CN103310640A - 一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法 - Google Patents

Abstract

一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法，涉及一种十字交叉口交通信号控制方法，解决现有交叉口交通预信号控制方法根据主观经验确定预信号停车线与主停车线之间的距离，以及预信号与主信号的配时方案无法根据交通流量的动态变化进行调整，从而造成交叉口通行能力下降、机动车拥堵的问题。包括步骤：进行交叉口进口车道组织与信号控制设施布设；根据步骤一完成的信号控制设施布设进行静态交通数据采集；令十字交叉口采用四相位信号控制方法，且预信号和主信号的相位相序设置相同；利用步骤一所述信号控制设施与步骤二所述静态交通数据，按照步骤三所述四相位信号控制方法进行主信号与预信号的协调控制。本发明可广泛应用于十字交叉口进行交通信号控制。

Description

一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法

技术领域

本发明涉及一种十字交叉口交通信号控制方法。

背景技术

目前我国各大城市交通拥堵状况逐渐恶化，过饱和交叉口日益增多，严重阻碍了社会经济的发展。交叉口出现过饱和现象的主要原因是到达的交通流量大于交叉口的通行能力，所以增大交叉口通行能力便成为解决交通拥堵的重要手段。而交叉口的通行能力与车道组织、信号配时方案密切相关，预信号控制方法通过在交叉口每个进口方向停车线后增加一条停车线和一组信号灯的方法控制机动车流运行，从完善车道组织与信号配时方案两个角度提升交叉口通行能力，能够有效地缓解交叉口交通拥堵。

现有的交叉口预信号控制方法大多面向公交车，设置公交车预信号控制方案，虽然能够减少公交车排队长度与延误时间，但是公交车流量在整个交口机动车流量中占据比例非常小，这种控制方法并不能缓解交叉口的拥堵，而且有可能加剧机动车流拥堵。此外，虽然出现了一些针对机动车流的预信号控制方法，但是这些方法并未考虑对右转机动车流的组织与控制，并且根据主观经验确定预信号停车线与交叉口主停车线之间的距离，预信号与交叉口主信号的配时方案无法根据交通流量的动态变化进行调整，所以预信号控制方法的科学性与实时性存在不足，难以较大幅度地提高交叉口通行能力，缓解交通拥堵。

发明内容

本发明为了解决现有交叉口交通预信号控制方法根据主观经验确定预信号停车线与主停车线之间的距离，以及预信号与主信号的配时方案无法根据交通流量的动态变化进行调整，从而造成交叉口通行能力下降、机动车拥堵的问题，提供一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法。

一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法，它包括如下步骤：

步骤一：进行交叉口进口车道组织与信号控制设施布设；

步骤二：根据步骤一完成的信号控制设施布设进行静态交通数据采集；

所述静态交通数据包括交叉口每条车道的宽度，交叉口每条进口车道的饱和交通流率和交叉口每个相位的绿灯损失时间；

步骤三：令十字交叉口采用四相位信号控制方法，且预信号和主信号的相位相序设置相同；

步骤四：利用步骤一所述信号控制设施与步骤二所述静态交通数据，按照步骤三所述四相位信号控制方法进行主信号与预信号的协调控制。

本发明实现了主信号与预信号的配时方案根据交通流量的动态变化进行调整，能够适应交叉口整体机动车流的运行特征。

附图说明

图1为本发明一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法的流程图；

图2为本发明一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法的车道组织与信号控制设施布设图；

图3为具体实施方式一所述主信号和预信号的相位相序图；

图4为具体实施方式三所述的流程图；

图5为具体实施例所述嵩山路与淮河路交叉口现状渠化与信号控制方法；

图6为具体实施例所述嵩山路与淮河路交叉口车道组织与信号控制设施布设图；

图7为具体实施例所述现有控制方案与本发明所述方法车均延误指标对比图；

图8为具体实施例所述现有控制方案与本发明所述方法最大排队长度指标对比图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1-图3说明本具体实施方式。一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法，它包括如下步骤：

步骤一：进行交叉口进口车道组织与信号控制设施布设；

步骤二：根据步骤一完成的信号控制设施布设进行静态交通数据采集；

所述静态交通数据包括交叉口每条车道的宽度，交叉口每条进口车道的饱和交通流率和交叉口每个相位的绿灯损失时间；

步骤三：令十字交叉口采用四相位信号控制方法，且预信号和主信号的相位相序设置相同；

步骤四：利用步骤一所述信号控制设施与步骤二所述静态交通数据，按照步骤三所述四相位信号控制方法进行主信号与预信号的协调控制。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一不同的是所述步骤一：进行交叉口进口车道组织与信号控制设施布设的过程为：

步骤一A：确定交叉口每个进口方向待行区长度；所述待行区为主信号停车线与预信号停车线之间的区域；

第i个进口方向待行区长度L_i为：

L_i＝1.2×L_imax+20

单位：m，其中：

$L_{i\max }=\max (C_0\×{\stackrel{\‾}{q}}_{\mathrm{il}},C_0\×{\stackrel{\‾}{q}}_{\mathrm{is}})\×\stackrel{\‾}{L}$

式中，C₀为定时控制方式下高峰时段交叉口最大周期时长，单位为s；

为排队状况下机动车平均车头间距，单位为m；

为高峰时段交叉口第i个进口方向的左转机动车流量与待行区可供左转机动车利用的车道数之比，单位为pcu/s；

为高峰时段交叉口第i个进口方向的直行机动车流量与待行区可供直行机动车利用的车道数比值，单位为pcu/s；

其中：

$C_0=40\×\hat{N}$

式中：

为十字交叉口主信号的相位数；

步骤一B：确定交叉口每个进口方向的车道流向属性；即令主信号停车线后各车道流向属性为：最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道允许左转和直行机动车通行；预信号停车线后各车道流向属性为：最左侧车道只允许左转机动车通行，最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道只允许直行机动车通行；

步骤一C：根据步骤一B确定的车道流向属性，进行机动车检测器的布设；即在交叉口主信号停车线后的每条机动车道与预信号停车线后的每条机动车道均布设一个感应线圈检测器；

所述感应线圈检测器的长度与宽度均为2m，前端距离停车线1m；

步骤一D：按照步骤一B确定的车道流向属性，在预信号停车线前布设交通信号灯。

如图2所示。如果主信号控制下的机动车流放行顺序分别为南北直行(右转伴随直行车流运行)、南北左转、东西直行(右转伴随直行车流运行)、东西左转，那么

等于4。主信号停车线后的各条机动车道用白色虚线隔开，最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道允许左转和直行机动车通行。预信号停车线后的各条机动车道用白色实线隔开，最左侧车道只允许左转机动车通行，最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道只允许直行机动车通行。

采用本具体实施方式，提出了预信号停车线后车道、待转区车道的渠化方法，能够保证各股机动车流的有序运行，避免交织冲突。

具体实施方式三、结合图4说明本具体实施方式。本具体实施方式与具体实施方式二不同的是所述步骤四：利用步骤一所述信号控制设施与步骤二所述静态交通数据，按照步骤三所述四相位信号控制方法进行主信号与预信号的协调控制的过程为：

步骤四A：将感应线圈检测器的初始数据清零；

步骤四B：主信号按照预设相位顺序依次启亮，同时预信号根据主信号顺序进行启亮；

其中启亮绿灯相位的对应关系为：主信号第i相位绿灯开始启亮时，预信号第i相位以及第j相位绿灯同步开始启亮；

j＝mod(i+1，4)+1

i＝mod(i，4)+1

mod为取余函数；i取值范围是[1，4]，j取值范围是[1，4]；

步骤四C：令各感应线圈检测器每隔1s统计一次各车道自当前绿灯启亮以来通过停车线的机动车数量；其中通过主信号第i相位对应各车道停车线的车辆数为N_i辆，通过预信号第i相位对应各车道停车线、第j相位对应各车道停车线的车辆数分别为N′_i辆和N′_j辆；

步骤四D：判断预信号第i相位对应的每个感应线圈检测器获得的无车经过的时间是否大于预设无车经过的时间间隔ΔT；若大于则结束预信号第i相位的绿灯显示，否则继续等待直至无车经过的时间大于ΔT；

步骤四E：统计主信号第i相位各车道自当前绿灯启亮以来通过停车线的车辆数N_i，每隔1s判断一次N_i与N′_i的大小，直至N_i与N′_i相等时结束主信号的绿灯显示；

步骤四F：主信号第i相位的绿灯显示结束之后，将预信号与主信号第i相位对应的所有感应线圈检测器数据清零，进入对主信号第j相位的控制过程；

步骤四G：按照预设相位顺序进行绿灯显示，直至完成预设交通信号控制结束条件。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三不同的是所述步骤四D中无车经过的时间间隔ΔT的取值为5s。

采用具体实施方式三与具体实施方式四所述方法，根据交叉口布设的感应线圈检测器检测数据对交叉口主信号、预信号的绿灯启亮时间、绿灯结束时间进行动态优化调整，能够提高交通信号控制效益，避免绿灯空放，减少机动车流延误。

具体实施例：

结合图5-8说明本具体实施例。

以哈尔滨嵩山路与淮河路交叉口为例，对本发明的具体实施过程进行介绍。图5所述为该交叉口目前的渠化方法与信号控制方法。嵩山路与淮河路均为哈尔滨市次干道，各进口方向左转与直行的机动车流量较大，但是受车道数的限制，每个进口方向只有1条左转、1条直行、1条直右车道，所以该交叉口高峰期间经常发生拥堵，尤其是左转车道的机动车排队较长。

具体步骤如下：

步骤一：进行交叉口进口车道组织与信号控制设施布设；

步骤一A：确定交叉口每个进口方向待行区长度；所述待行区为主信号停车线与预信号停车线之间的区域；

交叉口相位数等于4，那么在定时信号控制方案下，嵩山路与淮河路交叉口的最大周期时长C₀等于160s。在嵩山路与淮河路交叉口每个进口方向设置两条停车线，东进口、西进口、南进口、北进口方向待行区的长度分别如表1所示。

表1交叉口各个进口方向待行区长度

步骤一B：确定交叉口每个进口方向的车道流向属性；

如图6所示，主信号与预信号停车线后各有3条机动车道，主信号停车线后的各条机动车道用白色虚线隔开，最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道允许左转和直行机动车通行。

如图6所示，预信号停车线后的各条机动车道用白色实线隔开，最左侧车道只允许左转机动车通行，最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道只允许直行机动车通行。

步骤一C：根据步骤一B确定的车道流向属性，进行机动车检测器的布设；

如图6所示，在交叉口主信号停车线后的每条机动车道与预信号停车线后的每条机动车道均布设一个感应线圈检测器，感应线圈检测器长度和宽度均为2m，前端距离停车线1m。

步骤一D：按照步骤一B确定的车道流向属性，分别在主信号停车线前与预信号停车线前布设交通信号灯；

如图6所示，在交叉口设置一组主信号灯；另外在每个进口方向的预信号停车线前设置一组预信号。

步骤二：根据步骤一完成的信号控制设施布设进行静态交通数据采集；

交叉口进口车道1、4、7、10的车道宽度为3.0m，其余车道宽度为3.25m。

交叉口进口车道1、4、7、10的饱和交通流率为1550pcu/h，其余车道的饱和交通流率为1630pcu/h。

在现有控制方案下，交叉口每个相位绿灯结束之后，运行3s的黄灯时间，所有各个相位的绿灯损失时间均为3s。

步骤三：令十字交叉口采用四相位信号控制方法，且预信号和主信号的相位相序设置相同；

嵩山路与淮河路交叉口采用四相位信号控制方法，相位相序如图3所示。

步骤四：利用步骤一所述信号控制设施与步骤二所述静态交通数据，按照步骤三所述四相位信号控制方法进行主信号与预信号的协调控制；

1)在交通信号控制开始之前，将嵩山路与淮河路交叉口布设的24个感应线圈检测器数据清零；

2)启亮主信号第1相位、预信号第1相位和第2相位的绿灯；

3)每隔1s即分别计算主信号第1相位、预信号第1相位和第2相位自绿灯启亮以来至当前时刻经过对应检测器的车辆数；

4)判断是否结束预信号第1相位的绿灯显示；

预信号第1相位控制南北直行以及右转的交通流，共对应4条机动车道、4个感应线圈检测器。判断当前时刻4个检测器无车经过的时间间隔是否都大于5s。如果是，那么预信号第1相位的绿灯结束，否则预信号第1相位继续显示绿灯。

5)判断是否结束主信号第1相位的绿灯显示；

预信号第1相位的绿灯结束以后，判断预信号第1相位对应的4条机动车道驶入南进口待转区、北进口待转区的车辆数之和是否等于南进口待转区、北进口待转区驶离的车辆数之和。如果是，那么结束主信号第1相位的绿灯显示，否则主信号第1相位继续显示绿灯。

6)预信号与主信号第1相位对应的检测器数据清零；

当主信号第1相位的绿灯显示结束之后，将预信号与主信号第1相位对应的所有感应线圈检测器数据清零。

7)判断是否结束交通信号控制；

嵩山路与淮河路交叉口为哈尔滨市重要的交通节点，每天24小时执行信号控制，所以当主信号第1相位、预信号第1相位的绿灯结束之后，依次开始运行主信号与预信号后续相位的绿灯。运行流程如步骤1)至6)。

本发明所述一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法与现有控制方法效益评价：

在VISSIM仿真软件中，分别仿真运行嵩山路与淮河路交叉口现有信号控制方案、预信号控制方案，仿真时间长度为30min，仿真输入的交通流量采用高峰小时调查流量，最终输出机动车车均延误、交叉口最大排队长度等指标。具体对比如图7、8所示。

由图7、8可以看出，与该交叉口现有控制方案相比，预信号控制方案下机动车车均延误能够降低7.8％，交叉口最大排队长度减少了46.8％。这说明预信号控制方法对于提高交叉口通行能力、均衡各车道的交通负荷具有显著效果。

Claims (4)

1.一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法，其特征在于它包括如下步骤：

步骤一：进行交叉口进口车道组织与信号控制设施布设；

步骤二：根据步骤一完成的信号控制设施布设进行静态交通数据采集；

所述静态交通数据包括交叉口每条车道的宽度，交叉口每条进口车道的饱和交通流率和交叉口每个相位的绿灯损失时间；

步骤三：令十字交叉口采用四相位信号控制方法，且预信号和主信号的相位相序设置相同；

步骤四：利用步骤一所述信号控制设施与步骤二所述静态交通数据，按照步骤三所述四相位信号控制方法进行主信号与预信号的协调控制。

2.根据权利要求1所述的一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法，其特征在于所述步骤一：进行交叉口进口车道组织与信号控制设施布设的过程为：

步骤一A：确定交叉口每个进口方向待行区长度；所述待行区为主信号停车线与预信号停车线之间的区域；

第i个进口方向待行区长度L_i为：

L_i＝1.2×L_imax+20

单位：m，其中：

$L_{i\max }=\max (C_0\×{\stackrel{\‾}{q}}_{\mathrm{il}},C_0\×{\stackrel{\‾}{q}}_{\mathrm{is}})\×\stackrel{\‾}{L}$

式中，C₀为定时控制方式下高峰时段交叉口最大周期时长，单位为s；

为排队状况下机动车平均车头间距，单位为m；

为高峰时段交叉口第i个进口方向的左转机动车流量与待行区可供左转机动车利用的车道数之比，单位为pcu/s；

为高峰时段交叉口第i个进口方向的直行机动车流量与待行区可供直行机动车利用的车道数比值，单位为pcu/s；

其中：

$C_0=40\×\hat{N}$

式中：

为十字交叉口主信号的相位数；

步骤一B：确定交叉口每个进口方向的车道流向属性；即令主信号停车线后各车道流向属性为：最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道允许左转和直行机动车通行；预信号停车线后各车道流向属性为：最左侧车道只允许左转机动车通行，最右侧车道允许直行和右转机动车通行，其余车道只允许直行机动车通行；

步骤一C：根据步骤一B确定的车道流向属性，进行机动车检测器的布设；即在交叉口主信号停车线后的每条机动车道与预信号停车线后的每条机动车道均布设一个感应线圈检测器；

所述感应线圈检测器的长度与宽度均为2m，前端距离停车线1m；

步骤一D：按照步骤一B确定的车道流向属性，在预信号停车线前布设交通信号灯。

3.根据权利要求2所述的一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法，其特征在于所述步骤四：利用步骤一所述信号控制设施与步骤二所述静态交通数据，按照步骤三所述四相位信号控制方法进行主信号与预信号的协调控制的过程为：

步骤四A：将感应线圈检测器的初始数据清零；

步骤四B：主信号按照预设相位顺序依次启亮，同时预信号根据主信号顺序进行启亮；

其中启亮绿灯相位的对应关系为：主信号第i相位绿灯开始启亮时，预信号第i相位以及第j相位绿灯同步开始启亮；

j＝mod(i+1，4)+1

i＝mod(i，4)+1

mod为取余函数；i取值范围是[1，4]，j取值范围是[1，4]；

步骤四C：令各感应线圈检测器每隔1s统计一次各车道自当前绿灯启亮以来通过停车线的机动车数量；其中通过主信号第i相位对应各车道停车线的车辆数为N_i辆，通过预信号第i相位对应各车道停车线、第j相位对应各车道停车线的车辆数分别为N′_i辆和N′_j辆；

步骤四D：判断预信号第i相位对应的每个感应线圈检测器获得的无车经过的时间是否大于预设无车经过的时间间隔ΔT；若大于则结束预信号第i相位的绿灯显示，若否则继续等待直至无车经过的时间大于ΔT；

步骤四E：监控主信号第i相位各车道自当前绿灯启亮以来通过停车线的车辆数N_i，每隔1s判断一次N_i与N′_i的大小，直至N_i与N′_i相等时结束主信号的绿灯显示；

步骤四F：主信号第i相位的绿灯显示结束之后，将预信号与主信号第i相位对应的所有感应线圈检测器数据清零，进入对主信号第j相位的协调控制过程；

步骤四G：按照预设相位顺序进行绿灯显示，直至完成预设交通信号控制结束条件。

4.根据权利要求3所述的一种面向机动车流的十字交叉口交通预信号控制方法，其特征在于所述步骤四D中无车经过的时间间隔ΔT的取值为5s。

Images