CN104794910A - 基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法，其包括如下步骤：步骤1、设置车辆排队计数器、车辆到达检测器以及感应信号灯；步骤2、选择当前相位，并确定当前相位的相位绿灯时间；步骤3、在相位绿灯时间进入单位绿灯延长时间内时，有车辆进入当前相位的车道内时，则增加一个单位绿灯延长时间，否则，在当前相位的绿灯时间结束后跳转至步骤4；步骤4、当存在车辆等待时间超过最长红灯时间的相位时，则将该相位作为下一绿时相位，否则，最大车辆排队长度的相位确定为下一绿时相位；步骤5、确定下一绿时相位对应的相位绿灯时间，并跳转至步骤3。本发明增加交叉口的通行能力，减少绿灯资源的损失，提高交通安全。

Description

基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法

技术领域

本发明涉及一种信号控制方法，尤其是一种基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法，属于交通信号灯的技术领域。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，城市化脚步不断加快，城市规模，机动车数量都在急剧增多，尤其是在北上广等大城市，道路交叉口的交通需求日益增加，各进口道的车流量都比较大，面对这种城市发展中日益突出的交通问题，如何寻找一个有效的解决办法已经成为亟待解决的重要研究课题。

目前，我国大城市交通需求比较大的交叉口选择的基本都是定时定周期的信号控制方法，每一个相位都设置了固定的绿灯、黄灯以及红灯时间，这些绿、黄、红时的长度都是依据历史交通流的统计结果确定的，使用效率低，容易过时，但交通流的一个明显特点就是随机性比较强，交叉口各进口道在不同时间段会有不同的交通需求，所以定时信号控制方法不能很好得和实时到达的交通流很好的匹配，容易造成绿灯资源的浪费，已经不能满足当下车辆通行的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法，其增加交叉口的通行能力，减少绿灯资源的损失，提高交通安全。

按照本发明提供的技术方案，一种基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法，所述全感应信号控制方法包括如下步骤：

步骤1、在交叉口每个相位的进口道的停车线处设置车辆排队计数器，在所述设置车辆排队计数器的后方设置车辆到达检测器，在所述停车线的正前方设置感应信号灯，且设置所有感应信号灯的最长绿灯时间G_max、单位绿灯延长时间g₀以及最长红灯时间R_max；

步骤2、选择交叉口车流量最大的一个相位作为当前相位，并根据车辆排队计数器的计数值确定当前相位的最小绿灯时间G_min，且根据单位绿灯延长时间g₀确定当前相位的相位绿灯时间；

步骤3、在相位绿灯时间进入单位绿灯延长时间g₀内时，通过车辆到达检测器检测有车辆进入当前相位的车道内时，则将当前相位的绿灯时间增加一个单位绿灯延长时间g₀，否则，等待当前相位的绿灯时间并在当前相位的绿灯时间结束后跳转至步骤4；

步骤4、当交叉口的相位中存在车辆等待时间R超过最长红灯时间R_max的相位时，则将所述车辆等待时间R超过最长红灯时间R_max的相位作为下一绿时相位，否则，根据交叉口中的车辆排队计数器确定最大的车辆排队长度并将所述确定最大车辆排队长度的相位确定为下一绿时相位；

步骤5、确定下一绿时相位对应的相位绿灯时间，并跳转至步骤3。

所述相位绿灯时间G为

G＝G_min+g₀

其中，G_min＝t_损+L/v，t_损为排队首车的启动反应时间，L为车辆排队计数器得到的车辆排队长度，v为排队车辆通过交叉口的车速。

本发明通过给交叉口各进口道设置车辆排队计数器、车辆到达检测器和进口道的正前方设置感应信号灯，具有如下的效果：

1、和常规的定时信号控制方法相比，没有按顺序切换相位，而是有选择的切换相位，更加适应交叉口进口道的交通需求实时变化的情况，减少绿时资源的浪费；

2、和常规的感应信号控制方法相比，预设一个固定长度的最小绿灯时间，引入了车辆排队计数器，可以精确测得排队车辆的长度，在每一次切换相位执行时，都先计算该相位的最小绿灯时间，在一定程度上减少了绿时资源的浪费，提高了交叉口的通行能力；

3、和常规的感应信号控制方法相比，切换相位的判断条件不再是相位有车即满足切换条件，而是选择车辆排队长度最长的相位作为下一个绿灯时相位，在一定程度上减少了相位切换次数，减少了绿时资源的浪费，提高了交叉口的通行能力；

4、更加适合于各进口道车流都比较大的交叉口，通过优化相位的通行顺序，从整体上提高了交叉口的通行能力；

5、还设置了最长绿灯时间和最长红灯时间，最长绿灯时间避免了某个相位由于车流量比较大一直占据通行权的情况，最长红灯时间避免了某个相位由于排队车辆长度较短，一直无法获得通行权的情况，这两个时间的设置保证了算法在交通状况发生一些特殊情况时，仍然能够很好的执行。

附图说明

图1为本发明具体实施的示意图。

图2为本发明的流程图。

附图标记说明：1-第一车辆到达检测器、2-第二车辆到达检测器、3-第一车辆排队计数器、4-第二车辆排队计数器、5-第一感应信号灯、6-第二感应信号灯、7-第三车辆排队计数器、8-第四车辆排队计数器、9-第三车辆到达检测器、10-第四车辆到达检测器、11-第三感应信号灯、12-第四感应信号灯、13-第五车辆排队计数器、14-第六车辆排队计数器、15-第五车辆到达检测器、16-第六车辆到达检测器、17-第五感应信号灯、18-第六感应信号灯、19-第七车辆排队计数器、20-第八车辆排队计数器、21-第七车辆到达检测器、22-第八车辆到达检测器、23-第七感应信号灯以及24-第八感应信号灯。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示：为了增加交叉口的通行能力，减少绿灯资源的损失，提高交通安全，本发明全感应信号控制方法包括如下步骤：

步骤1、在交叉口每个相位的进口道的停车线处设置车辆排队计数器，在所述设置车辆排队计数器的后方设置车辆到达检测器，在所述停车线的正前方设置感应信号灯，且设置所有感应信号灯的最长绿灯时间G_max、单位绿灯延长时间g₀以及最长红灯时间R_max；

在具体实施时，在交叉口的所有非右转进口道的停车线处设置车辆排队计数器，在停车线后方设置车辆到达检测器，在停车线的正前方，设置感应信号灯；其中，车辆排队计数器用于检测相位红灯期间停在停车线后面的车辆的排队长度，车辆到达检测器用于检测是否有车辆驶入所述车辆到达检测器所在的进口道，感应信号灯需要和车辆排队计数器以及车辆到达检测器协调配合，用于控制交叉口进口道上车辆的通行和停车。

本发明实施例中，一个交叉口所有的车辆排队计数器、车辆到达检测器以及感应信号灯均需要与同一个信号灯控制系统连接，由信号灯控制系统根据每个相位的车辆排队计数器、车辆到达检测器来控制感应信号灯的切换。车辆排队计数器、车辆到达检测器、感应信号灯以及信号灯控制系统均采用本技术领域常用的设备，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

最长绿灯时间G_max是相位绿灯时间长度的上限；单位绿灯延长时间g₀是当车辆到达检测器检测到有车辆进入车辆到达检测器所在的进口道时，当前相位绿灯时间延长的一个时间长度，该单位绿灯延长时间g₀一方面用于检测进口道上车流的连续性，如果在单位绿灯延长时间g₀内，没有连续的车辆通过车辆到达检测器，说明车流出现断流现象，另一方面保证新到达的车辆能够在当前的感应信号灯变为红灯之前能够通过停车线；最长红灯时间R_max是指某个相位等待车辆的最长等待时间，当该相位的车辆等待时间超过最长红灯时间R_max时，该相位的车辆拥有优先通行权。其中，必然有：G_max＞0、g₀＞0以及R_max＞0。

步骤2、选择交叉口车流量最大的一个相位作为当前相位，并根据车辆排队计数器的计数值确定当前相位的最小绿灯时间G_min，且根据单位绿灯延长时间g₀确定当前相位的相位绿灯时间；

本发明实施例中，所述相位绿灯时间G为

G＝G_min+g₀

其中，G_min＝t_损+L/v，t_损为排队首车的启动反应时间(单位为秒)，L为车辆排队计数器得到的车辆排队长度(单位为米)，v为排队车辆通过交叉口的车速(单位为米每秒)。排队首车的启动反应时间以及排队车辆通过交叉口的车速可以根据所述交叉口的历史统计参数来或国家规定的参数确定。

步骤3、在相位绿灯时间进入单位绿灯延长时间g₀内时，通过车辆到达检测器检测有车辆进入当前相位的车道内时，则将当前相位的绿灯时间增加一个单位绿灯延长时间g₀，否则，等待当前相位的绿灯时间并在当前相位的绿灯时间结束后跳转至步骤4；

通过将绿灯时间保证新到达的车辆能够在当前的感应信号灯变为红灯之前能够通过停车线，当前相位的绿灯时间结束后，需要进行相位切换，以便下一个相位的车辆能够通过交叉口。在具体实施时，增加单位绿灯延长时间g₀后得到绿灯时间综合不能超过最长绿灯时间G_max，否则也要跳转至步骤4；

步骤4、当交叉口的相位中存在车辆等待时间R超过最长红灯时间R_max的相位时，则将所述车辆等待时间R超过最长红灯时间R_max的相位作为下一绿时相位，否则，根据交叉口中的车辆排队计数器确定最大的车辆排队长度并将所述确定最大车辆排队长度的相位确定为下一绿时相位；

步骤5、确定下一绿时相位对应的相位绿灯时间，并跳转至步骤3。

当切换相位时，需要判断两个条件，首先判断其它所有相位中是否存在车辆等待时间R超过最长红灯时间R_max的相位，如果有，该相位优先获得车辆通行权，即切换绿灯时间到该相位，如果没有则继续判断，对比其它所有相位进口道的车辆排队长度L，选择最长车辆排队长度L_max所在的相位作为下一个车辆通行的相位，所述排队长度指的是某一个相位从上一次绿灯结束开始到条件判断时间为止的这一段时间内，停在该相位所有车道的停车线后面的排队车辆的距离长度，单位是m，所选择的相位不一定是上一相位的相邻相位，即实现“跳相功能”，即在相位的切换过程中，不一定是按照顺序切换，而是根据进口道的交通需求作为切换依据，则必然有：

L_max＝max(L₁,L₂ L L L_k)，其中，L_k是第k相位的车辆排队长度；R≤R_max。

以图1所示的交叉口为例进行具体说明，其中交叉口有四个方向，每个方向有两个相位——直行相位和左转相位，右转车道不设相位，不受信号灯的控制，整个交叉口共四个相位——南北直行、南北左转、东西直行以及东西左转，每个相位有对向的两个进口道，图中的箭头代表车流的流向，图中只画出了由南向北相位的车流流向，其它相位车流的流向类同；

为交叉口的每一个相位设置车辆排队计数器，车辆到达检测器和感应信号灯，在南北直行相位进口道的停车线处设置车辆排队计数器分别是第三车辆排队计数器7以及第七车辆排队计数器19，进口道正前方的感应信号灯分别是第四感应信号灯12以及第八感应信号灯24，车辆到达检测器分别是第三车辆到达检测器9以及第七车辆到达检测器21，距离停车线的距离是l₁。

在南北左转相位进口道的停车线处设置车辆排队计数器分别是第四车辆排队计数器8以及第八车辆排队计数器20，进口道正前方的感应信号灯分别是第三感应信号灯11以及第七感应信号灯23，车辆到达检测器分别是第四车辆到达检测器10以及第八车辆到达检测器22，距离停车线的距离是l₂。

在东西直行相位进口道的停车线处设置车辆排队计数器分别是第二车辆排队计数器4以及第五车辆排队计数器13，进口道正前方的感应信号灯分别是第二感应信号灯6以及第六感应信号灯18，车辆到达检测器分别是第一车辆到达检测器1以及第五车辆到达检测器15，距离停车线的距离是l₃。

在东西左转相位进口道的停车线处设置车辆排队计数器分别是第一车辆排队计数器3以及第六车辆排队计数器14，进口道正前方的感应信号灯分别是第一感应信号灯5以及第五感应信号灯17，车辆到达检测器分别是第二车辆到达检测器2以及第六车辆到达检测器16，距离停车线的距离是l₄。

其中，距离l₁、距离l₂、距离l₃以及距离l₄为

l_k＝v_kg(g₀+1)

其中，l_k为第k相位车辆到达检测器到停车线的距离，单位为米(m)；v_k为第k相位车道上车辆的正常行驶速度，单位为米每秒(m/s)；g₀为单位绿灯延长时间，一般设为2～3s。

设置所有相位的最大绿灯时间为40s，单位绿灯延长时间为2s，最长红灯时间为200s。假设南北直行相位的平均车流量最大，作为信号周期的初始相位和拥有通行权的当前相位，标记为P；当前相位P的最大车辆排队长度为L，计算初始相位的最小绿灯时间G_min，根据我国交通法规的规定，排队车辆通过交叉口的车速v可取20km/h，t_损在没有统计的情况下默认取值为1.5s。设置当前相位的初始绿灯时间G₀为最小绿灯时间和一个单位绿灯延长时间g₀之和，开启当前相位的感应信号灯为绿灯；

G₀＝G_min+g₀。

判断当前相位的最小绿灯时间G_min是否消耗完毕，则进入单位绿灯延长时间g₀内。进入单位绿灯延长时间g₀内后，通过车辆到达检测器是否检测到车辆，如果检测到就从当前时刻起为相位绿灯时间添加一个单位绿灯延长时间g₀，当车辆到达检测器没有检测到车辆时，判断当前相位的绿灯时间是否消耗完毕。

当添加一个单位绿灯延长时间后，判断当前相位的绿灯时间是否超过了本相位规定的最长绿灯时间G_max，如果没有超过最长绿灯时间G_max，则继续通过车辆到达检测器检测是否有新车辆进入所述车辆到达检测器所在的进口道。若当前相位的绿灯时间结束或绿灯时间超过了最长绿灯时间G_max，检测其他三个相位是否存在车辆排队时间超过各自相位最长红灯时间R_max的相位，如果有则选定该相位为下一个车辆通行相位，标记为P′，否则，对比当前时刻其它三个相位六个进口道的车辆排队长度，选择最大的一个为L′，并且标记最大车辆排队长度所在的相位为P′，转变当前相位感应信号灯为红灯状态，切换相位，P＝P′，L＝L′，重复上述过程，以持续对所述交叉口进行信号控制。

Claims (2)

1.一种基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法，其特征是，所述全感应信号控制方法包括如下步骤：

步骤1、在交叉口每个相位的进口道的停车线处设置车辆排队计数器，在所述设置车辆排队计数器的后方设置车辆到达检测器，在所述停车线的正前方设置感应信号灯，且设置所有感应信号灯的最长绿灯时间G_max、单位绿灯延长时间g₀以及最长红灯时间R_max；

步骤2、选择交叉口车流量最大的一个相位作为当前相位，并根据车辆排队计数器的计数值确定当前相位的最小绿灯时间G_min，且根据单位绿灯延长时间g₀确定当前相位的相位绿灯时间；

步骤3、在相位绿灯时间进入单位绿灯延长时间g₀内时，通过车辆到达检测器检测有车辆进入当前相位的车道内时，则将当前相位的绿灯时间增加一个单位绿灯延长时间g₀，否则，等待当前相位的绿灯时间并在当前相位的绿灯时间结束后跳转至步骤4；

步骤4、当交叉口的相位中存在车辆等待时间R超过最长红灯时间R_max的相位时，则将所述车辆等待时间R超过最长红灯时间R_max的相位作为下一绿时相位，否则，根据交叉口中的车辆排队计数器确定最大的车辆排队长度并将所述确定最大车辆排队长度的相位确定为下一绿时相位；

步骤5、确定下一绿时相位对应的相位绿灯时间，并跳转至步骤3。

2.根据权利要求1所述的基于排队长度的具有跳相功能的全感应信号控制方法，其特征是：所述相位绿灯时间G为

G＝G_min+g₀

其中，G_min＝t_损+L/v，t_损为排队首车的启动反应时间，L为车辆排队计数器得到的车辆排队长度，v为排队车辆通过交叉口的车速。