CN104766486B - 面向黄灯两难区的全红信号控制方法 - Google Patents

Abstract

面向黄灯两难区的全红信号控制方法，属于智能交通控制领域。解决现有信号交叉口两难的措施存在难以有效地规避黄灯两难区，且难以实现信号交叉口通行效率最大化的问题。一种面向黄灯两难区的全红信号控制方法的控制方法包括：对于黄灯两难区的分布确定检测范围；自持续采集检测范围内全部直行车道上首车速度和首车至停车线距离；判断是否所有首车速度条件下均不能形成两难区；确定黄灯启亮时所有能形成两难区的首车是否均不陷于两难区；针对所有陷入两难区并选择继续行驶的首车计算最大全红信号时长，待黄灯信号结束时启亮全红信号。本发明方法既能保障陷入黄灯两难区且选择继续行驶的车辆安全地通过交叉口，又能提高交叉口的通行效率。

Description

面向黄灯两难区的全红信号控制方法

技术领域

本发明涉及一种面向黄灯两难区的全红信号控制方法。

背景技术

信号交叉口进口道上，存在这样一个区域，即黄灯两难区，陷入其中的车辆在黄灯间隔内既不能安全地停在停车线前，也不能安全地通过交叉口。如果选择停车，则需紧急制动，易导致追尾事故。如果选择继续行驶，则不能在红灯启亮前通过交叉口，甚至闯红灯，易导致侧面碰撞事故。

为应对黄灯两难问题，延长黄灯信号时长、施划黄灯停车提示线、安装黄灯停车警示标志、设置黄灯停车警示灯、布设绿灯延长系统、设置黄灯缓行区控制系统、应用车载黄灯两难区警示系统等措施相继被提出。尽管这些措施在一定程度上缩短了黄灯两难区的范围，并减少了车辆陷入黄灯两难区的可能性，但它们均是以一个固定不变的黄灯两难区为基础而被提出来的，难以有效地规避黄灯两难区，难以充分地保护陷入黄灯两难区的车辆，且难以在保障交通安全的前提下实现信号交叉口通行效率的最大化。实际上，受驾驶人感知反应能力、车辆类型、交通流状态、交通控制设施及交通信号配时方案等众多因素的影响，黄灯两难区始终是客观存在的。随着进口道上车辆在黄灯启亮时速度的不同，两难区的分布也呈现出较大的差异。

陷入黄灯两难区的车辆必然要做出选择：或紧急制动停车，或继续行驶通过交叉口。事实上，绝大多数车辆习惯使然在面临黄灯两难区时会选择继续行驶通过交叉口，即便存在侧面碰撞事故风险。因此，如何有效地保护那些陷入黄灯两难区且选择继续行驶通过交叉口的车辆是交通安全领域亟待解决的难题。

在部分信号交叉口处设有固定时长的全红信号(即所有相位的信号灯均显示红灯)，以保证本相位黄灯结束前进入交叉口的车辆能够在下一相位绿灯启亮前完全地驶离交叉口。这种全红信号存在以下两个方面的不足：一是，没有考虑黄灯两难区车辆选择继续行驶通过交叉口的问题；二是，采用固定时长的方式，易造成绿灯时间浪费，降低交叉口通行效率，特别是对于黄灯结束时没有车辆进入交叉口的情况。因此，如何面向黄灯两难区实现全红信号智能控制是交通控制领域亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有解决信号交叉口两难的措施存在难以有效地规避黄灯两难区，难以充分地保护陷入黄灯两难区的车辆，且难以在保障交通安全的前提下实现信号交叉口通行效率最大化的问题，而提出一种面向黄灯两难区的全红信号控制方法。

一种面向黄灯两难区的全红信号控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤一：判断交叉口是否形成黄灯两难区，对于形成黄灯两难区的交叉口进行步骤二的操作；

步骤二：根据步骤一形成的黄灯两难区在不同速度条件下的分布，确定智能传感器的检测范围[0,X_{S max}]，其中X_{S max}表示所有最小停车距离X_S中最大的一个；

步骤三：自黄灯启亮时开始，利用智能传感器持续采集步骤二确定的检测范围[0,X_{S max}]内全部直行车道上首车i,i＝1,2,…,n的速度V_ti和首车i至停车线距离D_ti；其中，t表示采集周期；i表示直行车道的序号，n表示直行车道总数；

步骤四：判断黄灯启亮时是否所有首车i速度条件下均不能形成两难区；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则进行步骤五；

步骤五：确定黄灯启亮时速度条件下所有能形成两难区的首车j,j＝0,1,…,m；m≤n是否均不陷于两难区；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则进行步骤六；

步骤六：针对所有陷入两难区的首车k，k＝0,1,…,q；q≤m，根据智能传感器持续采集的陷入两难区的首车k的速度V_tk以及陷入两难区的首车k至停车线距离D_tk，判断陷入两难区的首车k至停车线距离D_tk小于1m时，陷入两难区的首车k的速度V_tk是否均小于10km/h；若是，则表明陷入两难区的首车k选择减速停车，无需全红信号，停止运算；若否，则表明陷入两难区的首车k选择继续行驶，进行步骤七；

步骤七：计算所有陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h，h＝0,1,…,p；p≤q的最大全红信号时长t_AR；

步骤八：将最大全红信号时长t_AR反馈给交通信号控制器，待黄灯信号结束时启亮全红信号；

步骤九：重复步骤一至步骤八的控制过程，进入下一个黄灯启亮的控制周期。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种面向黄灯两难区的全红信号控制方法，采用动态检测技术依次判断黄灯启亮时车辆速度条件下是否能形成两难区、车辆是否陷入两难区及车辆陷入两难区状态下是否选择继续行驶，并根据安全通过交叉口的需要启亮全红信号以保障陷入两难区且选择继续行驶的车辆能够安全地通过交叉口。本发明的优势体现在以下两个方面：一是，考虑两难区的范围随黄灯启亮时不同车辆速度的差异性，保障陷入两难区且选择继续行驶的所有车辆能够安全地通过交叉口；二是，根据安全通过交叉口的需要来确定是否启亮全红信号及全红信号时长，避免采用固定时长式全红信号所造成的绿灯时间浪费，提高了交叉口的通行效率。本发明只需在已有交通信号控制设施的基础上添加一个SmartSensor Advance检测器及少量管线，具有计算方便、操作简单、工程投资少的优点，既能保障交叉口交通安全，又能将交叉口通行效率提高15-20％左右，体现实际应用价值。

与已有的黄灯两难区规避方法仅考虑固定不变的两难区相比，本发明充分考虑了两难区的范围随黄灯启亮时不同车辆速度的差异性，还通过全红信号智能控制来保护那些陷入两难区且选择继续行驶通过交叉口的车辆的安全。与现行的固定时长式全红信号控制方案相比，本发明所述的方法充分考虑了黄灯两难区客观存在的事实，根据黄灯两难区车辆安全通过交叉口的需要来确定是否启亮全红信号及全红信号时长，避免下一相位绿灯时间的浪费，提高交叉口的通行效率。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为本发明具体实施方式一涉及的硬件设施布置图；图中，1为智能传感器，2为交通信号控制器，3为交叉口信号灯，4为直通车道上首车，5为检测范围；

图3为本发明具体实施方式一涉及的形成黄灯两难区的示意图；图中，X_S表示最小停车距离，X_C表示最大通过距离，X_OZ表示选择区，X_dz表示两难区。

具体实施方式

具体实施方式一：

本实施方式的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，所述面向黄灯两难区的全红信号控制方法中，包括黄灯时长内不同状态下首车的速度及首车至停车线距离持续采集，两难区车辆行驶行为判断，以及最大全红信号时长的确定四个关键的操作步骤，综合四个关键操作步骤实现的所述控制方法包括以下步骤：

步骤一：判断交叉口是否形成黄灯两难区，对于形成黄灯两难区的交叉口进行步骤二的操作；

步骤二：根据步骤一形成的黄灯两难区在不同速度条件下的分布，确定智能传感器的检测范围[0,X_{S max}]，其中X_{S max}表示所有最小停车距离X_S中最大的一个；

步骤三：自黄灯启亮时开始，利用智能传感器持续采集步骤二确定的检测范围[0,X_{S max}]内全部直行车道上首车i,i＝1,2,…,n的速度V_ti和首车i至停车线距离D_ti；其中，t表示采集周期；i表示直行车道的序号，n表示直行车道总数；

步骤四：判断黄灯启亮时是否所有首车i速度条件下均不能形成两难区；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则进行步骤五；

步骤五：确定黄灯启亮时速度条件下所有能形成两难区的首车j,j＝0,1,…,m；m≤n是否均不陷于两难区；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则进行步骤六；

步骤六：针对所有陷入两难区的首车k，k＝0,1,…,q；q≤m，根据智能传感器持续采集的陷入两难区的首车k的速度V_tk以及陷入两难区的首车k至停车线距离D_tk，判断陷入两难区的首车k至停车线距离D_tk小于1m时，陷入两难区的首车k的速度V_tk是否均小于10km/h；若是，则表明陷入两难区的首车k选择减速停车，无需全红信号，停止运算；若否，则表明陷入两难区的首车k选择继续行驶，进行步骤七；

步骤七：计算所有陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h，h＝0,1,…,p；p≤q的最大全红信号时长t_AR；

步骤八：将最大全红信号时长t_AR反馈给交通信号控制器，待黄灯信号结束时启亮全红信号；

步骤九：重复步骤一至步骤八的控制过程，进入下一个黄灯启亮的控制周期。

具体实施方式二：

与具体实施方式一不同的是，本实施方式的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，步骤一所述判断交叉口是否形成黄灯两难区的过程是，

步骤一一、将未通过交通口的车辆，在黄灯启亮且开始制动时所处位置与减速至完全停止时所处位置之间的最小距离，确定为最小停车距离X_S；

步骤一二、将黄灯时长内安全通过交叉口的车辆，在黄灯启亮时所处位置与停车线之间的最大距离，确定为最大通过距离X_C；

步骤一三、比较最小停车距离X_S与最大通过距离X_C的大小；当X_S>X_C时，表示形成两难区；当X_S<X_C时，表示形成选择区；其中，最小停车距离X_S的计算表达式为：最大通过距离X_C的计算表达式为：式中：

X_S表示最小停车距离(m)；

X_C表示最大通过距离(m)；

v₀表示黄灯启亮时车辆速度(m/s)；

δ₁表示停车感知反应时间(s)，取值为1.0s；

d表示车辆最大减速度(m/s²)，取值为3.0m/s²；

τ表示黄灯时长(s)；

a表示车辆最大加速度(m/s²)，取值为0m/s²；

δ₂表示行驶感知反应时间(s)，等于停车感知反应时间；

W表示交叉口宽度及平均车长之和(m)。

具体实施方式三：

与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，步骤二所述确定智能传感器的检测范围[0,X_{S max}]的过程是，针对信号交叉口，获得黄灯时长τ，交叉口宽度及限速值，在不超过限速值的不同速度条件下黄灯两难区分布，确定智能传感器的检测范围为[0,X_{S max}]。

具体实施方式四：

与具体实施方式三不同的是，本实施方式的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，步骤三所述智能传感器持续采集步骤二确定的检测范围[0,X_{S max}]内全部直行车道上首车i,i＝1,2,…,n的速度V_ti和首车i至停车线距离D_ti的过程是，智能传感器在黄灯时长内自黄灯启亮时开始，以0.1s的时间间隔在检测范围[0,X_{S max}]内持续采集全部直行车道上首车i的速度V_ti以及首车i至停车线距离D_ti；其中，t表示采集周期，t＝0,0.1,0.2,0.3,…,τ，τ表示黄灯时长。

具体实施方式五：

与具体实施方式一、二或四不同的是，本实施方式的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，步骤四所述判断黄灯启亮时是否所有首车i速度条件下均不能形成两难区的过程是，

步骤四一、确定黄灯启亮时首车i的最小停车距离X_Si计算公式为：

步骤四二、确定黄灯启亮时首车i的最大通过距离X_Ci计算公式为：

步骤四三、判断所有首车i的最小停车距离X_Si是否均小于等于X_Ci；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则判断出黄灯启亮时所有首车速度条件下均能形成两难区，进行步骤五。

具体实施方式六：

与具体实施方式五不同的是，本实施方式的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，步骤五所述确定黄灯启亮时速度条件下所有能形成两难区的首车j,j＝0,1,…,m；m≤n是否均不陷于两难区的过程是，将黄灯启亮时速度条件下能形成两难区的首车j,j＝0,1,…,m；m≤n与停车线之间的距离表示为D_0j，判断D_0j是否均不属于区间[X_Cj,X_Sj]；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则表明黄灯启亮时速度条件下能形成两难区的所有首车陷于两难区，进行步骤六。

具体实施方式七：

与具体实施方式一、二、四或六不同的是，本实施方式的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，步骤七所述计算所有陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h，h＝0,1,…,p；p≤q的最大全红信号时长t_AR的过程是，

步骤七一、确定出陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h，h＝0,1,…,p；p≤q的安全通过交叉口所需全红信号时长计算公式为：

步骤七二、进而确定为了保障p辆陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h均安全通过交叉口所需全红信号时长，即最大全红信号时长t_AR的计算公式为：式中，

t_ARh表示为保障陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h能够安全通过交叉口所需全红信号时长(s)；

D_0h表示黄灯启亮时陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h至停车线之间的距离(m)；

X_Ch表示陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h的最大通过距离(m)；

V_0h表示黄灯启亮时陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h的速度(km/h)。

Claims (7)

1.一种面向黄灯两难区的全红信号控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：

步骤一：判断交叉口是否形成黄灯两难区，对于形成黄灯两难区的交叉口进行步骤二的操作；

步骤二：根据步骤一形成的黄灯两难区在不同速度条件下的分布，确定智能传感器的检测范围[0,X_Smax]，其中X_Smax表示所有最小停车距离X_S中最大的一个；

步骤三：自黄灯启亮时开始，利用智能传感器持续采集步骤二确定的检测范围[0,X_Smax]内全部直行车道上首车i,i＝1,2,…,n的速度V_ti和首车i至停车线距离D_ti；其中，t表示采集周期；i表示直行车道的序号，n表示直行车道总数；

步骤四：判断黄灯启亮时是否所有首车i速度条件下均不能形成两难区；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则进行步骤五；

步骤五：确定黄灯启亮时速度条件下所有能形成两难区的首车j,j＝0,1,…,m；m≤n是否均不陷于两难区；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则进行步骤六；

步骤六：针对所有陷入两难区的首车k，k＝0,1,…,q；q≤m，根据智能传感器持续采集的陷入两难区的首车k的速度V_tk以及陷入两难区的首车k至停车线距离D_tk，判断陷入两难区的首车k至停车线距离D_tk小于1m时，陷入两难区的首车k的速度V_tk是否均小于10km/h；若是，则表明陷入两难区的首车k选择减速停车，无需全红信号，停止运算；若否，则表明陷入两难区的首车k选择继续行驶，进行步骤七；

步骤七：计算所有陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h，h＝0,1,…,p；p≤q的最大全红信号时长t_AR；

步骤八：将最大全红信号时长t_AR反馈给交通信号控制器，待黄灯信号结束时启亮全红信号；

步骤九：重复步骤一至步骤八的控制过程，进入下一个黄灯启亮的控制周期。

2.根据权利要求1所述的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，其特征在于：步骤一所述判断交叉口是否形成黄灯两难区的过程是，

步骤1.1)、将未通过交通口的车辆，在黄灯启亮且开始制动时所处位置与减速至完全停止时所处位置之间的最小距离，确定为最小停车距离X_S；

步骤1.2)、将黄灯时长内安全通过交叉口的车辆，在黄灯启亮时所处位置与停车线之间的最大距离，确定为最大通过距离X_C；

步骤1.3)、比较最小停车距离X_S与最大通过距离X_C的大小；当X_S>X_C时，表示形成两难区；当X_S<X_C时，表示形成选择区；其中，最小停车距离X_S的计算表达式为：最大通过距离X_C的计算表达式为：式中：

X_S表示最小停车距离，单位为m；

X_C表示最大通过距离，单位为m；

v₀表示黄灯启亮时车辆速度，单位为m/s；

δ₁表示停车感知反应时间，取值为1.0s；

d表示车辆最大减速度，取值为3.0m/s²；

τ表示黄灯时长，单位为s；

a表示车辆最大加速度，取值为0m/s²；

δ₂表示行驶感知反应时间，等于停车感知反应时间，单位为s；

W表示交叉口宽度及平均车长之和，单位为m。

3.根据权利要求1或2所述的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，其特征在于：步骤二所述确定智能传感器的检测范围[0,X_Smax]的过程是，针对信号交叉口，获得黄灯时长τ，交叉口宽度及限速值，在不超过限速值的不同速度条件下黄灯两难区分布，确定智能传感器的检测范围为[0,X_Smax]。

4.根据权利要求3所述的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，其特征在于：步骤三所述智能传感器持续采集步骤二确定的检测范围[0,X_Smax]内全部直行车道上首车i,i＝1,2,…,n的速度V_ti和首车i至停车线距离D_ti的过程是，智能传感器在黄灯时长内自黄灯启亮时开始，以0.1s的时间间隔在检测范围[0,X_Smax]内持续采集全部直行车道上首车i的速度V_ti以及首车i至停车线距离D_ti；其中，t表示采集周期，t＝0,0.1,0.2,0.3,…,τ，τ表示黄灯时长。

5.根据权利要求1、2或4所述的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，其特征在于：步骤四所述判断黄灯启亮时是否所有首车i速度条件下均不能形成两难区的过程是，

步骤4.1)、确定黄灯启亮时首车i的最小停车距离X_Si计算公式为：

步骤4.2)、确定黄灯启亮时首车i的最大通过距离X_Ci计算公式为：

步骤4.3)、判断所有首车i的最小停车距离X_Si是否均小于等于X_Ci；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则判断出黄灯启亮时所有首车速度条件下均能形成两难区，进行步骤五。

6.根据权利要求5所述的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，其特征在于：步骤五所述确定黄灯启亮时速度条件下所有能形成两难区的首车j,j＝0,1,…,m；m≤n是否均不陷于两难区的过程是，将黄灯启亮时速度条件下能形成两难区的首车j,j＝0,1,…,m；m≤n与停车线之间的距离表示为D_0j，判断D_0j是否均不属于区间[X_Cj,X_Sj]；若是，则无需全红信号，停止运算；若否，则表明黄灯启亮时速度条件下能形成两难区的所有首车陷于两难区，进行步骤六。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的面向黄灯两难区的全红信号控制方法，其特征在于：步骤七所述计算所有陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h，h＝0,1,…,p；p≤q的最大全红信号时长t_AR的过程是，

步骤7.1)、确定出陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h，h＝0,1,…,p；p≤q的通过交叉口所需全红信号时长计算公式为：

步骤7.2)、进而确定为了保障p辆陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h均安全通过交叉口所需全红信号时长，即最大全红信号时长t_AR的计算公式为：式中，

t_ARh表示为保障陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h能够安全通过交叉口所需全红信号时长，单位为m；

D_0h表示黄灯启亮时陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h至停车线之间的距离，单位为m；

X_Ch表示陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h的最大通过距离，单位为m；

V_0h表示黄灯启亮时陷入两难区且选择继续行驶以通过交叉口的首车h的速度，单位为km/h。