CN104778848A - 用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于道路交叉口车辆协调优化的交通信号控制方法，与现有技术相比解决了图像监测调控信号灯无法适用于协调优化优化控制的缺陷。本发明包括以下步骤：获取道路交叉口的交通流参数；计算排队长度；判定交叉口协调优化状态；计算上行交叉口的绿灯放行时间。本发明利用安装在道路交叉口进出口的车辆检测器，实时检测排队长度参数与协调优化事件，通过调节交通信号控制的绿灯放行时间，实现区域内各交叉口的排队长度均衡，解决交叉口的协调优化问题。

Description

用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法

技术领域

本发明涉及一种交通信号优化控制方法，尤其是用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法。

背景技术

由于我国很多城市道路的规划和设计不完善，导致市区很多道路之间出现短距离交叉口，即两个交叉口之间的距离非常短。短距离交叉口由于车辆等待距离少，经常出现协调优化的现象，协调优化是指下游交叉口进口道车辆排队超过了上游交叉口的现象。目前针对协调优化只能通过普通的人工交通信号管控或人工指挥解决，未能采用智能检测协调优化和智能交通信号控制解决此类问题。虽也有部分技术提出利用摄像头的监测调控信号灯的方法，但均存在以下问题：

1、利用摄像头进行图像监测排队溢流，对摄像头的设置有着明确的位置要求，但大多数摄像头均安装在交叉口，无法达到溢出状态的识别；

2、摄像头在日常使用中多数用于路面情况的监控和管理，无法专用于车辆协调优化，导致在实际应用中无法实时监控。

如何开发出一种更适用车辆协调优化状态的信号灯优化方法已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，解决现有技术中图像监测调控信号灯无法适用于协调优化优化控制的缺陷。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，包括以下步骤：

获取道路交叉口的交通流参数，根据交叉口之间路段长度、交叉口宽度、堵塞密度及车辆到达排队队尾的密度计算出协调优化检测器的安装位置，通过协调优化检测器和交叉口进口的车辆检测器获取相关交通参数；

计算排队长度，根据溢出检测器和交叉口进口的车辆检测器获取相关交通参数，计算相邻交叉口之间路段的车辆排队长度；

判定交叉口协调优化状态，计算车辆密度，根据车辆密度判断交叉口协调优化状态；

计算上行交叉口的绿灯放行时间，根据出现协调优化状态的上行交叉口的平均空间占有率，计算需调节的绿灯放行时间。

所述的获取道路交叉口的交通流参数包括以下步骤：

在道路交叉口安装进口车道检测器；

在道路交叉口出口安装协调优化检测器，计算出协调优化检测器的安装位置，其计算公式如下：

其中为道路交叉口的宽度，L^n,n+1为路段的长度，为堵塞密度，为车辆到达排队队尾的密度，为排队溢流检测器的位置；

通过排队溢流检测器测算单位时间内驶入检测路段内的车辆数Q_in；通过进口车道检测器测算单位时间内驶离检测路段内的车辆数Q_out；通过排队溢流检测器或进口车道检测器测算初始排队车辆数Q₀，初始排队车辆数Q₀为单位时间内的车辆通过数，若无车辆通过则Q₀为零。

所述的计算排队长度计算公式如下：

L_Q＝Q_in+Q₀-Q_out，

其中，L_Q为检测路段内排队车辆数，Q_in为单位时间内驶入检测路段内的车辆数，Q₀为初始排队车辆数，Q_out为单位时间内驶离检测路段内的车辆数。

所述的判定交叉口协调优化状态包括以下步骤：

计算当前周期内的时间占有率，其计算公式如下：

t_occ(n)＝t_off(n)-t_on(n)，

$t_{\mathrm{occ}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)}{T},$

其中，T为采集周期，t_occ(n)为第n辆车在检测器上停留的时间，t_on(n)为第n辆车驶入检测器的时间，t_off(n)为第n辆车驶离检测器的时间，t_occ为T周期时间内的时间占有率；

计算车辆密度，其公式如下：

$k=\frac{t_{\mathrm{occ}}}{L_v+L_d}$

其中，k为车辆密度，t_occ为T周期时间内的时间占有率，L_v为车辆长度，L_d为检测器有效感区长度；

判断车辆密度k是否大于协调优化阈值；若车辆密度k小于协调优化阈值，则不进行信号灯调节；若车辆密度k大于协调优化阈值，则计算上行交叉口的绿灯调整时间。

所述的计算上行交叉口的绿灯放行时间包括以下步骤：

计算上行各交叉口的平均空间占有率，其计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)=\frac{\stackrel{\‾}{1}\left(n\right)}{L\left(n\right)}$

其中，为第n与第n-1个路口之间路段平均排队车辆数，

L(n)为第n与第n-1个路口之间路段最大排队车辆数，

为第n与第n-1个路口之间路段平均空间占有率；

计算n个路口之间路段空间占有率的平均值，其计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)}{N}$

其中，为n个路口之间路段的平均空间占有率，N为n个路口个数；

计算与的差值，其计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{T}\left(n\right)={\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)-{\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}};$

计算各路口的流量差ΔQ(n)，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔQ}\left(n\right)=\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{T}\left(n\right)\×L\left(n\right);$

计算出各路口需要调节的交通信号灯相位增加或减少的时间，其计算公式如下：

$\mathrm{\Δt}\left(n\right)=\frac{\mathrm{\ΔQ}\left(n\right)}{Q_p\left(n\right)}\×t_p,$

其中，Δt(n)为需要调节绿灯放行时间差，t_p为需要调节相位绿灯时间；如果Δt(n)为正数，则交通信号灯相位时间为t_p+Δt(n)；如果Δt(n)为负数，最终的相位时间为t_p-|Δt(n)|；

根据Δt(n)延长或缩短上行交叉口的绿灯放行时间。

本发明的有益效果：

与现有技术相比利用安装在道路交叉口进出口的车辆检测器，实时检测排队长度参数与协调优化事件，通过调节交通信号控制的绿灯放行时间，实现区域内各交叉口的排队长度均衡，解决交叉口的协调优化问题；在交叉口进口所有车道距离停车线后5米处安装车辆检测器，上游交叉口连接下游交叉口的出口车道安装协调优化车辆检测器，通过车辆检测器和协调优化车辆检测器来分析判断当前多个道路交叉口的溢出状态，实时调节信号灯，延长或缩短绿灯时间，达到道路使用最优化。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为相邻道路交叉口检测器安装位置示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所述的一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，包括以下步骤：

第一步，获取道路交叉口的交通流参数。根据交叉口之间路段长度、交叉口宽度、堵塞密度及车辆到达排队队尾的密度计算出协调优化检测器的安装位置。溢出检测器和车辆检测器为同样的产品，只是安装位置不同，为现有技术中的技术，可以监测车辆通过情况。溢出检测器的作用是实时监测交叉口出口协调优化事件，则要求溢出检测器的安装位置既要预留解锁协调优化事件需要的最小排队空间，又要避免引起死锁现象的出现，还要最大程度提高协调优化事件检测的准确度，因此溢出检测器的安装位置是相对于车辆检测器计算得出，然后再通过溢出检测器和交叉口进口的车辆检测器获取相关交通参数。其具体步骤如下：

(1)如图2所示，先在道路交叉口安装进口车道检测器。

(2)在道路交叉口出口安装协调优化检测器，计算出协调优化检测器的安装位置，根据计算结果安装协调优化检测器，其计算公式如下：

$l_d^{n,n+1}=L^{n,n+1}-\frac{L_w^n}{k_j^{n,n+1}/k_s^{n,n+1}-1},$

其中为道路交叉口的宽度，L^n,n+1为路段的长度，为堵塞密度，为车辆到达排队队尾的密度，为排队溢流检测器的位置，L^n,n+1、和通过实际测量和实际道路口的调研获取。

(3)通过安装的溢出检测器和交叉口进口的车辆检测器可获取相关交通参数用于第二步的排队长度的计算和第三步协调优化事件的判定。通过排队溢流检测器测算单位时间内驶入检测路段内的车辆数Q_in；通过进口车道检测器测算单位时间内驶离检测路段内的车辆数Q_out；通过排队溢流检测器或进口车道检测器测算初始排队车辆数Q₀，初始排队车辆数Q₀为单位时间内的车辆通过数，若无车辆通过则Q₀为零。

第二步，计算排队长度，计算排队长度和第三步判定交叉口协调优化状态为并列计算步骤，均是为了第四步计算上行交叉口的绿灯放行时间作数据准备。排队长度表示交叉口n与交叉口n+1之间路段的车辆排队，在已知初始排队长度的基础上，利用获取的出入检测路段内车辆数差，计算得到排队长度。根据溢出检测器和交叉口进口的车辆检测器获取相关交通参数，计算相邻交叉口之间路段的车辆排队长度,计算排队长度计算公式如下：

L_Q＝Q_in+Q₀-Q_out，

其中，L_Q为检测路段内排队车辆数，Q_in为单位时间内驶入检测路段内的车辆数，Q₀为初始排队车辆数，Q_out为单位时间内驶离检测路段内的车辆数。

第三步，判定交叉口协调优化状态，计算车辆密度，根据车辆密度判断交叉口协调优化状态。判定交叉口协调优化事件的交通参数主要是车辆密度，根据交叉口的道路等级设置相应的协调优化事件阈值，如果车流密度大于等于协调优化事件阈值，就可以判定交叉口出现协调优化事件。其具体步骤如下：

(1)计算当前周期内的时间占有率，通过时间占有率才可以计算出车辆密度，其计算公式如下：

t_occ(n)＝t_off(n)-t_on(n)，

$t_{\mathrm{occ}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)}{T},$

其中，T为采集周期，t_occ(n)为第n辆车在检测器上停留的时间，t_on(n)为第n辆车驶入检测器的时间，t_off(n)为第n辆车驶离检测器的时间，t_occ为T周期时间内的时间占有率。

(2)计算车辆密度，其公式如下：

$k=\frac{t_{\mathrm{occ}}}{L_v+L_d}$

其中，k为车辆密度，t_occ为T周期时间内的时间占有率，L_v为车辆长度，L_d为检测器有效感区长度。

(3)判断车辆密度k是否大于协调优化阈值，阈值通过调研得到，在实际应用中，可以观测出现协调优化时的车辆密度，统计平均后就可以作为车辆密度协调优化阈值。若车辆密度k小于协调优化阈值，则不进行信号灯调节，说明当前道路不需要进行信号灯的调整；若车辆密度k大于协调优化阈值，说明当前路口出现了协调优化状态，需要计算上行交叉口的绿灯调整时间，以达到交通信号的优化控制。

第四步，计算上行交叉口的绿灯放行时间，根据出现协调优化状态的上行交叉口的平均空间占有率，计算所调节的绿灯放行时间。在这里上行交叉口的绿灯放行时间不仅仅是增加绿灯放行时间，也包括减少绿灯放行时间，这样可以根据实际计算结果，更好的优化交通信号，考虑了上行多个交叉口的情况，从而作出当前上行交叉口信号灯的处理。此举需要在上行多个路段依照以上方法步骤安装溢出检测器和车辆检测器，并进行上述步骤的数据计算，以供本步骤的计算处理。当然，若只选择一个路段进行设备安装和计算也可以，但会带来交通信号优化控制不准确的问题。其具体要求包括以下步骤：

(1)计算上行各交叉口的平均空间占有率，其计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)=\frac{\stackrel{\‾}{1}\left(n\right)}{L\left(n\right)}$

其中，为第n与第n-1个路口之间路段平均排队车辆数，即L_Q在一定周期内的平均值，此周期为出现协调优化前的一段时间，可根据实际情况具体选择确定；

L(n)为第n与第n-1个路口之间路段最大排队车辆数，

为第n与第n-1个路口之间路段平均空间占有率。

(2)计算n个路口之间路段空间占有率的平均值，其计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)}{N}$

其中，为n个路口之间路段的平均空间占有率，即经过本发明优化后的路口之间空间占有率的理想值，N为n个路口个数。

(3)计算与的差值，其计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{T}\left(n\right)={\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)-{\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}.$

(4)计算各路口的流量差ΔQ(n)，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔQ}\left(n\right)=\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{T}\left(n\right)\×L\left(n\right),$

经过此步计算后，各路口的流量差ΔQ(n)即为需要优化调节的一个参数流量差。

(5)计算出各路口需要调节的交通信号灯相位增加或减少的时间，其计算公式如下：

$\mathrm{\Δt}\left(n\right)=\frac{\mathrm{\ΔQ}\left(n\right)}{Q_p\left(n\right)}\×t_p,$

其中，Δt(n)为需要调节绿灯放行时间差，即计算最终的优化参数，t_p为需要调节相位绿灯时间。

如果该值Δt(n)为正数，则交通信号灯相位时间为t_p+Δt(n)；如果该值Δt(n)为负数，则交通信号灯最终的相位时间为t_p-|Δt(n)|；

(6)根据Δt(n)以上计算结果，对交通信号灯相位时间进行t_p+Δt(n)或t_p-|Δt(n)|的调整，延长或缩短上行交叉口的绿灯放行时间。实现N个路口的空间占有率均衡，解决了交叉口协调优化的交通问题。在交通信号灯相位时间调整后，道路的排队长度也发生了改变，还可以再实时监测道路情况，根据后续其他时段车辆依据本方法进行相应信号灯相位时间的调整。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取道路交叉口的交通流参数，根据交叉口之间路段长度、交叉口宽度、堵塞密度及车辆到达排队队尾的密度计算出协调优化检测器的安装位置，通过协调优化检测器和交叉口进口的车辆检测器获取相关交通参数；

计算排队长度，根据溢出检测器和交叉口进口的车辆检测器获取相关交通参数，计算相邻交叉口之间路段的车辆排队长度；

判定交叉口协调优化状态，计算车辆密度，根据车辆密度判断交叉口协调优化状态；

计算上行交叉口的绿灯放行时间，根据出现协调优化状态的上行交叉口的平均空间占有率，计算需调节的绿灯放行时间。

2.根据权利要求1所述的一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，其特征在于，所述的获取道路交叉口的交通流参数包括以下步骤：

在道路交叉口安装进口车道检测器；

在道路交叉口出口安装协调优化检测器，计算出协调优化检测器的安装位置，其计算公式如下：

其中为道路交叉口的宽度，L^n,n+1为路段的长度，为堵塞密度，为车辆到达排队队尾的密度，为排队溢流检测器的位置；

通过排队溢流检测器测算单位时间内驶入检测路段内的车辆数Q_in；通过进口车道检测器测算单位时间内驶离检测路段内的车辆数Q_out；通过排队溢流检测器或进口车道检测器测算初始排队车辆数Q₀，初始排队车辆数Q₀为单位时间内的车辆通过数，若无车辆通过则Q₀为零。

3.根据权利要求1所述的一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，其特征在于，所述的计算排队长度计算公式如下：

L_Q＝Q_in+Q₀-Q_out，

其中，L_Q为检测路段内排队车辆数，Q_in为单位时间内驶入检测路段内的车辆数，Q₀为初始排队车辆数，Q_out为单位时间内驶离检测路段内的车辆数。

4.根据权利要求1所述的一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，其特征在于，所述的判定交叉口协调优化状态包括以下步骤：

计算当前周期内的时间占有率，其计算公式如下：

t_occ(n)＝t_off(n)-t_on(n)，

$t_{\mathrm{occ}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)}{T},$

其中，T为采集周期，t_occ(n)为第n辆车在检测器上停留的时间，t_on(n)为第n辆车驶入检测器的时间，t_off(n)为第n辆车驶离检测器的时间，t_occ为T周期时间内的时间占有率；

计算车辆密度，其公式如下：

$k=\frac{t_{\mathrm{occ}}}{L_v+L_d},$

其中，k为车辆密度，t_occ为T周期时间内的时间占有率，L_v为车辆长度，L_d为检测器有效感区长度；

判断车辆密度k是否大于协调优化阈值；若车辆密度k小于协调优化阈值，则不进行信号灯调节；若车辆密度k大于协调优化阈值，则计算上行交叉口的绿灯调整时间。

5.根据权利要求1所述的一种用于道路交叉口车辆协调优化状态的交通信号优化控制方法，其特征在于，所述的计算上行交叉口的绿灯放行时间包括以下步骤：

计算上行各交叉口的平均空间占有率，其计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)=\frac{\stackrel{\‾}{l}\left(n\right)}{L\left(n\right)}$

其中，为第n与第n-1个路口之间路段平均排队车辆数，

L(n)为第n与第n-1个路口之间路段最大排队车辆数，

为第n与第n-1个路口之间路段平均空间占有率；

计算n个路口之间路段空间占有率的平均值，其计算公式如下：

${\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)}{N}$

其中，为n个路口之间路段的平均空间占有率，N为n个路口个数；

计算与的差值，其计算公式如下：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{T}\left(n\right)={\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}}\left(n\right)-{\stackrel{\‾}{T}}_{\mathrm{occ}};$

计算各路口的流量差ΔQ(n)，其计算公式如下：

$\mathrm{\ΔQ}\left(n\right)=\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{T}\left(n\right)\×L\left(n\right);$

计算出各路口需要调节的交通信号灯相位增加或减少的时间，其计算公式如下：

$\mathrm{\Δt}\left(n\right)=\frac{\mathrm{\ΔQ}\left(n\right)}{Q_p\left(n\right)}\×t_p,$

其中，Δt(n)为需要调节绿灯放行时间差，t_p为需要调节相位绿灯时间；如果Δt(n)为正数，则交通信号灯相位时间为t_p+Δt(n)；如果Δt(n)为负数，最终的相位时间为t_p-|Δt(n)|；

根据Δt(n)延长或缩短上行交叉口的绿灯放行时间。