CN106373411B - 基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法 - Google Patents

基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，通过获取交叉口各方向进口道停车线的车辆通过记录；生成过车信号时刻表；根据信号配时相位情况对车道进行分组，选择周期内过车量最大的车道作为该周期内该车道组的关键车道；生成关键车道过车信号图以及车头时距信号图，二者结合分析停车线后的排队情况以及绿灯时间内的车辆通行情况，由此分析对应相位的绿灯利用指数；对各周期内的绿灯利用率情况进行统计分析；依据统计分析结果，若各周期内的绿灯利用率情况存在绿灯时间的剩余，则缩短绿灯时间。该方法基于智能卡口对于过车情况的监测结果，能够实现对交叉口现有配时方案的效果进行分析并据此进行信号配时的有效优化。

Description

基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法
技术领域
本发明属于交通信号控制技术领域，具体涉及一种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法。
背景技术
单点交通信号控制是当前最为主要的道路交通信号控制方法，适宜的信号配时方案能够为交叉口待通行车辆分配合理的通行路权，达到减少交叉口延误或排队长度的效果，改善交叉口通行效率。多时段的固定信号配时是目前应用最为广泛的单点交通信号控制方法，根据高峰、平峰、低峰等时段的历史平均数据计算信号配时参数，生成对应时段的控制方案。然而交通流存在随机特性，固定的信号配时方案难以取得良好的信号控制效果，在实际应用中存在某一相位绿灯时间过剩而造成的整体通行效率降低的问题。国内的城市道路信号交叉口大多安装有智能卡口系统，能够记录交叉口各车道的车辆通过情况，如何根据车辆通行情况评估绿灯利用率进而优化信号配时，是在交通信号控制过程中应当予以考虑并解决的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，解决现有技术中存在的信号交叉口存在的绿灯时间浪费而带来的交叉口通行效率降低的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，包括以下步骤：
S1、依托交叉口进口道安装的记录交叉口过车情况的设备，获取交叉口各方向进口道停车线的车辆通过记录；
S2、提取步骤S1中获取的车辆通过记录中的检测时刻，生成交叉口各车道停车线的过车信号时刻表；
S3、根据步骤S2生成的停车线的过车信号时刻表对每周期内的各车道过车量进行统计；根据信号配时相位情况对车道进行分组，选择周期内过车量最大的车道作为该周期内该车道组的关键车道；
S4、由步骤S2生成的停车线的过车信号时刻表生成关键车道过车信号图以及车头时距信号图，二者结合分析停车线后的排队情况以及绿灯时间内的车辆通行情况，由此分析对应相位的绿灯利用指数；
S5、根据车道x(x＝1,2,…,L)在周期m(m＝1,2,…,M)内的绿灯利用指数分析结果，对各周期内的绿灯利用率情况进行统计分析；依据统计分析结果，评估连续多周期内的绿灯利用情况，若存在绿灯利用率统计结果不大于阈值，则缩短绿灯时间；其中，L为交叉口的车道总数，M为统计分析的周期数。
进一步的，步骤S4具体为：
S41、基于车道x的停车线过车时刻表生成对应的过车时间信号图Px(t)；
S42、根据车道x的停车线过车信号，计算各周期内通过该车道停车线的相邻车辆的车头时距，即相邻的停车线过车信号时间差；生成周期内对应的车辆车头时距离散信号Hx(n)；
S43、提取第m个周期的过车信号其中a,b分别为周期m以及周期m+1的车道x绿灯时间起始时刻，u(t)为单位阶跃序列，即检测t≤a+T0，是否存在其中T0为交叉口车辆的启动损失时间；若存在，则判断第m个周期内车道x在绿灯开始前存在车辆排队，转到步骤S44；否则，判断不存在排队情况，转到步骤S45；
S44、对于第m个周期的车道x在绿灯开始前停车线处存在排队的情况，分析其对应的车头时距离散信号的幅值特征；
S45、对于第m个周期的车道x在绿灯开始前停车线处不存在排队的情况，绿灯利用指数I＝1。
进一步的，步骤S44中，根据信号交叉口处的交通间断流特性，排队前端的车辆车头时距受启动损失时间的影响呈递减趋势，在进行信号幅度特性分析时，对车头时距信号序列进行初步处理，生成以第K辆车作为分析起始点的分析序列 其中u(n)为单位阶跃序列。
进一步的，所述K根据该车道停车线车辆通行情况确定，K∈[4,6]。
进一步的，步骤S44中，分析以第K辆车作为分析起始点的分析序列的离散信号幅度特性，并分析对应的车道交通流运行情况；以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号的幅度特性分为三类状态：
状态一：以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号幅度呈等幅状态，表明有效绿灯时间内车道x内的车辆以稳定的车头时距通过停车线；
状态二：以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号在初始阶段呈等幅状态，后续存在有幅值显著增加的信号，即其中，N为周期m内通过车道x停车线的车辆数，表明有绿灯时间开始时段车道x内的存在以稳定的车头时距通过停车线的车队，在排队释放完毕后存在随机到达停车线且通过的车辆；
状态三：以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号幅度呈无规律随机状态，表明m周期的绿灯时间车辆到达停车线较为分散。
进一步的，步骤S44中，根据对于幅度特性的分析结果，确定车道的绿灯利用指数；其中，幅度特性满足状态一所述，确定车道的绿灯利用指数I＝4；幅度特性满足状态二所述，确定车道的绿灯利用指数I＝3；幅度特性满足状态三所述，确定车道的绿灯利用指数I＝2。
进一步的，步骤S5中，依据统计分析结果，若车道的绿灯利用指数I在设定比例以上的分位数不大于阈值2，则表明该车道所对应相位存在绿灯时间的剩余，则缩短绿灯时间。
进一步的，所述M不小于100。
有益效果：本发明提供的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，针对实际应用中信号交叉口存在的绿灯时间浪费而带来的交叉口通行效率降低的问题，基于智能卡口检测的交叉口停车线过车记录，生成关键车道的过车信号图以及车头时距信号图，通过分析信号图特征对交叉口过车特性进行分析，以此评价交叉口信号控制方案绿灯利用率，在此基础上对交叉口配时方案进行优化调整，以提高交叉口整体通行效率，减少绿灯时间浪费。
附图说明
图1是本发明实施例基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法的流程示意图。
图2是实施例中分析停车线后的排队情况以及绿灯时间内的车辆通行情况，由此分析对应相位的绿灯利用指数的流程示意图。
图3是实施例中交叉口进口道安装的记录交叉口过车情况的设备的示意图。
图4是实施例中第m个周期的过车检测信号的说明示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明为一种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，通过获取交叉口各方向进口道停车线的车辆通过记录；生成过车信号时刻表；根据信号配时相位情况对车道进行分组，选择周期内过车辆最大的车道作为该周期内该车道组的关键车道；生成关键车道过车信号图以及车头时距信号图，二者结合分析停车线后的排队情况以及绿灯时间内的车辆通行情况，由此分析对应相位的绿灯利用指数；对各周期内的绿灯利用率情况进行统计分析；依据统计分析结果，若各周期内的绿灯利用率情况存在绿灯时间的剩余，则缩短绿灯时间。该方法基于智能卡口对于过车情况的监测结果，能够实现对交叉口现有配时方案的效果进行分析并据此进行信号配时的有效优化。
实施例
实施例的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，充分利用现有的数据源，无需额外安装交通流检测设备，从卡口检测系统中获取交叉口车道过车记录，生成过车信号图，据此分析绿灯时间内的车辆通行情况，以评估绿灯利用率，进而进行信号配时的优化。
该种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，如图1，包括以下步骤：
S1、依托交叉口进口道安装的电子警察、智能卡口等记录交叉口过车情况的设备，如图3，获取交叉口各方向进口道停车线的车辆通过记录。
S2、提取车辆通过记录中的检测时刻，生成交叉口各车道停车线的过车信号时刻表。
S3、根据过车信号时刻表对每周期内的各车道过车量进行统计；根据信号配时相位情况对车道进行分组，选择周期内过车量最大的车道作为该周期内该车道组的关键车道。
S4、由步骤S2的停车线过车信号时刻表生成关键车道过车信号图以及车头时距信号图，二者结合分析停车线后的排队情况以及绿灯时间内的车辆通行情况，由此分析对应相位的绿灯利用指数；详细地，如图2，步骤4的实现步骤为：
S41、基于车道x的停车线过车时刻表生成对应的过车时间信号图Px(t)。
S42、根据车道x的停车线过车信号，计算各周期内通过该车道停车线的相邻车辆的车头时距，即相邻的停车线过车信号时间差；生成周期内对应的车辆车头时距离散信号Hx(n)。
S43、如图4，提取第m个周期的过车信号其中a,b分别为周期m以及周期m+1的车道x绿灯时间起始时刻，u(t)为单位阶跃序列，即检测t≤a+T0，是否存在其中T0为交叉口车辆的启动损失时间，一般取值不大于5秒；若存在，则判断第m个周期内车道x在绿灯开始前存在车辆排队，转到步骤S44；否则，判断不存在排队情况，转到步骤S45。
S44、对于第m个周期的车道x在绿灯开始前停车线处存在排队的情况，分析其对应的车头时距离散信号的幅值特征；详细的步骤如下：
S441、根据信号交叉口处的交通间断流特性，排队前端的车辆车头时距受启动损失时间的影响呈递减趋势，在进行信号幅度特性分析时，对车头时距信号序列进行初步处理，生成以第K辆车作为分析起始点的分析序列其中u(n)为单位阶跃序列，K根据该车道停车线车辆通行情况确定，通常情况K∈[4,6]。
S442、分析的离散信号幅度特性，并分析对应的车道交通流运行情况；离散信号的幅度特性分为三类：
状态一：离散信号幅度呈等幅状态，表明有效绿灯时间内车道x内的车辆以稳定的车头时距通过停车线，由此可得出结论：上一周期m-1的红灯时间在车道x停车线后产生的排队在m周期的绿灯时间释放，且有效绿灯时间为车队充分利用；
状态二：离散信号在初始阶段呈等幅状态，后续存在有幅值显著增加的信号，即其中，N为周期m内通过车道x停车线的车辆数，表明有绿灯时间开始时段车道x内的存在以稳定的车头时距通过停车线的车队，在排队释放完毕后存在随机到达停车线且通过的车辆，由此可得出结论：上一周期m-1的红灯时间在车道x停车线后产生的排队在m周期的绿灯时间内完全释放且绿灯时间仍有剩余；
状态三：离散信号幅度呈无规律随机状态，表明m周期的绿灯时间车辆到达停车线较为分散。
S443、根据S442对于幅度特性的分析结果，确定车道的绿灯利用指数；其中幅度特性满足状态一所述，绿灯利用指数I＝4；幅度特性满足状态二所述，绿灯利用指数I＝3；幅度特性满足状态三所述，绿灯利用指数I＝2。
S45、对于第m个周期的车道x在绿灯开始前停车线处不存在排队的情况，绿灯利用指数I＝1。
S5、根据车道x(x＝1,2,…,L)在周期m(m＝1,2,…,M)内绿灯利用指数分析结果；其中，L为交叉口的车道总数，M为统计分析的周期数，一般M不小于100；若I的95％分位数不大于2，则表明该车道所对应相位存在绿灯时间的浪费，应适当缩短绿灯时间。
实施例的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，基于智能卡口对于过车情况的监测结果，能够实现对交叉口现有配时方案的效果进行分析并据此进行信号配时的有效优化。该种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，针对实际应用中信号交叉口存在的绿灯时间浪费而带来的交叉口通行效率降低的问题，从信号交叉口布设的智能卡口设备中获取交叉口过车记录，基于交叉口过车信号评估现有交通信号控制配时方案下各转向的有效绿灯利用率，进而对交叉口配时进行优化以提高交叉口整体通行效率。
实施例的具体条件和分析结果为：
交叉口的四个进口道车道情况均为专左、直行、专右，各转向均为一车道，根据信号控制方案划分为四个车道组：南北直右、南北左转、东西直右、东西左转，对应的关键车道分别为由南至北直行、由南至西左转、由西向东直行、由西向北左转。以10:00～13:00时段的信号控制方案为优化对象，对周一至周三的共计270个信号周期各关键车道过车信号进行分析，周期时长为120秒。绿灯利用指数的95％分位数统计结果见表1。
表1初始绿灯利用指数统计表
以上统计结果显示，由西向东的直行方向存在绿灯时间浪费，将东西直右、左转绿灯时间分别缩短8秒、6秒，并分配至南北直右与南北左转两个相位，分别增加10秒与4秒，并对优化方案的执行后的过车情况进行分析，见表2。
表2优化一次后绿灯利用指数统计表
进一步优化，将东西直行绿灯时间缩短8秒，并分配至南北直右相位，对优化后的方案执行后的过车情况进行分析，见表3。
表3优化两次后绿灯利用指数统计表
经过两次优化，交叉口的绿灯时间分配情况进行了调整，方案实施结果显示，东西直右相位的绿灯利用率增加，南北直右相位的绿灯利用情况降级至3，南北直右相位绿灯放行时间内各周期平均过车量增加17％。运用本发明所述的方法对交叉口的放行时间进行调整和优化，满足各方向的交通需求，减少东西直行方向的绿灯时间浪费，为交通需求量较大的南北直行方向提供更长的放行时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、依托交叉口进口道安装的记录交叉口过车情况的设备，获取交叉口各方向进口道停车线的车辆通过记录；
S2、提取步骤S1中获取的车辆通过记录中的检测时刻，生成交叉口各车道停车线的过车信号时刻表；
S3、根据步骤S2生成的停车线的过车信号时刻表对每周期内的各车道过车量进行统计；根据信号配时相位情况对车道进行分组，选择周期内过车量最大的车道作为该周期内该车道组的关键车道；
S4、由步骤S2生成的停车线的过车信号时刻表生成关键车道过车信号图以及车头时距信号图，二者结合分析停车线后的排队情况以及绿灯时间内的车辆通行情况，由此分析对应相位的绿灯利用指数；S4具体为：
S41、基于车道x的停车线过车时刻表生成对应的过车时间信号图Px(t)；
S42、根据车道x的停车线过车信号，计算各周期内通过该车道停车线的相邻车辆的车头时距，即相邻的停车线过车信号时间差；生成周期内对应的车辆车头时距离散信号Hx(n)；
S43、提取第m个周期的过车信号其中a,b分别为周期m以及周期m+1的车道x绿灯时间起始时刻，u(t)为单位阶跃序列，即检测t≤a+T0，是否存在其中T0为交叉口车辆的启动损失时间；若存在，则判断第m个周期内车道x在绿灯开始前存在车辆排队，转到步骤S44；否则，判断不存在排队情况，转到步骤S45；
S44、对于第m个周期的车道x在绿灯开始前停车线处存在排队的情况，分析其对应的车头时距离散信号的幅值特征；
S45、对于第m个周期的车道x在绿灯开始前停车线处不存在排队的情况，绿灯利用指数I＝1；
S5、根据车道x，x＝1,2,…,L在周期m，m＝1,2,…,M内的绿灯利用指数分析结果，对各周期内的绿灯利用率情况进行统计分析；依据统计分析结果，评估连续多周期内的绿灯利用情况，若存在绿灯利用率统计结果不大于阈值，则缩短绿灯时间；其中，L为交叉口的车道总数，M为统计分析的周期数。
2.如权利要求1所述的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，其特征在于：步骤S44中，根据信号交叉口处的交通间断流特性，排队前端的车辆车头时距受启动损失时间的影响呈递减趋势，在进行信号幅度特性分析时，对车头时距信号序列进行初步处理，生成以第K辆车作为分析起始点的分析序列 其中u(n)为单位阶跃序列。
3.如权利要求2所述的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，其特征在于：所述K根据该车道停车线车辆通行情况确定，K∈[4,6]。
4.如权利要求2所述的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，其特征在于：步骤S44中，分析以第K辆车作为分析起始点的分析序列的离散信号幅度特性，并分析对应的车道交通流运行情况；以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号的幅度特性分为三类状态：
状态一：以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号幅度呈等幅状态，表明有效绿灯时间内车道x内的车辆以稳定的车头时距通过停车线；
状态二：以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号在初始阶段呈等幅状态，后续存在有幅值显著增加的信号，即其中，N为周期m内通过车道x停车线的车辆数，表明有绿灯时间开始时段车道x内的存在以稳定的车头时距通过停车线的车队，在排队释放完毕后存在随机到达停车线且通过的车辆；
状态三：以第K辆车作为分析起始点的分析序列离散信号幅度呈无规律随机状态，表明m周期的绿灯时间车辆到达停车线较为分散。
5.如权利要求4所述的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，其特征在于：步骤S44中，根据对于幅度特性的分析结果，确定车道的绿灯利用指数；其中，幅度特性满足状态一所述，确定车道的绿灯利用指数I＝4；幅度特性满足状态二所述，确定车道的绿灯利用指数I＝3；幅度特性满足状态三所述，确定车道的绿灯利用指数I＝2。
6.如权利要求1或5所述的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，其特征在于：步骤S5中，依据统计分析结果，若车道的绿灯利用指数I在设定比例以上的分位数不大于阈值2，则表明该车道所对应相位存在绿灯时间的剩余，则缩短绿灯时间。
7.如权利要求1所述的基于交叉口过车记录的单点信号控制优化方法，其特征在于：所述M不小于100。
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