CN104318791A - 多路口交通流自适应协调控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多路口交通流自适应协调控制的方法,分别将干线路口和支线路口的车流方向进行组合得到对应的第一相位、第二相位、第三相位和第四相位,支线路口与干线路口通过连接路段连接;然后,当干线路口从第一相位切换至第二相位时,支线路口从第四相位切换至第三相位,当干线路口从第二相位切换至第三相位时,支线路口从第三相位切换至第二相位,当干线路口从第三相位切换至第四相位时,支线路口从第二相位切换至所述第一相位,当干线路口从第四相位切换至第一相位时,支线路口从第一相位切换至第四相位;再之,干线路口以第一相位、第二相位、第三相位和第四相位的切换顺序为一个周期重复。该方法能够使车辆在经过干线路口时不产生拥挤。
Description
技术领域
本发明涉及交通控制领域,具体地,涉及一种多路口交通流自适应协调控制的方法。
背景技术
汽车行业的迅速发展给交通道路控制带来了一定的限制,目前,关于多路口协调控制技术大多是干线协调控制,例如,October 12-15,2008:1942-1947发行了名为“Responsive Traffic Signals Designed with Petri Nets[C].IEEEInternational Conference on Systems”的文献,该文献建立了通用干道双向绿波协调控制模型,并利用混合整数线性规划方法实现了控制模型的优化求解;再例如,October 25-28,2012:3043-3048发表了名为“Controlling TrafficJams on Urban Roads Modeled in Coloured Petri Net using GeneticAlgorithm[C].38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society”的文献,该文献设计了一种代数方法来进行干线信号协调控制的优化;ICCTP 2011,ASCE 2011:923-932发表了名为“Algebraic Optimization Methodfor Arterial Road Signal Coordination Control[J]”的文献,该文献深入分析了传统的代数协调控制方法,通过最大的绿波带宽和干线协调控制时空图来优化绿波带宽的计算方法、信号偏移的价值、最佳的匹配方法;Appil,2009,3(3):340-350发表了名为“Modeling and Analysis of Traffic LightControl Systems[J].IET Control Theory”的文献,该文献设计了一个基于时间颜色Petri网建立了信号灯系统,并实现了五个十字路口的协同控制;在2012年11月23日发布的软件学报名为“基于多智能体交通绿波效应分布式协同控制算法”的第2937-2945页中设计将每一个交通灯路口作为一个智能体,每个智能体通过预测自身下一时刻的状态进行自主决策,并与相邻的智能体进行局部交互来传递信息;以上五个文献虽然都在一定程度上改善了交通道路的拥挤,但在支线方向控制都还有所欠缺,多路口交通的道路拥挤控制处于真空带,等待浪费了大量的时间。
因此,提供一种能协调控制支线和干线的方法以使得车辆顺利通过干线交叉口,保证干线路口通畅是本发明亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过协调控制支线和干线的绿灯时间以使得车辆在经过干线路口时不产生拥挤的多路口交通流控制方法。
为了实现上述目的,本发明提供了一种多路口交通流自适应协调控制的方法,所述方法包括:
步骤一,分别将干线路口和干线路口的车流方向进行组合得到一一对应的第一相位、第二相位、第三相位和第四相位,所述干线路口与所述干线路口通过连接路段进行连接;
步骤二,当所述干线路口从所述第一相位切换至所述第二相位时,所述干线路口从所述第四相位切换至所述第三相位;
当所述干线路口从所述第二相位切换至所述第三相位时,所述干线路口从所述第三相位切换至所述第二相位;
当所述干线路口从所述第三相位切换至所述第四相位时,所述干线路口从所述第二相位切换至所述第一相位;
当所述干线路口从所述第四相位切换至所述第一相位时,所述干线路口从所述第一相位切换至所述第四相位;
步骤三,所述干线路口以所述第一相位、所述第二相位、所述第三相位和所述第四相位的切换顺序为一个周期重复切换。
优选地,该方法还包括:所述干线路口上还设置有第五相位,在所述干线路口执行第二相位期间,当所述连接路段的车辆排列长度等于阈值时,所述干线路口从所述第三相位切换至所述第五相位;
当所述干线路口从第二相位切换至所述第三相位且所述连接路段的车辆排列总长度小于阈值时,所述支线路口从所述第三相位切换至所述第二相位。
优选地,该方法还包括:在干线路口上,ET3+ET4=T-ET1-ET2;ET1为所述第一相位持续的绿灯时间,ET2为所述第二相位持续的绿灯时间,ET3为所述第三相位持续的绿灯时间,ET4为所述第四相位持续的绿灯时间;T为总周期。
优选地,该方法还包括:当所述干线路口上设置有第五相位时,ET2≤ET5≤ET2+ET3,
当ET5≤ET2时,ET5=ET2;
当ET5≥ET2+ET3时,ET5=ET2+ET3;
其中,ET5为所述第五相位持续的绿灯时间。
优选地,得到所述第三相位持续的绿灯时间的方法包括:
当时,则ET3=60;
当时,则ET3=15;
当 时,则
其中,Tp为所述干线路口(A)在支线方向上的绿灯持续时间总和;
p为干线路口(A)从第二相位切换至第三相位时,以干线路口(A)为坐标原点,沿干线路口(A)到支线路口(C)的方向截取0~Y处所述连接路段的排队车辆数,其中数值Y的取值范围为100~200,单位为米;
pl为干线路口(A)从第二相位切换至第三相位时,以干线路口(A)为坐标原点,沿干线路口(A)到支线路口(C)的方向截取0~Y处所述连接路段的直行排队车辆数和右转排队车辆数,其中数值Y的取值范围为100~200,单位为米。
优选地,得到所述第五相位持续的绿灯时间的方法包括:
当 时,则ET5=60;
当 时,则ET5=15;
当 时,则 其中t为平均每辆车通过干线路口的用时,S0为平均每辆车占位长度,S为阈值,m0为在干线路口执行第二相位期间,所述连接路段的车辆排列长度等于阈值时,所述连接路段的车辆数。
优选地,所述ET1、ET2、ET3、ET4和ET5的取值范围为15-60s。
根据上述技术方案,通过将干线路口和支线路口的车流组合方向设置成一一对应的四个相位,四个相位循环为一个路口的总周期,当干线路口进行相位切换时,向支线路口发送相位切换通知,支线路口根据干线路口的通知也进行相对应的相位切换,这样干线路口的车辆可以在支线路口顺利通行,另外,为进一步防止干线路口车辆拥挤,当干线路口和支线路口的连接路段车辆数长度超过设定的阈值,则支线路口将放行一定数量的车辆以使得连接路段的车辆排列长度在设定的阈值之内,然后再进行正常的相位切换,这样即可以尽可能的保证车辆在经过干线路口时不产生拥挤。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本根据发明优选实施方式的多路口交通流自适应协调控制的方法的交通协调控制图;
图2是本根据发明优选实施方式的多路口交通流自适应协调控制的方法的干线路口各相位变换控制图;以及
图3是本根据发明优选实施方式的多路口交通流自适应协调控制的方法的支线路口各相位变换控制图。
附图标记说明
A、干线路口 C、支线路口
1、正南方向 2、正西方向
3、正东方向 4、正北方向。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
在本发明中,在未作相反说明的情况下,使用的方位词如“东、南、西、北”通常是指参考附图所示的东、南、西、北。
为便于后面的说明,如图2、图3所示,在同一段时间内,将正南方向1的车辆直行驶向正北方向4,正南方向1车辆右转驶向正东方向3,将正北方向4车辆直行驶向正南方向1,将正北方向4车辆右转驶向正西方向2,这四个车辆行驶方向的组合称之为第一相位;在同一段时间内,将正北方向4车辆左转驶向正东方向3,将正南方向车辆左转驶向正西方向2,这两个车辆行驶方向的组合称之为第二相位;在同一段时间内,将正东方向3车辆直行驶向正西方向2,将正东方向3车辆右转驶向正北方向4,将正西方向2车辆直行驶向正东方向3,将正西方向2车辆右转驶向正南方向1,这四个车辆行驶方向的组合称之为第三相位;在同一段时间内,将正东方向3车辆左转驶向正南方向1,将正西方向2车辆左转驶向正北方向4,这两个车辆行驶方向的组合称之为第四相位;在支线路口C上,在同一段时间内,将正东方向3车辆直行驶向正西方向2,将正东方向3车辆左转驶向正南方向1,将正东方向3车辆右转驶向正北方向4,这三个车辆行驶方向的组合称之为第五相位。
需要说明的是,第一相位、第二相位、第三相位、第四相位、第五相位的车辆行驶方向的组合定义没有特别的限制,可以根据不同路口的实际车流情况来进行定义,只要能满足交通规则以及保证干线路口A和支线路口C的交通同步即可。
承前所述,为保证车辆在通过干线路口时不产生拥挤,本发明提供了一种通过干线路口A的绿灯时间变换来控制支线路口C的绿灯时间变换的方法,参见图1中的干线路口A和支线路口C,所述方法包括:
步骤一,分别将干线路口A和支线路口C的车流方向进行组合得到一一对应的第一相位、第二相位、第三相位和第四相位,所述支线路口C与所述干线路口A通过连接路段进行连接;
步骤二,当所述干线路口A从所述第一相位切换至所述第二相位时,所述支线路口C从所述第四相位切换至所述第三相位;当所述干线路口A从所述第二相位切换至所述第三相位时,所述支线路口C从所述第三相位切换至所述第二相位;当所述干线路口A从所述第三相位切换至所述第四相位时,所述支线路口C从所述第二相位切换至所述第一相位;当所述干线路口从所述第四相位切换至所述第一相位时,所述支线路口C从所述第一相位切换至所述第四相位;
步骤三,所述干线路口A以所述第一相位、所述第二相位、所述第三相位和所述第四相位的切换顺序为一个周期重复切换。
此处将干线路口A处于第一相位,支线路口C处于第四相位设置为初始状态,因为根据以上相位的定义,在这种初始状态下支线路口C没有车辆驶向干线路口A。如图2、图3所示的相位变换控制图,当支线路口A的第一相位持续一段时间后,从第一相位变换为第二相位时,会向支线路口C发送相位切换通知,支线路口C接收到通知后,则会从原来的第四相位切换至第三相位;以此类推,干线路口A持续一段时间后则会从第二相位切换至第三相位,此时支线路口C根据干线路口A的通知从第三相位切换至第二相位;干线路口A持续一段时间后则会从第三相位切换至第四相位,此时支线路口C根据干线路口A的通知从第二相位切换至第一相位;干线路口A持续一段时间后则会从第四相位切换至第一相位,此时支线路口C根据干线路口A的通知从第一相位切换至第四相位。以此四个相位之间的切换为一个循环周期,之后进行重复切换。通过以上相位的切换,行驶车辆在经过干线路口A时可以在最短时间内通过支线路口C流出。在这里需要说明的是支线路口A向支线路口C发送相位切换通知可以根据电路控制原理来实现,此部分内容应是本领域技术人员所公知的,在此不作赘述。
为进一步保证车辆的畅通,支线路口C上还设置有第五相位,在干线路口A执行第二相位期间,当所述连接路段的车辆排列长度等于阈值时,所述干线路口A从所述第三相位切换至所述第五相位。通过这种技术方案,在干线路口A执行第二相位期间,当连接路段的车辆排列长度等于设定的阈值时,并用探测器探测该连接路段的车辆数,此时支线路口C从第三相位切换至第五相位,经过ET2时间之后,干线路口A从第二相位切换至第三相位,并且计算在ET2时间之内,干线路口A左转驶向支线路口C的车辆数,方便计算ET5的时间,执行第五相位时,可以将连接路段的车辆先同支线路口C释放一部分,以防产生交通拥挤,导致车辆不能行使流畅。目前,国内外道路交通阈值的设定通常是通过经验来确定的,一个路段的阈值可以为一固定值,也可为一变值,具体可以根据本领域技术人员经验总结得知。当干线路口A从第二相位切换至第三相位且所述连接路段的车辆排列总长度小于阈值时,所述支线路口C进行正常切换,即从第三相位切换至第二相位。在这里需要说明的是,当连接路段只有一个车道时,所述车辆排列长度即为该车道所有车辆排列长度,当连接路段有多个车道时,所述车辆排列长度即为该路段多个车道所有车辆排列长度。
当一个相位切换至另一个相位时,每个相位都会有一定的绿灯持续时间,故需要进行说明,在干线路口A上,存在这样的一个时间关系,即ET3+ET4=T-ET1-ET2;ET1为第一相位持续的绿灯时间,ET2为第二相位持续的绿灯时间,ET3为第三相位持续的绿灯时间,ET4为第四相位持续的绿灯时间;T为总周期。另外,干线路口A由绿波带控制,绿波周期固定,即ET1和ET2为一固定值,T为一个路口的车辆行驶时间总周期,即也为一固定值,则得出ET3+ET4为一固定值。
在一种优选的实施方式中,当在干线路口A在执行第二相位的期间,连接路段的车辆排列长度等于阈值时,所述支线路口C从第三相位切换至第五相位,即当支线路口有第五相位时,ET2≤ET5≤ET2+ET3,通过该限制,可以保证干线路口A和支线路口C的车周期同步。
若ET5不在此范围内,则支线路口C的第二相位的绿灯持续时间为0,当ET5≤ET2,直接由第五相位切换至第一相位,当ET5≥ET2+ET3时,支线路口C直接从第五相位切换至第四相位,交通将会产生拥挤,违背了发明的初衷,另外,若计算得出的数据:
当ET5≤ET2时,ET5=ET2;
当ET5≥ET2+ET3时,ET5=ET2+ET3;
其中,ET5为所述第五相位持续的绿灯时间。
以下将介绍ET3、ET4和ET5计算的方法:
当时,则ET3=60;
当时,则ET3=15;
当 时,则
其中,Tp为所述干线路口(A)在支线方向上的绿灯持续时间总和;
p为干线路口(A)从第二相位切换至第三相位时,以干线路口(A)为坐标原点,沿干线路口(A)到支线路口(C)的方向截取0~Y处所述连接路段的排队车辆数,其中数值Y的取值范围为100~200,单位为米;
pl为干线路口(A)从第二相位切换至第三相位时,以干线路口(A)为坐标原点,沿干线路口(A)到支线路口(C)的方向截取0~Y处所述连接路段的直行排队车辆数和右转排队车辆数,其中数值Y的取值范围为100~200,单位为米。
在连接路段上,在距离干线路口A的Y处安装有地感线圈,即距离干线路口100~200m其中的任何一处安装有地感线圈来不停的探测通过的车流量,在整个总周期内,地感线圈一直保持工作的状态,即不停的测量排在距离干线路口100m处的车辆数,或者距离干线路口120m、150m、170m、80m、200m等处的车辆数,这里的数值并没有明确的限制,为了方便实施本发明,所以设定数值范围在100~200m之内,直到干线路口A从第二相位切换至第三相位的瞬间,此时干线路口A经过的时间为T-ET1-ET2即等于Tp,此时用探测器探测出车辆数,得出p,p为所有车道的所有车辆数;同样的,可以根据排在直行和右转的车道上的车辆数,得出pl。此处为了方便说明,这里将地感线圈安装在距离干线路口A的150m处。即测150m连接路段的车辆数。
当通过以上公式计算得出的数据大于60时,则ET3即等于60,当小于15时,则ET3即等于15,单位为秒(s),这是因为在现实交通中绿灯持续时间是有时间限制的,即有一个上限和一个下限。上限和下限的具体数值可以根据不同的路口来决定,没有特别的限制,只要满足实际情况即可。
另外,当支线路口C有第五相位时,则存在:
当 时,则ET5=60;
当 时,则ET5=15;
当 时,则 其中t为平均每辆车通过干线路口的用时,即为一固定值;S0为平均每辆车占位长度,,即为一固定值,S为阈值;m0为在干线路口执行第二相位期间,所述连接路段的车辆排列长度等于阈值时,所述连接路段的车辆数。以上叙述中已有说明。同样地,当ET5的范围不在15-60范围之内,则取极限值15和60,单位为秒(s)。
以上可得,ET1、ET2、ET3、ET4和ET5都为绿灯持续时间,现实交通中都设定在一个范围之内,即不能太长,也不能太短,这里限制为15-60秒(s)。
承上所述,以下将列举一个本发明的具体实施案例。
假定连接路段的长度为1000m,干线路口C由绿波带控制,如果总周期为160s,ET1=60s,ET2=40s,那么干线路口A在支线方向上的绿灯持续时间总和Tp为160-60-40=60s,此处为方便描述,在时间Tp内,由探测器探测到150m连接路段的排队车辆数p都为20辆,由探测器探测到150m连接路段直行和右转的排队车辆数p1为12辆,平均每辆车占位长度S0为5m,平均每辆车通过支线路口的用时t为3s,阈值S为700m,则: ET4=60-36=24s。
经ET2=40s,探测器探测到连接路段的车辆数m0为50辆,则连接路段车辆排列长度为小于阈值700,支线路口C进行正常切换,没有第五相位;此时执行以下步骤:
当干线路口A处于第一相位,支线路口C处于第四相位时,经过ET1=60s,干线路口A从第一相位切换至第二相位并同时向支线路口C发送相位切换通知,相应地,支线路口C从第四相位切换至第三相位;经过ET2=40s,干线路口A从第二相位切换至第三相位,相应地,根据干线路口A的相位切换通知,支线路口C从第三相位切换至第二相位;经过ET3=36s,干线路口A从第三相位切换至第四相位,相应地,支线路口C从第二相位切换至第一相位;经过ET4=24s,干线路口A从第四相位切换至第一相位,相应地,支线路口C从第一相位切换至第四相位。如此重复进行。
在ET2=40s之内,当探测器探测到连接路段的车辆数m0为140辆,连接路段的车辆长度刚好等于700m,经ET2=40s之后,即干线路口A从第二相位切换至第三相位时,由探测器探测知连接路段车辆干线路口A执行第二相位时左转驶向支线路口C的车辆数为辆,则此时该连接路段的车辆排列长度为大于阈值700m,支线路口C有第五相位,则第五相位持续时间为:
当干线路口A处于第一相位,支线路口C处于第四相位时,经过ET1=60s,干线路口A从第一相位切换至第二相位并同时向支线路口C发送相位切换通知,支线路口C从第四相位切换至第三相位,即此时干线路口A处于第二相位,支线路口C处于第三相位,在ET2时间之内,用探测器探测干线路口A和支线路口C之间的连接路段车辆数为140,即车辆排列长度等于阈值700m时,支线路口C则从第三相位切换至第五相位,干线路口A经过ET2=40s,直接从第二相位切换至第三相位并向支线路口C发送相位切换通知,此时支线路口C不予理睬,继续执行第五相位,因干线路口A执行第二相位左转驶向支线路口C的车辆数为辆,则此时连接路段的车辆排列长度为(140+13)×5=765m,则根据以上描述ET5=40s,则经过40s之后,支线路口C从第五相位切换至第二相位,因有限制条件ET5≤ET2+ET3,所以当支线路口C处于第二相位时,干线路口A仍然处于第三相位,即为了保证支线路口C第三相位的维持时间大于零,干线路口A经ET3=36s之后,从第三相位切换至第四相位并向支线路口C发送相位切换通知,则支线路口C从第二相位切换至第一相位;经ET4=24S之后,干线路口A从第四相位切换至第一相位并向支线路口C发送相位切换通知,相应地,支线路口C从第一相位切换至第四相位。如此重复进行。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种多路口交通流自适应协调控制的方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤一,分别将干线路口(A)和支线路口(C)的车流方向进行组合得到一一对应的第一相位、第二相位、第三相位和第四相位,所述支线路口(C)与所述干线路口(A)通过连接路段进行连接;
步骤二,当所述干线路口(A)从所述第一相位切换至所述第二相位时,所述支线路口(C)从所述第四相位切换至所述第三相位;
当所述干线路口(A)从所述第二相位切换至所述第三相位时,所述支线路口(C)从所述第三相位切换至所述第二相位;
当所述干线路口(A)从所述第三相位切换至所述第四相位时,所述支线路口(C)从所述第二相位切换至所述第一相位;
当所述干线路口(A)从所述第四相位切换至所述第一相位时,所述支线路口(C)从所述第一相位切换至所述第四相位;
步骤三,所述干线路口(A)以所述第一相位、所述第二相位、所述第三相位和所述第四相位的切换顺序为一个周期重复切换。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法还包括:所述支线路口(C)上还设置有第五相位,在所述干线路口(A)执行第二相位期间,当所述连接路段的车辆排列长度等于阈值时,所述支线路口(C)从所述第三相位切换至所述第五相位;
当所述干线路口(A)从第二相位切换至所述第三相位且所述连接路段的车辆排列总长度小于阈值时,所述支线路口(C)从所述第三相位切换至所述第二相位。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法还包括:在干线路口(A)上,ET3+ET4=T-ET1-ET2;ET1为所述第一相位持续的绿灯时间,ET2为所述第二相位持续的绿灯时间,ET3为所述第三相位持续的绿灯时间,ET4为所述第四相位持续的绿灯时间;T为总周期。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,该方法还包括:当所述支线路口(C)上设置有第五相位时,ET2≤ET5≤ET2+ET3,
当ET5≤ET2时,ET5=ET2;
当ET5≥ET2+ET3时,ET5=ET2+ET3;
其中,ET5为所述第五相位持续的绿灯时间。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,得到所述第三相位持续的绿灯时间的方法包括:
当 时,则ET3=60;
当 时,则ET3=15;
当 时,则
其中,Tp为所述干线路口(A)在支线方向上的绿灯持续时间总和;
p为干线路口(A)从第二相位切换至第三相位时,以干线路口(A)为坐标原点,沿干线路口(A)到支线路口(C)的方向截取0~Y处所述连接路段的排队车辆数,其中数值Y的取值范围为100~200,单位为米;
pl为干线路口(A)从第二相位切换至第三相位时,以干线路口(A)为坐标原点,沿干线路口(A)到支线路口(C)的方向截取0~Y处所述连接路段的直行排队车辆数和右转排队车辆数,其中数值Y的取值范围为100~200,单位为米。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,得到所述第五相位持续的绿灯时间的方法包括:
当 时,则ET5=60;
当 时,则ET5=15;
当 时,则 其中t为平均每辆车通过支线路口(C)的用时,S0为平均每辆车占位长度,S为阈值,m0为在干线路口(A)执行第二相位期间,所述连接路段的车辆排列长度等于阈值时,所述连接路段的车辆数。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述ET1、ET2、ET3、ET4和ET5的取值范围为15-60s。
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