CN104036646B - 交叉口信号配时时段的划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，尤其是一种交叉口信号配时时段的划分方法，属于道路交通信号控制的技术领域。按照本发明提供的技术方案，一种交叉口信号配时时段的划分方法，所述配时时段划分方法包括如下步骤：a、采集所需交叉口的交通流数据，并计算得到所述交叉口的交叉口流量比；b、利用上述交叉口流量比与信号周期损失时间计算得到最佳信号周期时长；c、根据上述最佳信号周期时长计算配时时段划分阈值，当所述配时时段划分阈值与预设的时段划分判断阈值匹配时，将所在时段划分为一个配时时段。本发明分段拟合精度高，方法简单可靠，实用，适应范围广。

Description

交叉口信号配时时段的划分方法

技术领域

本发明涉及一种方法，尤其是一种交叉口信号配时时段的划分方法，属于道路交通信号控制的技术领域。

背景技术

近年来，随着国民经济高速发展以及城市化进程的加快推进，城市道路交通需求急剧增长，人们出行频繁，车辆大幅度增加，道路不断扩建。但与之相比，城市交通基础设施建设明显滞后，远远跟不上迅速增长的交通需求，两者之间矛盾日益突出。交叉口由于不同方向机动车、非机动车和行人之间相互干扰，容易出现交通阻滞、车速降低、交通事故等问题。通过道路渠化、标志设置等相关交通组织手段进行调整，一方面花费较大、交通参与者适应周期长，另一方面若调整效果欠佳，恢复矛盾较大。因此，信号控制往往是调整第一手段。

当前，交叉口信号控制最常见方式为单点定周期信号控制，提高单点定周期信号控制效率的主要方法是采用多时段配时方案，以往的多时段配时一般只采用高峰和平峰时段配时，时段划分过于简单，通过这种简单的时段划分而设计的配时方案经常会导致绿灯时间不能被充分利用，无法适应交通量的变化，引起不必要的延误甚至是部分时段的拥挤。因此，对交叉口进行多时段划分非常必要，常见多时段划分方法大多在交叉口交通量历史统计数据基础上，没有考虑各进口道不同流向的交通量大小，而且计算过程复杂，不利于实施和流程化操作，不能完全满足动态交通信号配时的需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种交叉口信号配时时段的划分方法，其分段拟合精度高，方法简单可靠，实用，适应范围广。

按照本发明提供的技术方案，一种交叉口信号配时时段的划分方法，所述配时时段划分方法包括如下步骤：

a、采集所需交叉口的交通流数据，并计算得到所述交叉口的交叉口流量比；

b、利用上述交叉口流量比与信号周期损失时间计算得到最佳信号周期时长；

c、根据上述最佳信号周期时长计算配时时段划分阈值，当所述配时时段划分阈值与预设的时段划分判断阈值匹配时，将所在时段划分为一个配时时段。

所述步骤a中，包括如下步骤：

a1、采集所需交叉口的交通流数据包括分流向的小时交通流量以及饱和交通流量，并计算得到对应流向的交通流量；

a2、根据上述流向的交通流量以及对应的饱和交通流量，计算得到交叉口的交通流量比，所述交通流量比包括左转流量比以及直行流量比；

a3、将上述交通流量比中流量比最大的车道作为关键车道，将交叉口中所有关键车道的交通流量比累加得到交叉口流量比。

所述步骤a1中，分流向的小时交通流量包括左转交通流量和直行交通流量，根据所述分流向的小时交通流量计算得到周平均小时交通量，所述周平均小时交通量为：

$\mathrm{AHT}=\frac{1}{K}\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i$

其中，K为工作日和非工作日的天数，在一周时间中，工作日K的取值为5，非工作日K的取值为2，n_i为第i个工作日或非工作日的小时交通流量。

所述交叉口对应流向的交通流量为：

$q=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{q}_j+k_j{q}_j$

其中，q为交叉口对应流向的交通流量，q_j为第j车道的周平均小时交通量，k_j为混合车道对应流向的比例。

所述步骤b中，根据交叉口流量比以及信号周期损失时间，利用韦伯斯特法计算得到最佳信号周期时长，得到

$C_0=\frac{1.5L+5}{1-Y}$

其中，C₀为最佳信号周期时长(s)；L为信号周期损失时间(s)；Y为交叉口流量比；对于信号周期损失时间，则有

$L=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(l+I-A)$

其中，n为一个信号周期内的相位数；l为车辆启动损失时间，一般取3s(s)；I为交叉口绿灯间隔时间，即黄灯时间与全红时间(s)；A为黄灯时间(s)。

所述步骤c中，配时时段划分阈值α为

α＝C_i+1-C_i

其中，C_i+1为第i+1时段的第一个最佳信号周期时长，C_i为第i时段的第一个最佳信号周期时长；对于较小路口，时段划分判断阈值设置为5s，对于较大路口时段划分判断阈值设置为10s；当配时时段划分阈值α不小于时段划分判断阈值时，将所在时段划分为一个配时时段。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：通过周平均小时交通量的分析，考虑不同流向交通量的差异，基于最佳信号周期时长的计算，根据配时时段划分阈值与时段划分判断阈值之间的关系进行配时时段划分，对于多时段信号配时和各相位绿灯时间的确定提供了重要依据，即能够将交通量波动较大时段划分成多个时段，交通量比较平稳时段划分成较少时段，这与传统的经验的分类方法相符合，分段拟合精度高，且方法简单可靠，实用，易于接受，适应范围广。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

当前现有的信号配时时段往往凭借经验或交通量，大致划分为早高峰、午平峰和晚高峰等几个时段，时段划分不够精细，导致配时方案无法及时发挥应有的作用，信号控制的效果不够理想。

如图1所示：为了能对交叉口进行有效的信号配时时段划分，本发明的配时时段划分方法包括如下步骤：

a、采集所需交叉口的交通流数据，并计算得到所述交叉口的交叉口流量比；

具体地，包括如下步骤：

a1、采集所需交叉口的交通流数据包括分流向的小时交通流量以及饱和交通流量，并计算得到对应流向的交通流量；

所述饱和交通流量为连续通行情况下的最大交通流量，分流向的小时交通流量包括左转交通流量和直行交通流量，根据所述分流向的小时交通流量计算得到周平均小时交通量，所述周平均小时交通量为：

$\mathrm{AHT}=\frac{1}{K}\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{n}_i$

其中，K为工作日和非工作日的天数，在一周时间中，工作日K的取值为5，非工作日K的取值为2，n_i为第i个工作日或非工作日的小时交通流量。所述工作日或非工作日的小时交通流量可以根据上述分流向的小时交通流量得到。

本发明实施例中，对于转向交通量分析主要是各方向的交通流量分析(包括直行交通流量以及左转交通流量，右转不控制时，不需要进行分析)，通过对于各方向的交通流量分析能用于交叉口左转与直行车道的流量比计算。在对交叉口的各方向的交通流量分析计算时，如果是专用左转和直行车道，只需将各车道采集的交通流量相加即可得到，如果有直左或直右通行的混合车道，则需要对该车到转向比例进行观测，再按照比例情况分配到各流向中，所述各流向是指左转流向以及直行流向。

具体地，所述交叉口对应流向的交通流量为：

$q=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{q}_j+k_j{q}_j$

其中，q为交叉口对应流向的交通流量，q_j为第j车道的周平均小时交通量，k_j为混合车道对应流向的比例。第j车道的周平均小时交通量q_j可以通过上述的周平均小时交通量计算得到，混合车道对应流向的比例k_j根据混合车道的比例情况计算得到，具体不再赘述。

a2、根据上述流向的交通流量以及对应的饱和交通流量，计算得到交叉口的交通流量比，所述交通流量比包括左转流量比以及直行流量比；

本发明实施例中，以四相位交叉口的东、西进口道为例，计算交叉口的流量比，对于大多数交叉口来说，右转不设单独的专用相位，一般只计算交叉口左转与直行车道的交通流量比，同时，应考虑各个进口道左转、直行的车道数。交叉口内某个车道的流量比计算过程为：

$y_{\mathrm{ij}}=\frac{q_{\mathrm{ij}}}{s_{\mathrm{ij}}}$

其中，y_ij为第i个相位j车道的流量比；q_ij为第i个相位j车道的交通流量(pcu/h)，所述第i个相位j车道的交通流量可以通过上述步骤a1中的方法计算得到；s_ij为第i个相位j车道的饱和流量(pcu/h)，是指车辆饱和释放状态下所能通过的最大流量，它是计算流量比的一个参数，第i个相位j车道的饱和流量可以根据采集的交通流数据得到。

a3、将上述交通流量比中流量比最大的车道作为关键车道，将交叉口中所有关键车道的交通流量比累加得到交叉口流量比。

比较各个相位下放行车道的交通流量比大小，将流量比最大的车道作为关键车道，并把对应的流量比作为交叉口信号周期的计算参数。如表1中相位1为东西向直行，即只需要比较东进口道直行流量比q₂/N₂S_直、西进口道直行的流量比q₄/N₄S_直的大小，较大的流量比作为相位1的关键流量比y₁。同理可得出其他各个相位的关键流量比。

表1交叉口各个进口道交通流量比计算表

最后各个相位中的关键车道的交通流量比之和，即为整个交叉口的交叉口流量比Y，即有

$Y=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\max [y_{i1,}{y}_{i2,}\·\·\·y_{\mathrm{ij}}]$

b、利用上述交叉口流量比与信号周期损失时间计算得到最佳信号周期时长；

根据交叉口流量比以及信号周期损失时间，利用韦伯斯特法计算得到最佳信号周期时长，得到

$C_0=\frac{1.5L+5}{1-Y}$

其中，C₀为最佳信号周期时长(s)；L为信号周期损失时间(s)；Y为交叉口流量比；对于信号周期损失时间，则有

$L=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(l+I-A)$

其中，n为一个信号周期内的相位数；l为车辆启动损失时间，一般取3s(s)；I为交叉口绿灯间隔时间，即黄灯时间与全红时间(s)；A为黄灯时间(s)。

c、根据上述最佳信号周期时长计算配时时段划分阈值，当所述配时时段划分阈值与预设的时段划分判断阈值匹配时，将所在时段划分为一个配时时段。

所述步骤c中，配时时段划分阈值α为

α＝C_i+1-C_i

其中，C_i+1为第i+1时段的第一个最佳信号周期时长，C_i为第i时段的第一个最佳信号周期时长；对于较小路口，时段划分判断阈值设置为5s，对于较大路口，时段划分判断阈值设置为10s；当配时时段划分阈值α不小于时段划分判断阈值时，将所在时段划分为一个配时时段。

本发明实施例中，计算得到某一个时段的最佳信号周期时长后，比较相邻两个时段的最佳信号周期时长的差值，即得到配时时段划分阈值，根据不同的交叉口的路口大小，将配时时段划分阈值α与预先设置的时段划分判断阈值比较，从而确定对应的时段是否划分为一个配时时段。

本发明通过周平均小时交通量的分析，考虑不同流向交通量的差异，基于最佳信号周期时长的计算，根据配时时段划分阈值与时段划分判断阈值之间的关系进行配时时段划分，对于多时段信号配时和各相位绿灯时间的确定提供了重要依据，即能够将交通量波动较大时段划分成多个时段，交通量比较平稳时段划分成较少时段，这与传统的经验的分类方法相符合，分段拟合精度高，且方法简单可靠，实用，易于接受，适应范围广。

Claims (5)

1.一种交叉口信号配时时段的划分方法，其特征是，所述配时时段划分方法包括如下步骤：

(a)、采集所需交叉口的交通流数据，并计算得到所述交叉口的交叉口流量比；

(b)、利用上述交叉口流量比与信号周期损失时间计算得到最佳信号周期时长；

(c)、根据上述最佳信号周期时长计算配时时段划分阈值，当所述配时时段划分阈值与预设的时段划分判断阈值匹配时，将所在时段划分为一个配时时段；

所述步骤(a)中，包括如下步骤：

(a1)、采集所需交叉口的交通流数据包括分流向的小时交通流量以及饱和交通流量，并计算得到对应流向的交通流量；

(a2)、根据上述流向的交通流量以及对应的饱和交通流量，计算得到交叉口的交通流量比，所述交通流量比包括左转流量比以及直行流量比；

(a3)、将上述交通流量比中流量比最大的车道作为关键车道，将交叉口中所有关键车道的交通流量比累加得到交叉口流量比。

2.根据权利要求1所述的交叉口信号配时时段的划分方法，其特征是：所述步骤(a1)中，分流向的小时交通流量包括左转交通流量和直行交通流量，根据所述分流向的小时交通流量计算得到周平均小时交通量，所述周平均小时交通量为：

$AHT=\frac{1}{K}\underset{i=1}{\overset{K}{\Σ}}{n}_i$

其中，K为工作日和非工作日的天数，在一周时间中，工作日K的取值为5，非工作日K的取值为2，n_i为第i个工作日或非工作日的小时交通流量。

3.根据权利要求2所述的交叉口信号配时时段的划分方法，其特征是：所述交叉口对应流向的交通流量为：

$q=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{q}_j+k_j{q}_j$

其中，q为交叉口对应流向的交通流量，q_j为第j车道的周平均小时交通量，k_j为混合车道对应流向的比例。

4.根据权利要求1所述的交叉口信号配时时段的划分方法，其特征是：所述步骤(b)中，根据交叉口流量比以及信号周期损失时间，利用韦伯斯特法计算得到最佳信号周期时长，得到

$C_0=\frac{1.5L+5}{1-Y}$

其中，C₀为最佳信号周期时长(s)；L为信号周期损失时间(s)；Y为交叉口流量比；对于信号周期损失时间，则有

$L=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(l+I-A)$

其中，n为一个信号周期内的相位数；l为车辆启动损失时间；I为交叉口绿灯间隔时间，即黄灯时间与全红时间(s)；A为黄灯时间(s)。

5.根据权利要求1所述的交叉口信号配时时段的划分方法，其特征是：所述步骤(c)中，配时时段划分阈值α为

α＝C_i+1-C_i

其中，C_i+1为第i+1时段的第一个最佳信号周期时长，C_i为第i时段的第一个最佳信号周期时长；对于较小路口，时段划分判断阈值设置为5s，对于较大路口，时段划分判断阈值设置为10s；当配时时段划分阈值α不小于时段划分判断阈值时，将所在时段划分为一个配时时段。