CN107204120B

CN107204120B - 一种利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法及其装置

Info

Publication number: CN107204120B
Application number: CN201710589826.XA
Authority: CN
Inventors: 曾明德
Original assignee: Ji'nan All Pass Mdt Infotech Ltd
Current assignee: Ji'nan All Pass Mdt Infotech Ltd
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-12-31
Anticipated expiration: 2037-07-19
Also published as: CN107204120A

Abstract

本发明涉及一种利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法及其装置，在至少一条路径的前后端分别安装车辆检测器，检测路径中通过车辆，路径后端需设有信号灯；车辆检测器检测并记录车辆驶入时间点，车辆检测器检测并记录车辆驶出时间点同时上传到处理器，处理器对驶入驶出时间进行处理，得到车辆的路径旅行时间并获取信号灯在车辆驶入驶出时间点之间的红灯总时间、周期红灯时间、周期绿灯时间、车辆连续前进时间以及车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间，代入计算疏解路径车流所需绿灯时间。本发明利用车辆旅行时间判断出疏解路径车流所需绿灯时间，并通过平衡绿灯公式进行相位绿灯时间平衡，应用这种方法进行交通信号相位设计。

Description

一种利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法及其装置，属于交通信号相位设计的技术领域。

背景技术

当今时代城市化发展迅速，城市的不断建设带动了城市整体的繁荣以及周边城区的发展，同时也造成大量车流的涌入，给城市整体交通路网带来巨大压力。因此如何有效检测出道路车流量，并根据车流量灵活调整信号配时方案，以缓解车流拥堵的交通问题，成为重要的研究课题。

目前国省道、高速公路上获取交通流量的方法一般为由高速公路出入口设置多条电子不停车收费系统(Electronic Toll Collection，ETC)，同时在高速公路全线安装至少300个以上的检测设备，当每台车辆经过检测器时，道路电子不停车收费系统便会获取车辆上所安装的车载电子标签的身份标签(ID)，同时配合车辆识别系统(AVI)捕捉车辆经过的视频影像，从而识别经过的车牌号码，因此车辆在高速公路上完整的行车轨迹都被记录下来。

由于车辆在高速公路上完整的行车轨迹都被记录下来，因此道路电子不停车收费系统不仅可作为车辆进行收费使用，还可应用于道路交通管理。例如当一辆车经过地点A的检测设备时，检测设备检测并记录下车辆经过的时间点A，当车辆继续行驶到地点B时，B点检测设备检测并记录下车辆经过的时间点B，将时间点B减去时间点A，即可得到车辆从地点A到地点B的旅行时间。若需将这些车辆信息进行交通信号设计则要求获取更准确有效的车辆信息，传统方法大都采用流量检测器来获取车辆车流量、车速、车道占有率等交通参数，计算最优信号配时方案，同时结合获取的车辆旅行时间，进行实时交通信号控制的输出反馈评估，判断修正信号配时后车辆旅行时间是否减小等。因此一般情况下，进行实时交通信号控制时都需要安装流量检测器以及旅行时间检测器用于获取必要的交通参数以及输出反馈评估，导致整体耗费成本较高。

传统的进行交通信号相位设计的方法的局限性主要包括以下几点：

1)交通相位设计需要依赖于从不同种类的交通检测器获取的各种交通参数，但获取各类交通参数并进行处理会消耗一定的人力物力，同时交通检测器的安置也需要消耗较高的成本。

2)各类交通检测器均存在一定误差，且受周围环境的影响程度不一，因此基于此所进行的交通信号控制都需要经过大量的实际情况的检验，增加了交通管理者的工作强度。

3)传统交通相位设计普遍存在效率低下的缺点，无法进行快速有效准确的实时交通信号调控，便达不到交通管理者想要的较好的道路状况调控效果。

中国专利文献CN103208193A公开了一种利用视频检测数据的城市相邻交叉口信号协调控制方法，涉及一种城市相邻两交叉口信号协调控制方法，属于信号控制领域，解决现有信号协调控制方法采用感应线圈检测数据导致协调相位路径流量统计误差较大、协调控制方案不精确等问题。信号机通过视频检测器获取各个交叉口进口车道停车线断面图像；根据断面图获取车辆数，根据车辆数计算交通流参数；对进口车道到达交通流量进行预测计算；对路段进行机动车平均运行速度预测计算；进行信号协调控制配时参数计算；根据信号协调控制配时参数获得信号协调控制方案，并将控制信号传输给交通信号灯实现信号协调控制。但是，该专利存在以下缺陷和不足：本专利仍然停留在通过视频检测器来获取车流量这一交通参数的基础上来进行信号控制方案协调。目前，国内各大城市在检测器使用上，利用视频检测器来获取各类交通参数已不足为奇。同时，该专利中提到利用道路断面捕获的机动车牌照来推算两个断面之间通过车流量本身就存在相当大的误差，视频检测器不仅存在捕获率误差，同时还存在识别率误差，两者叠加，误差非常大，再者基于交通管理者方面考虑，目前道路视频检测器覆盖率并不高，因此仅仅通过视频检测器来获取相关交通参数并进行信号协调控制并不十分理想。

发明内容

针对传统交通相位设计方法存在的缺陷，本发明提出一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法及其装置，该方法和装置能够根据车辆旅行时间判断出准确有效的车辆信息，为交通信号相位调控提供参考参数，无需额外布设车流检测器，即可获得车流量、车速、车道占有率等参数，解决成本高以及准确率的问题。

本发明根据车辆的路径旅行时间判断疏解路径车流所需的绿灯时间，并利用疏解所需绿灯时间进行交通信号周期时长和相位的计算。本发明能实时判断每条路径车流量状况，配合车流量状态实时调整交通信号配时方案，使道路车流量能够尽快疏解。

术语解释：

旅行时间，是同一辆车顺次经过两个交叉口时被检测到的时间点，将第二次经过交叉口的时间点减掉第一次经过交叉口的时间点所得到的时间差即称为该车辆行驶的旅行时间。

本发明的技术方案如下：

一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，包括步骤如下：

(1)通过车辆检测器检测车辆经过一条路径的前端时车辆驶入时间点，路径即为车辆行进过程中所经过的矢量道路，路径的端即为矢量单位的起点或终点，起点即为路径的前端，终点即为路径的后端；

(2)通过车辆检测器检测车辆经过该路径的后端时车辆驶出时间点；获取该路径后端处信号灯在同一车辆驶入时间点与驶出时间点之间的停等红灯总时间、周期红灯时间、周期绿灯时间、车辆连续前进时间、车辆在最末信号周期绿灯时间内通行时间；停等红灯总时间即为车辆在行进过程中经过几个红灯时间周期所耗损的总时间；周期红灯时间即为信号相位周期内红灯时长；周期绿灯时间即为信号相位周期内绿灯时长；车辆连续前进时间是指在有效绿灯时间内车辆不断行进的时间总长；车辆在最末信号周期绿灯时间内通行时间是指车辆在经过一个或几个信号相位周期后，通过进口停车线，驶离信号交叉口即路径后端所用的时间；

(3)将同一辆车的车辆驶出时间点、车辆驶入时间点相减，得到对应车辆的旅行时间；

(4)根据步骤(2)获取的同一车辆的停等红灯总时间、周期红灯时间、周期绿灯时间、车辆连续前进时间、车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间，以及步骤(3)求取的对应车辆的旅行时间，计算该车辆对应的路径车流疏解所需绿灯时间；

(5)通过步骤(1)至步骤(4)分别计算该路径上多辆车对应的路径车流疏解所需绿灯时间，取其中的最大值作为该路径的路径疏解所需绿灯时间；

(6)判断步骤(5)求取的路径疏解所需绿灯时间是否超过第一阈值或第二阈值，如果超过第一阈值，则将周期绿灯时间增加值一；如果超过第二阈值，则将周期绿灯时间增加值二；否则，不作任何处理；

(7)通过步骤(1)至步骤(5)求取多条路径的路径疏解所需绿灯时间，并通过步骤(6)调整多条路径对应周期绿灯时间。

根据本发明优选的，所述步骤(4)，车辆对应的路径车流疏解所需绿灯时间g_ai的计算公式如式(Ⅰ)、式(Ⅱ)所示：

T_red＝T-T₃ (Ⅰ)

式(Ⅰ)、式(Ⅱ)中，T_red为车辆停等红灯总时间；T为车辆的旅行时间；T₃为车辆连续前进时间；为取整函数的高斯符号；r为周期红灯时间；g为周期绿灯时间；t₂为车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间。

根据本发明优先的，步骤(6)中，周期绿灯时间调整公式如式(Ⅲ)-(Ⅵ)所示：通过绿灯时间调整公式，对各相位绿灯时间进行调整，并通过仿真和实际验证获得较为理想的绿灯周期时间值。

如果路径疏解所需绿灯时间超过第一阈值，周期绿灯时间调整公式如式(Ⅲ)、(Ⅳ)所示：

g<u<T (Ⅳ)

如果路径疏解所需绿灯时间超过第二阈值，周期绿灯时间调整公式如(Ⅴ)、(Ⅵ)所示：

g_ad'＝g+m (Ⅴ)

w≥T (Ⅵ)

式(Ⅲ)-(Ⅵ)中，g_ad为超过第一阈值后调整得到的周期绿灯时间，g_ad'为超过第二阈值后调整得到的周期绿灯时间，u为第一阈值，w为第二阈值，m为所能额外提供的绿灯时间的最大值。即针对某一路口某个相位而言，绿灯时间的设置无法无限制增大，需结合交叉口和道路实际情况(渠化设计、其他相位绿灯时间时长、总信号周期时长等)进行设置。根据绿灯调整公式，现举例说明如下：

已知一信控交叉口，信号周期总时长为220S，东西向为主干道，南北向为次干道，有东西直行，东西左转，南北直行，南北左转共四个相位。其中，东西直行相位绿灯周期时间为120S，若东西直行所得到的路径疏解所需绿灯时间为140S，m取为20S，此时最大绿灯疏解时间未超过总周期时间，故由公式(Ⅲ)，调整后的绿灯时间为153S，若路径疏解所需绿灯时间为240S，则根据公式(Ⅴ)，调整后的绿灯时间为160S。由于实际交叉口可能的情况繁多，不同的道路级别，不同进口方向，不同的转向等都对应很多不同的可能情况，在此不再进行一一举例说明。

根据本发明优选的，步骤(7)完成后，通过平衡绿灯时间公式求取每一路径后端信号灯的平衡绿灯时间，并通过平衡绿灯时间调整信号灯的配时方案，平衡绿灯时间是指对于多条路径而言，在同一交叉口根据不同相位流量需求需要不同的绿灯相位时长，当信号周期固定时，需根据不同相位流量需求占比考虑应给各相位的绿灯时间，以平衡各相位绿灯时间内的通行车流量，使得交叉口相位设计达到最优状态；基于路径中疏解车流所需绿灯时间的最大值得到平衡绿灯时间，求取公式如式(Ⅶ)-(Ⅺ)所示：

∑G＝G₁+G₂+…+G_n (VIII)

∑G≤MaxPathCycle (IX)

∑g＝g₁+g₂+…+g_n (Ⅹ)

MinG_i≤G_i≤MaxG_i (Ⅺ)

式(Ⅶ)-(Ⅺ)中，G₁、G₂…G_n分别为要求取的第1、2…n条路径的平衡绿灯时间；∑G为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间总和；g₁、g₂…g_n分别为第1、2…n条路径中疏解车流所需绿灯时间的最大值；∑g为单条路径疏解所需绿灯时间总和；MaxG_i为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间中的最大值，i为自然数，1≤…i≤n；MinG_i为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间中的最小值；n为总的路径数目；MaxPathCycle为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间总和的最大限值。

根据本发明优选的，步骤(7)—(8)完成后，计算停等车辆排队长度，停等车辆排队长度是指车辆在停等红灯时间或红灯和绿灯时间周期内车辆从交叉口停车线到排队车辆末端的距离；具体计算方法为：根据获取的路径的长度、路径的平均车速、车辆连续前进时间、车辆停等红灯总时间、周期红灯时间、周期绿灯时间以及车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间，代入停等车辆排队长度公式中，计算得到停等车辆排队长度，车辆停等红灯总时间是指车辆在行进过程中，停等红灯周期总时间；停等车辆排队长度L_car公式如式(Ⅻ)-式(XIII)所示：

L_car＝d-V×t₁ (XIII)

式(Ⅻ)-式(XIII)中，为取整函数的高斯符号；t₁为车辆最初信号周期绿灯相位内的通行时间；T₃为车辆连续前进时间；T_red为车辆停等红灯总时间；r为周期红灯时间；g为周期绿灯时间；t₂为车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间；d为路径长度；V为路径平均车速。

停等车辆排队长度可直观表征该路口下一周期交通需求流量，可搭配疏解绿灯时间来反映相位实际交通需求，通过交通需求来实时调整信号周期中各相位绿灯时间，是评价交通信号方案合理性及道路交通拥挤程度的一个重要参数。

根据本发明优选的，通过车辆检测器检测车辆上装设的具有身份辨识码的电子卷标，识别每辆车的车牌信息，用来辨识车辆，包括步骤如下：

a、车辆经过一条路径的前端时，车辆检测器检测到该车辆上安装的具有身份辨识码的电子卷标，并记录下该车辆驶入时间点；

b、车辆检测器将检测到该车辆上的身份辨识码及该车辆的车辆驶入时间点上传并保存；

c、车辆经过一条路径的后端时，车辆检测器检测该车辆上安装的具有身份辨识码的电子卷标，并记录下该车辆驶出时间点；

d、将步骤c检测到该车辆上的身份辨识码及该车辆的车辆驶出时间点上传并保存，并通过身份辨识码找到对应车辆，并保存该车辆对应的车辆驶出时间点，将相同车辆的车辆驶出时间点减去车辆驶入时间点，得到该车辆的旅行时间。

根据本发明优选的，所述车辆检测器为红外线检测器、视频检测器或微波检测器。

上述利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法的实现装置，包括若干车辆检测器、若干控制机，所述车辆检测器设置在路径的前端与后端，所述控制机设置在信号灯控制箱内，所述控制机包括依次连接的数据库、处理器、输入接口，所述处理器分别连接每个所述车辆检测器，所述处理器还连接信号灯。

根据本发明优选的，车辆经过路径的前端时，设置在该路径的前端的所述车辆检测器检测经过车辆上装设的具有身份辨识码的电子卷标，并记录该车辆经过该路径的前端时的车辆驶入时间点，并将该车辆的身份辨识码、车辆驶入时间点发送至相应的处理器；

车辆经过路径的后端时，设置在该路径的后端的所述车辆检测器检测经过车辆上装设的具有身份辨识码的电子卷标，并记录该车辆经过该路径的后端时的车辆驶出时间点，并将该车辆的身份辨识码、车辆驶出时间点发送至相应的处理器；

数据库将车辆连续前进时间、每一红灯时间点与绿灯时间点、周期红灯时间以及周期绿灯时间提供给相应的处理器，处理器根据每一红灯时间点，获得对应车辆的车辆驶入时间点与车辆驶出时间点之间的停等红灯总时间，处理器根据获得的车辆驶入时间点与车辆驶出时间点之间每辆车的最后一个绿灯时间点，并将车辆驶出时间点减去最后一个绿灯时间点，以获得每辆车的最末信号周期绿灯相位内的通行时间；车辆连续前进时间是指车辆行进过程中无停等消耗，正常前进的时间；每一红灯时间点与绿灯时间点是指每一条路径信号灯红灯开始时间和绿灯开始时间；周期红灯时间是指一个周期内红灯相位时间总长；周期绿灯时间是指一个周期内绿灯相位时间总长；

所述处理器通过身份辨识码来辨识同一车辆的车辆驶入时间点、车辆驶出时间点，将相同车辆驶出时间点减去车辆驶入时间点，得到车辆的旅行时间；

所述处理器根据获取的车辆的旅行时间，以及对应车辆的停等红灯总时间、周期红灯时间、周期绿灯时间、车辆连续前进时间、车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间，通过式(Ⅰ)、式(Ⅱ)求取多辆车对应的路径车流疏解所需绿灯时间；取其中的最大值作为该路径的路径疏解所需绿灯时间；

所述处理器还判断求取的路径疏解所需绿灯时间是否超过第一阈值或第二阈值，如果超过第一阈值，则将周期绿灯时间增加默认值一；如果超过第二阈值，则将周期绿灯时间增加默认值二；否则，不作任何处理；其中关于第一、第二阈值以及默认值一和默认值二在之前已经说明，不再赘述。

本发明的有益效果为：

1、更高效、实用的交通信号相位设计方法。本发明在利用旅行时间进行交通相位设计的过程中，充分利用车辆旅行时间来判断车道的有效疏解绿灯时间，并利用有效疏解绿灯时间进行交通信号相位设计，摒弃了以往需要通过各种交通参数进行相位设计的方法，大大提高了效率，而且在相位设计过程中，还能够实时判断各个方向的车流量状态，实时配合车流量状态来调整交通信号配时方案，增加其实用性；

2、更高的适用性和推广性。本发明不仅适用于单路径的相位设计，同时提出了多路径之间进行相位协调平衡的应用方法，即将针对单路径的设计方法沿用至多路径的情况中，以通过平衡各路径绿灯时间调节信号灯相位，使本发明具有更高的适用性和推广性；

3、加强了交通管理者的管理效率和力度。一方面，本发明单利用车辆旅行时间进行交通信号相位设计，无需额外布设车流检测器即可获得相位设计所需的交通参数，同时减小了相位设计中的计算误差，较传统的交通相位设计方法降低了人力物力的成本；另一方面，本发明只需利用车辆行驶旅行时间即可获得相关参数进行交通相位调控，又在一定程度上降低了时间成本，加强了交通管理者的管理效率和力度。

4、本申请将视频检测器作为一种辅助识别监控车辆轨迹的工具，重点设计一种基于车辆旅行时间检测的检测器装置来进行信号协调控制，减小了基于视频检测器检测的弊端，

附图说明

图1为实施例1利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法的实现装置在路口的安装示意图；

图2为实施例1利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法的实现装置的模块示意图；

图3为实施例1利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法流程图；

图4为实施例1中车辆在某路径上某时段的行驶状态示意图；

图5为实施例1中利用阈值调整绿灯相位时长的流程图；

图6为实施例1中计算疏解路径车流所需绿灯时间超过阈值示意图；

图7为实施例2利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法的实现装置在路口的安装示意图；

图8为实施例2利用旅行时间进行交通信号相位设计的方法的实现装置的模块示意图；

10、10’、10”、12、12’、12”均是车辆检测器，20、控制机，22、处理器，24、数据库，26、输入接口，30、31、32、34、36、38、39均是信号灯，40、交通信号控制箱，50、50’、50”均是车辆，52、电子卷标。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，如图3所示，该方法的实现装置如图1、图2所示，路径是由一个以上的路段组成，且路径可为直线或弯曲的路段，路径的前端设有车辆检测器10，其可以为红外线检测器、视频检测器或微波检测器等，用于检测并记录车辆50的驶入时间点；路径后端则设有车辆检测器12，同样地，其也可为红外线检测器、视频检测器或微波检测器等，用于检测并记录车辆50的驶出时间点。本实施例以路径A作举例说明，路径A为两个信号灯30、32之间的路段，其中车辆检测器10设置在路径A前端的信号灯30上，车辆检测器12则设置在路径A后端的信号灯32上，也可以另外架设设备将车辆检测器10架设于路径A的前端，或另外架设设备将车辆检测器12架设于路径A的后端。本实例中车辆检测器10与车辆检测器12为微波检测器，可检测车辆50上所装设的具有身份辨识码的电子卷标52，使车辆检测器10与车辆检测器12在检测到车辆50时可辨识目前所检测到的车辆为车辆50。车辆检测器10与车辆检测器12亦可采用视频检测器，其可以获取车辆50的车牌影像，作为辨识车辆的依据。

将控制机20装设在马路上的交通信号控制箱40中，控制机20中包括一个处理器22、一个数据库24以及一个输入接口26，处理器22连接交通信号灯30，用于调整信号灯周期和相位，处理器22可用有线也可发出无线信号连接车辆检测器10与车辆检测器12，本实例中处理器22利用发出无线信号来连接车辆检测器10与车辆检测器12。当车辆检测器10检测到车辆50上的电子卷标52后，记录下车辆驶入时间点，同时车辆检测器10通过无线信号将电子卷标52上的身份辨识码以及车辆驶入时间点传递给处理器22，使处理器22能通过身份辨识码来辨识车辆50的车辆驶入时间点；当车辆50经过车辆检测器12时，车辆检测器12检测到车辆50上电子卷标52的身份辨识码，并记录车辆驶出时间点，再通过无线传输将身份辨识码与车辆驶出时间点传递至控制机20的处理器22中，使处理器22能通过身份辨识码来辨识车辆50的车辆驶出时间点，处理器22就能将相同车辆50的车辆驶出时间点减去车辆驶入时间点，得到车辆的旅行时间，将以上述参数代入疏解车流所需绿灯时间公式，计算出路径A疏解车流所需绿灯时间。数据库24存储路径A的路径长度、路径A中车辆50的连续前进时间、路段A的平均车速，以及后端的信号灯32的每一红灯时间点与绿灯时间点、红灯时间与绿灯时间等参数，提供给处理器22进行疏解所需绿灯时间计算

本实施例以路径A作为实例说明，车辆检测器10与车辆检测器12能检测到至少一台车辆50，假设本实例中车辆检测器10与车辆检测器12能分别检测到多台车辆50，并通过车辆50上安装的电子卷标52上的身份卷标来辨识检测到的车辆50。包括步骤如下：

S10、通过车辆检测器10记录检测到的多台车辆50的车辆驶入时间点，车辆检测器12检测到多台车辆50的车辆驶出时间点；

S12、处理器22通过车辆50上的身份标签来辨识车辆50，并接收每辆车50的车辆驶入时间点以及车辆驶出时间点，分别将每辆车50的车辆驶出时间点减去车辆驶入时间点，得到每辆车50的旅行时间，同时将数据库24中信号灯32的每一红灯时间点与绿灯时间点、红灯时间以及绿灯时间的信息提供给处理器22，处理器22即可获得红灯时间，并根据数据库24中每一红灯时间点，获得每辆车50的车辆驶入时间点与车辆驶出时间点之间的红灯总时间，同时处理器也可通过数据库24获得车辆驶入时间点到车辆驶出时间点之间每辆车的最后一个绿灯时间点，并将驶出时间点减去最后一个绿灯时间点，以获得每辆车50在最末信号周期绿灯相位内的通行时间；

如图4所示，第一时间轴代表车辆检测器10的时间轴，第二时间轴代表车辆检测器12的时间轴，当车辆50被车辆检测器10检测到时，记录车辆驶入时间，同时车辆50继续前进，直到遇到红灯后停止，因此斜线的部分代表车子在前进，斜线对应的时间g就是绿灯时间，横线则为车辆50遇到红灯停止的状态，因此所对应的时间即是红灯时间r。车辆50在最初信号周期绿灯相位内的通行时间t₁为车辆50在驶入路径A时被车辆检测器10检测到后，遇到第一次红灯时间点与驶入时间的时间点之间的时段，由于车辆50可能是在绿灯时间进行一半时驶入到路径A，因此不能以完整的绿灯时间作计算，故本实例则将此时段称为车辆在最初信号周期绿灯相位内的通行时间t₁；同理，车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间t₂则为在最后一个绿灯时间点至出去时间的时间点之间时段，因车辆50可能在最后一个绿灯时间结束之内就离开路径A，因此不能以完整的绿灯时间作计算，故本实例将此时段称为车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间t₂。其中红灯总时间为车辆50驶入时间点与驶出时间点之间所有红灯时间的总时间，即为图4中所有红灯时间r的总和。连续前进时间T₃即为车辆50在路径A中持续前进，没有停等状态下的前进时间，也就是最初信号周期绿灯相位内的通行时间t₁、最末信号周期绿灯相位内的通行时间t₂与所有周期绿灯时间g的总和。

S14、处理器22分别将每辆车的旅行时间、红灯总时间、周期红灯时间、周期绿灯时间、车辆连续前进时间以及最末信号周期绿灯相位内的通行时间代入疏解所需绿灯时间公式，计算得到每辆车疏解所需绿灯时间，并获取路径疏解所需最大绿灯时间，疏解所需绿灯时间公式如式(I)、式(II)、式(III)所示：

T_red＝T-T₃ (I)

g_{ai max}＝max{g_a1,g_a2,g_a3,…,g_an} (III)

式(I)、式(II)、式(III)中，为取整函数的高斯符号；T_red车辆停等红灯总时间；T为车辆旅行时间；T₃为车辆连续前进时间；其中g_ai为每车辆疏解所需绿灯时间；r为周期红灯时间；g为周期绿灯时间；t₂为车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间；g_{ai max}为每个信号周期中车辆疏解所需绿灯时间最大值。

处理器22得到多辆车50疏解所需绿灯时间后，必须选取多辆车中疏解所需绿灯时间中的最大值g_{ai max}＝max{g_a1,g_a2,g_a3,…,g_an}，即：疏解所需绿灯时间；

对得到的疏解所需绿灯时间进行应用：处理器22能通过疏解所需绿灯时间来判断目前信号灯32的绿灯时间是否适合现在的车流量，以调整信号灯32的绿灯时间。处理器22中设置第一阈值，以及大于第一阈值的第二阈值，其中第一阈值可设为目前绿灯时间的2倍，第二阈值则可设为目前绿灯时间的3倍，处理器22判断疏解所需绿灯时间是否超过第一阈值或第二阈值，并对超过的阈值进行绿灯时间的调整。详细判断流程如下，如图5所示。

S20、处理器22选取多台车辆50中疏解所需绿灯时间的最大值为疏解所需最大绿灯周期时间，作为基准进行对比。

S22、参照图6，处理器22判断疏解所需最大绿灯周期时间是否超过第一阈值或第二阈值，若否，则进入步骤S24，若是，则进入步骤S26；

S24、处理器22不作任何处理；

S26、处理器22调整信号灯32的绿灯时间，并根据超出的阈值来增加绿灯时间默认值，当超过第一阈值时，则增加绿灯时间默认值一，本实例中默认值一为20秒钟，通过增加绿灯时间，使信号灯30处于绿灯相位时，可疏解更多的车辆50。当超过第二阈值时，调整信号灯32的绿灯时间，将绿灯时间增加默认值二，因第二阈值大于第一阈值，表示大于第二阈值时疏解所需绿灯时间数值更大了，车流量更多了，因此默认值二设为40秒，通过增加绿灯时间，增加绿灯相位时可疏解的车辆50流量。

对得到的疏解所需绿灯时间进行另一应用：

a、得到疏解所需绿灯时间后，处理器22用来计算路径A中等红灯的车队长度，处理器22获取数据库24中存储的路径A的长度、路径A的平均车速、连续前进时间、红灯总时间、红灯时间、绿灯时间以及最末信号周期绿灯相位内的通行时间，代入停等车辆排队长度公式中，计算得到停等车辆排队长度，停等车辆排队长度公式如式(IV)、式(V)所示：

L_car＝d-V×t₁ (V)

式(IV)、式(V)中，为取整函数的高斯符号；t₁为车辆最初信号周期绿灯相位内的通行时间；T₃为车辆连续前进时间；T_red为车辆停等红灯总时间；r为周期红灯时间；g为周期绿灯时间；t₂为车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间；d为路径长度；V为路径A的平均车速。最初信号周期绿灯相位内的通行时间与最末信号周期绿灯相位内的通行时间已在上述进行说明，故不重复叙述。利用上述方法即可计算出路径A中一个红灯时间内停等的车辆排队长度。

实施例2

一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，该方法的实现装置如图7、图8所示，除能在两个信号灯之间设置车辆检测器10与车辆检测器12之外，也可以分别在多个信号灯之间设置车辆检测器10与车辆检测器12。如图6所示，其有路径A、路径B以及路径C，其中路径A与实施例1中的路径A相同，故不重复叙述；路径B是由多个路段组成的，路径B的车辆检测器10’设置在信号灯34上，车辆检测器12’则设置在路径B后端的信号灯36上，车辆行驶在路径B时，车辆50’会经过多个红绿灯31，此时就必须使用续进连锁效应，调整车辆50’所经过的信号灯31皆为绿灯，来确保车辆50’行驶在路径B上时都会遇到绿灯，直到遇到后端信号灯36才能遇到红灯；路径C的车辆检测器10”设置在前端的信号灯38上，车辆检测器12”则设置在路径C后端的信号灯39上。也可另外架设设备将车辆检测器10、10’、10”架设于路径A、路径B以及路径C的前端，或另外架设设备将车辆检测器12、12’、12”架设于路径A、路径B以及路径C的后端。车辆上安装有具有身份辨识码的电子卷标52，使车辆检测器10、10’、10”与车辆检测器12、12’、12”在检测车辆时，可辨识目前所检测到的车辆的身份。

将控制机20安装在马路上的交通信号控制箱40中，控制机20中包括处理器22、数据库24以及输入接口26，处理器22可以应用有线或无线设备连接交通信号灯30，用于调整信号灯周期和相位，即处理器22可用有线或发出无线信号连接前端车辆检测器10、10’、10”与后端车辆检测器12、12’、12”，本实例中处理器22采用发出无线信号来连接前端车辆检测器10、10’、10”与后端车辆检测器12、12’、12”。具体步骤包括：

a、当车辆检测器10、10’、10”检测到车辆50、50’、50”上的电子卷标52后，记录下车辆驶入时间，同时车辆检测器10、10’、10”通过无线信号将电子卷标52上的身份辨识码以及驶入时间传递给处理器22，使处理器22能通过身份辨识码来辨识车辆50、50’、50”的驶入时间；

b、当车辆50、50’、50”经过车辆检测器12、12’、12”时，车辆检测器12、12’、12”检测到车辆50、50’、50”上电子卷标52的身份辨识码，并记录车辆驶出时间，再通过无线传输将身份辨识码与驶出时间传递至控制机20的处理器22中，使处理器22能通过身份辨识码来辨识车辆50的驶出时间。此时，处理器22便将同一车辆50的驶出时间减去驶入时间，得到车辆的旅行时间。

c、将上述参数代入疏解车流所需绿灯时间公式中，计算出每一路径A、路径B与路径C的疏解车流所需绿灯时间。数据库24存储路径A、路径B以及路径C的路径长度，路径A、路径B以及路径C中的连续前进时间，路径A、路径B以及路径C的平均车速，以及设置在路径A、路径B以及路径C后端信号灯32、36、39的每一红灯时间点与绿灯时间点，红灯时间以及绿灯时间，以提供给处理器22进行疏解所需绿灯时间及车辆排队长度所需要的参数数据。处理器22进行计算时所需的参数除了通过数据库24获取之外，也可利用输入接口26输入处理器22所需的计算参数，以便于处理器22利用疏解所需绿灯时间公式来进行计算。

参照图3、图7与图8，假设本实例中前端车辆检测器10、10’、10”与后端车辆检测器12、12’、12”能分别检测多台车辆。

a、步骤S10，前端车辆检测器10、10’、10”与后端车辆检测器12、12’、12”分别检测到多台车辆50、50’、50”的驶入时间与驶出时间。

b、接着进入步骤S12，处理器22通过车辆50、50’、50”上的身份标签来辨识车辆，并接收每辆车50、50’、50”的驶入时间点以及驶出时间点，以根据身份卷标分别将路径A、路径B以及路径C的每辆车50、50’、50”的驶出时间点减去驶入时间点，得到路径A、路径B以及路径C中每辆车50、50’、50”的旅行时间，同时将数据库24中信号灯32、36、39的车辆连续前进时间、信号灯32、36、39的每一红灯时间点与绿灯时间点、红灯时间以及绿灯时间提供给处理器22，处理器22即可取得红灯时间，以及根据数据库24中信号灯32、36、39的每一红灯时间点，取得每台车辆50、50’、50”驶入时间点与驶出时间点之间的红灯总时间以及红灯时间，并根据绿灯时间点取得最末信号周期绿灯相位内的通行时间。

c、最后进入步骤S14，处理器22分别将路径A、路径B以及路径C每辆车50、50’、50”的旅行时间、红灯总时间、红灯时间、连续前进时间以及最末信号周期绿灯相位内的通行时间带入疏解所需绿灯时间公式，计算路径A、路径B以及路径C中每辆车50、50’、50”的疏解所需绿灯时间。其中疏解所需绿灯时间公式与上述实例相同，故不作赘述。

其中判断目前绿灯时间是否适合现在的车流量的方法及判断计算车辆排队长度的方法与上述实例相同，故不作赘述。

路径A、路径B与路径C的疏解所需绿灯时间后的推演应用：

根据步骤S10至步骤S14分别得到路径A、路径B与路径C的多组疏解所需绿灯时间的解后，选择每一个路径中疏解所需绿灯时间的最大值，再将每一路径中的疏解所需绿灯时间的最大值代入平衡绿灯时间公式中，平衡绿灯时间公式如式(VI)-式(X)所示：

∑G＝G₁+G₂+…+G_n (VII)

∑G≤MaxPathCycle (VIII)

∑g＝g₁+g₂+…+g_n (IX)

MinG_i≤G_i≤MaxG_i,1≤i≤n (X)

其中G₁、G₂…G_n为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间；∑G为所有路径的平衡绿灯时间总和；g₁、g₂…g_n为第1、2…n条路径中疏解车流所需绿灯时间的最大值；∑g为单条路径疏解所需绿灯时间总和；MaxG_i为第i条路径的最大平衡绿灯时间；MinG_i为第i条路径最小平衡绿灯时间；i为自然数；n为总的路径数目；MaxPathCycle为所有路径平衡绿灯时间之和的最大限值。处理器22通过上述方法能有效的计算出每一路径后端信号灯的平衡绿灯时间，以通过平衡绿灯时间调整信号灯30的配时方案。

综上所述，本发明能够根据车辆行驶路径的旅行时间判断出车道的有效疏解绿灯时间，并能利用有效疏解绿灯时间进行交通信号的相位设计，且能实时判断各个方向的车流量状态，实时配合车流量状态来调整交通信号的配时方案，有利于车流量的快速疏解。

以上所述仅为本发明的较实用实例，并非用来限定本发明实施范围。故凡依托本发明申请范围内特征并加以变化或者修饰的成果，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims

1.一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，其特征在于，所述步骤(4)，车辆对应的路径车流疏解所需绿灯时间g_ai的计算公式如式(Ⅰ)、式(Ⅱ)所示：

T_red＝T-T₃ (Ⅰ)

3.根据权利要求1所述的一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，其特征在于，步骤(6)中，周期绿灯时间调整公式如式(III)-(Ⅶ)所示：

如果路径疏解所需绿灯时间超过第一阈值，周期绿灯时间调整公式如式(III)、(Ⅳ)所示：

g<u<T (Ⅳ)

如果路径疏解所需绿灯时间超过第二阈值，周期绿灯时间调整公式如(V)、(Ⅵ)所示：

g_ad'＝g+m (V)

w≥T (Ⅵ)

式(III)-(Ⅵ)中，g_ad为超过第一阈值后调整得到的周期绿灯时间，g_ad'为超过第二阈值后调整得到的周期绿灯时间，u为第一阈值，w为第二阈值，m为所能额外提供的绿灯时间的最大值；T为车辆的旅行时间；g为周期绿灯时间；g_ai为车辆对应的路径车流疏解所需绿灯时间。

4.根据权利要求1所述的一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，其特征在于，步骤(7)完成后，通过平衡绿灯时间公式求取每一路径后端信号灯的平衡绿灯时间，并通过平衡绿灯时间调整信号灯的配时方案，平衡绿灯时间是指对于多条路径而言，在同一交叉口根据不同相位流量需求需要不同的绿灯相位时长，当信号周期固定时，需根据不同相位流量需求占比考虑应给各相位的绿灯时间，以平衡各相位绿灯时间内的通行车流量，使得交叉口相位设计达到最优状态；基于路径中疏解车流所需绿灯时间的最大值得到平衡绿灯时间，求取公式如式(III)-(Ⅶ)所示：

∑G＝G₁+G₂+…+G_n (Ⅳ)

∑G≤MaxPathCycle (V)

∑g＝g₁+g₂+…+g_n (Ⅵ)

MinG_i≤G_i≤MaxG_i (Ⅶ)

式(III)-(Ⅶ)中，G₁、G₂…G_n分别为要求取的第1、2…n条路径的平衡绿灯时间；∑G为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间总和；g₁、g₂…g_n分别为第1、2…n条路径中疏解车流所需绿灯时间的最大值；∑g为单条路径疏解所需绿灯时间总和；MaxG_i为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间中的最大值，i为自然数，1≤…i≤n；MinG_i为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间中的最小值；n为总的路径数目；MaxPathCycle为第1、2…n条路径的平衡绿灯时间总和的最大限值；T为车辆的旅行时间；g为周期绿灯时间；g_ai为车辆对应的路径车流疏解所需绿灯时间。

5.根据权利要求1所述的一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，其特征在于，步骤(7)—(8)完成后，计算停等车辆排队长度，停等车辆排队长度是指车辆在停等红灯时间或红灯和绿灯时间周期内车辆从交叉口停车线到排队车辆末端的距离；具体计算方法为：根据获取的路径的长度、路径的平均车速、车辆连续前进时间、车辆停等红灯总时间、周期红灯时间、周期绿灯时间以及车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间，代入停等车辆排队长度公式中，计算得到停等车辆排队长度，车辆停等红灯总时间是指车辆在行进过程中，停等红灯周期总时间；停等车辆排队长度L_car公式如式(Ⅷ)、式(Ⅸ)所示：

L_car＝d-V×t₁ (Ⅸ)

式(IV)、式(V)中，为取整函数的高斯符号；t₁为车辆最初信号周期绿灯相位内的通行时间；T₃为车辆连续前进时间；T_red为车辆停等红灯总时间；r为周期红灯时间；g为周期绿灯时间；t₂为车辆在最末信号周期绿灯相位内的通行时间；d为路径长度；V为路径平均车速。

6.根据权利要求1所述的一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，其特征在于，通过车辆检测器检测车辆上装设的具有身份辨识码的电子卷标，识别每辆车的车牌信息，用来辨识车辆，包括步骤如下：

7.根据权利要求1所述的一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法，其特征在于，所述车辆检测器为红外线检测器、视频检测器或微波检测器。

8.权利要求2所述的一种利用旅行时间进行交通相位设计的方法的实现装置，其特征在于，包括若干车辆检测器、若干控制机，所述车辆检测器设置在路径的前端与后端，所述控制机设置在信号灯控制箱内，所述控制机包括依次连接的数据库、处理器、输入接口，所述处理器分别连接每个所述车辆检测器，所述处理器还连接信号灯。

9.根据权利要求8所述的利用旅行时间进行交通相位设计的方法的实现装置，其特征在于，车辆经过路径的前端时，设置在该路径的前端的所述车辆检测器检测经过车辆上装设的具有身份辨识码的电子卷标，并记录该车辆经过该路径的前端时的车辆驶入时间点，并将该车辆的身份辨识码、车辆驶入时间点发送至相应的处理器；

所述处理器还判断求取的路径疏解所需绿灯时间是否超过第一阈值或第二阈值，如果超过第一阈值，则将周期绿灯时间增加默认值一；如果超过第二阈值，则将周期绿灯时间增加默认值二；否则，不作任何处理。