CN102915637B - 一种信号控制交叉口的交通状态评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号控制交叉口的交通状态评价方法及系统。解决了依靠车流量计算拥堵评价指标存在的与实际情况有较大偏差的问题。其包括以下步骤：获取交叉口信号机的周期值以及每一个车道对应的相位绿灯持续时间；检测每个车道在相位绿灯时间内通过的车辆实际利用相位绿灯时间；计算出各车道时间饱和值；计算出各车道折算流量；根据各车道折算流量计算各相位折算流量比；根据各相位折算流量比计算出交叉口交通饱和度；根据交叉口交通饱和度所落在的级别评价交叉口的拥堵等级。本发明的优点是将车辆实际利用绿灯时间作为判断车道是否繁忙的重要参数，有效解决了实测车流量与车速并不是一一对应的关系。

Description

一种信号控制交叉口的交通状态评价方法及系统

技术领域

本发明涉及一种智能交通控制技术领域，尤其是涉及一种更为准确的信号控制交叉口的交通状态评价方法及系统。

背景技术

随着人民生活水平的不断提高，汽车逐渐成为城市居民日常出行的必要交通工具。与此同时，汽车带来的道路交通拥堵也越来越严重。车辆引发的交通拥堵往往突出表现在城市道路交叉口附近，平面交叉口由于交通流的冲突和干扰，其通行能力往往远远低于路段水平。为了使交叉口的交通信号控制更具针对性，保证各个方向车流绿灯时间的合理分配，必须找到一种准确评价交叉口交通拥堵状态的方法。

现有的技术中有很多评价交叉口交通拥堵程度的方法，但普遍采用线圈实际检测的车流量值作为计算饱和度的主要依据，但由于实测车流量与车速并不是一一对应的关系，特别是严重拥堵情况下流量值反而显著下降，导致很多基于流量值计算的拥堵评价指标会与实际情况出现较大偏差，严重影响后续交通信号控制配时中周期和绿信比参数的准确性，甚至可能出现路网中最堵的路口反而周期最小、拥堵排队最严重的车道反而只有最小绿灯放行时间的极端情况。

发明内容

本发明解决现有技术中依靠车流量计算拥堵评价指标存在的与实际情况有较大偏差的问题，提供了一种检测方法、数据处理和状态评价方面准确性高、实用性强、适用范围广的信号控制交叉口的交通状态评价方法及系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种信号控制交叉口的交通状态评价方法，包括以下步骤：

a.采集交叉口信号机相位数据，获取交叉口信号机周期值C以及每一个车道对应的相位绿灯持续时间g_j，其中j为车道j；

b.检测每个车道在相位绿灯时间内通过的车辆实际利用相位绿灯时间t_j，该车辆实际利用相位绿灯时间为相位绿灯时间内各车辆通过车道口所用时间的总和；

c.根据相位绿灯持续时间和车道车辆实际利用相位绿灯时间得出各车道时间饱和值

d.根据车道时间饱和值、车道饱和流量值、相位绿灯持续时间和周期值得出各车道折算流量其中S_j为预先设定好的车道饱和流量值；本发明中将车辆实际利用绿灯时间作为判断车道是否繁忙的重要参数，根据车辆实际利用绿灯时间折算出在车道饱和流量值情况下该车辆实际利用绿灯时间内通过的车辆数。

e.计算相位中各车道折算流量比，并将各车道中最大车道折算流量比作为该相位折算流量比y_i，即其中i为相位i，q_i，j为相位i中车道j的折算流量，S_i，j为相位i中车道j的饱和流里；

f.将各相位折算流量比之和作为交叉口交通饱和度，即 $X=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{y}_i;$

g.将交叉口交通拥堵状态进行分级，根据交叉口当前交通饱和度所落在的级别判断交叉口的拥堵等级。

在车道不拥堵时，车辆通过车道口的时间会较短，而在车道拥堵时，车辆通过车道口的时间较长，本发明中就是采用检测车辆通过车道口的时间的方式，根据车辆实际利用相位绿灯时间能够识别在车道口通过同样或相近车辆数时，哪种为拥堵情况那种不为拥堵情况，本发明再根据该车辆实际利用相位绿灯时间计算出交叉口该周期内的交通饱和度，然后进行交通状态评价。解决了实测车流量与车速并不是一一对应的关系，尤其是严重拥堵情况下流量值反而显著下降，导致很多基于流量值计算的拥堵评价指标会与实际情况出现较大偏差的问题，通过对交叉口各车道的实测流量进行校正，计算获得更为准确的交叉口拥堵程度的评价指标。

作为一种优选方案，步骤b中车辆实际利用相位绿灯时间包括相位绿灯通行期间车道内所有经过线圈检测器车辆车身切割线圈磁力线的总时间和相位绿灯通行期间车道内经过线圈检测器的车辆中任意相邻车之间必须保持的安全空挡总时间，即其中h_x为相位绿灯期间第x辆车车身切割线圈磁力线的时间长度，即车头与车尾经过触发线圈时刻的差的绝对值，△h为车道内前后相邻两辆车不可缺少的空档时间，该△h为常数，通过在路口调查获得。根据本发明计算方法，当车道不拥堵时，通过车辆切割线圈磁力线时间较短，但车辆之间的空档会较大，这样得到的实际利用相位绿灯时间就较短，也就反映了车道不拥堵的情况。而当车道拥堵时，通过车辆切割线圈磁力线时间较长，且车辆之间的空档会较小，有可能除了必须的安全空档时间车辆之间的空档时间为零，即车辆之间相紧挨，这样即使只通过几辆车但得到的实际利用相位绿灯时间较长，也就反映了车道拥堵的情况。

作为一种优选方案，步骤g中将交叉口交通拥堵状态进行分级为：预先将交叉口拥堵状态分成若干个等级，每个等级对应一组交叉口饱和度的上下阈值区间，根据当前交叉口饱和度值所落的区间判断交叉口交通拥堵等级。

一种信号控制交叉口的交通状态评价系统，包括若干记录车辆切割线圈磁力线始末时间的线圈检测器和处理器，线圈检测器与处理器连接，所述处理器还与交叉口信号机相连接，读取交叉口信号机的周期值以及每一个车道对应的相位绿灯持续时间，处理器内存储有设定好的交叉口交通拥堵等级数据，处理器根据线圈检测器和交叉口信号机的信息计算出交叉口交通饱和度值，与交叉口交通拥堵等级数据比较后判断出交叉口交通拥堵等级。该线圈检测器设置在车道口停车线后，车辆在通过车道口后开始切割线圈检测器磁力线。

因此，本发明的优点是：将车辆实际利用绿灯时间作为判断车道是否繁忙的重要参数，有效解决了实测车流量与车速并不是一一对应的关系，通过对交叉口各车道的实测流量进行校正，计算获得更为准确的交叉口拥堵程度的评价指标。

附图说明

附图1是本发明的一种工作流程示意图；

附图2是本发明的一种结构框示图；

附图3是本发明实施例中举例的交叉口相位及车道的一种示意图；

附图4是本发明实施例中车道A1车辆通过情况的一种波形示意图；

附图5是本发明实施例中车道B1车辆通过情况的一种波形示意图。

1-线圈检测器  2-处理器  3-信号机

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例一种信号控制交叉口的交通状态评价方法及系统，如图2所示，该系统包括若干记录车辆切割线圈磁力线始末时间的线圈检测器1和处理器2，线圈检测器与处理器连接，该线圈检测器安装在各车道停车线后部。处理器还与交叉口信号机3相连接，用于读取交叉口信号机的周期值以及每一个车道对应的相位绿灯持续时间，在处理器内存储有设定好的交叉口交通拥堵等级数据，处理器根据线圈检测器和交叉口信号机的信息计算出交叉口交通饱和度值，与交叉口交通拥堵等级数据比较后判断出交叉口交通拥堵等级。

如图1所示，在处理器中进行的信号控制交叉口的交通状态评价方法具体如下步骤：

步骤1：采集交叉口信号机相位数据，获取交叉口信号机的周期值以及每一个车道对应的相位绿灯持续时间；

该交叉口信号机周期值C，每一个车道对应的相位绿灯持续时间g_j，其中j为车道j。

步骤2：检测每个车道在相位绿灯时间内通过的车辆实际利用相位绿灯时间；

该车辆实际利用相位绿灯时间包括相位绿灯通行期间车道内所有经过线圈检测器车辆车身切割线圈磁力线的总时间和相位绿灯通行期间车道内经过线圈检测器的车辆中任意相邻车之间必须保持的安全空挡总时间，即其中h_x为相位绿灯期间第x辆车车身切割线圈磁力线的时间长度，即车头与车尾经过触发线圈时刻的差的绝对值，△h为车道内前后相邻两辆车不可缺少的安全空档时间，该△h为常数，通过在路口调查获得。

步骤3：根据相位绿灯持续时间和车辆实际利绿灯时间计算出各车道时间饱和值；

该车道时间饱和值为车辆实际利用相位绿灯时间和相位绿灯持续时间之比，即

步骤4：根据车道时间饱和值、车道饱和流量值、相位绿灯持续时间和周期值计算出各车道折算流量；

该车道折算车流量其中S_j为预先设定好的车道饱和流量值。

步骤5：根据个车道折算流量计算各相位折算流量比；

计算出相位中各车道折算流量比，并将各车道中最大车道折算流量比作为该相位折算流量比y_i，即其中i为相位i，q_i，j为相位i中车道j的折算流量，S_i，j为相位i中车道j的饱和流量。

步骤6：根据各相位折算流量比计算出交叉口交通饱和度；

将各相位折算流量比之和作为交叉口交通饱和度，即 $X=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{y}_i.$

步骤7：将交叉口交通拥堵状况进行分级，根据交叉口交通饱和度所落在的级别评价交叉口的拥堵等级；

预先将交叉口拥堵状况分成若干个等级，每个等级对应一组交叉口饱和度的上下阈值区间。

下面在举一具体例子对该评价方法进行说明，

如图3所示，假设一双相位交叉口，该交叉口的周期C为36秒，其中两个相位分别为相位A和相位B，相位A和相位B的相位绿灯时间分别为15秒，相位A包括由北向南的车道A1和由南向北的车道A2，相位B包括由西向东的车道B1和由东向西的车道B2，则各车道绿灯持续时间为g_A1＝g_A2＝g_B1＝g_B2＝15s。

设定饱和流率情况下前后相邻两辆车不可缺少的安全空档时间即前一辆车的车尾切割线圈时刻与相邻后一辆车的车头切割时间差△h为1.5秒。

如图4所示，假设在相位A时，车道A1在绿灯通行期间经过3辆车，相位绿灯期间第x辆车车身切割线圈磁力线的时间长度h₁＝h₂＝h₃＝1s，则车辆实际切割线圈磁力线的总时间所有经过停车线的车辆中前后任意相邻两辆车之间必须保持的安全空档总时间n*△h＝3*1.5＝4.5s，则A1车道车辆实际利用相位绿灯时间为 $t_{A1}=\underset{x=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}(h_x+\mathrm{\Δh})=7.5s.$

那么根据A1车道车辆实际利用相位绿灯时间和相位A绿灯持续时间计算出车道A1时间饱和值

再根据车道时间饱和值、车道饱和流量值、相位绿灯持续时间和周期值得出车道A1折算流量

$q_{A1}=\frac{x_{A1}*S_{A1}*g_A}{C}=0.5*1440*15/36=300;$

这里设定该车道饱和流量值为1440辆/小时，并设定各车道的车道饱和流量一致，该车道折算流量单位为辆/小时。

按照同样的步骤假设计算得到车道A2的折算流量为280。

如图5所示，假设在相位B时，车道B1在绿灯通行期间也经过3辆车，其相位绿灯期间第x辆车车身切割线圈磁力线的时间长度h₁＝5s，h₂＝3s，h₃＝1s，则车辆实际切割线圈磁力线的总时间所有经过停车线的车辆中前后任意相邻两辆车之间必须保持的安全空档总时间n*△h＝3*1.5＝4.5s，则B1车道车辆实际利用相位绿灯时间为 $t_{B1}=\underset{x=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}(h_x+\mathrm{\Δh})=13.5s.$

那么根据B1车道车辆实际利用相位绿灯时间和相位A绿灯持续时间计算出车道B1时间饱和值

再根据车道时间饱和值、车道饱和流量值、相位绿灯持续时间和周期值得出车道B1折算流量

$q_{B1}=\frac{x_{B1}*S_{B1}*g_B}{C}=0.9*1440*15/36=540;$

按照同样的步骤假设计算得到车道B2的折算流量为400。

相位A折算流量比为：

$y_A=\max (\frac{q_{A1}}{S_{A1}},\frac{q_{A2}}{S_{A2}})=\max (\frac{300}{1440},\frac{280}{1440})=0.21;$

相位A折算流量比为：

$y_B=\max (\frac{q_{B1}}{S_{B1}},\frac{q_{B2}}{S_{B2}})=\max (\frac{540}{1440},\frac{400}{1440})=0.38;$

那么交叉口交通饱和度为：

$X=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{y}_i=(0.21+0.38)=0.59.$

本实施例中预先将交叉口交通拥堵状况分成5个等级，每个等级对应一组交叉口饱和度的上下阈值区间，分别为：

畅通[0∶0.5)

正常[0.5∶0.7)

繁忙[0.7∶0.8)

拥挤[0.8∶0.9)

堵塞[0.9∶+∞)

根据交叉口当前交通饱和度值0.59所落在区间正常[0.5∶0.7)，则评价交叉口的拥堵等级为正常。

从本实施例中例举的车道A1和车道A2的车辆通过的例子可以得知，车道A1和车道A2都是通过3辆车，但从实际利用相位绿灯时间可以得知车道A1处于非堵塞状态的，而车道B1为堵塞状态，本发明采用将车辆实际利用绿灯时间作为计算重要参数，计算得到的车道A和车道B的折算流量分别为300和540，比较符合实际车道口拥堵的状况，有效解决了实测车流量与车速并不是一一对应的关系，尤其是严重拥堵情况下流量值反而显著下降，导致很多基于流量值计算的拥堵评价指标会与实际情况出现较大偏差的问题，获得更为准确的交叉口拥堵程度的评价指标。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了线圈检测器、处理器、信号机等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (3)

1.一种信号控制交叉口的交通状态评价方法，其特征在于：包括以下步骤： 

a.采集交叉口信号机相位数据，获取交叉口信号机周期值C以及每一个车道对应的相位绿灯持续时间g_j，其中j为车道j； 

b.检测每个车道在相位绿灯时间内通过的车辆实际利用相位绿灯时间t_j，该车辆实际利用相位绿灯时间为相位绿灯时间内各车辆通过车道口所用时间的总和； 

c.根据相位绿灯持续时间和车道车辆实际利用相位绿灯时间得出各车道时间饱和值

d.根据车道时间饱和值、车道饱和流量值、相位绿灯持续时间和周期值得出各车道折算流量其中S_j为预先设定好的车道饱和流量值； 

e.计算相位中各车道折算流量比，并将各车道中最大车道折算流量比作为该相位折算流量比y_i，即其中i为相位i，q_i，j为相位i中车道j的折算流量，S_i，j为相位i中车道j的饱和流量 ； 

f.将各相位折算流量比之和作为交叉口交通饱和度，即 

g.将交叉口交通拥堵状况进行分级，根据交叉口当前交通饱和度所落在的级别判断交叉口的拥堵等级。 

2.根据权利要求1所述的一种信号控制交叉口的交通状态评价方法，其特征是步骤b中车辆实际利用相位绿灯时间包括相位绿灯通行期间车道内所有经过线圈检测器车辆车身切割线圈磁力线的总时间和相位绿灯通行期间车道内经过线圈检测器的车辆中任意相邻车之间必须保持的安全空挡总时间，即其中h_x为相位绿灯期间第x辆车车身切割线圈磁力线的时间长度，即车头与车尾经过触发线圈时刻的差的绝对值，△h为车道内前后相邻两辆车不可缺少的安全空档时间，该△h为常数。 

3.根据权利要求1或2所述的一种信号控制交叉口的交通状态评价方法，其特征是步骤g中将交叉口交通拥堵状态进行分级为：预先将交叉口拥堵状态分成若干个等级，每个等级对应一组交叉口饱和度的上下阈值区间，根据当前交叉口饱和度值所落的区间判断交叉口交通拥堵等级。