CN105046991A - 道路交叉口信号控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

道路交叉口信号控制方法及系统，涉及信号控制技术。本发明的道路交叉口信号控制方法，包括下述步骤：1)检测车辆的位置、速度和满载率；2)通过计算车辆位置和速度信息，判断车辆是否在交叉口的红灯时段到达交叉路口，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤3)；3)判断是否符合优先通过条件，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤4)；4)调整交叉口信号灯时序安排，使其满足在车辆到达时为通过信号。本发明在实现有轨电车运输效率的同时提高城市交通系统整体效率，实现道路资源的优化配置。

Description

道路交叉口信号控制方法及系统

技术领域

本发明涉及信号控制技术。

背景技术

现代有轨电车因其系统具有良好的灵活性与适应性，同时具备运量大、服务质量高、造价低廉、能耗低、环保等优势，在许多大中型城市得以迅速发展。与地铁和轻轨相比，有轨电车的路权形式设置灵活，具有半独立或专有路权。一些城市由于道路空间条件所限，在路段上给予有轨电车专用轨道，在平面交叉口，采取电车与其他社会车辆混行的方式，使得有轨电车在交叉口的行驶受到大量随机因素的干扰，进而影响有轨电车的通行效率，成为影响该系统运行稳定性与可靠性主要因素。因此对有轨电车交叉口信号优先协调控制模式予以研究具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种道路交叉口信号控制方法及系统，能够保障有轨电车的优先通行，确保电车在交叉口的通行效率，同时通过交叉口的优先控制策略保证电车按计划行车。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，道路交叉口信号控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)检测车辆的位置、速度和满载率，所述车辆为公共交通车辆；

2)通过计算车辆位置和速度信息，判断车辆是否在交叉口的红灯时段到达交叉路口，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤3)；

3)判断是否符合优先通过条件，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤4)；

所述优先通过条件为满足下述各项之任一：

a.车辆满载率达到或超过预设的阈值；

b.依据车辆位置和速度信息计算车辆到达交叉路口的时间，将计算结果与预存的时刻表对照，判定车辆时间有延误且即使按最高速度也无法在下一个交叉路口补偿延误时间；

c.根据同向前后车辆最小行车间隔阈值与车辆的实际行车间隔，计算得到车辆到达交叉口按原信号方案等待将会造成与后到同向车辆行车间隔达到或小于最小行车间隔；

4)调整交叉口信号灯时序安排，使其满足在车辆到达时为通过信号。

进一步的，适用于相对方向的车辆的信号控制方法，

步骤1)为：检测距离交叉路口最近的相向行驶的两个车辆的位置、速度和满载率；

步骤2)为：通过计算两个车辆位置和速度信息，判断两个车辆是否皆在交叉口的红灯时段到达交叉路口，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤3)；

步骤3)为：判断是否两个车辆皆符合优先通过条件，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤4)；

所述优先通过条件为满足下述各项之任一：

a.车辆满载率达到或超过预设的阈值；

b.依据车辆位置和速度信息计算车辆到达交叉路口的时间，将计算结果与预存的时刻表对照，判定车辆时间有延误且即使按最高速度也无法在下一个交叉路口补偿延误时间；

c.根据同向前后车辆最小行车间隔阈值与车辆的实际行车间隔，计算得到车辆到达交叉口按原信号方案等待将会造成与后到同向车辆行车间隔达到或小于最小行车间隔；

步骤4)包括：

4.1)依据先到车辆位置和速度，计算得到先到车辆优先时间段；

4.2)依据后到车辆位置和速度，计算并判断若后到车辆加速到最高速度是否可在先到车辆的优先时间段内到达交叉路口，若为是则将加速信息发送至后到车辆，然后进入步骤4.4)，若为否则进入步骤4.3)；

4.3)依据检测到的与后到车辆同向的前一个同线路车辆驶离交叉路口的时间，计算和判断若后到车辆在通过信号下加速至最高速度是否可在预设的安全时间间隔阈值内驶离交叉路口，若为是则进入步骤4.4)，若为否则返回步骤1)；

4.4)计算后到车辆在加速的情况下驶离交叉路口的时间段，将其与步骤4.1)得到的先到车辆优先时间段叠加，得到延长时间信息，以此调整交叉口信号灯时序安排，使其满足在先到车辆与后到车辆到达时皆为通过信号。

本发明通过车载定位装置确定车辆位置。

本发明在交叉路口的前一个车站检测车辆满载率，在交叉路口进口前的预设距离处检测车辆的位置和速度。

所述车辆为有轨电车。

本发明还提供一种道路交叉口信号控制系统，其特征在于，包括中央处理部分和车载部分，所述中央处理部分与信号灯控制器有通信连接；所述车载部分包括：

车载乘客计数装置，用于计算乘客人数，

车载信息输出装置，用于输出来自中央处理部分的信息；

车载定位装置，用于确定车辆位置；

无线通信装置，与车载乘客计数装置、车载信息输出装置和车载定位装置连接，用于建立与中央处理部分的通信连接。

所述中央处理部分包括下述单元：

存储器，用于存储车辆站点时刻表、计算所需的参数以及计算结果；

延误判断模块，用于依据车辆位置和速度信息计算车辆到达交叉路口的时间，将计算结果与预存的时刻表对照，判断车辆时间是否有延误且即使按最高速度也无法在下一个交叉路口补偿延误时间；

同向车辆间隔判断模块，用于根据同向前后车辆最小行车间隔阈值与车辆的实际行车间隔，计算车辆到达交叉口按原信号方案等待是否会造成与后到同向车辆行车间隔达到或小于最小行车间隔。

本发明的控制系统还包括满载率比较器，所述满载率比较器用于比较车辆满载率和预设的阈值，满载率比较器设置于中央处理部分；或者设置于车载部分，并与无线通信装置连接。

本发明的有益效果是，采用本发明可以依据交叉口服务水平、客流状况、车辆运行状况实现有轨电车信号与社会交通信号的有机融合，实现有轨电车系统沿线交叉口的信号协调控制，在实现有轨电车运输效率的同时提高城市交通系统整体效率，实现道路资源的优化配置。

附图说明

图1为有轨电车交叉口信号协调优先控制系统流程图。

图2有轨电车交叉口信息发送与接收示意图。

图3有轨电车信息收集模块示意图。

图4有轨电车信息处理及响应模块示意图。

图5单向到达交叉口的有轨电车启动优先协调通过的判断程序图。

图6为上下行方向相邻到达交叉口的有轨电车启动优先协调通过的判断程序图。

图7为上下行方向相邻到达交叉口的有轨电车优先协调通过实施例运行图。

具体实施方式

本发明的目的是在兼顾社会车辆交通效率的前提下，保障有轨电车的优先通行，确保电车在交叉口的通行效率，同时通过交叉口的优先控制策略保证电车按计划行车。

本发明具有如下的实施硬件条件：车载GPS定位装置；车载红外计数装置，安装在上下门，统计车内乘客人数；车辆检测器，预设在交叉口，精确检测车辆驶离交叉口的时间；将车辆位置信息及乘客信息发送的发送器；存储有该路段不同站点乘客上下车人数的存储单元及计算电车满载率的MCU微处理器；接收并处理车辆及乘客数据的中心计算机；信号机，控制信号灯相位的变化；包含如下主要技术手段：

在系统实施初期，编制有轨电车运行图，对于每一班电车到达交叉口的时刻以及在交叉口的等待时间均预先编制。所述GPS定位装置实时测量线路上所有车辆的位置、速度信息，由车载数据发送装置将车辆位置信息发送至交叉口的有轨电车信息接收器；所述车载红外计数装置检测电车在站点的上下车人数，由MCU微处理器计算电车满载率，并将计算结果与预先设定的满载率阈值进行比较，通过车载数据发送装置发送至交叉口的有轨电车信息接收器；所述车辆检测器检测有轨电车到达停车线的精确时间、速度，并将信息发送至信息接收器；所述信息接收器将接收的到达交叉口的电车的车辆时刻、速度信息、满载率信息与实时位置、速度信息发送至中心计算机。所述中心计算机根据已编制的有轨电车优先协调通过算法与电车的实时输入信息计算到达的电车是否符合优先通过条件，通过改变交叉口信号相位和改变电车行驶速度，保证满足优先条件的电车优先通过。

其中，有轨电车优先协调通过算法综合考虑到达交叉口的有轨电车满载率、与前后电车的行车间隔、电车到达交叉口的延误、上下行方向到达交叉口电车的时间间隔四项指标，建立优先协调通过模型。

下面结合附图与具体实施方式对本发明进行详细说明。

对于单向到达交叉口的电车(以A向为例)，

步骤1车载GPS装置实时测量线路上电车的位置、速度信息，发送至存储单元，并由车载数据发送装置发送至信息接收装置。

步骤2当电车到达交叉口前的车站，电车车载红外乘客计数装置扫描、记录电车在该站的上下车人数，将记录的数据传送至MCU微处理器，计算乘客满载率，通过车载数据发送装置将电车满载率信息发送到信息接收装置。

步骤3当电车行驶到交叉口进口前的一段距离，车辆检测器检测到电车到达的时间与速度，将电车的到达信息发送到信息接收装置。

步骤4判断到达交叉口的电车是否在红灯时段内到达以及是否满足优先通过条件，如果在红灯时段内到达且满足优先条件，改变原信号方案，使电车优先通过。具体步骤如下：

4-1信息接收装置接收到达电车的车辆到达时刻信息、满载信息、到达电车与前后电车的位置信息，并将信息发送至中心计算机；

4-2中心计算机根据电车到达时刻信息与信号的配时参数，计算电车是否在红灯时段内到达交叉口，如果不在红灯时段内到达交叉口，则电车直接通过，否则，转步骤4-3；

4-3中心计算机根据已存储的电车满载率阈值与电车到达时的满载率，如果满载率大于满载率阈值，则转步骤5，否则，转4-4；

4-4中心计算机根据已存储的电车时刻表与电车的到达时间，如果电车到达交叉口时存在延误，并且经过计算，电车即使加速到最高旅行速度也无法在下一个交叉口前将延误的时间补偿，则转步骤5，否则，转4-5；

4-5中心计算机根据已存储的前后电车最小行车间隔阈值与电车的行车间隔，计算电车到达交叉口按原信号方案等待是否会造成与后到同向电车行车间隔达到最小行车间隔情况，如果会出现该情况，则转步骤5，否则，不改变原信号方案，电车等待。

步骤5中心计算机控制信号机改变原信号方案，使电车通过。

对于上下行方向前后到达交叉口的电车(A、B向)，

步骤1由上述单向有轨电车优先协调通过算法判断A、B向中前后的先到电车是否满足优先通过条件，如果不满足，执行原信号方案，否则，转步骤2；

步骤2由上述单向有轨电车优先协调通过算法判断A、B向中相邻的后到电车是否满足优先通过条件，如果不满足，执行原信号方案，否则，转步骤3；

步骤3中心计算机根据后到电车所在的位置与旅行速度，计算后到电车通过加速到最高旅行速度是否可在先到电车的优先时间内到达交叉口，如果可以到达，发送后到电车的加速信息至调度中心，调度中心将加速信息发送至后到电车信息接收装置，后到电车加速旅行，利用优先相位与先到电车一起通过交叉口，否则，转步骤4；

步骤4中心计算机根据后到电车所在的位置、旅行速度以及前后电车驶离交叉口的时间间隔阈值，计算后到电车通过加速到最高旅行速度是否可在时间间隔阈值内驶离交叉口，如果满足条件，发送后到电车的加速信息至调度中心，调度中心将加速信息发送至后到电车信息接收装置，后到电车加速运行，同时中心计算机根据后到电车驶离交叉口的时间控制信号机延长绿灯时间，使先后到达的电车一起通过交叉口，否则，执行原信号方案。

实施例

交叉口I信号周期为60s，各相位红绿灯时间均为30s。交叉口至相邻两个车站A、B的距离均为900m，有轨电车的正常运行速度为36km/h，最高限速为60km/h，有轨电车满载率阈值C_max为120％，前后车保持至少1000m的距离运行。中心计算机存储下行第一班车到达A车站的计划时刻为6:30:00，计划发车时刻为6:31:00，到达交叉口的计划时刻为6:32:30，上行第一班电车到达交叉口的时刻为6:33:33。

由单向有轨电车优先协调算法判定优先的步骤如下：

步骤1电车到达车站A，车载GPS定位系统实时线路上第一班电车的位置(距离交叉口900m，与后车间距大于1000m)，由车载数据发送装置将线路上车辆位置信息发送至信息接收装置。

步骤2电车车载红外乘客计数装置扫描、记录电车在该站的上下车人数，计算乘客满载率为130％，通过车载数据发送装置将电车满载率信息发送到信息接收装置。

步骤3当电车行驶到交叉口进口前的一段距离，车辆检测器检测到电车到达的时间与速度，将电车的实际到达时刻6:33:30发送到信息接收装置。

步骤4判断到达交叉口的电车是否在红灯时段内到达以及是否满足优先通过条件，具体步骤如下：

4-1信息接收装置接收到达电车的车辆到达时刻信息(6:33:30)、满载信息(130％)、到达电车与前后电车的位置信息(距离交叉口900m，与后车间距大于1000m)，将信息发送至中心计算机；

4-2中心计算机根据电车到达时刻信息与信号的配时参数，计算电车在红灯时段内到达交叉口，转步骤4-3；

4-3中心计算机根据已存储的电车满载率阈值120％与电车到达时的满载率130％，计算得到满载率大于满载率阈值，则转步骤5。

步骤5中心计算机控制信号机改变原信号方案，配于5s绿灯信号优先时间，使第一班电车通过，优先相位为6:33:30-6:33:35。其离开交叉口的时刻为6:33:35。

同时，由单向有轨电车优先协调算法判断与下行第一班电车相邻到达交叉口的第一班上行电车满足优先条件通过，由上下行方向相邻到达交叉口的有轨电车优先协调算法步骤如下：

步骤1由单向有轨电车优先协调通过算法判断下行第一班电车满足优先通过条件，转步骤2；

步骤2由单向有轨电车优先协调通过算法判断上行第一班电车满足优先通过条件，转步骤3；

步骤3中心计算机根据下行第一班电车所在的位置与旅行速度，计算后到电车即使不加速到最高旅行速度也可在先到电车的优先时间内到达交叉口，即计划到达时刻6:33:33在6:33:30-6:33:35时段以内，发送上行第一班电车的速度信息(无需加速)至调度中心，调度中心将加速信息发送至上行第一班电车的信息接收装置，电车按计划行驶速度行驶，利用优先相位与先到电车一起通过交叉口，即上下行电车一起优先通过交叉口的优先相位为6:33:30-6:33:38。

说明书已经清楚的说明了本发明的必要技术内容，普通技术人员能够依据说明书实施本发明，故不再赘述更具体的技术细节。

Claims (8)

1.道路交叉口信号控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)检测车辆的位置、速度和满载率，所述车辆为公共交通车辆；

2)通过计算车辆位置和速度信息，判断车辆是否在交叉口的红灯时段到达交叉路口，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤3)；

3)判断是否符合优先通过条件，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤4)；

所述优先通过条件为满足下述各项之任一：

a.车辆满载率达到或超过预设的阈值；

b.依据车辆位置和速度信息计算车辆到达交叉路口的时间，将计算结果与预存的时刻表对照，判定车辆时间有延误且即使按最高速度也无法在下一个交叉路口补偿延误时间；

c.根据同向前后车辆最小行车间隔阈值与车辆的实际行车间隔，计算得到车辆到达交叉口按原信号方案等待将会造成与后到同向车辆行车间隔达到或小于最小行车间隔；

4)调整交叉口信号灯时序安排，使其满足在车辆到达时为通过信号。

2.如权利要求1所述的道路交叉口信号控制方法，其特征在于，

步骤1)为：检测距离交叉路口最近的相向行驶的两个车辆的位置、速度和满载率；

步骤2)为：通过计算两个车辆位置和速度信息，判断两个车辆是否皆在交叉口的红灯时段到达交叉路口，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤3)；

步骤3)为：判断是否两个车辆皆符合优先通过条件，若为否则返回步骤1)，若为是则进入步骤4)；

所述优先通过条件为满足下述各项之任一：

a.车辆满载率达到或超过预设的阈值；

b.依据车辆位置和速度信息计算车辆到达交叉路口的时间，将计算结果与预存的时刻表对照，判定车辆时间有延误且即使按最高速度也无法在下一个交叉路口补偿延误时间；

c.根据同向前后车辆最小行车间隔阈值与车辆的实际行车间隔，计算得到车辆到达交叉口按原信号方案等待将会造成与后到同向车辆行车间隔达到或小于最小行车间隔；

步骤4)包括：

4.1)依据先到车辆位置和速度，计算得到先到车辆优先时间段；

4.2)依据后到车辆位置和速度，计算并判断若后到车辆加速到最高速度是否可在先到车辆的优先时间段内到达交叉路口，若为是则将加速信息发送至后到车辆，然后进入步骤4.4)，若为否则进入步骤4.3)；

4.3)依据检测到的与后到车辆同向的前一个同线路车辆驶离交叉路口的时间，计算和判断若后到车辆在通过信号下加速至最高速度是否可在预设的安全时间间隔阈值内驶离交叉路口，若为是则进入步骤4.4)，若为否则返回步骤1)；

4.4)计算后到车辆在加速的情况下驶离交叉路口的时间段，将其与步骤4.1)得到的先到车辆优先时间段叠加，得到延长时间信息，以此调整交叉口信号灯时序安排，使其满足在先到车辆与后到车辆到达时皆为通过信号。

3.如权利要求1所述的道路交叉口信号控制方法，其特征在于，通过车载定位装置确定车辆位置。

4.如权利要求1所述的道路交叉口信号控制方法，其特征在于，在交叉路口的前一个车站检测车辆满载率，在交叉路口进口前的预设距离处检测车辆的位置和速度。

5.如权利要求1或2所述的道路交叉口信号控制方法，其特征在于，所述车辆为有轨电车。

6.道路交叉口信号控制系统，其特征在于，包括中央处理部分和车载部分，所述中央处理部分与信号灯控制器有通信连接；所述车载部分包括：

车载乘客计数装置，用于计算乘客人数，

车载信息输出装置，用于输出来自中央处理部分的信息；

车载定位装置，用于确定车辆位置；

无线通信装置，与车载乘客计数装置、车载信息输出装置和车载定位装置连接，用于建立与中央处理部分的通信连接。

7.如权利要求6所述的道路交叉口信号控制系统，其特征在于，所述中央处理部分包括下述单元：

存储器，用于存储车辆站点时刻表、计算所需的参数以及计算结果；

延误判断模块，用于依据车辆位置和速度信息计算车辆到达交叉路口的时间，将计算结果与预存的时刻表对照，判断车辆时间是否有延误且即使按最高速度也无法在下一个交叉路口补偿延误时间；

同向车辆间隔判断模块，用于根据同向前后车辆最小行车间隔阈值与车辆的实际行车间隔，计算车辆到达交叉口按原信号方案等待是否会造成与后到同向车辆行车间隔达到或小于最小行车间隔。

8.如权利要求7所述的道路交叉口信号控制系统，其特征在于，还包括满载率比较器，所述满载率比较器用于比较车辆满载率和预设的阈值，满载率比较器设置于中央处理部分；或者设置于车载部分，并与无线通信装置连接。