CN103680159B - 道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统及其控制方法 - Google Patents
道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及交通流控制领域，公开了一种道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统及其控制方法，所述控制系统包括交通流检测设备，设置于交叉口，用于检测将到达交叉口车辆的数据；线性联动信号灯，设置于交叉口的进口道上，每一进口道上沿车辆行进方向依次间隔设置线性联动信号灯；线性联动控制器，根据交通流检测设备的检测数据，控制线性联动信号灯依次动作。本发明的系统和方法，采用多虚拟信号控制模式，根据实时交通情况，对每一进道口进行线性联动控制，可以消除车辆启动损失时间，减小驾驶员信号信息采集时间及反应时间，从而增加城市道路交叉口的通行能力，并减少道路拥堵现象的出现。
Description
技术领域
本发明涉及交通流控制领域，尤其涉及一种道路交叉口交通流的控制系统及其控制方法。
背景技术
道路交叉口是城市交通的滞点，研究解决好交叉口的交通问题，是提高整个城市运输效率的关键所在。信号交叉口延误是评价信号交叉口交通服务水平和运营效率的重要指标，交叉口延误是指车辆通过交叉口范围的时间延误，信号交叉口延误的分类包括排队延误、停车延误、控制延误、引道延误等。
通常进入交叉口的车辆，由于受到交通信号灯的作用，往往要改变行车状态。控制延误是由交通控制装置所引起的延误，在通常的城市道路交叉口信号配时方案制定时，总会存在损失时间，在损失时间中有部分是由车辆启动损失时间和驾驶员信号信息采集时间及反应时间组成，同时在排队长度较大或者道路高差较大的交叉口，距离交叉口较远的驾驶员无法直接采集信号灯变化信息，只能根据前面的车辆运动变化进行判断决定驾驶行为，这样导致更多的车辆延误和时间损失。在大量的车辆延误和时间损失下，交叉口的通行能力会逐渐降低，通行效率不足导致交叉口交通拥堵现象明显，大量的排队车辆造成车辆的二次停车，同时汽车追尾、刮擦等交通事故日益凸显。
通过检索发现，目前国内外有关减少和消除交叉口延误的研究主要集中在三个方面，一是通过交叉口信号配时优化；二是实施交通工程措施，对交叉口进行渠化和拓宽，完善导流线等交通标志标线；三是实施交通管理措施。但是这三种方法几乎都无法有效解决车辆在进入交叉口时的启动损失时间和驾驶员信号信息采集时间及反应时间。针对这种交叉口延误问题在城市的许多高等级道路交叉口出现，急需一种适应并解决这种车辆延误问题的新型信号控制方案。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统，可增加交叉口通行能力，提高通行效率。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统，包括
交通流检测设备，设置于交叉口，用于检测将到达交叉口车辆的数据；
线性联动信号灯，设置于交叉口的进口道上，每一进口道上沿车辆行进方向依次间隔设置线性联动信号灯；
线性联动控制器，根据交通流检测设备的检测数据，控制线性联动信号灯依次动作。
进一步，所述交通流检测设备为摄像头。
进一步，所述线性联动控制器根据摄像头摄取的图像，监测将到达交叉口车辆的实时车速和位置变化信息，对绿灯开始时的排队车辆的尾车通过停车线时做出标记，记录饱和交通量，即除掉绿灯刚亮和红灯刚亮这两部分时间之后的单位有效绿灯信号时间内的平均通过车辆数，计算启动损失时间，并据此计算进口道上相邻线性联动信号灯的变化时间差，并以此变化时间差控制线性联动信号灯依次动作。
进一步，所述启动损失时间通过下式获得：
L＝t-(m/Q)；
式中，L为启动损失时间；
t为摄像头观测记录时间间隔；
m为绿灯刚亮时每隔t秒的通过车辆数；
Q为饱和交通量。
进一步，所述相邻线性联动信号灯的变化时间差通过下式获得：
Δt1＝α1L+β1S+γ1P；
Δt2＝α2L+β2S+γ2P；
式中，Δt1为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由绿灯变为黄灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
Δt2为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由红灯变为绿灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
S为驾驶员信号变化采集时间;
P为驾驶员反应时间;
α,γ,β为权值。
进一步，每一进口道上的线性联动信号灯为5组，各组距离间隔40米。
本发明还公开一种道路交叉口多虚拟信号线性联动控制方法，包括如下步骤：
1）在道路交叉口的进口道上，沿车辆行进方向依次间隔设置线性联动信号灯；
2）检测将到达交叉口车辆的数据；
3）根据摄像头摄取的图像，监测将到达交叉口车辆的实时车速和位置变化信息，对绿灯开始时的排队车辆的尾车通过停车线时做出标记，记录饱和交通量；
4）计算启动损失时间；
5）计算进口道上相邻线性联动信号灯的变化时间差；
6）根据变化时间差控制线性联动信号灯依次动作。
进一步，所述步骤4）中，通过下式获得启动损失时间：
L＝t-(m/Q)；
式中，L为启动损失时间；
t为摄像头观测记录时间间隔；
m为绿灯刚亮时每隔t秒的通过车辆数；
Q为饱和交通量。
进一步，所述步骤5）中，通过下式获得相邻线性联动信号灯的变化时间差：
Δt1＝α1L+β1S+γ1P；
Δt2＝α2L+β2S+γ2P；
式中，Δt1为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由绿灯变为黄灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
Δt2为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由红灯变为绿灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
S为驾驶员信号变化采集时间;
P为驾驶员反应时间;
α,γ,β为权值。
进一步，所述步骤1）中，每一进口道上的线性联动信号灯为5组，各组距离间隔40米；每一进口道距离交叉口最近的一组线性联动信号灯全天候运行以外，其余线性联动信号灯仅在该交叉口通行高峰期时间运行。
本发明的系统和方法，采用该多虚拟信号控制模式，根据实时交通情况，对每一进道口进行线性联动控制，可以消除车辆启动损失时间，减小驾驶员信号信息采集时间及反应时间，从而增加城市道路交叉口的通行能力，并减少道路拥堵现象的出现，既满足车辆通行要求，又能减少延误，提高通行效率，较少汽车追尾、刮擦等交通事故。
附图说明
图1示出了道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统的布置示意图；
图2示出了道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统的结构框图；
图3示出了道路交叉口多虚拟信号线性联动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行详细说明。
参见图1、2，本实施例的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统，还包括
交通流检测设备2，设置于交叉口1，用于检测将到达交叉口车辆的数据；所述所述交通流检测设备可采用高清摄像头。
线性联动信号灯3，设置于交叉口的进口道4上，每一进口道4上沿车辆行进方向依次间隔设置线性联动信号灯，在本实施例中，每一进口道4上的线性联动信号灯3为5组，各组距离间隔40米；所述线性联动信号灯3和设置于交叉口的信号灯均为传统的红绿黄三色信号灯。
线性联动控制器，根据交通流检测设备的检测数据，控制线性联动信号灯依次动作；具体地，所述线性联动控制器根据摄像头摄取的图像，监测将到达交叉口车辆的实时车速和位置变化信息，对绿灯开始时的排队车辆的尾车通过停车线时做出标记，记录饱和交通量，即除掉绿灯刚亮和红灯刚亮这两部分时间之后的单位有效绿灯信号时间内的平均通过车辆数，计算启动损失时间，并据此计算进口道上相邻线性联动信号灯的变化时间差，并以此变化时间差控制线性联动信号灯依次动作。
所述启动损失时间通过下式获得：
L＝t-(m/Q)；
式中，L为启动损失时间；
t为摄像头观测记录时间间隔；
m为绿灯刚亮时每隔t秒的通过车辆数；
Q为饱和交通量，在绿灯信号期间，车辆的待行行列连续存在，这时通过交叉口停车线的最大流量，，根据观测和试验得到不准停放车辆的饱和流量Q＝525wpcu/h（标准车当量数/小时），其中，w为进口道宽度，一般w>5.5m。
所述相邻线性联动信号灯的变化时间差通过下式获得：
Δt1＝α1L+β1S+γ1P；
Δt2＝α2L+β2S+γ2P;
式中，Δt1为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由绿灯变为黄灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
Δt2为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由红灯变为绿灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
S为驾驶员信号变化采集时间，一般为0.4s—0.6s;
P为驾驶员反应时间，一般为0.4s—1.0s;
α,γ,β为权值，具体权值通过SP(StatedPreferenceSurvey)调查标定。
参见图3，本实施例的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制方法，包括如下步骤：
1）在道路交叉口的进口道上，沿车辆行进方向依次间隔设置线性联动信号灯；
2）检测将到达交叉口车辆的数据；
3）根据摄像头摄取的图像，监测将到达交叉口车辆的实时车速和位置变化信息，对绿灯开始时的排队车辆的尾车通过停车线时做出标记，记录饱和交通量；
4）通过下式获得启动损失时间：
L＝t-(m/Q);
式中，L为启动损失时间；
t为摄像头观测记录时间间隔；
m为绿灯刚亮时每隔t秒的通过车辆数；
Q为饱和交通量,在绿灯信号期间，车辆的待行行列连续存在，这时通过交叉口停车线的最大流量，辆/有效率等时间，根据英国TRRL观测和试验得到不准停放车辆的饱和流量Q＝525wpcu/h，其中，w为进口道宽度，一般w>5.5m。。
5）通过下式获得相邻线性联动信号灯的变化时间差：
Δt1＝α1L十β1S十γ1P；
Δt2＝α2L+β2S+γ2P；
式中，Δt1为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由绿灯变为黄灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
Δt2为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由红灯变为绿灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
S为驾驶员信号变化采集时间，一般为0.4s—0.6s;
P为驾驶员反应时间，一般为0.4s—1.0s;
α,γ,β为权值，具体权值通过SP调查标定。
6）根据变化时间差控制线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次动作。
所述步骤1）中，每一进口道上的线性联动信号灯为5组，各组距离间隔40米；每一进口道距离交叉口最近的一组线性联动信号灯全天候运行，其余线性联动信号灯仅在该交叉口通行高峰期时间运行。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统，其特征在于：包括
交通流检测设备，设置于交叉口，用于检测将到达交叉口车辆的数据；
线性联动信号灯，设置于交叉口的进口道上，每一进口道上沿车辆行进方向依次间隔设置线性联动信号灯；
线性联动控制器，根据交通流检测设备的检测数据，控制线性联动信号灯依次动作；
所述线性联动控制器根据摄像头摄取的图像，监测将到达交叉口车辆的实时车速和位置变化信息，在绿灯开始时的排队车辆的尾车通过停车线时做出标记，记录饱和交通量，所述饱和交通量为除掉绿灯刚亮和红灯刚亮这两部分时间之后的单位有效绿灯信号时间内的平均通过车辆数，计算启动损失时间，并据此计算进口道上相邻线性联动信号灯的变化时间差，并以此变化时间差控制线性联动信号灯依次动作；所述启动损失时间通过下式获得：
L＝t-(m/Q)；
式中，L为启动损失时间；
t为摄像头观测记录时间间隔；
m为绿灯刚亮时每隔t秒的通过车辆数；
Q为饱和交通量。
2.如权利要求1所述的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统，其特征在于：所述交通流检测设备为摄像头。
3.如权利要求1所述的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统，其特征在于：所述相邻线性联动信号灯的变化时间差通过下式获得：
Δt1＝α1L+β1S+γ1P；
Δt2＝α2L+β2S+γ2P；
式中，Δt1为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由绿灯变为黄灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
Δt2为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由红灯变为绿灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
S为驾驶员信号变化采集时间；
P为驾驶员反应时间；
α,γ,β为权值。
4.如权利要求1-3中任一项所述的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制系统，其特征在于：每一进口道上的线性联动信号灯为5组，各组距离间隔40米。
5.道路交叉口多虚拟信号线性联动控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在道路交叉口的进口道上，沿车辆行进方向依次间隔设置线性联动信号灯；
2)检测将到达交叉口车辆的数据；
3)根据摄像头摄取的图像，监测将到达交叉口车辆的实时车速和位置变化信息，在绿灯开始时的排队车辆的尾车通过停车线时做出标记，记录饱和交通量；
4)计算启动损失时间；
5)计算进口道上相邻线性联动信号灯的变化时间差；
6)根据变化时间差控制线性联动信号灯依次动作。
6.如权利要求5所述的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，通过下式获得启动损失时间：
L＝t-(m/Q)；
式中，L为启动损失时间；
t为摄像头观测记录时间间隔；
m为绿灯刚亮时每隔t秒的通过车辆数；
Q为饱和交通量。
7.如权利要求6所述的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制方法，其特征在于：所述步骤5)中，通过下式获得相邻线性联动信号灯的变化时间差：
Δt1＝α1L+β1S+γ1P；
Δt2＝α2L+β2S+γ2P；
式中，Δt1为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由绿灯变为黄灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
Δt2为同一方向进口道上的线性联动信号灯按距离交叉口由近到远依次由红灯变为绿灯时，相邻信号灯组的灯色变化时间差；
S为驾驶员信号变化采集时间；
P为驾驶员反应时间；
α,γ,β为权值。
8.如权利要求7所述的道路交叉口多虚拟信号线性联动控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，每一进口道上的线性联动信号灯为5组，各组距离间隔40米；每一进口道距离交叉口最近的一组线性联动信号灯全天候运行以外，其余线性联动信号灯仅在该交叉口通行高峰期时间运行。
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