场上通用型多相位交通信号控制机。

所述主线圈检测器R1可以采用市场上通用型线圈检测器。

所述辅助线圈检测器R2可以采用市场上通用型线圈检测器。

所述视频检测器C采用能够跟踪检测行人数量的摄像头。

所述信号灯V可以采用市场上通用型交通信号灯。

本发明提供的上述考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，用于城市道路交叉口行人的安全过街控制。

该智能交通信号控制系统使用时，参见图1和图3，具体流程如下：

1.预设感应信号控制参数：

在交通信号控制机中预设感应信号控制参数。该感应信号控制参数包括初始绿灯时间

，单位绿灯延长时间

，黄灯时间

，机动车清空时间，行人清空时间

，行人极限等待时间

。

2.机动车和行人的清空时间计算：

机动车和行人清空时间差如图3所示，其中：机动车清空时间

，行人清空时间

可以用下式来计算：

D=

这里，

表示从停止线到冲突点s的距离，

表示机动车的消散速度，d表示人行横道长度，

表示行人过街平均速度，D表示行人与机动车清空时间差。

3. 计算初始排队行人绿灯过街需求时间和机动车过街需求时间：

用线圈检测器R1和视频检测器C分别检测行人数量Q和机动车流量q，行人通行需求时间包括行人消散时间和行人过街时间，因此行人绿灯时间

和机动车绿灯时间，可以用下式来计算：

这里，为行人过街饱和流率，w为人行横道宽度， h为平均车头时距，

为启动损失时间，其余同上。

4．计算行人相位与机动车相位绿灯显示时间：

取行人需求通行时间和机动车需求通行时间两者中的较大者与行人极限等待时间进行比较，取

，记T=max[t，]，则：

行人相位计算绿灯显示时间为：，

机动车相位显示绿灯时间为：

。

5.后续到达机动车与行人均较多时，机动车与行人的通行安排：

在行人相位计算绿灯显示时间结束前△t时间内，视频检测器和机动车主线圈检测器分别检测到达的行人流量

和机动车类饱和度DS。考虑到让前次检测到的有过街需求的行人基本到达街对向。△t取行人过街需求时间∆G，即△t =∆G。设定一个行人流量阈值P和机动车类饱和度阈值N（类饱和度阈值一般为经验值，根据实际情况取0.7-0.9之间。），若>P,且DS>N，则表明后续到达的行人数量和机动车数量均较多，此时应该增加可以让后续到达的行人安全过街的一段相位绿灯时间∆G。因为此时行人处于行走状态，不计进入行人进入车道的时间，所以∆G用下式来计算：

符号意义同上。

类饱和度DS是指被车流有效利用的绿灯时间

与绿灯显示时间g之间的比值，DS和

分别如下式：

式中：DS是指类饱和度，g是指可供车辆通行的显示绿灯时间，m指绿灯期间主检测器（R1）上无车通过的时间，指车流正常试过停车线断面时，前后两车之间必不可少的一个空挡时间，h指连续车流之间的空档数。类饱和度直接反应了信号方案中绿灯的利用效率。

行人流量阈值P是一个与行人相位放行时间有关的变量。用下式来计算：

这里

是指行人过街的平均流率，k指的是当前行人绿灯时间延长∆G的个数。可以通过交通调查获得；其他符合意义同上。阈值P是随行人相位时间的增加而增加的，这样保证了行人相位的始终能够保持很高的绿灯利用率，且能够截断后续稀疏的人流。若

>P，但DS<N，则表示行人数量较多，而机动车数量较少，转向步骤6。

6.后续到达机动车较少、行人较多时，行人与机动车通行安排：

辅线圈检测器（R2）在行人绿灯结束前的单位时间g₀内检测是否有车辆经过，如果有，则机动车相位和行人相位均增加单位绿灯时间，如果没有，则行人相位早断，机动车相位结束后切换下一相位。可以看到，尽管后续到达的行人数量较多，但是路段上机动车流量却很少，而最初的计算绿灯显示时间已经保证了初始排队的行人安全过街，所以这个时候我们以机动车为主来决定绿灯是否继续延长，这样就保证机动车相位的绿灯利用率。

总之，本发明提供的考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，可根据行人和机动车过街需求时间不同的特点，通过视频检测器和线圈检测器分别检测行人流量和机动车流量，保证初始等待过街的机动车和行人有充分的时间过街，避免出现二次等待。对后续到达的行人和机动车，当行人数量较多且机动车流量也多时，给予一个绿灯延长时间以保证行人安全过街；当行人数量较多，而机动车数量较少时，由于初始排队的行人已经完全过街，这时以机动车来车情况来决定是否继续延长绿灯时间。这样即保证了行人过街安全，避免了机动车发生二次等待的情况，同时也保证了机动车相位和行人相位均有较高的绿灯利用率。

Claims (1)

1.一种考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，其特征是该系统包括感应线圈检测器、视频检测器、交通信号控制机和信号灯；交叉口采用两相位全感应控制，每个进口车道均埋设两个感应线圈检测器，其中主线圈检测器埋设在进口道停止线上，用于检测路段的交通流量，辅助线圈检测器埋设在主线圈检测器的上游的可能的最大排队处，用来辅助主线圈检测器检测机动车辆；每个人行横道的两端的行人过街等待区各安装一个视频检测器，检测过街行人流量；交通信号控制机与主线圈检测器、辅助线圈检测器以及视频检测器通过数据线进行数据交换，同时通过数据线控制位于人行横道和交叉口处的信号灯；该系统用于城市道路交叉口行人的安全过街控制；

该系统用于城市道路交叉口行人的安全过街控制过程中，至少包括以下几个步骤：

（1）交通信号控制机预设感应信号控制相关参数，包括机动车相位初始绿灯时间、单位绿灯延长时间、行人清空时间、机动车清空时间、绿灯极限延长时间；

（2）视频检测器和主线圈检测器分别检测等待过街行人数量和机动车数量，计算行人过街和机动车过街所需要的时间；

（3）将行人过街和机动车过街所需时间进行比较，取两者中的较大者；若小于下一相位行人极限等待时间，则依据该值分别计算机动车绿灯显示时间和行人绿灯显示时间；若大于下一相位行人极限等待时间，则依据行人极限等待时间分别计算机动车绿灯显示时间和行人绿灯显示时间；

（4）在行人显示绿灯结束前的单位绿灯时间内，统计一次行人流量和机动车流量；若视频检测器检测到的行人数量小于阈值P，则执行步骤（5），否则执行步骤（6）；

（5）辅助线圈检测器在单位绿灯时间内是否检测到有车辆经过，若是，则行人相位和机动车相位分别增加单位绿灯时间，转向步骤（4）；否则，行人相位进入红灯时间，机动车相位转向黄灯，继而进入转入红灯；

（6）视频检测器检测到单位绿灯时间内行人数量超过行人数量阈值P时，若机动车类饱和度超过设定的类饱和度阈值，此时行人和机动车相位分别增加一段绿灯延长时间；若机动车类饱和度小于设定的阈值，则转向步骤（5）。

2. 根据权利要求1所述的考虑行人安全过街的智能交通信号控制系统，其特征是步骤（4）中，行人数量阈值P与绿灯放行时间有关，该行人数量阈值P用下式来计算：

式中：

为行人平均到达率，

为行人绿灯显示时间， k指的是当前行人绿灯时间延长的个数；△t取行人过街需求时间，即△t =∆G。

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