CN104318789A - 一种提高信号交叉口进口道相位绿灯时间利用率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高信号交叉口进口道相位绿灯时间利用率的方法。首先，在交叉口对向两个进口的停止线位置分别设置两组线圈检测器，分别检测当前信号周期内两个进口处的左转、直行交通量；然后，将检测到的交通量进行处理，若计算结果显示左转、直行相位的绿灯时间均够用或均不够用，则不需要对各自相位的绿灯时间进行调整；否则，将左转相位富余的绿灯时间转移给直行相位，或者将直行相位富余的绿灯时间转移给左转相位，达到提高相位绿灯时间利用率的目的；最后，将调整后各相位的绿灯时间传送给交叉口交通信号机，在下个周期开始时应用调整后的相位绿灯时间。

Description

一种提高信号交叉口进口道相位绿灯时间利用率的方法

技术领域

本发明涉及交通科学，涉及一种提高信号交叉口进口道相位绿灯时间利用率的方法。

背景技术

传统定时信号控制交叉口，通常保持车道功能不变，且各个时段内各相位的信号配时固定。其信号控制方案的确定是以长时间的交通量观测结果为依据制定的，在整个信号控制方案运行期间，基本能满足交叉口不同方向上的交通需求，但不能适应短时内各方向交通流的波动情况。当信号周期内不同方向交通流波动时，往往造成交叉口各相位绿灯时间利用的不均衡，有的过长、有的过短，过短的相位绿灯时间则会造成排队长度的累积，形成交通运行不畅、车辆延误增大、交叉口通行能力下降等问题。

针对信号周期内不同方向交通流的随机波动问题，为充分利用交叉口各相位的时间资源，提出适时调整某个方向上左转相位和直行相位绿灯时间的方法，提升交叉口的通行效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高信号交叉口进口道相位绿灯时间利用率的方法，解决因左转和直行交通流随机波动而导致交叉口通行能力下降的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种提高信号交叉口进口道相位绿灯时间利用率的方法，步骤如下：

步骤一：检测交通量

在交叉口对向两个进口道停止线位置设置第一检测器组和第二检测器组，分别采集每个信号周期内两个进口道的左转、直行交通量；

步骤二：判别相位时长是否需要调整

根据当前信号周期内每个相位绿灯时间的利用率来调整下一信号周期内各相位绿灯时间的分配；若当前信号周期内每个相位的绿灯时间都没得到充分利用或都得到了充分利用，则不需要对各相位绿灯时间进行调整；否则，把其中一个相位富裕的绿灯时间转移给时间不够用的那个相位，使信号周期内各个相位的绿灯时间得到最大化利用；

计算相位绿灯时间利用率的方法如下：

${\mathrm{\ψ}}_L=\frac{V_L}{C_L\·g_L}---\left(1\right)$

${\mathrm{\ψ}}_S=\frac{V_S}{C_S\·g_S}---\left(2\right)$

式中：

ψ_L、ψ_S——左转和直行相位绿灯时间利用率；

V_L、V_S——信号周期内通过的最大左转、直行交通量；V_L＝max{V_L1，V_L2}，V_S＝max{V_S1，V_S2}；V_L1、V_S1、V_L2、V_S2分别为第一和第二检测器采集到的当前信号周期内左转、直行交通量；

C_L、C_S——V_L、V_S对应的左转、直行车道组饱和流率；

g_L、g_S——V_L、V_S对应的左转和直行相位绿灯时间；

以ψ_L、ψ_S值作为相位绿灯时间是否需要调整的依据，将两组检测器检测到的交通量代入式(1)、(2)中进行计算，若ψ_L、ψ_S都大于或等于0.9，说明在整个相位绿灯期间左转和直行交通流一直都处于饱和状态，相位绿灯时间都得到了充分利用，则不需要调整各自相位的绿灯时间；若ψ_L、ψ_S都小于0.9，说明左转和直行相位的绿灯时间都没有得到充分利用，这时也不需要调整各自相位的绿灯时间；若ψ_L、ψ_S中只有一个值大于或等于0.9时，说明其中一个相位的绿灯时间没有得到充分利用，而另一个相位的绿灯时间则不够用，这时需要调整左转和直行相位的绿灯时间使它们的绿灯时间都得到最大化利用；

步骤三：相位绿灯时间的调整

在不改变信号周期时长和一个方向上总的绿灯时间前提下，只实时调整一个方向上不同相位的绿灯时间来实现进口道绿灯时间最大化利用的目的；

(1).当ψ_L＜0.9、ψ_S≥0.9时，说明左转相位绿灯时间有富余，而直行相位绿灯时间不够用，因此需要将左转相位富余的绿灯时间转移给直行相位，以提高交叉口的通行效率；令求得左转相位达到饱和交通状态时所需要的绿灯时间为富余的绿灯时间为g＝g_L-g′_L，将该富裕时间转移给直行相位，转移后直行相位绿灯时间为g′_S＝g_S+g，最终，g′_L、g′_S分别为调整后的左转和直行相位绿灯时间。

(2).当ψ_S＜0.9，ψ_L≥0.9时，说明直行相位绿灯时间有富余，而左转相位绿灯时间不够用，因此需要将直行相位富余的绿灯时间转移给左转相位，以提高交叉口的通行效率；令求得直行相位达到饱和交通状态时所需要的绿灯时间为富余的绿灯时间为g＝g_S-g′_S，将该富裕时间转移给左转相位，转移后左转相位绿灯时间为g′_L＝g_L+g，最终，g′_L、g′_S分别为调整后左转和直行相位的绿灯时间；

(3).当ψ_S＜0.9且ψ_L＜0.9或ψ_S≥0.9且ψ_L≥0.9时，说明直行相位和左转相位的绿灯时间均够用或均不够用，这时不需要进行绿灯时间的调整；

步骤四：变换相位绿灯时间

根据第三步的计算结果，若相位绿灯时间需要调整，则将调整后的相位绿灯时间传输给交通信号机，在下一信号周期开始时应用调整后的相位绿灯时间g′_L、g′_S；若不需要调整，则下一信号周期沿用当前信号周期各相位的绿灯时间；

步骤五：进入下一判断周期

实时采集新信号周期内对向进口道各流向交通量，进入新一轮逻辑判断周期。

本发明提出的信号交叉口左转车道与直行车道资源利用不合理时的相位时长调整方法，利用采集到的一个信号周期的交通量进行判别并调整相位时长，应用于下一信号周期，充分利用交叉口各相位的时间资源，在左转和直行交通流需求不断变化时，各车道都能得到均衡利用，降低了车辆在交叉口的延误，提升了交叉口的通行效率。

附图说明

图1为本发明的设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1：

结合图1，本实施例采用线圈检测器，线圈检测器用于检测交通量。首先，在交叉口对向两个进口的停止线位置分别设置两组线圈检测器，分别检测当前信号周期内两个进口处的左转、直行交通量；然后，将检测到的交通量进行处理，若计算结果显示左转、直行相位的绿灯时间均够用或均不够用，则不需要对各自相位的绿灯时间进行调整；否则，将左转(直行)相位富余的绿灯时间转移给直行(左转)相位，达到提高相位绿灯时间利用率的目的；最后，将调整后各相位的绿灯时间传送给交叉口交通信号机，在下个周期开始时应用调整后的相位绿灯时间。采用的方法，步骤如下：

步骤一：检测交通量

在交叉口对向两个进口道停止线位置设置1号检测器组和2号检测器组(见图1)，分别采集每个信号周期内两个进口道的左转、直行交通量。

步骤二：判别相位时长是否需要调整

根据当前信号周期内每个相位绿灯时间的利用率来调整下一信号周期内各相位绿灯时间的分配。若当前信号周期内每个相位的绿灯时间都没得到充分利用或都得到了充分利用，则不需要对各相位绿灯时间进行调整；否则，把其中一个相位富裕的绿灯时间转移给时间不够用的那个相位，使信号周期内各个相位的绿灯时间得到最大化利用。

计算相位绿灯时间利用率的方法如下：

${\mathrm{\ψ}}_L=\frac{V_L}{C_L\·g_L}---\left(1\right)$

${\mathrm{\ψ}}_S=\frac{V_S}{C_S\·g_S}---\left(2\right)$

式中：

ψ_L、ψ_S——左转和直行相位绿灯时间利用率；

V_L、V_S——信号周期内通过的最大左转、直行交通量，pcu。V_L＝max{V_L1，V_L2}，V_S＝max{V_S1，V_S2}；V_L1、V_S1、V_L2、V_S2分别为1号和2号检测器采集到的当前信号周期内左转、直行交通量；

C_L、C_S——V_L、V_S对应的左转、直行车道组饱和流率，pcu/s；

g_L、g_S——V_L、V_S对应的左转和直行相位绿灯时间，s。

以ψ_L、ψ_S值作为相位绿灯时间是否需要调整的依据。将两组检测器检测到的交通量代入式(1)、(2)中进行计算，若ψ_L、ψ_S都大于或等于0.9，说明在整个相位绿灯期间左转和直行交通流一直都处于饱和状态，相位绿灯时间都得到了充分利用，则不需要调整各自相位的绿灯时间；若ψ_L、ψ_S都小于0.9，说明左转和直行相位的绿灯时间都没有得到充分利用，这时也不需要调整各自相位的绿灯时间；若ψ_L、ψ_S中只有一个值大于或等于0.9时，说明其中一个相位的绿灯时间没有得到充分利用，而另一个相位的绿灯时间则不够用，这时需要调整左转和直行相位的绿灯时间使它们的绿灯时间都得到最大化利用。

假设左转单车道的饱和流率C_L＝1200pcu/h(0.333pcu/s)，直行单车道的饱和流率C_S＝1300pcu/h(0.361pcu/s)，当前左转和直行相位的绿灯时间分别为g_L＝24s、g_S＝30s，每个进口道各有两条左转车道和三条直行车道。

若当前信号周期内两个进口道左转、直行通过交通量分别为：V_L1＝10pcu、V_S1＝30pcu、V_L2＝12pcu、V_S2＝32pcu，则V_L＝12pcu，V_S＝32pcu。

${\mathrm{\ψ}}_L=\frac{V_L}{C_L\·g_L}=\frac{12}{0.333\×2\×24}=0.75$

${\mathrm{\ψ}}_S=\frac{V_S}{C_S\·g_S}=\frac{32}{0.361\×3\×30}=0.98$

此时，ψ_L小于0.9，ψ_S大于0.9，说明左转相位绿灯时间有富余，而直行相位绿灯时间不够用，此时需要将左转相位富余的绿灯时间转移给直行相位，以充分利用各自相位的绿灯时间。

步骤三：相位绿灯时间的调整

鉴于信号周期时长及各个相位的绿灯时间是以长时间的交通流观测数据为依据制定的，说明其总体信号配时方案是科学、合理的，但因各个进口道不同流向交通的随机波动，会导致该信号方案下左转和直行相位绿灯时间利用率的不均衡。因此，在不改变信号周期时长和一个方向(如交叉口的南北方向或东西方向)上总的绿灯时间前提下，只实时调整一个方向(如交叉口的南北方向或东西方向)上不同相位的绿灯时间来实现进口道绿灯时间最大化利用的目的。

1.当ψ_L＜0.9、ψ_S≥0.9时，说明左转相位绿灯时间有富余，而直行相位绿灯时间不够用，因此需要将左转相位富余的绿灯时间转移给直行相位，以提高交叉口的通行效率。令求得左转相位达到饱和交通状态时所需要的绿灯时间为富余的绿灯时间为g＝g_L-g′_L，将该富裕时间转移给直行相位，转移后直行相位绿灯时间为g′_S＝g_S+g。最终，g′_L、g′_S分别为调整后的左转和直行相位绿灯时间。

2.当ψ_S＜0.9，ψ_L≥0.9时，说明直行相位绿灯时间有富余，而左转相位绿灯时间不够用，因此需要将直行相位富余的绿灯时间转移给左转相位，以提高交叉口的通行效率。令求得直行相位达到饱和交通状态时所需要的绿灯时间为富余的绿灯时间为g＝g_S-g′_S，将该富裕时间转移给左转相位，转移后左转相位绿灯时间为g′_L＝g_L+g。最终，g′_L、g′_S分别为调整后左转和直行相位的绿灯时间。

3.当(ψ_S＜0.9且ψ_L＜0.9)或(ψ_S≥0.9且ψ_L≥0.9)时，说明直行相位和左转相位的绿灯时间均够用或均不够用，这时不需要进行绿灯时间的调整。

仍以第二步中假设的交通条件和各相位绿灯时间为例，令求得使左转车道交通流一直保持饱和状态所需的绿灯时间为富余的绿灯时间为g＝g_L-g′_L＝4s，将该富裕时间转移给直行相位，转移后直行相位绿灯时间为g′_S＝g_S+g＝34s。

步骤四：变换相位绿灯时间

根据第三步的计算结果，若相位绿灯时间需要调整，则将调整后的相位绿灯时间传输给交通信号机，在下一信号周期开始时应用调整后的相位绿灯时间g′_L、g′_S；若不需要调整，则下一信号周期沿用当前信号周期各相位的绿灯时间。

根据第三步中的计算结果，若ψ_L＝0.75，ψ_S＝0.98，则g′_L＝20s、g′_S＝34s分别为调整后左转和直行相位的绿灯时间。

步骤五：进入下一判断周期

实时采集新信号周期内对向进口道各流向交通量，进入新一轮逻辑判断周期。

同理，交叉口另一对向进口道也可据此来实时调整相位绿灯时间，实现信号绿灯时间最大化利用的目的。

Claims (1)

1.一种提高信号交叉口进口道相位绿灯时间利用率的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：检测交通量

在交叉口对向两个进口道停止线位置设置第一检测器组和第二检测器组，分别采集每个信号周期内两个进口道的左转、直行交通量；

步骤二：判别相位时长是否需要调整

根据当前信号周期内每个相位绿灯时间的利用率来调整下一信号周期内各相位绿灯时间的分配；若当前信号周期内每个相位的绿灯时间都没得到充分利用或都得到了充分利用，则不需要对各相位绿灯时间进行调整；否则，把其中一个相位富裕的绿灯时间转移给时间不够用的那个相位，使信号周期内各个相位的绿灯时间得到最大化利用；

计算相位绿灯时间利用率的方法如下：

${\mathrm{\ψ}}_L=\frac{V_L}{C_L\·g_L}---\left(1\right)$

${\mathrm{\ψ}}_S=\frac{V_S}{C_S\·g_S}---\left(2\right)$

式中：

ψ_L、ψ_S——左转和直行相位绿灯时间利用率；

V_L、V_S——信号周期内通过的最大左转、直行交通量；V_L＝max{V_L1，V_L2}，V_S＝max{V_S1，V_S2}；V_L1、V_S1、V_L2、V_S2分别为第一和第二检测器采集到的当前信号周期内左转、直行交通量；

C_L、C_S——V_L、V_S对应的左转、直行车道组饱和流率；

g_L、g_S——V_L、V_S对应的左转和直行相位绿灯时间；

以ψ_L、ψ_S值作为相位绿灯时间是否需要调整的依据，将两组检测器检测到的交通量代入式(1)、(2)中进行计算，若ψ_L、ψ_S都大于或等于0.9，说明在整个相位绿灯期间左转和直行交通流一直都处于饱和状态，相位绿灯时间都得到了充分利用，则不需要调整各自相位的绿灯时间；若ψ_L、ψ_S都小于0.9，说明左转和直行相位的绿灯时间都没有得到充分利用，这时也不需要调整各自相位的绿灯时间；若ψ_L、ψ_s中只有一个值大于或等于0.9时，说明其中一个相位的绿灯时间没有得到充分利用，而另一个相位的绿灯时间则不够用，这时需要调整左转和直行相位的绿灯时间使它们的绿灯时间都得到最大化利用；

步骤三：相位绿灯时间的调整

在不改变信号周期时长和一个方向上总的绿灯时间前提下，只实时调整一个方向上不同相位的绿灯时间来实现进口道绿灯时间最大化利用的目的；

(1).当ψ_L＜0.9、ψ_S≥0.9时，说明左转相位绿灯时间有富余，而直行相位绿灯时间不够用，因此需要将左转相位富余的绿灯时间转移给直行相位，以提高交叉口的通行效率；令求得左转相位达到饱和交通状态时所需要的绿灯时间为富余的绿灯时间为g＝g_L-g′_L，将该富裕时间转移给直行相位，转移后直行相位绿灯时间为g′_S＝g_s+g，最终，g′_L、g′_S分别为调整后的左转和直行相位绿灯时间。

(2).当ψ_S＜0.9，ψ_L≥0.9时，说明直行相位绿灯时间有富余，而左转相位绿灯时间不够用，因此需要将直行相位富余的绿灯时间转移给左转相位，以提高交叉口的通行效率；令求得直行相位达到饱和交通状态时所需要的绿灯时间为富余的绿灯时间为g＝g_S-g′_S，将该富裕时间转移给左转相位，转移后左转相位绿灯时间为g′_L＝g_L+g，最终，g′_L、g′_S分别为调整后左转和直行相位的绿灯时间；

(3).当ψ_S＜0.9且ψ_L＜0.9或ψ_S≥0.9且ψ_L≥0.9时，说明直行相位和左转相位的绿灯时间均够用或均不够用，这时不需要进行绿灯时间的调整；

步骤四：变换相位绿灯时间

根据第三步的计算结果，若相位绿灯时间需要调整，则将调整后的相位绿灯时间传输给交通信号机，在下一信号周期开始时应用调整后的相位绿灯时间g′_L、g′_S；若不需要调整，则下一信号周期沿用当前信号周期各相位的绿灯时间；

步骤五：进入下一判断周期

实时采集新信号周期内对向进口道各流向交通量，进入新一轮逻辑判断周期。