CN102568215B

CN102568215B - 一种基于检测器的车辆排队检测方法

Info

Publication number: CN102568215B
Application number: CN201210044347.7A
Authority: CN
Inventors: 祁宏生; 王殿海; 孙峰
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-02-26
Filing date: 2012-02-26
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2032-02-26
Also published as: CN102568215A

Abstract

本发明涉及交通状态估计方法，旨在提供一种基于检测器的车辆排队检测方法。该包括步骤：在展宽段各车道的入口处和上游混合段各车道的入口处安装环形线圈检测器，以信号线依次连接环形线圈检测器、信号机和信号灯；环形线圈检测器检测到流量信号，并将传输至信号机；信号机将每个周期的信号灯转换为红绿对；信号机计算该周期展宽段所有车道的排队长度：根据展宽段长度和上游混合段排队长度计算最终的路段排队长度。本发明仅需利用线圈检测器就能实现对车辆排队长度进行动态的检测，方法简单，对硬件要求不高；以周期为单位进行计算，精度满足要求，对运算效率要求不高；不仅能得出单个车道排队溢出，还能检测多个车道同时溢出的情况，适用性强。

Description

一种基于检测器的车辆排队检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于城市交通管理中的交通状态估计方法，具体来说是涉及利用环形线圈检测器对城市道路上的排队进行检测的方法。

背景技术

交通状态的获取是进行有效的交通管理和控制的前提，排队长度是表征交通状态的一个重要指标，具有直观性的特点。排队长度作为交通控制模型的自变量，用于对信号参数进行优化，是实现交通控制的关键数据。

但由于排队的变化比较复杂，涉及的因素众多，此外还受到路段结构的影响。目前，排队检测算法依赖于多个检测器，或者利用视频数据，较少的考虑路段的物理结构和几何结构特性，导致目前的排队检测算法精度不高以及普适性差等缺点。

环形线圈检测器主要由环行线圈、线圈调谐回路和检测电路组成。交通信息采集是检测器的基本功能，检测器通过检测线圈感应量的变化判断车辆的有无，然后CPU对数据进行计算后得出车流量、平均速度、时间占有率、平均车长、平均车间距等信息。检测器可储存计算后得到的数据。如果通信中断，可由通信端口上传历史数据到便携电脑和数据中心，保持数据完整。检测器标准配备若干通信接口，通过串口，可实现GPRS，CDMA的通信方式。

由于现代大城市广泛铺设了环形线圈检测器，有必要根据排队的变化规律，建立基于环形检测器数据的排队检测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有检测方法不能检测排队溢出的问题，提出一种新的排队检测方法。该方法不仅所需数据少，对运算效率要求不高，而且能检测出各种排队溢出情况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于检测器的车辆排队检测方法，包括以下步骤：

(1)在展宽段各车道的入口处和上游混合段各车道的入口处安装环形线圈检测器，以信号线依次连接环形线圈检测器、信号机和信号灯；

(2)环形线圈检测器检测到流量信号，并将传输至信号机；

(3)信号机将每个周期的信号灯转换为红绿对；用于计算的红绿对是以红灯为开始、绿灯为结束的一个时间长度对，二者的和等于周期长度C；

(4)信号机计算该周期展宽段所有车道的排队长度：

在上一个周期排队长度l基础上，加上增量得到本周期的排队长度，该增量取决于绿信比以及上游到达流量；

其中，

为绿灯造成的排队的缩短，为红灯造成的排队的延长，计算公式为：

h_{g_{i}} = \frac{g_{i} u_{2} u_{1}}{u_{1} + u_{2}}; h_{r_{i}} = \frac{r_{i} u_{0} u_{1}}{u_{1} - u_{0}}

式中：g_i为第i个红绿灯对的绿灯长度；r_i为第i个红绿灯对的红灯长度；u₀，u₁，u₂分别为停车波波速、启动波波速、停车波和启动波相遇形成的波的波速，计算方法为：

其中q为检测器流量，k为相应密度，计算方法为q/v_f，v_f是标定的自由流速度；q_m、k_m、k_j分别为最佳速度、最佳密度和堵塞密度；

如果上溯，计算排队加在展宽段的等效红灯；如果多个排队上溯，计算综合等效红灯长度；

(5)根据展宽段长度和上游混合段排队长度计算最终的路段排队长度：

A、如果不存在展宽段溢出，则路段排队长度等于展宽段内的排队长度l_展；

B、如果存在展宽段溢出，则路段排队长度等于展宽段长度和上游混合段的排队长度之和L_展+l_上，其中上游混合段的排队长度l_上计算方法和展宽段排队长度l_展相同。

本发明中，将上溯看作排队施加在展宽段入口的等效红灯，并将两个等效信号灯之间的关系分为六种，相应的综合等效红灯计算结果为：

情况1：o2≤g1 and o2+g2＜g1，则等效信号参数计算结果为

g_v＝g₂，r_v＝r₂，

情况2：o2≤g1 and g1≤o2+g2＜C，则等效信号参数计算结果为

g_v＝g₁-o₂，r_v＝r₁+o₂，

情况3：o2≤g1 and C≤o2+g2＜C，则等效信号参数计算结果为

g_v＝g₁+g₂-C；r_v＝g₁+g₂；λ_v＝λ₁+λ₂-1；

情况4：o2＞g1 and o2+g2＜C，则g_v＝0，r_v＝C，λ_v＝0；

情况5：o2＞g1 and C≤o2+g2＜C+g1，则等效信号参数计算结果为

g_v＝min{g₁，o₂+g₂-C}；r_v＝C-min{g₁，o₂+g₂-C}；

情况6：o2＞g1 and C+g1≤o2+g2＜2C，则等效信号参数计算结果为

g_v＝g₁；r_v＝r₁；

上述公式中的各变量：g1、o1为等效信号灯1的绿灯时间、相位差(默认为0)；g2、o2为等效信号灯2的绿灯时间、相对于等效信号灯1的相位差；C为信号周期，两个等效信号灯和综合等效信号灯的周期都相同；g_v，r_v，λ_v为综合等效信号灯的绿灯时间、红灯时间以及绿信比。

本发明的有益效果是：

1、仅需利用线圈检测器就能实现对车辆排队长度进行动态的检测，方法简单，对硬件要求不高；以周期为单位进行计算，精度满足要求，对运算效率要求不高。

2、车辆排队溢出是高峰时期交通流的普遍现象，该方法不仅能得出单个车道排队溢出，还能检测多个车道同时溢出的情况，适用性强。

附图说明

图1是路段和检测器安装的示意图，L_上为上游混合段长度，L_展为展宽段长度，L为整个路段长度；

图2是一个交叉口的信号参数示意图；

图3是将信号参数转换为红绿灯对的示意图；

图4是计算排队长度增长的示意图；

图5是单个展宽段上溯时的等效信号灯计算示意图，

图6是o2≤g1 and o2+g2＜g1情况下等效信号参数计算方法；

图7是o2≤g1 and g1≤o2+g2＜C情况下等效信号参数计算方法；

图8是o2≤g1 and C≤o2+g2＜C情况下等效信号参数计算方法；

图9是o2＞g1 and o2+g2＜C情况下等效信号参数计算方法；

图10是o2＞g1 and C≤o2+g2＜C+g1情况下等效信号参数计算方法；

图11是o2＞g1 and C+g1≤o2+g2＜2C情况下等效信号参数计算方法。

附图标记：1为线圈检测器，2为停车线，3为部分上溯的时间间隔，4为部分上溯时虚拟信号参数相对于本进口道信号的相位差，5为完全上溯时虚拟信号参数相对于本进口道信号的相位差。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。

为帮助理解，首先对本发明可能涉及的术语介绍如下：

信号灯参数包括相位相序、周期以及绿信比；红绿灯对指红灯时间和绿灯时间组成的时间对；周期流量数据是以信号灯周期时长为单位进行统计的流量；展宽段排队长度指的是展宽段所有车道的排队长度；等效信号参数指的是展宽段溢出而导致的等效效应，等效信号参数包括等效周期时间长度，等效红灯时长、等效绿灯时长和等效绿信比；最终排队长度指的是综合考虑展宽段和上游混合段而得到的排队长度，分为两种情况：(1)如果不存在溢出，则排队长度等于展宽段排队长度；(2)如果存在上溯，则排队长度等于展宽段长度和上游混合段排队长度之和。

在错误！未找到引用源。中，线圈检测器分别布设在展宽段入口处和路段入口处，用以检测各个车道的流量。

由于排队长度计算针对每一个红绿灯对，而现有的信号灯参数是周期和绿信比，因此，需要将信号灯参数转换为红灯和绿灯组成的红绿灯对。错误！未找到引用源。、3是一个周期和绿灯时间组成的信号参数，设每个相位的有效绿灯时间分别为r₁，r₂，r₃，r₄。任选一个相位作为基准相位，假设第一相位为基准相位，则第一相位的红绿灯对时长分别为r₁，g₁，相位差为0；第二相位的红绿灯对时长分别为r₂，g₂，相位差为r₁；第三相位的红绿灯对时长分别为r₃，g₃，相位差为r₁+r₂；第四相位的红绿灯对时长分别为r₄，g₄，相位差为r₁+r₂+r₃。其中，g₁＝C-r₁，以此类推得到g₂，g₃，g₄。

计算出每个相位的红绿灯对以及相位差之后，就可以对每个周期的排队情况进行计算。图4是一个红绿灯对所对应的排队增长情况。在第i个红绿灯对时间内，红灯时间r₁将排队延伸

，绿灯时间g₁将排队延伸

。图中u₁为启动波，u₀为停车波。根据交通激波理论，两种波速计算方法如下：

其中q_m为停车线饱和释放流率，k_m为q_m对应的密度，k_j为堵塞密度。q为线圈检测器检测的流量，k为检测流量对应的密度，计算方法为q/v_f，v_f为自由流速度。从错误！未找到引用源。中的几何关系可得：

以及

假设第i-1个红绿灯对的排队长度为l_i-1，则第i周期的排队长度为：

当展宽段的排队长度l_展过长，堵塞展宽段入口时，则需要上游段检测器提供数据继续估计排队长度的变化。展宽段排队上溯可以视作展宽段有一个等效的信号灯，当排队溢出发生时，等效信号灯显示为红灯。如果只有一个展宽段车道上溯，则相应的溢出时间就是红灯时间。

根据图5，设i个红绿灯对溢出，则等效信号灯红灯时间长度为：

其相对于停车线处信号灯的相位差为

如果有两个或者两个以上的车道排队溢出，则相当于有若干个等效信号红灯，下面给出了多个等效信号灯存在下的展宽段入口信号参数计算方法。假设有两个等效信号灯，等效信号灯1参数为g1和r1，等效信号灯2参数为g2和r2，等效信号灯2相对于等效信号灯1的相位差为o2。下面分为六种情况(图6-11)。

情况1：o2≤g1 and o2+g2＜g1，则等效信号参数计算结果为g_v＝g₂，r_v＝r₂，

情况2：o2≤g1 and g1≤o2+g2＜C，则等效信号参数计算结果为g_v＝g₁-o₂，r_v＝r₁+o₂，

情况3：o2≤g1 and C≤o2+g2＜C，则等效信号参数计算结果为g_v＝g₁+g₂-C；r_v＝g₁+g₂；λ_v＝λ₁+λ₂-1

情况4：o2＞g1 and o2+g2＜C，则g_v＝0，r_v＝C，λ_v＝0

情况5：o2＞g1 and C≤o2+g2＜C+g1，则等效信号参数计算结果为g_v＝min{g₁，o₂+g₂-C}；r_v＝C-min{g₁，o₂+g₂-C}；

情况6：o2＞g1 and C+g1≤o2+g2＜2C，则等效信号参数计算结果为g_v＝g₁，r_v＝r₁，

计算出展宽段入口的等效信号灯之后，按照同样的方法计算上游段的排队长度。

最终路段排队长度取决于展宽段排队长度是否溢出。如果没有溢出，则路段排队长度即为l_展，如果溢出，则路段最终排队长度为L_展+l_上，其中l_上为上游段的排队长度。

至此，城市基本路段的排队长度就确定了下来。

Claims

1.一种基于检测器的车辆排队检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在展宽段各车道的入口处和上游混合段各车道的入口处安装环形线圈检测器，以信号线依次连接环形线圈检测器、信号机和信号灯；

（2）环形线圈检测器检测到流量信号，并将其传输至信号机；

（3）信号机将每个周期的信号灯转换为红绿对；用于计算的红绿对是以红灯为开始、绿灯为结束的一个时间长度对，二者的和等于周期长度C；

（4）信号机计算该周期展宽段所有车道的排队长度：

在上一个周期排队长度l基础上，加上增量

得到本周期的排队长度，该增量取决于绿信比以及上游到达流量；

其中，

为绿灯造成的排队的缩短，

为红灯造成的排队的延长，计算公式为：

h_{g_{i}} = \frac{g_{i} u_{2} u_{1}}{u_{1} + u_{2}};

h_{r_{i}} = \frac{r_{i} u_{0} u_{1}}{u_{1} - u_{0}}

式中：g_i为第i个红绿灯对的绿灯长度；r_i为第i个红绿灯对的红灯长度；u₀,u₁,u₂分别为停车波波速、启动波波速、停车波和启动波相遇形成的波的波速，计算方法为：

u_{0} = \frac{q}{k_{j} - k};

u_{1} = \frac{q_{m}}{k_{j} - k_{m}};

u_{2} = \frac{q - q_{m}}{k - k_{m}},

（5）根据展宽段长度和上游混合段排队长度计算最终的路段排队长度：

B、如果存在展宽段溢出，则路段排队长度等于展宽段长度和上游混合段的排队长度之和L_展+l_上，其中上游混合段的排队长度l_上计算方法和展宽段排队长度l_展相同；

将上溯看作排队施加在展宽段入口的等效红灯，并将两个等效信号灯之间的关系分为六种，相应的综合等效红灯计算结果为：

情况1：o2≤g1and o2+g2<g1，则等效信号参数计算结果为

g_v=g₂,r_v=r₂,

情况2：o2≤g1and g1≤o2+g2<C，则等效信号参数计算结果为

g_v=g₁-o₂,r_v=r₁+o₂,

情况3：o2≤g1and C≤o2+g2<C，则等效信号参数计算结果为

g_v=g₁+g₂-C；r_v=g₁+g₂；λ_v=λ₁+λ₂-1；

情况4：o2>g1and o2+g2<C，则g_v=0,r_v=C,λ_v=0；

情况5：o2>g1and C≤o2+g2<C+g1，则等效信号参数计算结果为

g_v=min{g₁,o₂+g₂-C}；r_v=C-min{g₁,o₂+g₂-C}；

情况6：o2>g1and C+g1≤o2+g2<2C，则等效信号参数计算结果为

g_v=g₁；r_v=r₁；

上述公式中的各变量：g1、o1为等效信号灯1的绿灯时间、相位差（默认为0）；g2、o2为等效信号灯2的绿灯时间、相对于等效信号灯1的相位差；C为信号周期，两个等效信号灯和综合等效信号灯的周期都相同；g_v,r_v,λ_v为综合等效信号灯的绿灯时间、红灯时间以及绿信比。