CN106251655B - 一种基于出口剩余容量约束的交叉口信号控制方法 - Google Patents
一种基于出口剩余容量约束的交叉口信号控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于出口剩余容量约束的交叉口信号控制方法，采用的设备包括多个交通流检测器、数据传输子系统、数据处理及控制模块、车道信号灯，首先，交通流检测器实时采集交叉口各出口车道的排队信息；其次，交通流检测器将采集到的排队信息经数据传输子系统传送给数据处理及控制模块；最后，数据处理及控制模块对接收到的排队信息进行逻辑判断，当判断得出某个出口车道即将发生排队溢出时，数据处理及控制模块采取绿灯缩短、相位跳跃等策略立即发出控制命令经数据传输子系统改变车道信号灯灯色，中断驶入该出口车道的车流，以确保交叉口的运行通畅。本方法一则通过信号控制技术消除交叉口出口排队溢出情况的出现，避免交叉口发生阻塞；二则提高拥挤区域交叉口的通行能力，缩短交通拥堵的疏散时间。
Description
技术领域
本发明属于交通工程领域，具体涉及一种基于出口剩余容量约束的交叉口信号控制方法。
背景技术
尽管《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第五十三条规定：机动车遇前方交叉路口交通阻塞时，应当依次停在路口以外等候，不得进入路口。如果出现类似情况将可能被处以罚款100元、记2分的处罚。但因缺乏行之有效的监管措施，目前该项规定一直未实行。而城市路网早晚高峰经常出现过饱和的交通状态，在交叉口处随着排队等待通行的车辆不断累积，当车辆排队长度超过路段长度时就会出现排队溢出现象，进而阻断交叉口其他方向车辆的通行，引起交叉口死锁。此时，不但排队溢出方向的车辆会逐渐向上游蔓延，被阻断通行的其他方向的车辆排队也会越来越长，从而引发更大范围的排队溢出，造成局部区域的交通瘫痪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于出口剩余容量约束的交叉口信号控制方法，确保城市道路交叉口的运行通畅。
本发明的目的是这样实现的：一种基于出口剩余容量约束的交叉口信号控制方法，采用的设备包括多个交通流检测器、数据传输子系统、数据处理及控制模块、车道信号灯，交通流检测器与交通流检测器电信号连接，数据传输子系统与数据处理及控制模块电信号连接，车道信号灯与数据传输子系统电信号连接，其具体控制方法包括如下步骤：
步骤一：判断交叉口是否满足设置条件
交叉口高峰时段经常出现排队溢出的情况，且每个出口的总容量大于一个信号周期内驶入该出口车道的总车辆数，即：
式中Le,Ls,Lw,Ln——东、南、西、北出口车道长度(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
步骤二：交叉口出口交通流检测器位置的确定
交叉口每个出口布设两组交通流检测器，第二交通流检测器至出口线间能够停放的车辆数定义为出口车道的预留容量；
(1)第二交通流检测器位置的确定
交叉口出口第二交通流检测器的位置要确保一个信号周期内任何一个相位驶入该出口车道的车辆数不大于该出口车道的预留容量；设该交叉口的信号相位方案由东西左转相位、东西直行相位、南北左转相位、南北直行相位组成；对于西出口而言，一个信号周期内只有南北左转相位和东西直行相位有车辆驶入该出口，则要求南北左转相位或东西直行相位驶入该出口的车辆数均不得大于该出口车道的预留容量，即：
同理：
式中Le1+Le2,Ls1+Ls2,Lw1+Lw2,Ln1+Ln2——东、南、西、北出口第二交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
(2)第一交通流检测器位置的确定
交叉口出口第一交通流检测器的位置要避免相位切换期间行驶在交叉口内的车辆和黄灯期间驶出停车线的车辆在出口车道排队时出现排队溢出；对西出口而言，当南北左转相位或东西直行相位切换时，已经行驶在交叉口内的车辆数和黄灯期间驶出停车线的车辆数之和不能大于第一交通流检测器至出口线的预留容量，即：
同理：
式中Le1,Ls1,Lw1,Ln1——东、南、西、北出口第一交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
Res,Rss,Rws,Rns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Rel,Rsl,Rwl,Rnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Ves,Vss,Vws,Vns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内平均运行速度(m/s)；
Vel,Vsl,Vwl,Vnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内平均运行速度(m/s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
ts——黄灯时长(s)；
步骤三：交通信号控制逻辑
(1)当所有出口的第二交通流检测器均未检测到有排队车辆时
信号交叉口按正常的相位、相序运行，各个相位的绿灯时间不变；
(2)当对称出口中的一个出口第二交通流检测器检测到有排队车辆时
东、西出口：设西出口第二交通流检测器检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入西出口；若西出口第一交通流检测器未检测到有排队车辆时，则当前相位正常运行；若西出口第一交通流检测器检测到有车辆排队时，须立即中断驶入西出口的车流，即中断南进口的左转相位或东进口的直行相位；而驶入东进口的车流继续放行直至该相位绿灯时间结束，即北进口的左转相位或西进口的直行相位继续运行直至该相位绿灯时间结束；若当前西出口第一交通流检测器仍滞留有排队车辆，则只放行驶入东出口的车流，即只运行北进口的左转相位或西进口的直行相位，直至该相位结束；南进口的左转相位或东进口的直行相位不运行、一直显示红灯；
(3)当对称出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆时
东、西出口：设东、西出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入东、西出口；若东、西出口的第一交通流检测器均未检测到有排队车辆，则当前相位正常运行；若其中一个或两个出口的第一交通流检测器检测到有车辆排队，则先中断检测到有车辆排队的那个出口的车流，直至对称车流均提前中断或其中一个方向绿灯时间运行完毕，如东、西出口第一交通流检测器先后均检测到有排队车辆，则先中断北进口左转相位或西进口直行相位，后中断南进口左转相位或东进口直行相位；若当前东、西出口第一交通流检测器均滞留有排队车辆，则直接跳过该相位，运行下一相位；
(4)当有行人过街信号时，行人过街信号一般与机动车直行信号重叠运行；当提前中断或跳跃机动车直行相位时，必须保证行人过街最短绿灯时间要求；当机动车直行相位的绿灯时间小于行人过街最短绿灯时间时，或出现跳跃直行相位的情况，行人过街信号按最短绿灯时间运行，此时机动车直行信号绿灯结束后交叉口机动车信号全红或机动车信号一直全红，直至行人过街最短绿灯时间运行结束；非机动车信号参照此运行。
本方法一则通过信号控制技术消除交叉口出口排队溢出情况的出现，避免交叉口发生阻塞；二则提高拥挤区域交叉口的通行能力，缩短交通拥堵的疏散时间。此外，该方法采用信号控制技术能确保《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第五十三条规定得以有效实施，并能为该项规定的交通执法提供依据。
附图说明
图1为本发明交叉口检测器布设位置示意及驶入各出口交通流的行驶路径长度图。
具体实施方式
下面结合图1举例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种基于出口预留容量约束的交叉口信号控制方法，采用的设备包括多个交通流检测器、数据传输子系统、数据处理及控制模块、车道信号灯，交通流检测器与交通流检测器电信号连接，数据传输子系统与数据处理及控制模块电信号连接，车道信号灯与数据传输子系统电信号连接，首先，交通流检测器实时采集交叉口各出口车道的排队信息；其次，交通流检测器将采集到的排队信息经数据传输子系统传送给数据处理及控制模块；最后，数据处理及控制模块对接收到的排队信息进行逻辑判断，当判断得出某个出口即将发生排队溢出时，数据处理及控制模块采取绿灯缩短、相位跳跃等策略立即发出控制命令经数据传输子系统改变机动车信号灯灯色，中断驶入该出口的车流，以确保交叉口的运行通畅，其具体控制方法步骤如下：
步骤一：判断交叉口是否满足设置条件
交叉口高峰时段经常出现排队溢出的情况，且每个出口的总容量大于一个信号周期内驶入该出口车道的总车辆数，即：
式中Le,Ls,Lw,Ln——东、南、西、北出口车道长度(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)。
步骤二：交叉口出口交通流检测器位置的确定
如附图1所示，交叉口每个出口布设两组交通流检测器，第二交通流检测器至出口线间能够停放的车辆数定义为出口车道的预留容量。
(1)第二交通流检测器位置的确定
交叉口出口第二交通流检测器的位置要确保一个信号周期内任何一个相位驶入该出口车道的车辆数不大于该出口车道的预留容量。以附图1为例，假设该交叉口的信号相位方案由东西左转相位、东西直行相位、南北左转相位、南北直行相位组成。对于西出口而言，一个信号周期内只有南北左转相位和东西直行相位有车辆驶入该出口，则要求南北左转相位或东西直行相位驶入该出口的车辆数均不得大于该出口车道的预留容量，即：
同理：
式中Le1+Le2,Ls1+Ls2,Lw1+Lw2,Ln1+Ln2——东、南、西、北出口第二交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)。
(2)第一交通流检测器位置的确定
交叉口出口第一交通流检测器的位置要避免相位切换期间行驶在交叉口内的车辆和黄灯期间驶出停车线的车辆在出口车道排队时出现排队溢出。如附图1所示，对西出口而言，当南北左转相位或东西直行相位切换时，已经行驶在交叉口内的车辆数和黄灯期间驶出停车线的车辆数之和不能大于第一交通流检测器至出口线的预留容量，即：
同理：
式中Le1,Ls1,Lw1,Ln1——东、南、西、北出口第一交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
Res,Rss,Rws,Rns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Rel,Rsl,Rwl,Rnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Ves,Vss,Vws,Vns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内平均运行速度(m/s)；
Vel,Vsl,Vwl,Vnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内平均运行速度(m/s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
ts——黄灯时长(s)，取3s。
步骤三：交通信号控制逻辑
(1)当所有出口的第二交通流检测器均未检测到有排队车辆时
信号交叉口按正常的相位、相序运行，各个相位的绿灯时间不变。
(2)当对称出口中的一个出口第二交通流检测器检测到有排队车辆时
以附图1东、西出口为例，假设西出口第二交通流检测器检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入西出口。若西出口第一交通流检测器未检测到有排队车辆时，则当前相位正常运行。若西出口第一交通流检测器检测到有车辆排队时，须立即中断驶入西出口的车流，即中断南进口的左转相位或东进口的直行相位；而驶入东进口的车流继续放行直至该相位绿灯时间结束，即北进口的左转相位或西进口的直行相位继续运行直至该相位绿灯时间结束。若当前西出口第一交通流检测器仍滞留有排队车辆，则只放行驶入东出口的车流，即只运行北进口的左转相位或西进口的直行相位，直至该相位结束；南进口的左转相位或东进口的直行相位不运行、一直显示红灯。
(3)当对称出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆时
以附图1东、西出口为例，假设东、西出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入东、西出口。若东、西出口的第一交通流检测器均未检测到有排队车辆，则当前相位正常运行。若其中一个或两个出口的第一交通流检测器检测到有车辆排队，则先中断检测到有车辆排队的那个出口的车流，直至对称车流均提前中断或其中一个方向绿灯时间运行完毕，如东、西出口第一交通流检测器先后均检测到有排队车辆，则先中断北进口左转相位或西进口直行相位，后中断南进口左转相位或东进口直行相位。若当前东、西出口第一交通流检测器均滞留有排队车辆，则直接跳过该相位，运行下一相位。
(4)当有行人过街信号时，行人过街信号一般与机动车直行信号重叠运行；当提前中断或跳跃机动车直行相位时，必须保证行人过街最短绿灯时间要求。当机动车直行相位的绿灯时间小于行人过街最短绿灯时间时，或出现跳跃直行相位的情况，行人过街信号按最短绿灯时间运行，此时机动车直行信号绿灯结束后交叉口机动车信号全红或机动车信号一直全红，直至行人过街最短绿灯时间运行结束。非机动车信号参照此运行。
实施例2
步骤一：判断交叉口是否满足设置条件
交叉口高峰时段经常出现排队溢出的情况，且每个出口的总容量大于一个信号周期内驶入该出口车道的总车辆数，即：
式中Le,Ls,Lw,Ln——东、南、西、北出口车道长度(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)。
现有某交叉口东西出口车道长度150米、南北出口长度120米，东、西出口方向各3车道，南、北出口方向各2车道，车辆排队时平均车头间距6米，则东、西出口的容量各为150×3/6＝75辆，南、北出口的容量各为120×2/6＝40辆。该交叉口信号相位方案由四相位组成，南北左转相位(1车道，饱和流率1200veh/h，绿灯时间15s)、南北直行相位(1车道，饱和流率1300veh/h，绿灯时间20s)、东西左转相位(1车道，饱和流率1200veh/h，绿灯时间15s)、东西直行相位(2车道，饱和流率1300veh/h，绿灯时间25s)，则一个信号周期内驶入东出口的车辆数为：1300/3600×25×2+1200/3600×15×1＝23辆，驶入南出口的车辆数为：1300/3600×20×1+1200/3600×15×1＝12辆，驶入西出口的车辆数为：1300/3600×25×2+1200/3600×15×1＝23辆，驶入北出口的车辆数为：1300/3600×20×1+1200/3600×15×1＝12辆，均小于各自出口的容量，满足要求，可以采用本方法。
步骤二：交叉口出口交通流检测器位置的确定
如附图1所示，交叉口各个出口布设两组交通流检测器，第二交通流检测器至出口线间能够停放的车辆数定义为出口车道的预留容量。
(1)第二交通流检测器位置的确定
交叉口出口第二交通流检测器的位置要确保一个信号周期内任何一个相位驶入该出口车道的车辆数不大于该出口车道的预留容量。以附图1为例，假设该交叉口的信号相位方案由东西左转相位、东西直行相位、南北左转相位、南北直行相位组成。对于西出口而言，一个信号周期内只有南北左转相位和东西直行相位有车辆驶入该出口，则要求南北左转相位或东西直行相位驶入该出口的车辆数均不得大于该出口车道的预留容量，即：
同理：
式中Le1+Le2,Ls1+Ls2,Lw1+Lw2,Ln1+Ln2——东、南、西、北出口第二交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)。
根据步骤一中交叉口的已知条件，则东、西出口第二交通流检测器距出口线的最小距离为max(1300/3600×25×2,1200/3600×15×1)×6.0/3＝36米，南、北出口第二交通流检测器距出口线的最小距离为max(1300/3600×20×1,1200/3600×15×1)×6.0/2＝21米。
(2)第一交通流检测器位置的确定
交叉口出口第一交通流检测器的位置要避免相位切换期间行驶在交叉口内的车辆和黄灯期间驶出停车线的车辆在出口车道排队时出现排队溢出。如附图1所示，对西出口而言，当南北左转相位或东西直行相位切换时，已经行驶在交叉口内的车辆数和黄灯期间驶出停车线的车辆数之和不能大于第一交通流检测器至出口线的预留容量，即：
同理：
式中Le1,Ls1,Lw1,Ln1——东、南、西、北出口第一交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
Res,Rss,Rws,Rns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Rel,Rsl,Rwl,Rnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Ves,Vss,Vws,Vns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内平均运行速度(m/s)；
Vel,Vsl,Vwl,Vnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内平均运行速度(m/s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
ts——黄灯时长(s)，一般取3s。
根据步骤一中交叉口的已知条件，计算得到东西直行交叉口内的运行轨迹长度为16米，南北直行交叉口内的运行轨迹长度为24米，东西左转交叉口内的运行轨迹长度为21米，南北左转交叉口内的运行轨迹长度为30米，另交叉口内直行车辆的平均运行速度为40Km/h、左转车辆的平均运行速度为36Km/h，黄灯时间为3s，则有由此计算得到东、西出口第一交通流检测器距出口线的距离Le1,Lw1≥7.5米；同理，南、北出口第一交通流检测器距出口线的距离Ls1,Ln1≥6.2米。步骤三：交通信号控制逻辑
(1)当所有出口的第二交通流检测器均未检测到有排队车辆时
信号交叉口按正常的相位、相序运行，各个相位的绿灯时间不变。
(2)当对称出口中的一个出口第二交通流检测器检测到有排队车辆时
以附图1东、西出口为例，假设西出口第二交通流检测器检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入西出口。若西出口第一交通流检测器未检测到有排队车辆时，则当前相位正常运行。若西出口第一交通流检测器检测到有车辆排队时，须立即中断驶入西出口的车流，即中断南进口的左转相位或东进口的直行相位；而驶入东进口的车流继续放行直至该相位绿灯时间结束，即北进口的左转相位或西进口的直行相位继续运行直至该相位绿灯时间结束。若当前西出口第一交通流检测器仍滞留有排队车辆，则只放行驶入东出口的车流，即只运行北进口的左转相位或西进口的直行相位，直至该相位结束；南进口的左转相位或东进口的直行相位不运行、一直显示红灯。
(3)当对称出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆时
以附图1东、西出口为例，假设东、西出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入东、西出口。若东、西出口的第一交通流检测器均未检测到有排队车辆，则当前相位正常运行。若其中一个或两个出口的第一交通流检测器检测到有车辆排队，则先中断检测到有车辆排队的那个出口的车流，直至对称车流均提前中断或其中一个方向绿灯时间运行完毕，如东、西出口第一交通流检测器先后均检测到有排队车辆，则先中断北进口左转相位或西进口直行相位，后中断南进口左转相位或东进口直行相位。若当前东、西出口第一交通流检测器均滞留有排队车辆，则直接跳过该相位，运行下一相位。
(4)当有行人过街信号时，行人过街信号一般与机动车直行信号重叠运行；当提前中断或跳跃机动车直行相位时，必须保证行人过街最短绿灯时间要求。当机动车直行相位的绿灯时间小于行人过街最短绿灯时间时，或出现跳跃直行相位的情况，行人过街信号按最短绿灯时间运行，此时机动车直行信号绿灯结束后交叉口机动车信号全红或机动车信号一直全红，直至行人过街最短绿灯时间运行结束。非机动车信号参照此运行。
Claims (1)
1.一种基于出口剩余容量约束的交叉口信号控制方法，采用的设备包括多个交通流检测器、数据传输子系统、数据处理及控制模块、车道信号灯，交通流检测器与交通流检测器电信号连接，数据传输子系统与数据处理及控制模块电信号连接，车道信号灯与数据传输子系统电信号连接，其特征在于，方法包括如下步骤：
步骤一：判断交叉口是否满足设置条件
交叉口高峰时段经常出现排队溢出的情况，且每个出口的总容量大于一个信号周期内驶入该出口车道的总车辆数，即：
式中Le,Ls,Lw,Ln——东、南、西、北出口车道长度(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
步骤二：交叉口出口交通流检测器位置的确定
交叉口每个出口布设两组交通流检测器，第二交通流检测器至出口线间能够停放的车辆数定义为出口车道的预留容量；
(1)第二交通流检测器位置的确定
交叉口出口第二交通流检测器的位置要确保一个信号周期内任何一个相位驶入该出口车道的车辆数不大于该出口车道的预留容量；设该交叉口的信号相位方案由东西左转相位、东西直行相位、南北左转相位、南北直行相位组成；对于西出口而言，一个信号周期内只有南北左转相位和东西直行相位有车辆驶入该出口，则要求南北左转相位或东西直行相位驶入该出口的车辆数均不得大于该出口车道的预留容量，即：
同理：
式中Le1+Le2,Ls1+Ls2,Lw1+Lw2,Ln1+Ln2——东、南、西、北出口第二交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
ges,gss,gws,gns——东、南、西、北各进口直行车绿灯时间(s)；
gel,gsl,gwl,gnl——东、南、西、北各进口左转车绿灯时间(s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
(2)第一交通流检测器位置的确定
交叉口出口第一交通流检测器的位置要避免相位切换期间行驶在交叉口内的车辆和黄灯期间驶出停车线的车辆在出口车道排队时出现排队溢出；对西出口而言，当南北左转相位或东西直行相位切换时，已经行驶在交叉口内的车辆数和黄灯期间驶出停车线的车辆数之和不能大于第一交通流检测器至出口线的预留容量，即：
同理：
式中Le1,Ls1,Lw1,Ln1——东、南、西、北出口第一交通流检测器距出口线的距离(m)；
neo,nso,nwo,nno——东、南、西、北出口的车道数(条)；
——车辆排队时平均车头间距(m)；
Ses,Sss,Sws,Sns——东、南、西、北各进口直行车道饱和流率(veh/s)；
Sel,Ssl,Swl,Snl——东、南、西、北各进口左转车道饱和流率(veh/s)；
Res,Rss,Rws,Rns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Rel,Rsl,Rwl,Rnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内运行轨迹长度(m)；
Ves,Vss,Vws,Vns——东、南、西、北各进口直行车交叉口内平均运行速度(m/s)；
Vel,Vsl,Vwl,Vnl——东、南、西、北各进口左转车交叉口内平均运行速度(m/s)；
nes,nss,nws,nns——东、南、西、北各进口直行车道数(条)；
nel,nsl,nwl,nnl——东、南、西、北各进口左转车道数(条)；
ts——黄灯时长(s)；
步骤三：交通信号控制逻辑
(1)当所有出口的第二交通流检测器均未检测到有排队车辆时信号交叉口按正常的相位、相序运行，各个相位的绿灯时间不变；
(2)当对称出口中的一个出口第二交通流检测器检测到有排队车辆时
东、西出口：设西出口第二交通流检测器检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入西出口；若西出口第一交通流检测器未检测到有排队车辆时，则当前相位正常运行；若西出口第一交通流检测器检测到有车辆排队时，须立即中断驶入西出口的车流，即中断南进口的左转相位或东进口的直行相位；而驶入东进口的车流继续放行直至该相位绿灯时间结束，即北进口的左转相位或西进口的直行相位继续运行直至该相位绿灯时间结束；若当前西出口第一交通流检测器仍滞留有排队车辆，则只放行驶入东出口的车流，即只运行北进口的左转相位或西进口的直行相位，直至该相位结束；南进口的左转相位或东进口的直行相位不运行、一直显示红灯；
(3)当对称出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆时
东、西出口：设东、西出口的第二交通流检测器均检测到有排队车辆，当前相位有车辆驶入东、西出口；若东、西出口的第一交通流检测器均未检测到有排队车辆，则当前相位正常运行；若其中一个或两个出口的第一交通流检测器检测到有车辆排队，则先中断检测到有车辆排队的那个出口的车流，直至对称车流均提前中断或其中一个方向绿灯时间运行完毕，如东、西出口第一交通流检测器先后均检测到有排队车辆，则先中断北进口左转相位或西进口直行相位，后中断南进口左转相位或东进口直行相位；若当前东、西出口第一交通流检测器均滞留有排队车辆，则直接跳过该相位，运行下一相位；
(4)当有行人过街信号时，行人过街信号一般与机动车直行信号重叠运行；当提前中断或跳跃机动车直行相位时，必须保证行人过街最短绿灯时间要求；当机动车直行相位的绿灯时间小于行人过街最短绿灯时间时，或出现跳跃直行相位的情况，行人过街信号按最短绿灯时间运行，此时机动车直行信号绿灯结束后交叉口机动车信号全红或机动车信号一直全红，直至行人过街最短绿灯时间运行结束；非机动车信号参照此运行。
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