CN103295404A - 基于行人过街净空时间的路段行人交通信号控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于行人过街时间的路段行人交通信号控制系统，该系统包括行人数据采集与记录单元、行人过街净空时间计算单元和信号实施反馈单元，适用于密集人群过街地区和有行人专用相位交叉口的行人信号配时设计。本发明设计的行人交通信号控制系统综合考虑了密集人群过街时对向行人流互相扰动所产生的时间损失和人行横道通行能力下降，克服了传统行人交通信号控制中以行人速度为常量，人行道通行能力不变的缺陷，配时结果更加精确实用。仅需要对人行横道处的行人流量和行人速度进行测算，计算简洁。

Description

基于行人过街净空时间的路段行人交通信号控制系统

技术领域

本发明属于交通工程设计领域，具体涉及一种行人交通信号控制系统，特别是路段行人过街交通信号控制系统及设置方法。

背景技术

城市内行人过街需求高，行人过街设施的合理设置是满足行人过街需求的必要前提，是保障行人过街安全的重要技术手段，是“以人为本”的交通工程设计理念的深入实践。

行人信号控制是行人过街设施设置的重要组成部分。行人信号控制按地点一般分为路段行人交通信号控制和交叉口行人交通信号控制两类。由于交叉口的主要功能是满足机动车的通行，因此交叉口行人交通信号控制一般根据机动车信号控制进行设置。路段行人交通信号控制一般分为按钮式和预置式两种，在行人过街需求较低地区使用按钮式，从而尽可能少的影响机动车的通行效率；在行人过街需求较高地区需要使用预置式信号控制，尽可能满足行人过街的需求。

根据现行设计规范《人行横道信号灯控制设置规范GA/T851—2009》中对人行横道信号灯的设置方法，绿灯总时长需要保证红灯期间等待过街的全部行人安全过街所需时间。然而，对于行人安全过街所需时间没有一个严格的定义和准确的测算方法。目前国内城市常以1.0m/s作为行人步速，行人过街所需时间用人行横道长度和行人步速的比值表示。但对于如商业区、中小学周边等在某一时段具有大量行人过街需求的地区而言，对象行人流冲突严重，在对向行人流交织区域，行人速度会极大降低，某些时刻甚至可能降为0，这样的情况下基本测算时间小于行人过街所需实际时间，使得行人在红灯时间穿越马路，不但产生安全隐患，同时降低路段通行效率。

发明内容

针对上述行人路段信号灯设置方法的问题和不足，本发明旨在提供一种行人路段信号灯配时系统，能够方便、快捷、准确的估计行人路段过街所需时间，并基于行人过街净空时间合理设置行人路段信号灯配时。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于净空时间的路段行人交通信号控制系统，包括行人数据采集与记录单元、行人过街净空时间计算单元和信号实施反馈单元。其中：

行人数据采集与记录单元，用于采集和记录行人过街时的交通环境数据和行人物理特性数据；行人过街净空时间估算单元，用于计算行人过街所需的必要时间；信号实施反馈单元，用于评价已实施的信号配时方案，对不满足行人通过率的信号配时方案进行优化。

所述行人数据采集与记录单元，用于采集和记录行人过街时的交通环境数据和行人物理特性数据。需要记录道路交通环境信息主要包括行人横道长度L（m），人行横道宽度W（m），行人流量P₁，P₂（人/s），行人速度v（m/s），行人等待区长度L_d（m）等。

所述行人过街净空时间估算单元，用于计算行人过街所需的必要时间。行人过街净空时间指行人从接受到信号灯绿灯开始，从人行横道一侧到达另一侧所需的全部时间。行人过街净空时间可分为两部分，其一为行人启动时间，指行人从等待区进入到人行横道的时间；其二为过街穿越时间，即行人穿越人行横道所需时间。

其中：行人启动时间T_d是排队等候过街的最后一排行人从等待区进入人行横道所需时间，计算公式由公式（1）所示。

其中：I为行人启动损失时间，是行人从看到绿灯到实际开始行走的时间差；L_d是行人等待区长度，v是行人步行速度。

行人穿越时间T_c是行人从进入人行横道开始到离开人行横道所需时间，计算公式由公式（2）所示。

公式（3）中C_d为行人交织影响系数，由主要行人交通流所占比例计算得到，计算公式如公式（4）所示。

所述信号实施反馈单元，用于评价已实施的信号配时方案，对不满足行人通过率的信号配时方案进行优化。将行人过街净空时间估算单元中得到的行人过街时长进行行人过街信号配时，收集在绿灯时长下行人过街通过率，当通过率小于95%时，增大绿灯时长5%。迭代该过程直到满足行人通过率95%。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：充分考虑行人在等候区从静止到启动受到的时间损失。并非简单考虑行人过街速度为常量，将对向行人流冲突而产生的时间损失也考虑在内。由于考虑上述两点原因，因此对于行人过街时间测算更为准确，在充分满足行人过街需求的情况下，可以极大缓解行人过街违章严重现象。

附图说明

图1为本发明技术方案所述行人交通信号控制系统的工作流程示意图；

图2为本发明技术方案的行人过街时间估算参数示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种基于净空时间的路段行人交通信号控制系统，包括行人数据采集与记录单元、行人过街净空时间计算单元和信号实施反馈单元。其中：

行人数据采集与记录单元，用于采集和记录行人过街时的交通环境数据和行人物理特性数据；行人过街净空时间估算单元，用于计算行人过街所需的必要时间；信号实施反馈单元，用于评价已实施的信号配时方案，对不满足行人通过率的信号配时方案进行优化。

所述行人数据采集与记录单元，用于采集和记录行人过街时的交通环境数据和行人物理特性数据。需要记录道路交通环境信息主要包括行人横道长度L（m），人行横道宽度W（m），行人流量P₁，P₂（人/s），行人速度v（m/s），行人等待区长度L_d（m）等。

如图1，本发明实施提供的行人过街交通信号控制的方法，包括以下步骤：

S01）采集和记录人行横道长度和宽度，采集一个预置信号周期时间内行人交通环境数据，将采集数据存储到行人数据库；

S02）从数据库内提取相关数据，计算行人启动时间；

S03）从数据库内提取相关数据，计算行人穿越时间；

S04）给定行人信号绿灯时长，确定行人交通信号配时；

S05）计算行人周期通过率，若不满足标准，进行迭代计算，直到满足标准。

通过实地调查采集道路交通环境信息包括行人横道长度L（m）和宽度W（m）。通过视频采集方法获得行人流信息数据包括人行横道两侧行人流量P₁，P₂（人/s），行人速度v（m/s），行人启动损失时间I（s），行人等待区长度L_d（m）等。将采集数据记录到行人交通信号配时数据库内。

根据采集的来的数据，计算行人启动时间，计算公式如下：

$T_d=I+\frac{L_d}{v}$

其中：I为行人启动损失时间，L_d是行人等待区长度，v是行人步行速度。

计算行人穿越时间，计算公式如下：

$T_c=\frac{L_d}{v_f}+\frac{L-L_d}{v}$

其中：v_f是行人流1穿越行人流2时的速度，L是人行横道长度。

$v_f=\sqrt{v^2-\frac{4C_d{P}_2{\mathrm{Lv}}^2}{W}}$

其中：C_d为行人交织影响系数，P₂为行人流2的流量，W是人行横道宽度。

$C_d=0.03{\left(\frac{P_1}{P_1+P_2}\right)}^{1.346}$

其中：P₁是行人流1的流量。

通过上述计算，得到行人过街信号绿灯时长T，计算公式如下：

T=T_d+T_c

本发明的原理：根据流体力学理论，当移动实体进入气体或液体中时，其速度受到该气体或液体的速度影响。本发明假设行人流1为某特定实体，对向行人流2为某种流体，因此双向行人流产生的交织作用可以用行人流1的速度变化进行表示。行人流1穿越行人流2时速度降低，导致行人穿越时间增长，从而使得行人过街净空时间增大，因此加大行人绿灯信号时长。但由于行人流的非线性交互作用明显，行人到达受时间、天气、地块属性等因素影响较大，运用上述理论得到的穿越时间可能偏小，因此要根据实施效果进行反馈计算，从而获得满足行人过街需求的行人交通信号配时。

下面结合图2和具体实施案例对本发明进一步说明，图2中黑色圆形部分代表行人，黑白区域为人行过街横道斑马线，灰色区域为行人等待区，L代表人行横道长度，单位为米，W代表行人横道宽度，单位为米，L_d为行人等待区长度，单位为米，行人速度v表示行人过街时的速度，单位为米/秒，同时速度箭头代表了行人前进方向。

通过行人交通数据采集与记录单元，用人工记录手段获得行人横道数据：人行横道长度12m、宽度3m。用视频记录手段获得信号周期长度内行人流信息数据，将数据存储在历史事故数据记录单元中，如表1所示。

将各组数据进行回归分析和统计处理，得到人行横道两侧行人流量1.25人/s，1.36人/s，行人速度1.15（m/s），行人启动损失时间0.5s，行人等待区长度1.8m。

计算行人启动时间，带入公式（2），计算得到T_d=2.07s

计算行人穿越时间，带入公式（3），有两个前置参数需要计算，将数据带入公式（4）和公式（5），计算得到T_c=10.95s。

表1行人流数据存储表

因此行人过街净空时间为T=T_d+T_c=2.07+10.95=13.02s，取整为13s。

将行人信号绿灯时长设置为13s，通过实施，行人信号采集系统采集绿灯时长内行人通过率，假设行人通过率低于95%，则设定绿灯时长g=13*（1+5%）==13.65=14s，通过视频采集再次进行验证行人单次周期通过率，若通过率满足，结束，若不满足，继续增大绿灯时长。

Claims (4)

1.一种基于净空时间的路段行人交通信号控制系统，该系统包括行人数据采集与记录单元、行人过街净空时间计算单元和信号实施反馈单元，其中：

所述行人数据采集与记录单元，其是用于采集和记录行人过街时的交通环境数据和行人物理特性数据；

所述行人过街净空时间估算单元，其是用于计算行人过街所需的必要时间；

所述信号实施反馈单元，其是用于评价已实施的信号配时方案，对不满足行人通过率的信号配时方案进行优化。

2.根据权利要求1的基于净空时间的路段行人交通信号控制系统，其中所述行人数据采集与记录单元中，需要记录道路交通环境信息主要包括行人横道长度L，人行横道宽度W，行人流量P₁，P₂，行人速度v，行人等待区长度L_d。

3.根据权利要求1的基于净空时间的路段行人交通信号控制系统，其中所述行人过街净空时间估算单元中，是行人从接受到信号灯绿灯开始，从人行横道一侧到达另一侧所需的全部时间，行人过街净空时间T可分为两部分，其一为行人启动时间T_d，指行人从等待区进入到人行横道的时间；其二为过街穿越时间T_c，即行人穿越人行横道所需时间，公式表示为

T=T_d+T_c

其中行人启动时间T_d是排队等候过街的最后一排行人从等待区进入人行横道所需时间，计算公式由公式（1）所示；

其中：I为行人启动损失时间，是行人从看到绿灯到实际开始行走的时间差；L_d是行人等待区长度，v是行人步行速度；

行人穿越时间T_c是行人从进入人行横道开始到离开人行横道所需时间，计算公式由以下公式（2）-（4）计算得出；

其中公式（2）中的v_f由公式（3）计算得出，而公式（3）中C_d为行人交织影响系数，由主要行人交通流所占比例计算得到，由计算公式（4）得出。

4.根据权利要求1的基于净空时间的路段行人交通信号控制系统，其中所述信号实施反馈单元中，用于评价已实施的信号配时方案，对不满足行人通过率的信号配时方案进行优化，将行人过街净空时间估算单元中得到的行人过街时长进行行人过街信号配时，收集在绿灯时长下行人过街通过率，当通过率小于95%时，增大绿灯时长5%；迭代该过程直到满足行人通过率95%。

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