CN104778845A - 多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市交叉路口交通信号控制方法。一种多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，利用交通信号机对路口交通信号进行灵活控制，以提高路口车辆通行能力，减少车辆总的延误时间，其步骤包括：1)在交通路口的每个车道设置上游车辆检测器和停车线车辆检测器，实时检测消散车辆和进入路口的车辆信息；2)信号机控制系统根据交叉口各个车道的等待车辆和驶入车辆的多少，采用繁忙路段优先通行的方法自动对繁忙车道发出通行信号，诱导该车道车辆优先通行；3)相容车道采用同一相位，非相容车道采用相位跳变诱导控制的方法，使等待车辆数量多的或驶入车辆多的某一车道获得优先通行权。本发明在交通车辆不饱和路口应用有较好的诱导效果。

Description

多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法

技术领域

本发明涉及一种城市交叉路口交通信号控制方法，尤其是涉及一种用于城市交通路口的相位可跳变动态车辆诱导控制方法。

背景技术

对于交通流变化较大的城市交通路口，经常会遇到绿灯信号的车道无车通过，而另一方向的车辆在排队等待的情况，车辆等待通行的时间过长，严重影响城市的交通运行效率。而目前的道路交通信号机大多不具备相位可调变和动态诱导功能。智能交通管理和控制系统(ITS)的投入，虽然能够很好的解决城市的交通控制，提升了城市交通道路运行效率，但对于中小城市来说，采用ITS系统不仅面临系统投资大，并且存在支持问题。因此，只有采用更加经济、实用的交通诱导控制方法，提高城市交叉路口车辆的通行能力，才是提升城市交通道路运行效率的重要手段。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种相位可跳变动态车辆诱导控制方法。设计科学、合理，容易实现，系统投入小，简单、实用，能够切实提高城市交叉口车辆通行效率。

本发明所采用的技术方案：

一种多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，利用交通信号机对路口交通信号进行灵活控制，以提高路口车辆通行能力，减少车辆总的延误时间，

1)在交通路口的每个车道设置上游车辆检测器和停车线车辆检测器，实时检测消散车辆和进入路口的车辆信息，并传输到信号机控制系统；

2)信号机控制系统根据交叉口各个车道的等待车辆和驶入交叉路口路段的车辆多少，采用繁忙路段优先通行的方法，自动对繁忙车道发出通行信号，诱导该车道车辆优先通行；

3)相容车道采用同一相位，非相容车道采用相位跳变诱导控制的方法，使等待车辆数量多的或驶入车辆多的某一车道获得优先通行权。

所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，采用相位跳变诱导控制时，等待或驶来的车辆多的车道先放行，信号机发送绿灯信号，该车道车辆先放行；等待车辆少的车道后放行；无车辆驶来且没有车辆等待的路段，交通信号机发出红灯或黄闪信号。

所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，某一车道获得优先通行权后，如果在最小绿灯时间即将结束之前不再有车辆通过上游车辆检测器，或者该车道在获得通行权之前没有排队车辆或无车辆到达，系统会判断其他非相容车道车辆情况，如果非相容车道有车等待或有车驶入，则相位立即产生跳变，把通行权交给非相容车道，如果非相容车道无车，则相位不跳变。

所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，在一个诱导周期内，系统根据交叉口每个车道的等待或驶入车辆多少自动改变相位和相位数，相位根据车流随机跳变，相位设定在1～4之间；相位跳变诱导控制主要针对交叉口某一车道的绿灯信号进行控制，通过对某车道的等待车辆、该车道车流量、车速等信息计算分析，动态分配该绿灯时间。

所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，在一个动态感应的诱导周期Ti内，如果某一车道j的车辆在某时刻获得通行权，交通信号机首先给出该相位所需的最小绿灯时间Gj0，疏散该车道排队车流和该时段的到达车流，并通过停车线车辆检测器统计消散车流；Gj0结束时，如果上游车辆检测器检测到上游仍然有车辆驶入路口，交通信号机则增加一个单位绿灯延时；在单位绿灯延时时间内，如果仍然有车辆驶入路口，则继续增加单位绿灯延时，直到该车道没有车辆到达或总绿灯时间Gj达到最大绿灯时间Gjmax，此时交通信号机将立即改变诱导相位，把通行权交给非相容车道；如果在最小绿灯时间即将结束之前不再有车辆驶入路口，或者系统检测该车道在获得通行权之前没有排队车辆或无车辆到达，则立即进行相位跳变，把通行权交给有排队车辆或有车辆到达的非相容车道，j为大于1的自然数。

发明的有益效果：

1)本发明多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，在交通车辆不饱和路口应用有较好的诱导效果。首先，相位跳变控制很好的解决了无车车道绿灯而有车车道出现红灯导致车辆排队等候(盲等)的情况；其次，由于动态诱导初始绿灯时间为零，相比于感应控制具有较大的动态诱导范围；另外，诱导控制基于车辆检测器实时检测，相比于车流车辆预测的道路车辆诱导算法具有较高的准确性和可靠性。

2)由于采用了繁忙车道优先通行原则和初始绿灯时间为零的动态诱导算法，车辆较少时采用相位跳变控制，有车辆车道和相容车道始终具有通行权，相比于传统感应诱导控制(相位变化模式固定，无车辆车道有初始绿灯时间)、定周期信号机(相位变化模式固定，诱导时间固定)，该方法能够更进一步的降低车辆延误。

3)本发明多相位跳变和车辆全动态交通诱导方法在城市道路各种通行状态情况下(如交叉口车辆较少和拥堵)具有较高实用性。通过车辆检测装置实时检测车道的车流信息，自动分配各个车道的绿灯信号时间。不仅相位的时间及相位的顺序是可以改变的，而且相位个数和相位的组合也是可以改变的。这样信号控制能够更加灵活地适应路口的交通状况。

4)本发明多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，相位可跳变动态交通诱导方法具有通用性，系统移植性高。该方法不仅可以在标准路口(路口有四个方向，每个方向有直行、左转、右转车道)使用，而且可以适合其它不同形状的路口，提高了城市交叉口车辆通行效率。如白天拥堵而晚上无车的城市道路交叉口进行车辆诱导，可解决以下关键问题：1)在城市交叉口，无车车道为绿灯，而有车的车道为红灯禁止通行；2)一个诱导周期内，交叉口车辆都出现了等待延误；3)车辆较多时，城市交叉口的车辆等待通行的时间过长。

5)本发明多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，每个车道采用两个车辆检测器检测，车流量真实，相比于自适应诱导的车流量预测方法，诱导控制更加准确。由于相位跳变采用繁忙车道优先通行原则，首先对交叉口各个车道信息检测和扫描处理，然后自动分配诱导相位和相位数，实现多个非相容车道之间相位自动跳变的控制。

6)本发明多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，可直接应用于目前生产的感应诱导信号机设备上，定周期诱导信号机系统只需在安装时增加车辆检测装置，大大降低企业的生产投入，同时也方便对现有设备的更新升级。

附图说明

图1是本发明交通控制方法传感器位置设置示意图。

图2是本发明相位可跳变动态车辆诱导交通控制方法方框图。

图3是本发明交通控制方法一个路口4相位绿灯时序示意图。

图4是本发明交通控制方法动态诱导效果图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1、图2。本发明多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，利用交通信号机对路口交通信号进行灵活控制，以提高路口各方向车辆通行能力，减少车辆总的延误时间，包括以下步骤：

1)在交通路口的每个车道设置上游车辆检测器和停车线车辆检测器，实时检测消散车辆和进入路口的车辆信息，并传输到信号机控制系统；

2)系统根据交叉口各个车道的等待车辆和驶入交叉路口路段的车辆多少，采用繁忙路段优先通行的方法，自动对繁忙车道发出通行信号，诱导该车道车辆优先通行；

3)相容车道采用同一相位，非相容车道采用相位跳变诱导控制的方法，使等待车辆数量多的或驶入车辆多的某一车道获得优先通行权。

采用相位跳变诱导控制时，等待或驶来的车辆多的车道先放行，信号机发送绿灯信号，该车道车辆先放行；等待车辆少的车道后放行；无车辆驶来且没有车辆等待的路段，交通信号机发出红灯或黄闪信号。

实施例2

参见图1、图2。本实施例的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，包括以下步骤：1)多相位跳变诱导控制方法主要针对交叉口多车道设计，根据交叉口每一个车道的车辆通行信息，通过系统扫描和繁忙路段优先通行原理，自动对繁忙车道发出通行信号，诱导该车道车辆优先通行。相容车道采用同一相位，相位跳变主要发生在非相容车道之间，与传统的多相位定周期的固定相位变化模式不同。

多相位跳变诱导控制依据各个车道等待或驶入交叉路口路段的车辆多少，因此需要在交通路口的每个车道设置上游车辆检测器和停车线车辆检测器，实时检测消散车辆和进入路口的车辆。相位跳变诱导控制时，系统对交叉口各个车道的等待车辆和驶入车辆多少(通过监测、计算)进行实时扫描，等待车辆数量多的或有车辆驶入交口路段的车道通行权最优先，系统优先发出绿灯信号。控制过程见图2(相位可跳变和车辆全动态诱导交通控制流程图)。

如，交叉路口路段等待或驶入车辆多的某一车道优先获得通行权，信号机发送绿灯信号，该车道车辆现放行；等待车辆少的车道后放行；无车辆驶来且没有车辆等待的路段，交通信号机发出红灯或黄闪信号；

其与实施例1进一步不同的是，某一车道获得通行权后，如果在最小绿灯时间即将结束之前不再有车辆通过上游车辆检测器，或者该车道在获得通行权之前没有排队车辆或无车辆到达，系统会判断其他非相容车道车辆情况，如果非相容车道有车等待或有车驶入，则相位立即产生跳变，系统会把通行权交给非相容车道，诱导信号由绿灯变为红灯信号。如果非相容车道无车，则相位不跳变。

如，某一个交叉口的一个车道上很长的时间一直处于允许车辆通行状态，而另一个车道由于长时间无车而长时间处于红灯或黄闪状态。

实施例3

本实施例的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，实际控制时，根据交叉口每个车道的等待或驶入车辆多少自动改变相位和相位数。相位跳变期间可根据道路诱导实际情况插入绿闪或黄灯等。在一个诱导周期内相位根据车流随机跳变，相位设定在1～3之间，多相位跳变诱导有效解决了夜间道路以及新修道路交叉口车辆盲等问题(如南北车道无车，东西车道有车但禁止通行)。

相位跳变诱导控制主要针对交叉口某一车道的绿灯信号进行控制，通过对某车道的等待车辆(前一次诱导周期内绿灯红灯消散车辆、红灯期间驶入车辆)、该车道车流量、车速等信息计算分析，动态分配该绿灯绿灯时间。

由于诱导相位的变化主要依据车辆信息，因此诱导相位的跳变具有随机性，诱导相位数和诱导周期具有不确定性。

实施例4

本实施例的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，与实施例3不同的是，进一步的：在一个动态感应的诱导周期Ti内，如果某一车道j的车辆在某时刻获得通行权，交通信号机首先给出该相位所需的最小绿灯时间Gj0，疏散该车道排队车流和该时段的到达车流，并通过停车线车辆检测器统计消散车流；Gj0结束时，如果上游车辆检测器检测到上游仍然有车辆驶入路口，交通信号机则增加一个单位绿灯延时；在单位绿灯延时时间内，如果仍然有车辆驶入路口，则继续增加单位绿灯延时，直到该车道没有车辆到达或总绿灯时间Gj达到最大绿灯时间Gjmax，此时交通信号机将立即改变诱导相位，把通行权交给非相容车道；如果在最小绿灯时间即将结束之前不再有车辆驶入路口，或者系统检测该车道在获得通行权之前没有排队车辆或无车辆到达，则立即进行相位跳变，把通行权交给有排队车辆或有车辆到达的非相容车道，j为大于1的自然数。

本发明多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，已知诱导车道的交通流量是动态诱导控制的基础条件。由于每个车道采用两个车辆检测器检测，车流量真实，相比于自适应诱导的车流量预测方法，诱导控制更加准确。

一些学者认为采用随机泊松分布建立车辆到达路口的模型，并用模型描述到达车量的概率，但在实际诱导控制中，不同时段城市交通车流变化很大，如白天某时段出现拥堵，而夜间几乎没有车辆通行，这些路段车流随机性很难用数学模型获得。因此，动态诱导要获得比较准确的车流量，需采用车辆检测器。检测器可采用地埋线圈、视频图像识别或微波传感方式。

实施例5

本实施例的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，与实施例4不同的是：对于任意车道j，设动态诱导时该车道的最大绿灯时间G_jmax，若该车道的饱和车流量为Q_jmax，车辆排队平均间距为L，则j车道检测器间距为

d_j＝L·G_jmax·Q_jmax

Q_jmax是与道路状况有关的参数，G_jmax是动态诱导的时间参数，在实际控制中，L一般取6～8米；

最小绿灯时间估算方法如下：

在一个诱导周期T_i内，设C_j为绿灯诱导时段将要通过路口的车辆数，则C_j＝C_j红+C_j绿，其中C_j红为该车道红灯时段到达的排队车辆，C_j绿为绿灯时段到达车辆，以上两个参数都可以通过检测器检测得到，

当第j车道获得通行权，该车道的绿灯时间为

G_js＝C_j/Q_jmax   (1)

其中Q_jmax为第j车道的饱和车流量，即排队车辆疏散时的车流量，为该路段交通已知条件；

单位绿灯延迟时间采用如下格式计算：

G_iu＝d_j/v_j   (2)

d_j为第j车道上检测器1与检测器2之间的距离；V_j第j车道上车流的正常行驶速度，为该路段已知交通条件。

单位绿灯延长时间应保证车辆能从检测器组2开出检测器组1，同时不产生绿灯时间损失。

实施例6

参见图1～图4，本实施例的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，以双向6车道为例，每个车道设置两个车辆检测器，如图1所示，停车线车辆检测器组1用于检测消散车流，上游车辆检测器组2用于检测进入路口的车辆。

当有车辆通过检测器时，检测器输出高电平脉冲，通过信号机处理，把检测的数据换算为车流量表示。检测器可以采用地埋线圈式、视频检测或微波检测(由于视频车辆检测器受天气环境条件影响较大，微波检测有较大误差，我们在工程安装中采用地埋线圈)。检测器的距离与车道状况、该车道车流量和实际控制效果有关。

对于任意车道j，设动态诱导时该车道的最大绿灯时间G_jmax，若该车道的饱和车流量为Q_jmax，车辆排队平均间距为L，则j车道检测器间距为

d_j＝L·G_jmax·Q_jmax

Q_jmax是与道路状况有关的参数，G_jmax是动态诱导的时间参数，在实际控制中，L一般取6～8米。

所述车辆动态诱导方法，控制参数包括绿灯时间、单位绿灯延迟时间和诱导周期。

其中，绿灯时间估算方法如下：

绿灯时间指信号机对通行车道发出诱导时间，主要指获得通行权车道的排队车辆疏散时间。对任一车道j，在某一个诱导周期T_i内，设C_j为绿灯诱导时段将要通过路口的车辆数，则C_j＝C_j红+C_j绿，其中C_j红为该车道红灯时段到达的排队车辆，C_j绿为绿灯时段到达车辆，以上两个参数都可以通过检测器检测得到。

当第j车道获得通行权，该车道的绿灯时间为

G_js＝C_j/Q_jmax   (1)

其中Q_jmax为第j车道的饱和车流量，即排队车辆疏散时的车流量，为该路段交通已知条件。

单位绿灯时间估算：

单位绿灯延长时间应保证车辆能从上游车辆检测器位置开出停车线车辆检测器组，同时不产生绿灯时间损失。单位绿灯延长时间为

G_iu＝d_j/v_j   (2)

d_j为第j车道上检测器1与检测器2之间的距离；V_j第j车道上车流的正常行驶速度，为该路段已知交通条件。

诱导周期：

动态诱导控制中，信号机控制系统在一个诱导周期中发出的控制参数为变量，即某车道的绿信时间主要与交叉口总车流量、相应车道的车流量和该车道的车辆排队长度有关。设某一诱导周期Ti中，一个路口的四相位交通灯(绿灯)控制时序见图3所示，第j车道绿灯时间为G_j。第j车道绿灯时间G_j＝G_j0+n·G_ju，其中G_j0为第j车道最小绿灯时间、G_ju为单位绿灯时间，n为增加的延时次数，与诱导器件到达的车辆有关。对于双向6车道路口，诱导周期T_i为

$T_i=\underset{j}{\overset{12}{\mathrm{\Σ}}}(G_j-G_{\mathrm{jx}})+T_d---\left(3\right)$

其中G_jx为相容车道绿灯重复时间，相容是指交通流轨迹在诱导周期内不冲突；T_d＝Σt_d为总损失时间，t_d为相位更替中的损失时间。

在动态诱导过程中，任意车道的绿灯时间G_j＝G_js+n·G_iu，其中n为自然数。由于G_js、G_iu与检测器测量的车辆数据有关，因此G_j、T_i均为不定值，但实际应用中T_i不作为控制参数出现。

条件约束参数：

当交通处于饱和状态时，如第j车道每次疏导G_j完毕后仍有车辆排队等候，则需要继续延长绿灯时间才能降低排队车辆的时间延误，但第j车道绿灯时间的增加一定会带来非相容车道的车辆延误时间。为保障动态诱导效率，必须对动态绿灯时间和诱导周期加以限定。

最大诱导周期：

当交叉口车流进入饱和时，动态诱导将失效。此时诱导效率以车辆在交叉口受阻延误时间作为惟一的衡量指标。这里采用定周期诱导配时法确定动态诱导的最大绿灯时间和诱导周期。依据Webster对随机延误和平均延误理论，延误时间计算为

$t_d=\frac{T{(1-M)}^2}{2(1-\mathrm{MS})}+\frac{S^2}{2Q(1-S)}-0.65{\left(\frac{T}{Q^2}\right)}^{\frac{1}{3}}{S}^{(2+5S)}---\left(4\right)$

式中t_d表示车辆平均延误；T表示信号周期时长；M表示绿信比；Q表示流量；S表示饱和度。在车辆临近饱和时，为了使交叉口总延误达到最小值，将总延误d对T求偏导，并令偏导数为零，即d_td/dT＝0，可得到最佳周期时长

$T=\frac{1.5t_s+5}{1-Y}---\left(5\right)$

式中t_s表示每个周期总的损失时间；Y为交叉口总的交通流量比， 为第j车道流量比，Q_j为第j车道车流量，可以通过车辆检测器测得；Q_jmax为道路饱和流量，为该道路已知条件。

实际诱导控制中，每个周期内损失时间存在于相位交替过程，利用黄灯补时，系统设计时可按照国家2010道路交通信号控制机标准设定。当总交通流接近临近饱和时，Y可以根据实际交通诱导情况取值。

为使动态诱导不至于处于定周期诱导方式，同时满足最大周期不能大于国家交通控制标准中的最大诱导周期，我们把Y取0.85左右(0.7～0.9)，此时动态诱导周期T取得最大值T_max：

$T_{\max }=\frac{20}{3}(1.5t+5)---\left(6\right)$

最大绿灯时间：

当车流量临近饱和时，各相位的绿信比分配也是以车辆阻滞延误最少为原则。按照这一原则，绿信比应该与相位的交通流量比大致成正比，因此可以推出每一相位的最大绿灯时间，对于j车道，最大绿灯时间G_jmax为

$G_{j\max }=y_{j\max }(T_{\max }-t_s)=\frac{Q_{j\max }}{Q_{\max }}(T_{\max }-t_s)---\left(7\right)$

其中，Q_jmax为第j车道最大车流量，Q_max为驶入交叉口总车流量，t_s为绿灯损失时间。

绿灯时间优化：

相位可跳变动态诱导要求通行权尽量多分配有车车道或排队车辆加多车道，最小绿灯时间为有车车道获得通行权后，能够使该车道最少车辆疏散的最小绿灯时间当第j车道有车考虑到最大绿灯时间限定，实际G_j为

$G_j=\left\{\begin{array}{cc}0& C_j=0\\ \frac{C_j}{Q_{j\max }}& 1\&le;C_j<0.8G_{j\max }{Q}_{j\max }\\ G_{j\max }& C_j=0.8G_{j\max }{Q}_{j\max }\end{array}\right.---\left(8\right)$

在式(8)中，当任意j车道无车辆排队时，绿灯时间为零，出现控制相位缺失情况(相位跳变)；当有车辆排队时或有车辆通过检测器组2时，第j车道的绿灯时间与排队车辆和正在通过检测器组2的车辆有关，按照动态诱导算法进行控制；当车流量饱和时，即出现道路拥堵想象，采用较高容忍度和车辆延误时间最小的最大绿灯时间控制。

车辆传感器位置设定：

第j车道两个传感器之间的排队车辆，能够在最大绿灯时间G_jmax内全部疏散。设排队车辆间隔为x米，则d_j为

d_j＝x·G_jmax·Q_jmax   (9)

在实际应用中，动态诱导控制在车流量接近饱和时有较好表现。

如果某路口总饱和车流量为1840pcu/h，其中H方向为第j车饱和车流量782pcu/h，利用规定的城市道路速度车流为达到车流速度，如60km/h。取9s相位变化损失时间，则通过公式(6)计算，最大诱导周期为Tmax＝116.6s；通过公式(7)第j车道最大绿灯时间为Gj0＝46s。

设车辆间隔为10米，通过公式(9)计算得到第j车道检测器距离d_j＝99.9米。

图4为任意车道j动态诱导效果(第j车道动态诱导时的绿灯时间与车流关系，即当车辆从0到最大排队车辆变化时，Gj变化曲线)。从图中可以看出，在排队车小于10时，动态诱导控制相比于传统感应控制具有较大的动态诱导范围，诱导效果明显优于传统感应诱导。

由于动态诱导无初始绿灯时间，当车辆较少的时段，诱导过程中相位会出现缺失，通行权转换速度快，有利用提高路口的车辆通行效率。如，在车道的车辆未进入饱和时，诱导控制能够很好的适应疏散车辆。

本发明多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，采用相位跳变的动态控制，当车辆较少时(如城市夜间的车辆通行情况)，可提高路口车辆动态诱导效率。相位跳变控制基于初始绿灯为零的动态诱导算法，需要信号机对车道到的车辆数据分析和判断来实现。当某一车道车辆较少时，如果信号机搜索到某一控制周期的某个车道无车排队时，会把通行权交给有车车道或下一个控制周期，无车车道的交通灯处于黄闪或红灯状态，相位可跳变和车辆全动态诱导交通控制方法流程见图2。

采用了相位可调变、初始绿灯时间为零的全动态诱导方法。交通信号机基于DSP处理器设计，植入本发明控制方法软件。首先，通过车道扫描单元搜索有车排队车道，得出排队车辆数，并通过计算，发出通行权绿灯信号和对应的通行的时间；然后始终判断该车道是否有车辆驶入交叉口。如果有，在该相位补加1个最小绿灯时间，如果没有车辆驶入，则把该车道通行权交予其他车道。

信号机对最大绿灯时间服从于该道路交叉口的车辆饱和诱导控制对各个相位绿灯时间的限制。

实际应用中，交叉口各个车道根据相容与非相容关系设置3个相位控制。对车辆的搜索过程可以按照相位排序依次进行，搜索期间信号机可以根据实际情况输出黄闪，也可以对每个相位输出最小绿灯G0。从跳变相位的动态感应诱导过程可以看出，如果某个车道上没有车辆排队或无车辆到达，则诱导该车道的相位不会出现。

实践应用证明，本发明动态诱导车辆控制方法在交通车辆不饱和路口应用有较好的诱导效果。首先，相位跳变控制很好的解决了无车车道绿灯而有车车到出现红灯导致车辆排队等候的情况；其次，由于动态诱导初始绿灯时间为零，相比于感应控制具有较大的动态诱导范围；另外，诱导控制基于车辆检测器实时检测，相比于车流车辆预测的道路车辆诱导算法具有较高的准确性和可靠性。

本发明一个诱导周期内各个相位的绿灯时间可变，因此诱导周期是一个变化的量。车辆较少时，采用相位跳变的感应诱导控制方式；如果车辆在一个相位内疏散时，采用动态感应诱导；如果上一个绿灯相位没有把该车道的排队车辆疏散，则采用最大绿信比进行疏散诱导。用于交通流变化较大的城市交通路口的车辆诱导控制，不但解决了城市道路交叉口一般车流动态诱导控制，而且能够在车流量过低或过高时发挥相位跳变诱导和道路抗饱和诱导优势，大大提高城市道路的通行效率。

Claims (9)

1.一种多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，利用交通信号机对路口交通信号进行灵活控制，以提高路口车辆通行能力，减少车辆总的延误时间，其特征是：

1)在交通路口的每个车道设置上游车辆检测器和停车线车辆检测器，实时检测消散车辆和进入路口的车辆信息；

2)信号机控制系统根据交叉口各个车道的等待车辆和驶入交叉路口路段的车辆多少，采用繁忙路段优先通行的方法，自动对繁忙车道发出通行信号，诱导该车道车辆优先通行；

3)相容车道采用同一相位，非相容车道采用相位跳变诱导控制的方法，使等待车辆数量多的或驶入车辆多的某一车道获得优先通行权。

2.根据权利要求1所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：采用相位跳变诱导控制时，等待或驶来的车辆多的车道先放行，信号机发送绿灯信号，该车道车辆先放行；等待车辆少的车道后放行；无车辆驶来且没有车辆等待的路段，交通信号机发出红灯或黄闪信号。

3.根据权利要求1或2所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：某一车道获得优先通行权后，如果在最小绿灯时间即将结束之前不再有车辆通过上游车辆检测器，或者该车道在获得通行权之前没有排队车辆或无车辆到达，系统会判断其他非相容车道车辆情况，如果非相容车道有车等待或有车驶入，则相位立即产生跳变，把通行权交给非相容车道，如果非相容车道无车，则相位不跳变。

4.根据权利要求3所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：在一个诱导周期内，系统根据交叉口每个车道的等待或驶入车辆多少自动改变相位和相位数，相位根据车流随机跳变，相位设定在1～4之间；

相位跳变诱导控制主要针对交叉口某一车道的绿灯信号进行控制，通过对某车道的等待车辆、该车道车流量、车速等信息计算分析，动态分配该绿灯时间。

5.根据权利要求4所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：在一个动态感应的诱导周期Ti内，如果某一车道j的车辆在某时刻获得通行权，交通信号机首先给出该相位所需的最小绿灯时间Gj0，疏散该车道排队车流和该时段的到达车流，并通过停车线车辆检测器统计消散车流；最小绿灯时间Gj0结束时，如果上游车辆检测器检测到上游仍然有车辆驶入路口，交通信号机则增加一个单位绿灯延时；在单位绿灯延时时间内，如果仍然有车辆驶入路口，则继续增加单位绿灯延时，直到该车道没有车辆到达或总绿灯时间达到最大绿灯时间G_jmax，此时交通信号机将立即改变诱导相位，把通行权交给非相容车道；如果在最小绿灯时间即将结束之前不再有车辆驶入路口，或者系统检测该车道在获得通行权之前没有排队车辆或无车辆到达，则立即进行相位跳变，把通行权交给有排队车辆或有车辆到达的非相容车道，j为大于1的自然数。

6.根据权利要求5所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：对于任意车道j，设动态诱导时该车道的最大绿灯时间G_jmax，若该车道的饱和车流量为Q_jmax，车辆排队平均间距为L，则j车道检测器间距为

d_j＝L·G_jmax·Q_jmax

最大绿灯时间G_jmax是动态诱导的时间参数，饱和车流量Q_jmax是与道路状况有关的参数，在实际控制中，L一般取6～8米；

最小绿灯时间估算方法如下：

在一个诱导周期T_i内，设C_j为绿灯诱导时段将要通过路口的车辆数，则C_j＝C_j红+C_j绿，其中C_j红为该车道红灯时段到达的排队车辆，C_j绿为绿灯时段到达车辆，以上两个参数都可以通过检测器检测得到，

当第j车道获得通行权，该车道的绿灯时间为

G_js＝C_j/Q_jmax   (1)

其中Q_jmax为第j车道的饱和车流量，即排队车辆疏散时的车流量，为该路段交通已知条件；

单位绿灯延迟时间G_iu采用如下格式计算：

G_iu＝d_j/v_j     (2)

d_j为第j车道上检测器1与检测器2之间的距离；V_j第j车道上车流的正常行驶速度，为该路段已知交通条件。

7.根据权利要求6所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：动态诱导控制中，信号机控制系统在一个诱导周期中发出的控制参数为变量，即某车道的绿信时间主要与交叉口总车流量、相应车道的车流量和该车道的车辆排队长度有关；设某一诱导周期Ti中，对于一个路口的多相位交通灯控制时序，第j车道绿灯时间为G_j；则对于双向6车道路口，诱导周期T_i为

$T_i=\underset{j}{\overset{12}{\mathrm{\&Sigma;}}}(G_j-G_{\mathrm{jx}})+T_d---\left(3\right)$

其中G_jx相容车道绿灯重复时间，T_d＝Σt_d为总损失时间；

在动态诱导过程中，任意车道的绿灯时间G_j＝G_js+n G_iu，其中n为自然数。

8.根据权利要求4、5、6或7所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：为保障动态诱导效率，须对动态绿灯时间和诱导周期加以限定，其中最大诱导周期采用定周期诱导配时法确定动态诱导的最大绿灯时间和诱导周期：

依据Webster对随机延误和平均延误理论，延误时间计算为

$t_d=\frac{T{(1-M)}^2}{2(1-\mathrm{MS})}+\frac{S^2}{2Q(1-S)}-0.65{\left(\frac{T}{Q^2}\right)}^{\frac{1}{3}}{S}^{(2+5S)}---\left(4\right)$

式中t_d表示车辆平均延误；T表示信号周期时长；M表示绿信比；Q表示流量；S表示饱和度；

在车辆临近饱和时，为了使交叉口总延误达到最小值，将总延误d对T求偏导，并令偏导数为零，即d_td/dT＝0，可得到最佳周期时长

$T=\frac{1.5t_s+5}{1-Y}---\left(5\right)$

式中t_s表示每个周期总的损失时间；Y为交叉口总的交通流量比， 为第j车道流量比，Q_j为第j车道车流量，可以通过车辆检测器测得；Q_jmax为车道的饱和车流量，为该道路已知条件；

为使动态诱导不至于处于定周期诱导方式，同时满足最大周期不能大于国家交通控制标准中的最大诱导周期，我们把Y取0.85左右，此时动态诱导T取得最大值T_max

$T_{\max }=\frac{20}{3}(1.5t+5)---\left(6\right)$

当车流量临近饱和时，各相位的绿信比分配应该与相位的交通流量比大致成正比，以车辆阻滞延误最少为原则，按照这一原则，可以推出每一相位的最大绿灯时间，对于j车道，G_jmax为

$G_{j\max }=y_{j\max }(T_{\max }-t_s)=\frac{Q_{j\max }}{Q_{\max }}(T_{\max }-t_s)---\left(7\right)$

为第j车道最大车流量，Q_max为驶入交叉口总车流量，t_s为绿灯损失时间。

9.根据权利要求8所述的多相位跳变和车辆全动态诱导交通控制方法，其特征是：采用如下的方法进行绿灯时间优化：

相位可跳变动态诱导要求通行权尽量多分配有车车道或排队车辆加多车道，最小绿灯时间为有车车道获得通行权后，能够使该车道最少车辆疏散的最小绿灯时间 $G_{\min }=\frac{1}{Q_{j\max }};$

当第j车道有车考虑到最大绿灯时间限定，实际G_j为

$G_j=\left\{\begin{array}{cc}0& C_j=0\\ \frac{C_j}{Q_{j\max }}& 1\&le;C_j<0.8G_{j\max }{Q}_{j\max }\\ G_{j\max }& G_j=0.8G_{j\max }{Q}_{j\max }\end{array}\right.---\left(8\right)$

在式(8)中，当任意j车道无车辆排队时，绿灯时间为零，出现控制相位缺失情况(相位跳变)；当有车辆排队时或有车辆通过上游车辆检测器时，第j车道的绿灯时间与排队车辆和正在通过上游车辆检测器的车辆有关，按照相位可调变动态诱导算法进行控制；当车流量饱和时，采用较高容忍度和车辆延误时间最小的最大绿灯时间控制。