CN107067768B - 一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，包括：步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机；步骤20)实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。该控制方法可预防和缓解城市信号交叉口出现的过饱和交通现象。

Description

一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法

技术领域

本发明涉及道路信号交叉口自组织控制方法，具体来说，涉及一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法。

技术背景

目前，城市的过饱和交通已由交通问题上升为一个全民关注的社会问题，正越来越严重地影响着经济社会发展和民生改善。过饱和交通是指交叉口到达交通量大于通行能力的状态。它的演化过程可以形象地表述为在以信号周期为轮转单位的前提下，排队车辆数逐渐增加的过程，最先形成进口区域其他转向车道在绿灯时间无车辆可放的饥饿现象，进而造成交叉口绿灯信号被红灯化，最终促使交叉口死锁。受限于信号控制机制和检测器性能，现有信号控制技术无法应对过饱和交通带来的挑战。

过饱和交通产生的本质原因在于局部通行能力与通行需求不相匹配，若交叉口的信号控制方式不科学，导致交通分布过度集中，在交通平峰期也会触发局部交叉口陷入过饱和。信号交叉口处的交通溢流、交通滞留和交叉口死锁是诱发过饱和交通的三个重要致因，也是我国城市过饱和交通状态所呈现的基本特征。实现过饱和交通提前预防以及过饱和交通加速缓解，成为本领域技术人员面临的一就技术问题。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，该控制方法能够动态识别出三种过饱和交通特征，基于自组织信号控制疏导过饱和交通流，实现过饱和交通的事前预防和主动控制，以加速缓解过饱和交通。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，包括以下步骤：

步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机，用于采集信息；

步骤20)根据检测线圈和摄像机采集的信息，实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；所述过饱和交通现象包括交通溢流、交通滞留或交叉口死锁；

步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。

作为优选例，所述步骤10)包括以下步骤：

步骤101)将两相邻信号交叉口之间的区域依次划分为一交叉口内部区域、出口区域、路段区域、进口区域和另一交叉口内部区域；

步骤102)从城市网络矢量地图上提取待控制交叉口的几何参数，所述几何参数包括进口区域的长度L_approach、出口区域的长度L_departure、交叉口内部区域的长度L_length和交叉口内部区域的宽度L_width；

步骤103)获取待控制交叉口进口区域的车辆数λ_approach和出口区域的车辆数λ_departure；其中，进口区域的车辆数λ_approach包括进口区域的直行车辆数λ^T _approach、进口区域的右转车辆数λ^R _approach和进口区域的左转车辆数λ^L _approach；

步骤104)在交叉口进口区域，以20米为间隔，连续布设N_i个检测线圈；在交叉口内部区域，以10米为间隔，沿纵向和横向共布设N_k个检测线圈；在路段区域中间位置，布设1个检测线圈；当车辆进入进口区域时，检测线圈记录车辆速度v_i和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为t_i(T)，右转车占用检测线圈的时间为t_i(R)，左转车占用检测线圈的时间为t_i(L)；当车辆驶过路段区域检测线圈时，记录车辆速度v_r和占用检测线圈的时间t_r；当车辆进入交叉口内部区域时，检测线圈记录车辆速度v_k和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为t_k(T)，右转车占用检测线圈的时间为t_k(R)，左转车占用检测线圈的时间为t_k(L)；获取交叉口的信号周期C；其中，

其中，ceil表示向下取整数。

作为优选例，所述的步骤103)包括：将摄像机架设在受控信号交叉口路边，使摄像机的拍摄范围覆盖该交叉口的进口区域和出口区域，且拍摄到交通高峰期车辆的行驶过程；将拍摄的视频导入软件Adobe Premiere中，获取进口区域的直行车辆数λ^T _approach、进口区域的右转车辆数λ^R _approach、进口区域的左转车辆数λ^L _approach和出口区域的车辆数λ_departure。

作为优选例，所述步骤20)中，判断道路是否出现过饱和交通现象，包括：

当进口区域拓宽的左转车道上所有N_i个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用检测线圈时间t_i(L)都大于信号周期C，则左转车道完全被排队车辆占用，该交叉口的左转交通流向发生交通溢流；

当进口区域拓宽的左转车道上所有N_i个检测线圈检测到的车辆速度都为零，进口区域的左转车辆数λ^L _approach为零，同时进口区域的直行车辆数λ^T _approach大于零，则左转车辆被前方直行排队车辆阻挡，无法驶入左转专用道，该交叉口的直行交通流向发生交通溢流；

当路段区域和进口区域入口处布设的检测线圈检测到的车辆速度均为零，且车辆占用线圈时间t_r、t_i(T)、t_i(R)均大于信号周期C，则该路段区域前方完全被排队滞留车辆占用，该交叉口发生交通滞留；

当交叉口内部区域布设的N_k个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用线圈时间t_k(T)、t_k(R)、t_k(L)均大于信号周期C，则交叉口内部区域被车辆完全占据，该交叉口死锁。

作为优选例，所述步骤30)包括：

步骤301)根据信号交叉口的交通组织和渠化形式，将不冲突的交通流向组合成交通相位集合ψ_n；

步骤302)根据步骤103)获取的交叉口进口区域的车辆数λ_approach和步骤104)中检测线圈记录的车辆占用检测线圈的时间，按照式(1)计算交通相位集合ψ_n中每个交通流向f的通行需求D(f)：

其中，f表示直行T、左转L或者右转R；

步骤303)按照步骤302)计算的通行需求，进行自组织信号控制，并返回步骤20)，直至不再出现过饱和交通现象时，结束自组织信号控制。

作为优选例，所述步骤303)中，对于交叉口发生交通溢流现象时：

根据交通相位集合ψ_n中每个交通流向的通行需求，加权平均获得每个交通相位的通行需求，并释放通行需求最大的交通相位；

如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的左转交通流向出现溢流，左转排队阻挡直行车辆进入直行专用道，则截断当前放行交通相位中与该左转交通流向冲突的直行交通流，将该左转交通流向和同进口的直行交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该左转交通流向的车辆排队消散；

如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的直行交通流向出现溢流，直行排队阻挡左转车辆进入左转专用道，则截断当前放行交通相位中与该直行交通流向冲突的左转交通流，将该直行交通流向和同进口的左转交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该直行交通流向的车辆排队消散。

作为优选例，所述步骤303)中，对于交叉口发生交通滞留的交通流向f，实施交叉口排队监管机制，将该交通流向纳入交通滞留控制集合Ω中，构建交通滞留控制方案π，如式(2)所示：

若交通滞留控制集合Ω为非空集合，则开启绿灯，对Ω中的交通流向放行；若Ω中含有多个交通流向，则选择排队车辆数最大的交通流向放行；

若交通滞留控制集合Ω为空集，则选择通行需求最高的交通流向放行。

作为优选例，所述步骤303)中，对于出现交叉口死锁现象，首先根据式(3)判断出口区域是否还有车辆的储车空间：

λ_departure*L_vel>L_departure 式(3)

式中，L_vel表示车辆长度；

如果出口区域车辆数λ_departure与车辆长度的乘积大于出口区域长度，则出口区域没有储车空间；否则，出口区域仍有储车空间；

如果出口区域有储车空间，计算交通流向的通行需求时，考虑进口区域的通行压力和各交通流向对应出口区域的储车空间，按照式(4)计算各交通流向的通行需求，选择通行需求最大的交通流向予以放行：

如果出口区域没有剩余储车空间，则控制方法包括上游截流和下游卸流，此时，控制方案μ如式(5)所示：

式中，n表示待控制交叉口编号，m表示待控制交叉口的下游交叉口，Ω_m表示下游交叉口优先放行交通流向的集合，f^out表示交通流向f对应的下游路段中存在的所有交通流向，表示最长候车时间。

对于待控制交叉口n的交通流向f，如果车辆的平均红灯等待时间小于则启动上游截流：给予交通流向f红灯，限制该交通流向f驶入交叉口；

对于待控制交叉口n的交通流向f，如果车辆的平均红灯等待时间大于或等于则启动下游卸流：将交通流向f对应的下游路段中存在的所有交通流向f^out纳入下游交叉口m的交通相位集合，予以优先放行，以释放出口区域的排队车辆。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有方法对过饱和交通流的整体评估，本发明实施例的城市过饱和交通流自组织信号控制方法， 能够分别识别出交通溢流、交通滞留和交叉口死锁三种主要过饱和交通特征。本发明实施例的自组织信号控制方法能够有效缓解三类过饱和交通。相较于现有方法，本发明实施例协调各交通流向通行需求的效果好、应对交通流波动态势的能力强，能够更有效地缓解过饱和交通态势。

附图说明

图1是本发明实施例的流程框图；

图2是本发明实施例中信号控制交叉口的子区域划分示意图；

图3是本发明实施例中视频检测器和线圈检测器的布设示意图；

图4(a)是本发明实施例中识别到的一种交通溢流现象示意图；

图4(b)是本发明实施例中识别到的另一种交通溢流现象示意图；

图5(a)是本发明实施例中识别到的一种交通滞留现象示意图；

图5(b)是本发明实施例中识别到的另一种交通滞留现象示意图；

图6(a)是本发明实施例中识别到的单个交叉口死锁现象示意图；

图6(b)是本发明实施例中识别到的多个交叉口死锁现象示意图；

图7(a)是本发明实施例中交叉口西进口发生左转溢流示意图；

图7(b)是本发明实施例中交叉口西进口直行绿灯期间左转车道溢流控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例的一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，包括以下步骤：

步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机，用于采集信息。

所述步骤10)包括步骤101)至步骤104)：

步骤101)如图2所示，将两相邻信号交叉口之间的区域依次划分为一交叉口内部区域、出口区域、路段区域、进口区域和另一交叉口内部区域；

步骤102)从城市网络矢量地图上提取待控制交叉口的几何参数，所述几何参数包括进口区域的长度L_approach、出口区域的长度L_departure、交叉口内部区域的长度L_length和交叉口内部区域的宽度L_width；

步骤103)获取待控制交叉口进口区域的车辆数λ_approach和出口区域的车辆数λ_departure；其中，进口区域的车辆数λ_approach包括进口区域的直行车辆数λ^T _approach、进口区域的右转车辆数λ^R _approach和进口区域的左转车辆数λ^L _approach。

步骤103)具体包括：如图3所示，将摄像机架设在受控信号交叉口路边，使摄像机的拍摄范围覆盖该交叉口的进口区域和出口区域，且拍摄到交通高峰期车辆的行驶过程；将拍摄的视频导入软件Adobe Premiere中。该软件可对视频以每秒25帧的速率播放，获取进口区域的直行车辆数λ^T _approach、进口区域的右转车辆数λ^R _approach、进口区域的左转车辆数λ^L _approach和出口区域的车辆数λ_departure。

步骤104)如图3所示，在交叉口进口区域，以20米为间隔，连续布设N_i个检测线圈；在交叉口内部区域，以10米为间隔，沿纵向和横向共布设N_k个检测线圈。在路段区域中间位置，布设1个检测线圈；当车辆进入进口区域时，检测线圈记录车辆速度v_i和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为t_i(T)，右转车占用检测线圈的时间为t_i(R)，左转车占用检测线圈的时间为t_i(L)；当车辆驶过路段区域检测线圈时，记录车辆速度v_r和占用检测线圈的时间t_r；当车辆进入交叉口内部区域时，检测线圈记录车辆速度v_k和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为t_k(T)，右转车占用检测线圈的时间为t_k(R)，左转车占用线圈的时间为t_k(L)。作为优选，上述车辆驶过检测线圈的速度值和时间值均取均值。获取交叉口的信号周期C。其中，

其中，ceil表示向下取整数。

步骤20)根据检测线圈和摄像机采集的信息，实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；所述过饱和交通现象包括交通溢流、交通滞留或交叉口死锁。

所述步骤20)中，判断道路是否出现过饱和交通现象，包括以下步骤：

当进口区域拓宽的左转车道上所有N_i个检测线圈检测到的车辆速度都为零， 且车辆占用检测线圈时间t_i(L)都大于信号周期C，则左转车道完全被排队车辆占用，该交叉口的左转交通流向发生交通溢流；当进口区域拓宽的左转车道上所有N_i个检测线圈检测到的车辆速度都为零，进口区域的左转车辆数λ^L _approach为零，同时进口区域的直行车辆数λ^T _approach大于零，则左转车辆被前方直行排队车辆阻挡，无法驶入左转专用道，该交叉口的直行交通流向发生交通溢流。如图4所示，其中图4(a)为直行车道交通溢流致使左转车道饥饿；其中图4(b)为左转车道交通溢流致使直行车道饥饿。

当路段区域和进口区域入口处布设的检测线圈检测到的车辆速度均为零，且车辆占用线圈时间t_r、t_i(T)、t_i(R)均大于信号周期C，则该路段区域前方完全被排队滞留车辆占用，该交叉口发生交通滞留。如图5(a)所示，为交叉口进口车道排队滞留示意图；如图5(b)所示，为交叉口出口车道排队滞留示意图。

当交叉口内部区域布设的N_k个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用线圈时间t_k(T)、t_k(R)、t_k(L)均大于信号周期C，则交叉口内部区域被车辆完全占据，该交叉口死锁。图6(a)所示，为路段溢流致上游交叉口自锁示意图；图6(b)所示，为路段溢流致交叉口群死锁示意图。

步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。

所述步骤30)包括：

步骤301)根据信号交叉口的交通组织和渠化形式，将不冲突的交通流向组合成交通相位集合ψ_n；

步骤302)根据步骤103)获取的交叉口进口区域的车辆数λ_approach和步骤104)中检测线圈记录的车辆占用检测线圈的时间，按照式(1)计算交通相位集合ψ_n中每个交通流向f的通行需求D(f)：

其中，f表示直行T、左转L或者右转R；

步骤303)按照步骤302)计算的通行需求，进行自组织信号控制，并返回 步骤20)，直至不再出现过饱和交通现象时，结束自组织信号控制。

所述步骤303)中，对于交叉口发生交通溢流现象时：

根据交通相位集合ψ_n中每个交通流向的通行需求，加权平均获得每个交通相位的通行需求，并释放通行需求最大的交通相位；

如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的左转交通流向出现溢流，左转排队阻挡直行车辆进入直行专用道，则截断当前放行交通相位中与该左转交通流向冲突的直行交通流，将该左转交通流向和同进口的直行交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该左转交通流向的车辆排队消散；

如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的直行交通流向出现溢流，直行排队阻挡左转车辆进入左转专用道，则截断当前放行交通相位中与该直行交通流向冲突的左转交通流，将该直行交通流向和同进口的左转交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该直行交通流向的车辆排队消散。

下面例举两个交通溢流现象实例。

如图7(a)和图7(b)所示，当东向西的直行交通流③和西向东的直行交通流②组成的交通相位处于绿灯放行阶段时，如果西向北的左转交通①出现溢流，左转排队车辆进入西向东的直行交通流②，则截断东向西的直行交通流③，将西向东的直行交通流②和西向北的左转交通流①组成当前相位，以绿灯放行，加速西向北的左转交通流向的车辆排队消散，以避免溢流上溯。

如图7(a)所示，当西向北的左转交通流①和东向南的左转交通流④组成的交通相位处于绿灯放行阶段时，如果西向东的直行交通流向②出现溢流，直行排队阻挡左转车辆进入左转专用道，则截断东向南的左转交通流④，将西向北的左转交通流①和西向东的直行交通流向②组成相位，予以绿灯放行，加速西向东直流交通流向的车辆排队消散，以避免溢流上溯。

所述步骤303)中，对于交叉口发生交通滞留的交通流向f，实施交叉口排队监管机制，将该交通流向纳入交通滞留控制集合Ω中，构建交通滞留控制方案π，如式(2)所示：

若交通滞留控制集合Ω为非空集合，则开启绿灯，对Ω中的交通流向放行；若Ω中含有多个交通流向，则选择排队车辆数最大的交通流向放行；

若交通滞留控制集合Ω为空集，则选择通行需求最高的交通流向放行。

所述步骤303)中，对于出现交叉口死锁现象，首先根据式(3)判断出口区域是否还有车辆的储车空间：

λ_departure*L_vel>L_departure 式(3)

式中，L_vel表示车辆长度；

如果出口区域车辆数λ_departure与车辆长度的乘积大于出口区域长度，则出口区域没有储车空间；否则，出口区域仍有储车空间；

如果出口区域有储车空间，计算交通流向的通行需求时，考虑进口区域的通行压力和各交通流向对应出口区域的储车空间，按照式(4)计算各交通流向的通行需求，选择通行需求最大的交通流向予以放行：

如果出口区域没有剩余储车空间，则控制方法包括上游截流和下游卸流，此时，控制方案μ如式(5)所示：

式中，n表示待控制交叉口编号，m表示待控制交叉口的下游交叉口，Ω_m表示下游交叉口优先放行交通流向的集合，f^out表示交通流向f对应的下游路段中存在的所有交通流向，表示最长候车时间。可设定为3分钟。

对于待控制交叉口n的交通流向f，如果车辆的平均红灯等待时间小于则启动上游截流。上游截流的方法为：给予交通流向f红灯，限制该交通流向f驶入交叉口，以遏制死锁加剧。

对于待控制交叉口n的交通流向f，如果车辆的平均红灯等待时间大于或等于则启动下游卸流。下游卸流的方法为：将交通流向f对应的下游路段中存在的所有交通流向f^out纳入下游交叉口m的交通相位集合，予以优先放行，以释放出口区域的排队车辆，以加速死锁的恢复速度。

上述实施例的方法旨在预防和缓解城市信号交叉口出现的交通溢流、交通滞留和交叉口死锁三大过饱和交通现象。首先，将交叉口划分为四个检测区域，在关键节点布设检测线圈，动态分析车辆排队波动态势，实时判断是否出现交通溢流、交通滞留和交叉口死锁这三类过饱和交通特征；其次，在检测到交叉口出现过饱和交通特征时，将现状固定信号控制切换到自组织信号控制，根据各交通流向的通行需求实时安排放行顺序；最后，在自组织信号控制的机制中加入交通溢流控制策略、交通滞留控制策略、交叉口死锁抑制策略，以实现过饱和交通的提前预防和主动控制。针对识别出的交通溢流现象，启动交通溢流信号控制策略，及时截断非溢流相位通行，加速开启溢流相位通行。针对识别出的交通滞留现象，以确保信号控制的稳定鲁棒性为导向，开启交叉口排队管理机制，优先放行交通滞留相位集合。针对识别出的交叉口死锁现象，采用交叉口死锁抑制的信号控制策略，实现死锁交叉口的自组织恢复。

本发明的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，能够在提升道路通行能力的同时，遏制交通流向过饱和状态演化，实现控制方法的提前介入，避免出现过饱和交通态势。

下面例举一实施例。鹤壁市淮河路与泰山路交叉口的西进口设置有拓展出的左转专用道，由于通勤高峰期的左转车较多，西进口经常发生左转溢流。本实施例说明如何识别和控制其西进口的左转溢流。

1.数据采集提取

对鹤壁市淮河路与泰山路交叉口的过街交通进行交通信息采集，采集时间为晚高峰。在城市网络矢量地图上提取待控制交叉口的几何参数，包括进口区域的长度L_approach、出口区域的长度L_departure、交叉口内部区域的长度L_length、交叉口内部区域的宽度L_width、现状交叉口的信号周期C等，并计算得到进口区域和交叉口内部区域布设线圈的数量N_i和N_k，各项数据如表1所示。

表1

C

L<sub>approach</sub>

L<sub>departure</sub>

L<sub>length</sub>

L<sub>width</sub>

N<sub>i</sub>

N<sub>k</sub>

120s

80m

100m

70m

50m

4个

12个

拍摄10分钟，也即5个周期的西进口交通流视频录像，将拍摄的视频导入软件Adobe Premiere中，获取进口区域的直行车辆数λ^T _approach、进口区域的左转车辆数λ^L _approach和出口区域的车辆数λ_departure。通过读取线圈检测的信息，得到当车辆进入进口区域时，车辆速度v_i(记录速度为零的数据个数)、左转车占用检测线圈的时间t_i(L)。前4个周期获取的视频和检测器信息如表2所示。

表2

2.左转溢流的识别

由上表数据分析可知，在第四个信号周期，西进口拓宽的左转车道上所有检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用检测线圈时间t_i(L)都大于信号周期120s。因此，可判定第四个信号周期，西进口的左转车道完全被排队车辆占用，发生了左转溢流。

3.左转溢流的自组织信号控制

针对发生左转溢流的第四个信号周期，首先根据该信号交叉口西进口的交通组织和渠化形式，将不冲突的交通流向组合成交通相位集合ψ_n，也即直行和左转两个相位。然后，根据获取的车辆数和检测线圈记录的车辆占用检测线圈的时间，得到各交通流向的通行需求D(f)。计算结果如表3所示：

表3

交通流向	车辆数量	占用检测线圈时间均值	交通流向通行需求
				直行	42辆	100s	4200辆·s
左转	25辆	133s	3313辆·s

由上表可知，直行交通流向的通行需求要大于左转交通流向的通行需求，应优先安排直行相位通行。但由于该交叉口发生了左转溢流，因此应截断正在放行的直行相位，给予左转相位绿灯，一直到检测器检测到的左转车辆速度都大于0，且左转车占用检测线圈的时间小于120s，交通溢流信号控制方法见附图7所示。以10s为绿灯间隔，再次检测车辆溢流现象可得知，如表4所示，在第四个信号周期，西进口的左转交通流向需要放行40s才可以消除左转溢流。

表4

左转绿灯	v<sub>i</sub>(km/h)	t<sub>i</sub>(L)(s)	左转溢流是否结束
				10	0,0,0,0	45,48,45,58	否
20	0,0,3.2,5.5	36,44,52,39	否
				30	10.8,0,0,12.0	34,25,49,20	否
40	12.8,15.5,17.2,13,4	16,15,18,12	是

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机，用于采集信息；所述步骤10)包括以下步骤：

步骤101)将两相邻信号交叉口之间的区域依次划分为一交叉口内部区域、出口区域、路段区域、进口区域和另一交叉口内部区域；

步骤102)从城市网络矢量地图上提取待控制交叉口的几何参数，所述几何参数包括进口区域的长度L_approach、出口区域的长度L_departure、交叉口内部区域的长度L_length和交叉口内部区域的宽度L_width；

步骤103)获取待控制交叉口进口区域的车辆数λ_approach和出口区域的车辆数λ_departure；其中，进口区域的车辆数λ_approach包括进口区域的直行车辆数λ^T _approach、进口区域的右转车辆数λ^R _approach和进口区域的左转车辆数λ^L _approach；

步骤104)在交叉口进口区域，以20米为间隔，连续布设N个检测线圈，沿车辆行驶方向，每个线圈依次命名为A₁、A₂、…、A_i、…、A_N；在交叉口内部区域，以10米为间隔，沿纵向和横向共布设M个检测线圈，按从西到东、从南到北方向，每个线圈依次命名为B₁、B₂、…、B_i、…、B_M；在路段区域中间位置，布设1个检测线圈；当车辆进入进口区域时，第A_i个检测线圈记录车辆速度v_Ai和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为t_Ai(T)，右转车占用检测线圈的时间为t_Ai(R)，左转车占用检测线圈的时间为t_Ai(L)；当车辆驶过路段区域检测线圈时，记录车辆速度v_r和占用检测线圈的时间t_r；当车辆进入交叉口内部区域时，第B_i个检测线圈记录车辆速度v_Bi和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为t_Bi(T)，右转车占用检测线圈的时间为t_Bi(R)，左转车占用检测线圈的时间为t_Bi(L)；获取交叉口的信号周期C；其中，

其中，ceil表示向下取整数；

步骤20)根据检测线圈和摄像机采集的信息，实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；所述过饱和交通现象包括交通溢流、交通滞留或交叉口死锁；

步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。

2.按照权利要求1所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述的步骤103)包括：将摄像机架设在受控信号交叉口路边，使摄像机的拍摄范围覆盖该交叉口的进口区域和出口区域，且拍摄到交通高峰期车辆的行驶过程；将拍摄的视频导入软件Adobe Premiere中，获取进口区域的直行车辆数λ^T _approach、进口区域的右转车辆数λ^R _approach、进口区域的左转车辆数λ^L _approach和出口区域的车辆数λ_departure。

3.按照权利要求1所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述步骤20)中，判断道路是否出现过饱和交通现象，包括：

当进口区域拓宽的左转车道上所有N个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用检测线圈时间t_Ai(L)都大于信号周期C，则左转车道完全被排队车辆占用，该交叉口的左转交通流向发生交通溢流；

当进口区域拓宽的左转车道上所有N个检测线圈检测到的车辆速度都为零，进口区域的左转车辆数λ^L _approach为零，同时进口区域的直行车辆数λ^T _approach大于零，则左转车辆被前方直行排队车辆阻挡，无法驶入左转专用道，该交叉口的直行交通流向发生交通溢流；

当路段区域和进口区域入口处布设的检测线圈检测到的车辆速度均为零，且车辆占用线圈时间t_r、t_Ai(T)、t_Ai(R)均大于信号周期C，则该路段区域前方完全被排队滞留车辆占用，该交叉口发生交通滞留；

当交叉口内部区域布设的M个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用线圈时间t_Bi(T)、t_Bi(R)、t_Bi(L)均大于信号周期C，则交叉口内部区域被车辆完全占据，该交叉口死锁。

4.按照权利要求1所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述步骤30)包括：

步骤301)根据信号交叉口的交通组织和渠化形式，将不冲突的交通流向组合成交通相位集合ψ_n；

步骤302)根据步骤103)获取的交叉口进口区域的车辆数λ_approach和步骤104)中检测线圈记录的车辆占用检测线圈的时间，按照式(1)计算交通相位集合ψ_n中每个交通流向f的通行需求D(f)：

其中，f表示直行T、左转L或者右转R；

步骤303)按照步骤302)计算的通行需求，进行自组织信号控制，并返回步骤20)，直至不再出现过饱和交通现象时，结束自组织信号控制。

5.按照权利要求4所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述步骤303)中，对于交叉口发生交通溢流现象时：

根据交通相位集合ψ_n中每个交通流向的通行需求，加权平均获得每个交通相位的通行需求，并释放通行需求最大的交通相位；

如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的左转交通流向出现溢流，左转排队阻挡直行车辆进入直行专用道，则截断当前放行交通相位中与该左转交通流向冲突的直行交通流，将该左转交通流向和同进口的直行交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该左转交通流向的车辆排队消散；

如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的直行交通流向出现溢流，直行排队阻挡左转车辆进入左转专用道，则截断当前放行交通相位中与该直行交通流向冲突的左转交通流，将该直行交通流向和同进口的左转交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该直行交通流向的车辆排队消散。

6.按照权利要求4所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述步骤303)中，对于交叉口发生交通滞留的交通流向f，实施交叉口排队监管机制，将该交通流向纳入交通滞留控制集合Ω中，构建交通滞留控制方案p，如式(2)所示：

若交通滞留控制集合Ω为非空集合，则开启绿灯，对Ω中的交通流向放行；若Ω中含有多个交通流向，则选择排队车辆数最大的交通流向放行；

若交通滞留控制集合Ω为空集，则选择通行需求最高的交通流向放行。

7.按照权利要求4所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述步骤303)中，对于出现交叉口死锁现象，首先根据式(3)判断出口区域是否还有车辆的储车空间：

λ_departure*L_vel>L_departure 式(3)

式中，L_vel表示车辆长度；

如果出口区域车辆数λ_departure与车辆长度的乘积大于出口区域长度，则出口区域没有储车空间；否则，出口区域仍有储车空间；

如果出口区域有储车空间，计算交通流向的通行需求时，考虑进口区域的通行压力和各交通流向对应出口区域的储车空间，按照式(4)计算各交通流向的通行需求，选择通行需求最大的交通流向予以放行：

如果出口区域没有剩余储车空间，则控制方法包括上游截流和下游卸流，此时，控制方案μ如式(5)所示：

式中，n表示待控制交叉口编号，m表示待控制交叉口的下游交叉口，Ω_m表示下游交叉口优先放行交通流向的集合，f^out表示交通流向f对应的下游路段中存在的所有交通流向，表示最长候车时间；

对于待控制交叉口n的交通流向f，如果车辆的平均红灯等待时间小于则启动上游截流：给予交通流向f红灯，限制该交通流向f驶入交叉口；

对于待控制交叉口n的交通流向f，如果车辆的平均红灯等待时间大于或等于则启动下游卸流：将交通流向f对应的下游路段中存在的所有交通流向f^out纳入下游交叉口m的交通相位集合，予以优先放行，以释放出口区域的排队车辆。