CN103473935B - 基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法和系统，所述方法包括：信号灯控制装置根据感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；并对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并进一步确定该感应检测器所在车道是否出现拥堵状态；若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况，并采用对应排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；该方法以较少的投入成本和破路面积实现了路口拥堵状态的检测，并对路口交通信号灯进行控制，保障了路口的车辆交通运行。

Description

基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法和系统

技术领域

本发明涉及交通领域，尤其涉及一种基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法和系统。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，机动车保有量迅速上升，城市交通拥堵情况日益严重。为保障车辆在城市道路间的正常运行，路口交通信号控制尤其重要。

目前，随着智能交通的发展，交通信号灯控制逐渐由固定模式（路口的信号相位放行时间和顺序不变）转变为动态自适应模式，即路口交通信号灯控制系统依据实时检测的路口交通流数据动态优化交通信号灯控制方案，从而缓解路口的交通压力，减轻路口拥堵状况，保障路口的车辆交通运行。

现有的动态自适应模式的交通信号灯控制方法，通常利用设置在路口进口道的感应检测器获取的交通流数据，判别路口交通状态，来进行信号相位放行时间的优化。但这种检测方法对于路口的拥堵状态，如排队溢出的拥堵状态无法有效识别。

因此，为了检测出路口是否出现排队溢出等拥堵状态，现有技术的检测方法通常需要在出口道或路口的上游路段布设线圈检测器进行检测；然而，该检测方法检测设备和建设投入成本高，破路面积增大。

综上所述，现有技术的交通信号灯控制方法，或者无法有效识别路口的拥堵状态，或者检测路口的拥堵状态所需的投入成本较高、破路面积较大。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法和系统，以较少的投入成本和较小的破路面积实现路口拥堵状态的检测，并依据检测的拥堵状态对路口交通信号灯进行控制来保障路口的车辆交通运行。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法，包括：

信号灯控制装置根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；并

对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态；

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况；之后，采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

较佳地，所述采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案，具体包括：

所述信号灯控制装置将对应于出现拥堵状态的车道的信号灯进行绿灯截停后，记录该信号灯在本绿灯周期内绿灯放行时间；并将记录的绿灯放行时间作为下个绿灯周期中的绿灯放行时间。

较佳地，在所述计算出路口交通强度后，还包括：

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况；之后，采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

较佳地，在所述判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况之后，还包括：

所述信号灯控制装置进一步判断拥堵相位：

所述信号灯控制装置对于每个相位，根据如下公式1计算该相位的拥堵指数P_r：

$P_r=\frac{n_r}{n}\×{\stackrel{\‾}{O}}_r$              （公式1）

其中，n为与该相位对应的车道数；n_r为与该相位对应的、出现拥堵状态的车道数；为与该相位对应的、出现拥堵状态的车道的时间占有率均值；

选取拥堵指数最大的相位为拥堵相位；以及

所述采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案，具体包括：

所述信号灯控制装置延长拥堵相位的绿灯时间。

其中，所述延长拥堵相位的绿灯时间具体为：

根据如下公式2确定出延长的绿灯时间T_g'：

${T_g}^{\′}=\frac{q_r}{(n/n_r)\stackrel{\‾}{s}}$             （公式2）

所述公式2中，q_r为所述当前统计周期内的受阻滞车辆数；为所述当前统计周期内，所述拥堵相位对应的各车道的饱和流量均值；

其中，所述当前统计周期内的受阻滞车辆数_qr根据如下公式3确定：

$q_r=\frac{T_g}{t_d}\×n_r\×\mathrm{\θ}$                 （公式3）

所述公式3中，T_g为所述拥堵相位的绿灯时间；t_d为与所述拥堵相位对应的、出现拥堵状态的车道的平均车头时距；θ为与所述拥堵相位对应的、出现拥堵状态的车道对该拥堵相位对应的其它车道的阻滞干扰系数。

较佳地，所述信号灯控制装置根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的检测信号，每隔设定统计周期计算出路口交通强度，具体为：

所述信号灯控制装置根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的车辆到达矩形信号波，在每个统计周期到达时，检测出本统计周期内，每个车道的流量与时间占有率；并对于每个车道，根据该车道在本统计周期内的流量与时间占有率，计算出该车道的交通强度；

所述信号灯控制装置根据本统计周期内各车道的交通强度计算出信号灯周期中各相位的交通强度；并根据各相位的交通强度计算出本统计周期内的路口交通强度。

较佳地，在所述计算出路口交通强度后，还包括：

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况；之后，采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

较佳地，所述采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案具体包括：

所述信号灯控制装置根据各相位的交通强度之间的比例关系，确定分配的各相位的绿灯时间之间的比例关系。

较佳地，所述信号灯控制装置根据各相位的交通强度之间的比例关系，确定分配的各相位的绿灯时间之间的比例关系具体包括：

根据如下公式4确定信号灯周期C：

$C=C_{\min }+\frac{C_{\max }-C_{\min }}{{[1+\exp \left(\frac{-I+I_a}{{\mathrm{\λ}}_1}\right)]}^{{\mathrm{\λ}}_2}}$             （公式4）

其中，；I为所述当前统计周期计算出的路口交通强度；C_min为预设的信号灯周期下限；C_max为预设的信号灯周期上限；λ₁、λ₂为设定的参数；I_a为临界交通强度值，根据如下方法设定：对上个趋势长周期中，与本趋势短周期相对应的趋势短周期内所统计的路口交通强度值进行排序后，将排序后的中间值作为临界交通强度值；其中，所述趋势长周期具体为周，趋势短周期具体为天；

在确定的信号灯周期C内，根据各相位的交通强度之间的比例关系，分配各相位的绿灯时间。

其中，所述设定的统计周期具体为5分钟，所述设定的采样周期具体为1s，所述设定时间段具体为5-10s。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制系统，包括：

布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器，用于检测通过的车辆；

信号灯控制装置，用于根据各感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；并对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态；

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况；之后，采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

较佳地，所述信号灯控制装置还用于若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况；之后，采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

较佳地，所述信号灯控制装置还用于若判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况；之后，采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

较佳地，所述信号灯控制装置具体包括：

路口交通强度计算模块，用于根据各感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；

车道拥堵状态判定模块，用于对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态；

路口交通状况判定模块，用于判断所述路口的交通状况：若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况，并发送排队溢出通知；若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况，并发送交通事故通知；若判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况，并发送运行正常通知；

信号灯控制模块，用于进行所述路口交通信号灯的控制：若接收到所述排队溢出通知，则采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；若接收到所述交通事故通知，则采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；若接收到所述运行正常通知，则采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

较佳地，所述信号灯控制模块具体包括：

控制方案确定单元，用于确定出所述交通信号灯控制方案：若接收到所述排队溢出通知，则确定出对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案；若接收到所述交通事故通知，则确定出对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案；若接收到所述运行正常通知，则确定出对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案；

第一控制单元，用于采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；

第二控制单元，用于采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；

第三控制单元，用于采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

本发明技术方案中的信号灯控制装置，根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的检测信号，计算出路口交通强度，确定出车道是否出现拥堵状态后，根据计算出的路口交通强度，综合车道是否出现拥堵状态判定出路口的交通状况，并采用对应路口的交通状况的交通信号灯控制方案，进行路口交通信号灯的控制；由此，以较少的投入成本和较小的破路面积实现路口拥堵状态的检测，并在路口出现排队溢出的交通状况时，避免出现拥堵状态的车道的车辆继续进入路口，缓解路口的交通拥堵状况；且在路口发生交通事故时，可以缓解由交通事故引起的阻滞车辆在路口处的排队，保障路口的车辆的交通运行。

附图说明

图1a为本发明实施例的基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制系统的内部结构框图；

图1b为本发明实施例的计算出路口交通强度的方法的流程图；

图2为本发明实施例的基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法的流程图；

图3为本发明实施例的信号灯控制装置的内部结构框图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内，一个模块也可以位于一台计算机上和/或分布于两台或更多台计算机之间。

本发明的发明人发现，利用路口的进口道处已有的感应检测器，通过计算和逻辑判断也可检测出路口是否出现排队溢出等拥堵状态，从而不必在出口道或路口的上游路段布设线圈检测器进行拥堵状态的检测；节省了在出口道或交叉口内布设线圈检测器的检测设备和建设的投入成本，也减小了破路面积。

本发明的发明人进一步分析，可以利用路口的进口道处已有的感应检测器，检测路口交通强度，以及每个车道设定时间段内的车辆时间占有率；根据检测的车辆时间占有率进行车道拥堵状态的判断；进而根据检测出的路口交通强度，并综合车道拥堵状态的判断结果确定出路口的交通状况：

例如，在路口没有车道出现拥堵状态的时候，则判定路口的交通状况正常，没有出现拥堵状态；

在路口交通强度小于设定的交通强度阈值时，若有车道出现拥堵状态，则判定为路口出现交通事故而导致路口交通强度小而同时车道出现了拥堵状态；

在路口交通强度大于设定的交通强度阈值时，若有车道出现拥堵状态，则判定为路口出现排队溢出现象，即因为车辆过多，车流量过大而导致的拥堵。

基于上述原理分析出路口的交通状况后，可以根据分析出的路口的交通拥堵状况采用相应的交通信号灯控制方案，进行路口交通控制，以缓解拥堵，保障路口的车辆交通运行。

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。本发明实施例提供的基于感应检测器的路口交通拥堵判定及路口交通控制系统（简称为基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制系统），如图1a所示，包括：布设于路口的每个车道的进口道处的感应检测器101，以及和各感应检测器101相连的信号灯控制装置102。

布设于路口的每个车道的进口道处的感应检测器101用于检测通过的车辆，并发送检测信号至信号灯控制装置102；其中，检测信号具体为车辆到达矩形信号波；感应检测器101具体可以为环形线圈检测器、或者视频检测器，可以布设于距离停车线0～30米进口道处，且每个车道布设一个感应检测器，以检测每个车道的车辆到达情况，产生车辆到达矩形信号波。

和各感应检测器101相连的信号灯控制装置102用于根据各感应检测器101发送的检测信号，计算出路口交通强度；并对于每个感应检测器，确定该感应检测器所在车道的拥堵状态。

具体地，信号灯控制装置102可以采用现有技术的方法根据各感应检测器101发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；其中，设定的统计周期由本领域技术人员进行设定，具体可以为5分钟。

例如，一种具体的计算出路口交通强度的方法，流程图如图1b所示，包括如下步骤：

S111：信号灯控制装置102在每个统计周期到达时，检测出本统计周期内，每个车道的流量与时间占有率。

具体地，信号灯控制装置102根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器101发送的车辆到达矩形信号波，在每个统计周期到达时，检测出本统计周期内，每个车道的流量与时间占有率。

S112：信号灯控制装置102对于每个车道，根据该车道在本统计周期内的流量与时间占有率，计算出该车道的交通强度。

具体地，信号灯控制装置102对于每个车道，根据该车道在本统计周期内的流量与时间占有率，利用如下公式5计算出该车道的交通强度I_l：

$I_l=\mathrm{\α}\frac{o_l}{O}+(1-\mathrm{\α})\frac{s_l}{S}$                （公式5）

其中，o_l为该车道在本统计周期内时间占有率；s_l为该车道在本统计周期内的流量；O为之前一天自动计算得到的饱和时间占有率；S为之前一天自动计算得到的饱和流量；α为模型系数，由本领域技术人员预先配置；l为每个相位对应的车道数。

S113：信号灯控制装置102根据本统计周期内各车道的交通强度，计算出信号灯周期中各相位的交通强度。

具体地，信号灯控制装置102根据本统计周期内各车道的交通强度I_l，计算出信号灯周期中各相位的交通强度I_j：对于每个相位，求取该相位对应的各车道的交通强度的最大值，即得到该相位的交通强度I_j；其中，j为自然数；且本文中所称的相位，表示在一个信号灯周期内，同时获得通行权的一股或者几股车流的信号显示状态；例如，“南直”可以单独是一个相位，“南北直”也可以是一个相位，具体由本领域技术人员根据交通信号灯控制的需要而配置。

S114：信号灯控制装置102根据各相位的交通强度，计算出本统计周期内的路口交通强度。

具体地，信号灯控制装置102根据各相位的交通强度I_j，利用如下公式7计算出本统计周期内的路口交通强度I：

I=max(∑I_j1,∑I_j2,...,∑I_jk)+max(∑I'_j1,∑I'_j2,...,∑I'_jk)       （公式7）

其中，I_jk表示第k环左半环第j相位的交通强度；I'_jk表示第k环右半环第j相位的交通强度；∑I_jk表示求取第k环左半环的交通强度；∑I'_jk表示求取第k环右半环的交通强度；

事实上，上述的环的划分，可以根据现有的划分方法将路口的各相位划分为k环（k为大于2的自然数），又可以将每一环划分为左半环和右半环。

本发明的信号灯控制装置102对于每个感应检测器，确定该感应检测器所在车道的拥堵状态的具体方法如下：

信号灯控制装置102对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态；其中，m为自然数；且设定的占有率阈值，以及设定的采样周期和设定时间段由本领域技术人员进行设定，设定的采样周期具体可以为1s（秒），设定时间段具体可以为5-10s。

例如：信号灯控制装置102可以从绿灯期间车辆由停车线到达感应检测器处的时刻开始计算时间占有率；若设定的采样周期为1s，设定时间段为10s，且感应检测器在10s内检测到有车辆到达的时间为5s，则计算出的时间占有率可以为5/10，且可以每隔1s计算一次。

本发明的信号灯控制装置102周期性地根据计算出的路口交通强度，以及车道的拥堵状态判断路口的交通状况，并根据判断出的交通状况采用相应的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

例如，在当前统计周期（记为第i个周期）内，信号灯控制装置102进行路口交通信号灯控制，进而控制路口交通的方法的流程，如图2所示，具体包括如下步骤：

S201：信号灯控制装置102计算出当前统计周期第i个周期的路口交通强度，并确定出各感应检测器101所在车道的拥堵状态。

S202：信号灯控制装置102判断当前统计周期计算出的路口交通强度是否超过设定的交通强度阈值，并判断是否有车道出现拥堵状态；若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则执行步骤S213；若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则执行步骤S223；若判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则执行步骤S233。

具体地，信号灯控制装置102根据上述步骤S201中计算出的路口交通强度和确定出的车道的拥堵状态，通过本步骤和下述步骤S213、S223和S233判断出所述路口的交通状况；其中，设定的交通强度阈值由本领域技术人员以实际的路口交通状况根据经验进行设定。

S213：信号灯控制装置102判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况。

具体地，若信号灯控制装置102判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况。

S214：信号灯控制装置102采用对应排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制，并跳转到步骤S240。

具体地，在上述步骤S213判断出所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况后，在本步骤中，信号灯控制装置102采用对应排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制，具体可以为：将对应于出现拥堵状态的车道的信号灯进行绿灯截停后，记录该信号灯在本绿灯周期内绿灯放行时间；并将记录的绿灯放行时间作为下个绿灯周期中的绿灯放行时间。从而，在路口出现排队溢出的拥堵状况时，可以通过对出现拥堵状态的车道的信号灯进行绿灯截停，来控制路口交通避免出现拥堵状态的车道的车辆继续进入路口，缓解路口的交通拥堵状况。

S223：信号灯控制装置102判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况。

具体地，若信号灯控制装置102判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况。

S224：信号灯控制装置102进一步判断拥堵相位。

具体地，在上述步骤S223判断出所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况后，在本步骤中，信号灯控制装置102还可以进一步判断拥堵相位，具体可以包括：

信号灯控制装置102对于每个相位，根据如下公式1计算该相位的拥堵指数P_r：

$P_r=\frac{n_r}{n}\×{\stackrel{\‾}{O}}_r$               （公式1）

其中，n为与该相位对应的车道数；n_r为与该相位对应的、出现拥堵状态的车道数；为与该相位对应的、出现拥堵状态的车道的时间占有率均值；

信号灯控制装置102选取拥堵指数P_r最大的相位为拥堵相位；进一步，信号灯控制装置102还可以在拥堵指数相同时，选取出现拥堵状态的车道数最多的相位为拥堵相位。

S225：信号灯控制装置102采用对应交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

具体地，在上述步骤S224判断出拥堵相位后，在本步骤中，信号灯控制装置102采用对应交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制，具体可以为：根据确定出的延长的绿灯时间，延长拥堵相位的绿灯时间。

其中，可以根据如下公式2确定出延长的绿灯时间T_g'：

${T_g}^{\′}=\frac{q_r}{(n/n_r)\stackrel{\‾}{s}}$                 （公式2）

公式2中，q_r为当前统计周期内的受阻滞车辆数；为当前统计周期内，拥堵相位对应的各车道的饱和流量均值；

其中，当前统计周期内的受阻滞车辆数q_r根据如下公式3确定：

$q_r=\frac{T_g}{t_d}\×n_r\×\mathrm{\θ}$                （公式3）

公式3中，T_g为拥堵相位的绿灯时间；t_d为与拥堵相位对应的、出现拥堵状态的车道的平均车头时距；θ为与拥堵相位对应的、出现拥堵状态的车道对与该拥堵相位的其它车道的阻滞干扰系数。

这样，在路口发生交通事故时，交通事故对应的车道的车辆通行受到阻滞，通过延长拥堵相位的绿灯时间，可以控制路口交通缓解阻滞车辆在路口处的排队，保障路口的车辆的交通运行。

S233：信号灯控制装置102判断所述路口的交通状况为运行正常状况。

具体地，若信号灯控制装置102判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况。

S234：信号灯控制装置102采用对应运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

具体地，在上述步骤S233判断出所述路口的交通状况为运行正常状况后，在本步骤中，信号灯控制装置102采用对应运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制，具体可以为：信号灯控制装置102根据各相位的交通强度之间的比例关系，确定分配的各相位的绿灯时间之间的比例关系，进而进行路口交通信号灯的控制，以自适应进行路口交通控制，达到优化控制路口交通的目的。

其中，信号灯控制装置102根据各相位的交通强度之间的比例关系，确定分配的各相位的绿灯时间之间的比例关系，具体可以包括：

根据如下公式4确定信号灯周期C：

$C=C_{\min }+\frac{C_{\max }-C_{\min }}{{[1+\exp \left(\frac{-I+I_a}{{\mathrm{\λ}}_1}\right)]}^{{\mathrm{\λ}}_2}}$            （公式4）

其中，C_min为预设的信号灯周期下限；C_max为预设的信号灯周期上限；λ₁、λ₂为设定的参数，其中λ₁为周期平缓指数，λ₂为周期微调指数，由本领域技术人员根据路口实际交通状况设定；I为当前统计周期计算出的路口交通强度；I_a为临界交通强度值，根据如下方法设定：对上个趋势长周期中，与本趋势短周期相对应的趋势短周期内所统计的路口交通强度值进行排序后，将排序后的中间值作为临界交通强度值；其中，趋势长周期和趋势短周期由本领域技术人员进行设定，趋势长周期具体可以为周、或月，趋势短周期具体可以为天。

在确定的信号灯周期C内，根据各相位的交通强度之间的比例关系，分配各相位的绿灯时间。

例如，可以在信号灯周期C内，使各相位的绿灯时间之间的比例等于各相位的交通强度之间的比例，从而，根据各相位的交通强度之间的比例关系，分配各相位的绿灯时间。

S240：信号灯控制装置102结束当前统计周期第i个周期的路口交通信号灯控制，并令i=i+1后跳转到S201。

上述的信号灯控制装置102的内部结构框图，如图3所示，具体包括：路口交通强度计算模块301、车道拥堵状态判定模块302、路口交通状况判定模块303、信号灯控制模块304。

路口交通强度计算模块301用于根据各感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度。

车道拥堵状态判定模块302用于对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态。

路口交通状况判定模块303用于根据路口交通强度计算模块301计算出的路口交通强度，以及车道拥堵状态判定模块302确定出的车道的拥堵状态，判断所述路口的交通状况：若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况，并发送排队溢出通知；若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况，并发送交通事故通知；若判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况，并发送运行正常通知。

信号灯控制模块304用于根据接收到的路口交通状况判定模块303发送的各通知，进行路口交通信号灯的控制：若接收到排队溢出通知，则采用对应排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；若接收到交通事故通知，则采用对应交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；若接收到所述运行正常通知，则采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

其中，上述的信号灯控制模块304，具体包括：控制方案确定单元341、第一控制单元342、第二控制单元343、第三控制单元344。

控制方案确定单元341用于根据接收到的路口交通状况判定模块303发送的各通知，确定出所述交通信号灯控制方案：若接收到所述排队溢出通知，则确定出对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案；若接收到所述交通事故通知，则确定出对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案；若接收到所述运行正常通知，则确定出对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案。

第一控制单元342用于采用上述的对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

第二控制单元343用于采用上述的对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

第三控制单元344用于采用上述的对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

本发明技术方案中，基于感应检测器的路口交通信号灯控制系统中的信号灯控制装置，根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的检测信号，计算出路口交通强度，确定出车道是否出现拥堵状态后，根据计算出的路口交通强度，综合车道是否出现拥堵状态判定出路口的交通状况，并采用对应路口的交通状况的交通信号灯控制方案，进行路口交通信号灯的控制；由此，以较少的投入成本和较小的破路面积实现路口拥堵状态的检测，并在路口出现排队溢出的交通状况时，避免出现拥堵状态的车道的车辆继续进入路口，缓解路口的交通拥堵状况；且在路口发生交通事故时，可以缓解由交通事故引起的阻滞车辆在路口处的排队，保障路口的车辆的交通运行。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制方法，其特征在于，包括：

信号灯控制装置根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；并

对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态；

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况；之后，采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案，具体包括：

所述信号灯控制装置将对应于出现拥堵状态的车道的信号灯进行绿灯截停后，记录该信号灯在本绿灯周期内绿灯放行时间；并将记录的绿灯放行时间作为下个绿灯周期中的绿灯放行时间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算出路口交通强度后，还包括：

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况；之后，采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况之后，还包括：

所述信号灯控制装置进一步判断拥堵相位：

所述信号灯控制装置对于每个相位，根据如下公式1计算该相位的拥堵指数P_r：

$P_r=\frac{n_r}{n}\×{\stackrel{\‾}{O}}_r$         (公式1)

其中，n为与该相位对应的车道数；n_r为与该相位对应的、出现拥堵状态的车道数；为与该相位对应的、出现拥堵状态的车道的时间占有率均值；

选取拥堵指数最大的相位为拥堵相位；以及

所述采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案，具体包括：

所述信号灯控制装置延长拥堵相位的绿灯时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述延长拥堵相位的绿灯时间具体为：

根据如下公式2确定出延长的绿灯时间T_g'：

${T_g}^{\′}=\frac{q_r}{(n/n_r)\stackrel{\‾}{s}}$         (公式2)

所述公式2中，q_r为所述当前统计周期内的受阻滞车辆数；为所述当前统计周期内，所述拥堵相位对应的各车道的饱和流量均值；

其中，所述当前统计周期内的受阻滞车辆数q_r根据如下公式3确定：

$q_r=\frac{T_g}{t_d}\×n_r\×\mathrm{\θ}$         (公式3)

所述公式3中，T_g为所述拥堵相位的绿灯时间；t_d为与所述拥堵相位对应的、出现拥堵状态的车道的平均车头时距；θ为与所述拥堵相位对应的、出现拥堵状态的车道对该拥堵相位对应的其它车道的阻滞干扰系数。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号灯控制装置根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的检测信号，每隔设定统计周期计算出路口交通强度具体为：

所述信号灯控制装置根据布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器发送的车辆到达矩形信号波，在每个统计周期到达时，检测出本统计周期内，每个车道的流量与时间占有率；并对于每个车道，根据该车道在本统计周期内的流量与时间占有率，计算出该车道的交通强度；

所述信号灯控制装置根据本统计周期内各车道的交通强度计算出信号灯周期中各相位的交通强度；并根据各相位的交通强度计算出本统计周期内的路口交通强度。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述计算出路口交通强度后，还包括：

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况；之后，采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案具体包括：

所述信号灯控制装置根据各相位的交通强度之间的比例关系，确定分配的各相位的绿灯时间之间的比例关系。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述信号灯控制装置根据各相位的交通强度之间的比例关系，确定分配的各相位的绿灯时间之间的比例关系具体包括：

根据如下公式4确定信号灯周期C：

$C=C_{\min }+\frac{C_{\max }-C_{\min }}{{[1+\exp \left(\frac{-I+I_a}{{\mathrm{\λ}}_1}\right)]}^{{\mathrm{\λ}}_2}}$        (公式4)

其中，I为所述当前统计周期计算出的路口交通强度；C_min为预设的信号灯周期下限；C_max为预设的信号灯周期上限；λ₁、λ₂为设定的参数；I_a为临界交通强度值，根据如下方法设定：对上个趋势长周期中，与本趋势短周期相对应的趋势短周期内所统计的路口交通强度值进行排序后，将排序后的中间值作为临界交通强度值；其中，所述趋势长周期具体为周，趋势短周期具体为天；

在确定的信号灯周期C内，根据各相位的交通强度之间的比例关系，分配各相位的绿灯时间。

10.如权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，所述设定的统计周期具体为5分钟，所述设定的采样周期具体为1s，所述设定时间段具体为5-10s。

11.一种基于感应检测器的路口交通拥堵判定及控制系统，其特征在于，包括：

布设于所述路口的每个车道的进口道处的感应检测器，用于检测通过的车辆；

信号灯控制装置，用于根据各感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；并对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态；

若所述信号灯控制装置判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况；之后，采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，

所述信号灯控制装置还用于若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况；之后，采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

13.如权利要求11或12所述的系统，其特征在于，

所述信号灯控制装置还用于若判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况；之后，采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述信号灯控制装置具体包括：

路口交通强度计算模块，用于根据各感应检测器发送的检测信号，每隔设定的统计周期计算出路口交通强度；

车道拥堵状态判定模块，用于对于每个感应检测器，每隔设定的采样周期计算出设定时间段内的时间占有率，并在确定出连续m个采样周期计算的时间占有率大于设定的占有率阈值时，确定该感应检测器所在车道出现拥堵状态；

路口交通状况判定模块，用于判断所述路口的交通状况：若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为排队溢出的拥堵状况，并发送排队溢出通知；若判断出当前统计周期计算出的路口交通强度没超过设定的交通强度阈值，且有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为交通事故的拥堵状况，并发送交通事故通知；若判断出当前统计周期内没有车道出现拥堵状态，则判断所述路口的交通状况为运行正常状况，并发送运行正常通知；

信号灯控制模块，用于进行所述路口交通信号灯的控制：若接收到所述排队溢出通知，则采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；若接收到所述交通事故通知，则采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；若接收到所述运行正常通知，则采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述信号灯控制模块具体包括：

控制方案确定单元，用于确定出所述交通信号灯控制方案：若接收到所述排队溢出通知，则确定出对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案；若接收到所述交通事故通知，则确定出对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案；若接收到所述运行正常通知，则确定出对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案；

第一控制单元，用于采用对应所述排队溢出的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；

第二控制单元，用于采用对应所述交通事故的拥堵状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制；

第三控制单元，用于采用对应所述运行正常状况的交通信号灯控制方案进行路口交通信号灯的控制。