CN104952263B - 基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，具体提出了一种基于相位差渐进循环协调的信号控制策略，并将其与应急车辆优先信号控制策略相结合进行应急车辆优先信号控制，给出了应急车辆优先信号配时转换控制策略和动态相位差的计算方法。在由交叉路口组成的城市道路系统中，采用三种应急车辆的信号控制策略进行了微观仿真实验，结果表明，本发明提出的基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略通过对各交叉路口相位动态循环渐进微调后，再采用应急车辆优先信号控制策略进行控制，可以使应急车辆安全不停车地通过交叉路口，且达到了对非应急车辆影响最小的效果。

Description

基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法

技术领域

本发明属于智能交通领域，涉及道路信号灯控制，具体涉及一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法。

背景技术

应急车辆在道路上的行驶，会对附近车辆的正常运行造成非常大的影响，进而诱发交通拥堵或交通事故。应急车辆优先信号可有效降低应急车辆的救援响应时间，但可能会打断原有的信号协调，再加上信号控制器间缺乏信息共享，会对一般交通造成不必要的延误。

如何既减少应急车辆的响应时间，又能最小化对一般交通的影响成为近几年来的研究热点。Qin X L提出两个信号配时转换策略使应急车辆优先信号来减少响应时间并最小化应急操作对一般交通的影响。杨兆升等采用延长绿灯时间，缩短红灯时间和多相位协调模糊控制三种策略，基于RFID技术实现了单点信号的应急车辆优先控制以减小应急车辆在单交叉路口的延误时间。马超等基于多智能体研究多应急车辆在同一时间段内通过同一交叉路口的优先信号控制。谢秉磊等以应急车辆安全无延误通过交叉路口为第一模型，社会车辆排队最小为第二模型，建立了交叉路口优先信号转换和优化的方法。王吟松等采用DSRC设备研究了车辆与路侧设备相互通信的车路协同环境下紧急车辆的优先信号控制。蒋光胜等介绍了奥运中心区利用射频技术进行交叉路口公交优先和紧急车辆优先的控制逻辑和控制策略。

虽然近年来对应急车辆优先信号控制的研究取得了一定的成就，但目前大多数应急车辆优先信号控制策略仍采用传统的单交叉路口“请求→决策→应答”的模式。该模式的缺点在于，在固定相位相序条件下，仅通过算法缩短红灯时间或延长绿灯时间来调整原有信号配时参数，会打断原有的信号协调；而且在该模式下，应急车辆通过交叉路口后需要算法复杂、数学计算量大、实用性较低的信号恢复过程。Teng H H基于“请求→决策→应答”的模式的仿真测试结果表明，信号系统的协调被应急车辆优先打断后，需要4个周期左右的时间进行恢复，而且会增加4％至58％的交通延误。基于上述背景，Kamalanathsharma在信号交叉路口采用动态相位差来代替优先请求信号建立了应急车辆交通自适应优先系统，但未对路径较短的道路进行深入研究，应用于较短的道路时会产生协调紊乱，无法满足应急车辆优先通行的需求。

目前大多数应急车辆优先信号控制策略仍采用传统的单交叉路口“请求→决策→应答”的模式。该模式的缺点在于，在固定相位相序条件下，仅通过算法缩短红灯时间或延长绿灯时间来调整原有信号配时参数，会打断原有的信号协调；而且在该模式下，应急车辆通过交叉路口后需要算法复杂、数学计算量大、实用性较低的信号恢复过程。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，针对应急车辆信号需要“绝对优先”的运行特性，使应急车辆安全不停车地通过交叉路口，同时在不使用复杂的信号恢复策略条件下，达到占用较少的相交相位绿灯时间的效果，对非应急车辆的影响降到最低。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，其特征在于，该方法将应急车辆优先信号控制策略与相位差渐进循环协调控制策略相结合；具体包括以下步骤：

步骤一，应急车辆发出应优先请求信号给第一个交叉路口的信号控制器，第一个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第一个交叉路口的信号灯进行配时，第一个交叉路口的信号控制器并将优先请求信号发送给第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；

步骤二，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第一个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；

步骤三，当应急车辆通过第一个交叉路口驶入下一路段，应急车辆将给第二个交叉路口发送优先请求信号，第二个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第二个交叉路口的信号灯进行配时，第二个交叉路口的信号控制器同时将优先请求信号发送给第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；

第二个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第二个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；如此循环迭代，直至应急车辆到达目的地；

所述的相位差渐进循环协调控制策略如下所述：

当第i个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器收到优先请求信号后，计算第i个交叉路口下游的每个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差，并对第i个交叉路口下游的每个交叉路口的信号灯执行相位调整配时；

第i+j个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差δ计算方法为式Ⅰ：

$\mathrm{\δ}=\frac{L_{i+j}}{V_{\mathrm{EV}}}-(\frac{L_q+L_m}{V_q}+\frac{L_{\mathrm{EV}}}{V_{\mathrm{EV}}})$ 式Ⅰ

其中：L_i+j为应急车辆距第(i+j)个交叉路口的距离；

i＝1，2，...，n-1，j＝1，2，...，n-i，n表示第n个交叉路口；

L_EV为应急车辆队列的长度；V_EV表示应急车辆的速度；

L_q表示静态排队队列长度；L_m表示缓慢移动队列长度；V_q表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列中；当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，以第i个交叉路口的信号控制器采用应急车辆优先信号控制策略时的时刻作为第(i+j)个交叉路口排队队列长度L_q和移动队列长度L_m的计算起始时间点；

交叉路口信号灯的周期为C，取δ'＝δ％C，当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，控制第(i+j)个交叉路口的信号灯与第i个交叉路口的信号灯之间的相位差为δ'。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的应急车辆优先信号控制策略如下所述：

(A)若当前交叉路口信号灯为红灯，且剩余红灯时间t_sr≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若t_sr＞t'，则信号控制器提前(t_sr-t')时间启亮绿灯；

(B)若当前交叉路口信号灯为黄灯，判断剩余黄灯时间和红灯时间之和t_sy+t_r与t'的关系。若t_sy+t_r≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若t_sy+t_r＞t'，则信号灯需要提前(t_sy+t_r-t')时间启亮绿灯；

(C)若当前交叉路口信号灯为绿灯，说明此时车辆队列正在消散，需要判断剩余绿灯时间t_sg与应急车辆到达并通过交叉路口所需的时间t″之间的关系：

若t_sg≥t”，则无需调整交通灯配时，应急车辆即可在绿灯时间段内通过交叉路口；

若t_sg＜t”，则将t”与最大绿灯时间G_max进行比较，若t”≤G_max，则延长绿灯时间(t”-t_sg)，若t”＞G_max，则分配给当前交叉路口与应急车辆行驶方向垂直的相交相位最小绿灯时间G_min，在下周期提前启亮当前交叉路口应急车辆行驶方向的绿灯；

其中：

t_sr表示剩余红灯时间，t_sy表示剩余黄灯时间，t_sg表示剩余绿灯时间，t_r表示红灯时间，G_max最大绿灯时间；

t′表示，信号灯为任意灯色都不影响应急车辆通行的时间，t′＝t_n-t_q-t_safe；

t″表示应急车辆到达并通过交叉路口所需的时间，t″＝t_n+t_EV；

t_n表示应急车辆前方不存在排队队列和移动队列情况下，应急车辆到达即将到达的交叉路口所需要的时间，

t_EV表示应急车辆队列到达交叉路口后全部通过交叉路口所需的时间， $t_{\mathrm{EV}}=\frac{L_{\mathrm{EV}}}{V_{\mathrm{EV}}};$

t_q表示应急车辆前方的排队队列消散所需的时间，

t_safe表示应急车辆与其前方相邻非应急车辆之间的安全时距；

L_EV为应急车辆队列的长度；V_EV表示应急车辆的速度；

L_n表示应急车辆距第n个交叉路口的距离；n表示第n个交叉路口；

L_q表示静态排队队列长度；L_m表示缓慢移动队列长度；V_q表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列中；当应急车辆即将到达第n个交叉路口时，第n个交叉路口的信号灯接收到优先请求信号的时刻作为第n个交叉路口排队队列长度L_q和移动队列长度L_m的计算起始时间点。

本发明的技术方案与现有技术相比，具有如下有益技术效果：

本发明采用动态相位差协调控制的思想，提出了基于相位差渐进循环协调的控制策略与应急车辆优先信号配时策略相结合，可以在具有多个交叉路口组成的干线系统条件下，根据道路实时拥塞水平，采用每个交叉路口的车辆排队长度计算优先绿灯相位差，在交叉路口信号控制器采用应急车辆优先信号控制策略调整信号时，触发相位差渐进循环协调子进程，实时动态调整下游每个交叉路口的相位和信号状态，逐渐产生一条“应急绿波带”，使应急车辆安全不停车的通过交叉路口，本发明提出的优先控制策略简单易操作，且由于多次触发相位差渐进循环协调控制策略对下游交叉路口的相位差进行一次次渐进微调，当应急车辆驶近下游某交叉路口时，该交叉路口的信号已逐渐调整到满足应急车辆的不停车通行需求的状态，此时再采用应急车辆优先信号控制策略使应急车辆“绝对优先”地自由畅行通过该交叉路口时，对其他相位和非应急车辆的影响将会非常小。本发明策略不再需要现有技术中提出的复杂的信号恢复方法，降低了应急车辆优先信号控制策略的复杂度。

本发明提出的基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略通过对各交叉路口相位动态循环渐进微调后，再采用应急车辆优先信号控制策略进行控制，可以使应急车辆安全不停车地通过交叉路口，且达到了对非应急车辆影响最小的效果。

附图说明

图1是应急车辆通过交叉路口示意图。

图2是时间分段示意图。

图3是相位差渐进循环协调控制策略示意图。

图4是应急车辆优先信号控制策略。

图5是应急车辆与全部车辆平均行程时间对比，图中1、2、3分别表示三种不同的控制策略。

图6是应急车辆与全部车辆平均延误时间对比，图中1、2、3分别表示三种不同的控制策略。

以下结合附图和仿真例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

一、应急车辆优先信号需求分析：

当应急车辆在道路上行驶时，为了使其连续不停车地通过前方各个交叉路口，以尽快到达救援地，需要应急车辆与前方交叉路口信号控制器进行信息交互，向其发出优先通行请求。如图1所示，在具有n个交叉路口的道路系统中，应急车辆距交叉路口1,2，…,n的距离分别为L₁,L₂,…,L_n，当应急车辆A需要通过交叉路口1时，即向该交叉路口的信号控制器发出优先通行请求，当交叉路口1收到A的优先通行请求后，需要根据该路段上的拥挤程度和交叉路口1与应急车辆A的距离等信息，采用不同的优先控制方法进行信号配时转换，以实现应急车辆自由流畅的通行。

但是在实际城市道路中，应急车辆前方可能会有自由行驶车辆、减速跟驰的移动队列L_m和停车排队队列L_q三类非应急车辆，如图1所示。为使应急车辆安全不停车到达救援地，需要在应急车辆到达交叉路口前，采用优先控制策略使移动队列L_m和停车排队队列L_q两类非应急车辆完全消散。

为了实现上述目的，本申请提出了一种应急车辆优先控制策略：当应急车辆A向交叉路口信号控制器1发出优先通行请求后，交叉路口信号控制器1根据当前交叉路口的排队长度和信号灯状态实施应急车辆优先信号控制策略，然后将该请求传送到下游交叉路口信号控制器2，3，…，n，下游每个交叉路口信号控制器根据其所在交叉路口与应急车辆的距离、车辆排队长度等信息计算与上游交叉路口间的相位差，进而调整信号灯相位，以达到应急车辆A到达该交叉路口时能够自由流畅通行的目的。应急车辆A每到达一个交叉路口，该交叉路口的信号控制器即调用一次应急车辆优先信号控制策略，并再次触发相位差渐进循环协调子进程进行下游交叉路口的优先信号配时和相位差的计算。如此循环迭代，直至应急车辆A到达目的地。

二、应急车辆优先信号控制策略：

设应急车辆A距交叉路口1的距离为L₁，如图1所示，若应急车辆A前方不存在排队队列和移动队列，则其到达交叉路口1所需的时间为：

$t_1=\frac{L_1}{V_{\mathrm{EV}}}---\left(1\right)$

此时若A是由一辆或多辆应急车辆形成的应急车辆队列，设应急车辆队列的长度为L_EV，V_EV为应急车辆的速度；此时应急车辆队列到达交叉路口后全部通过交叉路口所需的时间为：

$t_{\mathrm{EV}}=\frac{L_{\mathrm{EV}}}{V_{\mathrm{EV}}}---\left(2\right)$

若A前方存在由于交通拥塞或交叉路口信号控制器处于红灯状态导致的车辆排队队列(包括静态排队队列L_q和缓慢移动队列L_m)，此时，前方排队队列消散所需的时间为：

$t_q=\frac{L_q+L_m}{V_q}---\left(3\right)$

其中，V_q表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列L_m中。

又因为应急车辆队列首辆应急车辆需要与其前方相邻非应急车辆保持一定的安全距离，本申请设安全时距为t_safe(一般取3s)。

若前方道路交叉路口无车辆排队，只需在应急车辆A向交叉路口1发出优先通行请求t₁时间时信号灯启亮为绿灯，即可确保应急车辆能够顺利通过交叉路口；若前方道路交叉路口有车辆排队，则需提前t_q+t_safe时间启亮绿灯以消散前方队列，即需要t₁＞t_q+t_safe。如图2所示，若以T时刻为分界点，将t₁分为两个时间段t'和t_q+t_safe，为确保应急车辆能够自由流畅通过交叉路口，t'时间段内信号灯可以为任意灯色，但在T时刻点后，t_q+t_safe时间段内信号灯须为绿灯以消散排队队列。本申请假设t₁＞t_q+t_safe，即应急车辆到达交叉路口时，车辆排队队列已经完全消散。

一般情况下，应急车辆可能随时发出优先通行请求，此时交叉路口信号控制器应根据应急车辆优先信号控制策略，针对应急车辆发出优先通行请求时其所在道路交叉路口信号灯处于的状态(可能为红灯、绿灯或黄灯三种)分别完成相应的控制策略。

本申请的应急车辆优先信号控制策略如下：

1)若当前交叉路口信号灯为红灯，且剩余红灯时间t_sr≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若t_sr＞t'，则信号控制器提前(t_sr-t')时间启亮绿灯。

2)若当前交叉路口信号灯为黄灯，则与1)类似，即判断剩余黄灯时间和红灯时间之和t_sy+t_r与t'的关系。若t_sy+t_r≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若t_sy+t_r＞t'，则信号灯需要提前(t_sy+t_r-t')时间启亮绿灯。

3)若当前交叉路口信号灯为绿灯，说明此时车辆队列正在消散，以第一个交叉路口为例，需要判断剩余绿灯时间t_sg与应急车辆到达并通过交叉路口所需的时间t”＝t₁+t_EV之间的关系：a)若t_sg≥t”，则无需调整交通灯配时，应急车辆即可在绿灯时间段内通过交叉路口；b)若t_sg＜t”，则将t”与最大绿灯时间G_max进行比较，若t”≤G_max，则延长绿灯时间(t”-t_sg)，若t”＞G_max，则分配给当前交叉路口与应急车辆行驶方向垂直的相交相位最小绿灯时间G_min，在下周期提前启亮当前交叉路口应急车辆行驶方向的绿灯；举例说明相交相位，比如东西方向是相位1，南北方向是相位2，相位2是相位1的相交相位。

三、基于相位差渐进循环协调的优先信号控制策略：

3.1、动态相位差计算建模

当交叉路口i采用上文提出的应急车辆优先信号控制策略调整信号配时时，交叉路口i+1,i+2…,n的信号控制器在接收到交叉路口i的应急请求后，根据其所在交叉路口的车辆排队情况和道路实时拥塞程度计算相应的优先绿时相位差，渐进地调节其所在交叉路口的信号配时，为应急车辆提供连续的应急绿波带。假设各个交叉路口应急车辆行驶方向上的排队队列和移动队列分别为和则相对于交叉路口i，交叉路口i+1,i+2…,n的信号相位差为(为统一，均省去交叉路口上标)：

$\mathrm{\δ}=t_{i+j}-(t_q+t_{\mathrm{EV}})=\frac{L_{i+j}}{V_{\mathrm{EV}}}-(\frac{L_q+L_m}{V_q}+\frac{L_{\mathrm{EV}}}{V_{\mathrm{EV}}})---\left(4\right)$

其中：t_i+j为应急车辆自由流畅地到达交叉路口(i+j)所需要的时间；L_i+j为应急车辆距交叉路口(i+j)的距离i＝1，2，...，n-1，j＝1，2，...，n-i，n表示第n个交叉路口)；V_EV为应急车辆的速度；L_q和L_m分别为交叉路口应急车辆行驶方向的静态队列长度和移动队列长度；V_q为队列消散速度；L_EV为应急车辆队列长度。

设交叉路口信号周期长度为C，由于排队队列L_q和移动队列L_m是随着时间动态变化的，本申请取交叉路口i的信号控制器采用应急车辆优先信号控制策略的时刻作为交叉路口(i+j)排队队列L_q和移动队列L_m的计算时间点。若δ＞C，信号控制器在执行相位差调整时，取δ'＝δ％C。

在上述计算建模过程中，相位差渐进循环协调采用交叉路口实时拥塞水平中容易测量的排队长度来计算相位差，交叉路口的队列一般是由红色相位造成的，可以用车辆视频检测器、虚拟线圈、计算机视觉、模式识别或图像处理与图形学算法检测车辆并统计实时交通数据计算得到，也可以从历史拥挤数据中提取。

3.2相位差渐进循环协调控制策略：

为了使下游交叉路口提前疏散可能影响应急车辆自由行使的排队车辆，为应急车辆提供一个“应急绿波带”，本申请提出相位差渐进循环协调控制策略，其控制策略如图3所示。例如当下游第一个交叉路口，即交叉路口2收到交叉路口1的应急车辆优先请求信号后，根据其拥塞水平计算实时的排队长度，按照公式4计算交叉路口2与交叉路口1间的相位差，并执行相位调整。交叉路口2再将应急车辆优先信号发送给交叉路口3，交叉路口3接到优先信号后，执行与交叉路口2相同的过程，计算其与交叉路口1间的相位差并执行相位调整，如此循环，直至最后一个交叉路口。

3.3优先控制策略：

本申请提出的优先控制策略是将应急车辆优先信号控制策略与相位差渐进循环协调控制策略相结合。例如当交叉路口1收到应急车辆的请求信号后，根据该交叉路口1的车辆排队长度和信号状态采用应急车辆优先信号控制策略进行信号配时，并将优先通行请求传送至下游所有交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，下游每个交叉路口信号控制器将根据公式4计算相应的优先绿时相位差以调整相位。当应急车辆通过交叉路口1驶入下一路段，将给交叉路口2发送优先请求信号，在交叉路口2调用应急车辆优先信号控制策略时，再次触发相位差渐进循环协调子进程进行优先相位差的计算。如此循环迭代，直至应急车辆到达目的地，具体调控策略如图4所示。

该优先控制策略简单易操作，且由于多次触发相位差渐进循环协调控制过程对下游交叉路口的相位差进行一次次渐进微调，当应急车辆驶近下游某交叉路口时，该交叉路口的信号已逐渐调整到满足应急车辆的不停车通行需求的状态，此时再采用应急车辆优先信号控制策略使应急车辆“绝对优先”地自由畅行通过该交叉路口时，对其他相位和非应急车辆的影响将会非常小。因此，本申请提出的优先控制策略不再需要现有技术中提出的复杂的信号恢复方法，降低了应急车辆优先信号控制策略的复杂度。

四、仿真例：

为检验本申请提出的基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略的有效性，采用文献：安毅生,尚龙华,贺冰花,等.基于Agent的交叉路口群微观交通仿真系统与应用[J].长安大学学报(自然科学版),2014,3:018中实现的基于Agent的微观交通仿真系统，建立有三个交叉路口的城市道路系统进行仿真实验。该微观交通仿真系统具有交叉路口、车道、信号灯、车辆等实体Agent，采用了多智能体分布式处理和智能体的自治性、学习性等协调技术，非常适合仿真本申请提出的应急车辆优先控制策略。

在微观交通仿真系统中建立如图1所示的城市道路系统，其中东西方向为主干线，干线路段长度分别为400m和500m，应急车辆自西向东行驶，交叉路口周期长度C＝90s，绿信比为0.6，最大周期长度为120s，最短绿时为15s，最大绿时为72s，交叉路口1和2为四相位信号控制，交叉路口3为二相位信号控制，交叉路口1与交叉路口2间的相位差为10s，交叉路口2与交叉路口3间的相位差为12s，设置车流量为1000pcu/h且车辆生成服从泊松分布，应急车辆占车流量的15％。

相同车流量的情况下，分别对如下三种不同信号控制策略进行仿真测试：

1)交叉路口不采用任何优先控制策略；

2)交叉路口只采用应急车辆优先信号控制策略；

3)交叉路口采用本申请提出的基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略。

仿真时长设为20分钟，通过10次仿真，统计应急车辆的行程时间、平均延误和停车次数以及社会车辆的平均延误时间进行仿真结果分析，如表1所示。仿真结果表明，对于应急车辆的行程时间，采用相位差渐进循环协调控制策略时和采用应急车辆优先信号控制策略时，分别比不采用任何优先控制策略时减少32.1％和17.97％；对于应急车辆的延误时间，在采用相位差渐进循环协调控制策略时和采用应急车辆优先信号控制策略时，分别比不采用任何优先控制策略时减少了71.7％和40.14％；在采用相位差渐进循环协调控制策略时应急车辆的停车次数也明显减少，几乎为0。

而对于其他非应急车辆，在应急车辆行驶方向上，采用相位差渐进循环协调控制策略和应急车辆优先信号控制策略时，其平均延误时间均有明显的缩短，但应急车辆相交方向上的车辆延误时间较无优先控制策略都有所增加，特别是应急车辆优先信号控制策略通过抢占相交相位的绿灯使应急车辆优先通行，造成相交相位车辆拥堵严重，进而导致延误时间明显增加；本申请采用的相位差渐进循环协调控制在一定程度上缓解了相交相位的拥堵。

从图5和图6应急车辆与全部车辆平均行程时间和延误时间的对比图中也可以看出，本申请提出的基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略不仅能达到应急车辆优先的效果，而且对其他社会车辆影响最小，具有一定的可行性和参考价值。

表1仿真统计结果

五、结语：

本申请针对应急车辆需要“绝对优先”路权的特点，提出了基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略。通过基于Agent的微观交通仿真系统建立由三交叉路口组成的城市道路系统，在相同仿真环境下使用无任何控制策略、应急车辆优先信号控制策略、基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略三种不同的策略分别进行实验仿真。实验仿真结果表明，本申请提出的基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略可明显减少应急车辆的行程时间和延误时间，并在提高应急车辆的通行效率的前提下，降低了应急车辆的“优先通行”对非应急车辆正常行驶状态的影响。

Claims (2)

1.一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，其特征在于，该方法将应急车辆优先信号控制策略与相位差渐进循环协调控制策略相结合；具体包括以下步骤：

步骤一，应急车辆发出应优先请求信号给第一个交叉路口的信号控制器，第一个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第一个交叉路口的信号灯进行配时，第一个交叉路口的信号控制器并将优先请求信号发送给第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；

步骤二，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第一个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；

步骤三，当应急车辆通过第一个交叉路口驶入下一路段，应急车辆将给第二个交叉路口发送优先请求信号，第二个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第二个交叉路口的信号灯进行配时，第二个交叉路口的信号控制器同时将优先请求信号发送给第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；

第二个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第二个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；如此循环迭代，直至应急车辆到达目的地；

所述的相位差渐进循环协调控制策略如下所述：

当第i个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器收到优先请求信号后，计算第i个交叉路口下游的每个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差，并对第i个交叉路口下游的每个交叉路口的信号灯执行相位调整配时；

第i+j个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差δ计算方法为式Ⅰ：

其中：L_i+j为应急车辆距第(i+j)个交叉路口的距离；

i＝1，2，...，n-1，j＝1，2，...，n-i，n表示第n个交叉路口；

L_EV为应急车辆队列的长度；V_EV表示应急车辆的速度；

L_q表示静态排队队列长度；L_m表示缓慢移动队列长度；V_q表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列中；当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，以第i个交叉路口的信号控制器采用应急车辆优先信号控制策略时的时刻作为第(i+j)个交叉路口排队队列长度L_q和移动队列长度L_m的计算起始时间点；

交叉路口信号灯的周期为C，取δ'＝δ％C，当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，控制第(i+j)个交叉路口的信号灯与第i个交叉路口的信号灯之间的相位差为δ′。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的应急车辆优先信号控制策略如下所述：

(A)若当前交叉路口信号灯为红灯，且剩余红灯时间t_sr≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若t_sr＞t'，则信号控制器提前(t_sr-t')时间启亮绿灯；

(B)若当前交叉路口信号灯为黄灯，判断剩余黄灯时间和红灯时间之和t_sy+t_r与t'的关系；若t_sy+t_r≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若t_sy+t_r＞t'，则信号灯需要提前(t_sy+t_r-t')时间启亮绿灯；

(C)若当前交叉路口信号灯为绿灯，说明此时车辆队列正在消散，需要判断剩余绿灯时间t_sg与应急车辆到达并通过交叉路口所需的时间t″之间的关系：

若t_sg≥t”，则无需调整交通灯配时，应急车辆即可在绿灯时间段内通过交叉路口；

若t_sg＜t”，则将t”与最大绿灯时间G_max进行比较，若t”≤G_max，则延长绿灯时间(t”-t_sg)，若t”＞G_max，则分配给当前交叉路口与应急车辆行驶方向垂直的相交相位最小绿灯时间G_min，在下周期提前启亮当前交叉路口应急车辆行驶方向的绿灯；

其中：

t_sr表示剩余红灯时间，t_sy表示剩余黄灯时间，t_sg表示剩余绿灯时间，t_r表示红灯时间，G_max最大绿灯时间；

t′表示，信号灯为任意灯色都不影响应急车辆通行的时间，t′＝t_n-t_q-t_safe；

t″表示应急车辆到达并通过交叉路口所需的时间，t″＝t_n+t_EV；

t_n表示应急车辆前方不存在排队队列和移动队列情况下，应急车辆到达即将到达的交叉路口所需要的时间，

t_EV表示应急车辆队列到达交叉路口后全部通过交叉路口所需的时间，

$t_{\mathrm{EV}}=\frac{L_{\mathrm{EV}}}{V_{\mathrm{EV}}};$

t_q表示应急车辆前方的排队队列消散所需的时间，

t_safe表示应急车辆与其前方相邻非应急车辆之间的安全时距；

L_EV为应急车辆队列的长度；V_EV表示应急车辆的速度；

L_n表示应急车辆距第n个交叉路口的距离；n表示第n个交叉路口；

L_q表示静态排队队列长度；L_m表示缓慢移动队列长度；V_q表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列中；当应急车辆即将到达第n个交叉路口时，第n个交叉路口的信号灯接收到优先请求信号的时刻作为第n个交叉路口排队队列长度L_q和移动队列长度L_m的计算起始时间点。