CN108399766B - 交通信号两维疏堵绿波模式控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通信号模式领域，公开了一种可以使两个交叉方向各路段堵满车辆的拥堵路网整体运行相应交叉方向交通信号的疏堵绿波模式控制方法，该控制方法包括步骤：计算配置比率模式并获取所控路网各路段的拥堵车队启动用时；计算配置各路口对路网两维疏堵绿波原点的路口两维疏堵绿波时间差；操作完成所述时间差后，开始运行比率模式。本发明可使交通拥堵方向的绿灯信号使用效率比用一维疏堵绿波信号模式又提高50%、比用比率信号模式提高100%，大大提高交通及其控制效率。

Description

交通信号两维疏堵绿波模式控制方法

技术领域

本发明涉及交通信号模式控制领域。具体地说,是一种在路网整体的两个交叉方向交通信号运行疏堵绿波模式的方法。

背景技术

目前交通信号有两种基本模式：比率模式、绿波模式。比率模式使各路口各方向车流按其周期同时被放行、停止，每次放行最大能行驶放行时间乘以道路法定时速的距离。绿波模式部分的解决了这个问题。绿波可以使与绿波流向一致的车流大大减少等待；其只能运行平行方向。通过两个交叉方向进一步提高引导效率的两维绿波引导模式已经被提出。新近还有提出使用与被控交通相反方向的交通信号绿波对拥堵进行疏导的疏堵绿波模式。如果能对路网另一个交叉方向交通拥堵也实现运行绿波疏堵，就可以进一步提高疏堵功效、减少车辆对待。

发明内容

本发明的目的是为实现路网区域整体在两个交叉方向运行疏堵绿波，从而进一步提高交通信号的疏堵功效、车辆减少等待、提高交通及其控制效率。

本发明提出了实现上述目的解决方案，主要思想是将一个交通区域中两个交叉方向发生交通拥堵的一个拥堵方向所有通道设置运行疏堵绿波并将其各自通道疏堵绿波起算点的开启时间从原来的同时改为依次延迟一个时间差，该时间差也是按照一通道疏堵绿波的方式计算配置，结果刚好就导致形成全区域交通信号两维疏堵绿波模式。具体如下：

一种用于道路交通信号网络及其控制系统的两维疏堵绿波模式的控制方法，其特征包括步骤:

S1配置比率式信号模式并获取MxN个路口构成的四边型、有M列、N行通道路网区域内各路口间路段拥堵车队启动用时，该拥堵车队启动用时等于车队启动系数*车队长度，其中车队启动系数范围0.14至0.22,取中0.18，单位：秒/米，该取值可以动态调整；

S2计算配置每个路口的两维疏堵绿波时间差：1)确定配置该区域两维疏堵绿波原点路口：设定该区域两个交通拥堵方向的末端交汇点路口为两维疏堵绿波时间差起算点，即一个区域角上路口作为两维疏堵绿波原点，设定这两个拥堵方向之一为主疏堵方向而另一为副疏堵方向，其各自对应的反方向是主疏堵绿波流向和副疏堵绿波流向，同时确定副疏堵绿波时间差配置通道为主疏堵绿波各个通道时间差起算点路口所在的交叉通道位置，即一个区域边上通道，2)计算各路口主疏堵绿波时间差：该区域每个路口都对于其所在主疏堵通道的绿波时间差起算点路口之间所有路段拥堵方向的拥堵车队启动用时求和，3)计算前述副疏堵绿波时间差通道上各路口副时间差：各个主疏堵通道绿波起算点路口对于所述角上路口作为副疏堵绿波起算点之间的各路段副拥堵方向的拥堵车队启动用时求和，4)将所述两个对应和相加并配置到位：每个路口的路口主疏堵绿波时间差加上其所在主疏堵通道绿波起算点路口对于两维疏堵原点的路口副时间差；

S3新周期开始前先操作完成以红灯/无信号两维疏堵绿波时间差后，开始运行各自比率模式。

根据本发明所述两维疏堵绿波控制方法：其特征是所述S1进一步包括：S11所述车队启动用时等于车队启动系数*拥堵系数*路段长度，其中拥堵系数范围是小于等于的数，等于1时表示严重拥堵，即拥堵车队长度＝路段长度。

根据本发明所述两维疏堵绿波控制方法中步骤S11：其特征进一步包括：S12所述拥堵车队长度减去该车流上游空路口长度与小于等于1的数乘积。

根据本发明所述两维疏堵绿波控制方法中步骤S11：其特征进一步包括：S13所述拥堵车队长度加上该车流上游满路口长度。

根据本发明所述两维疏堵绿波控制方法中步骤S11：其特征进一步包括：S14所述车队启动用时等于车队启动系数*拥堵系数*路段长度*疏离系数，其中疏离系数范围是大于等于1的数，等于1时表示按现状疏堵，大于1时指要使车群拉开距离。

根据本发明所述两维疏堵绿波控制方法：其特征是所述S3进一步包括步骤：S31前述的操作完成是将疏堵绿波时间差逐秒减至0。

根据本发明所述的两维疏堵绿波控制方法：其特征是所述S3进一步包括步骤：S32前述的操作完成是计时从0开始逐秒加至所设疏堵绿波时间。

注1：所述网络的路网节点是多路段汇集而成的路口，由与之对应交通红绿灯信号网络系统控制；注：1)路段指两相邻路口间道路，2)通道指多个串接着的路段及路口，贯穿路网两端的通道称直道。

注2：所述路网范围及特征包括整个信号系统控制着多少路口、如何分布、各路段的长度及拥堵车队启动用时等等；拥堵车队启动用时指拥堵时从车队首辆车开始移动到队尾车移动所用时间；把路网MxN个路口、M列直道和N行直道，记作{M,N}或{(0,0),(M-1,N-1)},其中(,)代表路口坐标；列路段集合记作{M,N-1}{＝＝}，表示总列数M，每列直道包括N-1路段，第m列直道路段拥堵车队启动用时集合记作m{＝＝},＝＝代表(N-1)个列路段；行路段集合记作{N,M-1}{＝＝}，表示总行数N，每行直道包括M-1路段，第n行直道路段拥堵车队启动用时集合记作n{＝＝}，＝＝代表(M-1)个路段拥堵车队启动用时；总路段数N*(M-1)+M*(N-1)，区域中有少于或多于4通路口时，总路段数少于或多于N*(M-1)+M*(N-1)；集合中元素数值代表相应路段的长度、拥堵车队启动用时、修正等；平行相对的各路段不要求绝对平行、等长度。

注3：所述路口流向通道疏堵绿波时间差，指一路口与其疏堵通道绿波起算路口间各个路段拥堵车队启动用时集合中各路段拥堵车队启动用时之和，其中的起算点路口是该通道流向末端点路口，路口流向通道疏堵绿波时间差又称路口流向通道拥堵车队启动用时和，其集合记作d#{*}，是引自所述路网列路段{M,N-1}{＝＝}或行路段{N,M-1}{＝＝}集合加入起算路口0拥堵车队启动用时组合而成，d代表车辆流向，可以是东南西或北等，#代表路口坐标(i,j)，即，d(i,j){*}，如北(6,2){＝＝,0}表示向北车流的路网上路口i＝6,j＝2与交通流向末端点起算点即最北端路口(6,4)之间的路段拥堵车队启动用时子集合；当通道贯穿路网时，#代表直道序号，如西1{0,＝＝}表示流向西的路网上所有j＝1的路口构成的路段拥堵车队启动用时集合，最西端路口是起算路口，其路段拥堵车队启动用时＝0，而南4{0,＝＝}则代表南流向i＝4通道拥堵车队启动用时集合，最南端路口是起算路口，其拥堵车队启动用时0。

本发明优点如下：7x5路网计算实验表明，两维疏堵绿波信号可使交通拥堵方向的绿灯信号使用效率比用一维疏堵绿波信号模式进一步提高50％、比用比率信号模式提高100％，大大提高交通及其控制效率。

附图说明

图1一种两维疏堵绿波与其路网示意图；

图2路网结构、信号控制系统与两维疏堵绿波时间配置运行示意图；

图3两维疏堵绿波起始0秒时的路网拥堵操作进展状况示意图；

图4两维疏堵绿波起始135秒时的路网疏堵操作进展状况示意图；

图5两维疏堵绿波控制方法流程示意图；

附图中的编号索引：

图1：1—路网，2—路口，3—南行7通道北流向疏堵绿波，4—东行5通道西流向绿波，5—东行车流、南行车流拥堵严重。

图2：1--网络路口节点编码标识起始点(0，0)是路网的左下角路口，2--{(0,0),(6,4)}是路网记号，3--路口，4--信号灯，5—行驶车队，6--路口信号控制机，7--互联网，8--中心控制系统，9--两维原点记号Q和小八边形节点及其坐标(6，0)，10--路口间距-拥堵车队启动用时被记作#-#：单位：米-秒，计算公式：拥堵车队启动用时＝车队启动系数*拥堵系数*路段长度*疏离系数，其中拥堵系数范围是小于等于的数，等于1时表示严重拥堵，离系数范围是大于等于1的数，等于1指按现状疏堵，车队启动系数按计算实验得到值范围0.14至0.22，取中为0.18，按拥堵系数＝1严重拥堵计算，车队长等于路段长，疏离系数定为1现状疏离，忽略路口宽度影响，所以，各路段拥堵车队启动用时＝各路段长x0.18，11--主疏堵绿波流向箭头指向左-西，编号6，记作z6，左边上的z1是正在离开的编号1等主疏堵绿波，12—编号9副疏堵绿波流向，记作f9虚线箭头指向上-北，f11是刚刚开始的编号11的副疏堵绿波，该副绿波是紧随在主疏堵绿波绿灯转换成红灯时而刚好形成；主、副绿波流向箭头长度表示估计时长，如f6的长度代表约45秒，z10约12秒，13—拥堵车流；图中绿波状态是270秒时的；方括号中数字是路口流向通道疏堵绿波时间差，横与纵向排列对应其所属主与副绿波通道相应路口；以下图中通用z标注的实线空心箭头代表主绿波及其流向，f标注的虚线空心箭头代表主绿波及其流向。

图3：1—第1通道第3路段严重拥堵，短宽黑箭头表示堵满路段车流及其行驶方向，图中有两个拥堵行车方向：南和东，图边的两个白箭头表示两个交叉的疏堵绿波流向：北和西，2—两维疏堵绿波起算点路口(6,0),其路口两维疏堵绿波时间差是0，像其方括号中数字注明的，3—方括号中数字是路口流向通道疏堵绿波时间差，横与纵向排列对应其所属主与副绿波通道相应路口；起始0秒时各路段堵满车状态：各个路段堵满车辆无法前行；以下图中跨路口两边的黑箭头表示车流前一部分通过了路口后部分还没。

图4：表示疏堵绿波完成135秒时的路段状态：

东1通道路口(6,0)由于两维疏堵时间差[0+0]所以135秒时间完成其90秒周期和第2周期的主绿波东行绿灯配时45秒后正待再次转入副绿波南行绿灯，路口(5,0)135秒时间完成[27+0]和其90秒周期后又运行新周期的主绿波东行绿灯18秒，路口(4,0)完成运行[45+0]和90秒周期后正待转回主绿波东行绿灯，路口(3,0)完成[68+0]和主绿波东行配时45秒运行了副绿波南行绿灯22秒，路口(2,0)完成[95+0]后开启主绿波东行绿灯40秒，路口(1,0)完成[113+0]后开启主绿波东行绿灯22秒，此时路口(0,0)还差1秒完成[136+0]不能开启主绿波东行绿灯；

东2通道路口(6,1)完成[0+27]和90秒周期运行新周期主绿波东行绿灯配时18秒，路口(5,1)完成[27+27]和其主绿波东行绿灯45秒后运行副绿波南行36秒，路口(4,1)完成[45+27]和其主绿波东行绿灯45秒后运行副绿波南行绿灯18秒，路口(3,1)完成[68+27]后开启其主绿波东行绿灯运行40秒，路口(2,1)完成[95+27]后开启其主绿波东行绿灯运行了13秒，此时路口(1,1)还差5秒完成[113+27]不能开启其主绿波东行绿灯；

东3通道路口(6,2)刚运行完成其[0+45]和周期1的90秒正待开启新周期主绿波东行绿灯，路口(5,2)完成[27+45]和其主绿波东行45秒配时后运行副绿波南行绿灯18秒，路口(4,2)刚刚完成[45+45]和其主绿波东行配时45秒后正待开启其副绿波南行绿灯，路口(3,2)完成[68+45]后运行其主绿波东行绿灯22秒，此时路口(2,2)还差5秒完成[95+45]不能开启其主绿波东行绿灯；

东4通道路口(6,3)完成其[0+68]和其主绿波东行配时45秒后运行副绿波南行绿灯22秒，路口(5,3)完成其[27+68]后开启运行其主绿波东行40秒，路口(4,3)完成其[45+68]后开启运行其主绿波东行22秒，路口(3,3)还差1秒完成[68+68]不能启运行其主绿波东行；

东5通道路口(6,4)完成其[0+95]后运行其主绿波东行绿灯40秒，路口(5,4)完成其[27+95]后开启其主绿波东行绿灯运行13秒，此时路口(4,4)还差5秒完成[45+95]不能开启其主绿波东行绿灯；

其它路口在运行其各自两维疏堵时间差没有通行信号。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明一个实施例：

创建一种用于路网如图2、路口如图2中的标记3所示、交通车流如图2中的标记5所示由装有直行-左行两相位信号灯如图2中的标记4所示和路口信号控制机图2中的标记6所示或加配装传感器通过通信网如图2中的标记7所示接受中心控制系统如图2中的标记8所示控制，其控制运行功效如图3和图4示意、执行两维疏堵绿波控制方法如图5；

如图2，路网特征包括左下角节点路口起始坐标(0,0)如图2中的标记1所示，范围{(0,0),(6,4)}或路网{7,5}如图2中的标记2所示,共有35个路口、7条南北通道、5条东西通道,列直道路段拥堵车队启动用时集合{7，4}{＝＝}、28个南北路段，行直道路段拥堵车队启动用时集合{5，6}{＝＝}、30个东西路段，#-#注有各路段长度及拥堵车队启动用时如图2中的标记10所示，单位：米-秒，拥堵车队启动用时＝车队启动系数*拥堵系数*路段长度*疏离系数，其中拥堵系数范围是小于等于的数，等于1时表示严重拥堵，离系数范围是大于等于1的数，等于1指按现状疏堵，车队启动系数按计算实验得到值范围0.14至0.22，取中为0.18，按拥堵系数＝1严重拥堵计算，车队长等于路段长，疏离系数定为1现状疏离，忽略路口宽度影响，所以，各路段拥堵车队启动用时＝各路段长x0.18；各东行通道各路段拥堵车队启动用时集合包括从东1{＝＝}至东5{＝＝}值为{23，18，27，23，18，27}，各南行通道各路段拥堵车队启动用时集合包括从南1{＝＝}至东5{＝＝}值为{27,18,23,27}；

如图2，两维疏堵绿波设置：副疏堵绿波起算点是路口(6，0)如图2中的标记9所示也是两维疏堵原点，主疏堵绿波流向是西，疏堵车流向是东，标注z箭头如图2中的标记11所示，副疏堵绿波流向是北标注有箭头如图2中的标记12所示，疏堵车流向是南，拥堵交通流向是黑色较大的箭头如图2中的标记13所示，主疏堵绿波起算点集合是列6{(6,0),(6,1),(6,2),(6,3),(6,4)},主疏堵绿波各通道路口流向对各自起算点间各路段拥堵车队启动用时之和集合包括：东1{*}至东5{*}值均是{136,113,95,68,45,27,0}＝{23+18+27+23+18+17,18+27+23+18+17,27+23+18+27,23+18+27,18+27,27,0}，其中最右边的0是加入的该行主疏堵绿波起算点的0拥堵车队启动用时,其余6个数值引子行直道{5,6}{＝＝}中对应列值；副疏堵绿波主疏堵绿波起算点通道上各路口与两维疏堵原点间各路段拥堵车队启动用时之和集合：南6{*}＝{0,27,27+18,27+18+23,27+18+23+27}＝{0,27,45,68,95}，其中最左边的0是加入到该列的副疏堵绿波起算点0拥堵车队启动用时，其余4个数值引子列{7,4}{＝＝}中对应列值；

如图5，所述两维疏堵绿波控制方法，其特征包括步骤：

S1配置默认比率式信号模式：(1)路网所有路口信号主方向＝北，周期时长＝90秒，绿时比率＝1、各方向45秒，直-左相位绿时比率＝2、直行相30秒、左行相15秒；(2)并获取7x5个路口构成的四边型、有7列、5行通道路网区域内各路口间路段拥堵车队启动用时，拥堵车队启动用时＝车队启动系数*拥堵系数*路段长度*疏离系数，其中拥堵系数范围是小于等于的数，等于1时表示严重拥堵，离系数范围是大于等于1的数，等于1指按现状疏堵，车队启动系数按计算实验得到值范围0.14至0.22，取中为0.18，按拥堵系数＝1严重拥堵计算，车队长等于路段长，疏离系数定为1现状疏离，忽略路口宽度影响，所以，各路段拥堵车队启动用时＝各路段长x0.18；各东行通道各路段拥堵车队启动用时集合包括从东1{＝＝}至东5{＝＝}值为{23，18，27，23，18，27}，各南行通道各路段拥堵车队启动用时集合包括从南1{＝＝}至东5{＝＝}值为{27,18,23,27}；

S2计算配置两维疏堵绿波时间差：1)设置确定该区域两维疏堵绿波原点路口即角上路口：路口(6,0)，主副疏堵方向：主疏堵东-副疏堵南，对应主副疏堵绿波流向为北-西，主疏堵绿波起算点集合是列6{(6,0),(6,1),(6,2),(6,3),(6,4)}，即南6通道{},2)计算路口流向通道主疏堵绿波时间差：该区域每个路口各自对其所在主疏堵通道绿波时间差起算点路口之间的所有路段拥堵方向的拥堵车队启动时间差之和，3)计算副绿波时间差：所述各个主疏堵绿波起算点路口对于所述角上路口作为副疏堵绿波起算点的沿着副疏堵绿波流向之间的各路段副拥堵方向的拥堵车队启动用时之和，4)相加每个路口所述两个时间差：主绿波各通道各路口流向绿波时间差+其通道起算点路口的副绿波路口流向绿波时间差；具体计算结果：

各通道路口主绿波时间差集合东1{*}至东5{*}值{136,113,95,68,45,27,0},南6通道各路口副疏堵绿波时间差集合南6{*}值{0,27,45,68,95}，两维疏堵绿波时间差集合：

东1{*}＝{136+0,113+0,95+0,68+0,45+0,27+0,0+0}，

东2{*}＝{136+27,113+27,95+27,68+27,45+27,27+27,0+27},

东3{*}＝{136+45,113+45,95+45,68+45,45+45,27+45,0+45},

东4{*}＝{136+68,113+68,95+68,68+68,45+68,27+68,0+68},

东5{*}＝{136+95,113+95,95+95,68+95,45+95,27+95,0+95},

具体路口，如，东4通道第3个路口是路口(2，3)，其两维疏堵绿波时间差＝[95]+[68]＝163，东5通道第1个路口是路口(0，4)在区域左上角，其两维疏堵绿波时间差＝[136]+[95]＝231，两维疏堵绿波起算路口(6，0)时间差＝[0]+[0]＝0；

S3操作完成红灯或无信号两维疏堵绿波时间差后，开始运行比率模式：有两维疏堵绿波时间差>0，红灯或无信号，减1，等待下秒，直至该时间差＝0，则开始执行比率模式。

Claims (5)

1.一种路网交通信号两维疏堵绿波控制方法，其特征在于至少包括步骤：

S1配置比率式信号模式并获取拥堵路网区域内各路段拥堵车队启动用时；

S2计算配置该拥堵路网区域每个路口对于区域角上路口，两维拥堵起始点也即两维疏堵源点的两个交叉方向通道上的疏堵时间差，作为其两维疏堵时间差；

计算配置该拥堵区域每个路口两维疏堵时间差包括：

计算所述两个交叉方向之一的疏堵通道上每个路口到其疏堵起始点路口的疏堵时间差，它是该路口至其疏堵起始点路口间的各个路段拥堵车队启动用时之和；

计算所述两个交叉方向中一方向所有疏堵通道的起始点路口到两维疏堵源点路口的从波疏堵时间差，即所述疏堵通道起始点路口到两维疏堵源点间的各个路段拥堵车队启动用时之和；

将每个路口配置所述两个交叉方向之一的疏堵时间差与所述两个交叉方向中另一的疏堵时间差之和，作为其两维疏堵时间差；

S3各路口相位显红灯或无信号同时操作完成两维疏堵时间差后，运行比率信号；

所述路网由M列、N行通道交叉形成MxN个交叉路口，都配有交通信号灯、Mx(N-1)个纵路段和Nx(M-1)个横路段构成的拓扑四边型路网；

所述路段拥堵车队启动用时指拥堵车队首车离开原位到队尾车辆离开原位所用时间；

所述两维疏堵源点是一个在所述路网区域角上的路口，即两维拥堵起始点路口，传播出以两个交叉方向流入路网绿波控制两个与之相反流出路网的处于区域边缘的两个方向通道交通，其中一个方向、通道作为主绿波方向、通道，另一个则作为从绿波方向、从绿波配置通道；与主通道拓扑平行的通道及绿波也被称为疏堵通道及绿波，而从绿波配置通道中的各路口由这些疏堵通道绿波的起始点路口组成；疏堵通道起始点与其通道其它路口时间差相比是最小值；两维疏堵源点的时间差与其路网其它路口时间差相比是最小值；

配置时间差指在信号机的控制系统中设置时间差专用变量，把计算得到的时间差数值存入其中，控制系统每次运行下个周期前检查该专用变量是否有值，有则先将其运行完成，无则直接运行下个周期；

操作完成各相位红灯或无信号两维疏堵时间差指：逐个时间单位计时，从零加至该时间差值或者从该时间差值减至零的同时各方向相位交通信号灯显示红灯或无信号。

2.根据权利要求1所述路网交通信号两维疏堵绿波控制方法，其特征在于包括

路段拥堵车队启动用时，即，拥堵车队首车离开原位到队尾车辆离开原位所用时间，车队启动用时 = 车队启动系数 * 队长。

3.根据权利要求1所述路网交通信号两维疏堵绿波控制方法，其特征在于包括

车队启动系数估定范围0.14至0.22,取中为0.18，单位：秒/米，该车队启动系数取值动态调整。

4.根据权利要求1所述路网交通信号两维疏堵绿波控制方法，其特征在于包括

车队启动用时表达式中的队长表述为：队长 =拥堵系数 * 路段长，拥堵系数指队长与路段长比，是小于等于1的数，等于1时表示严重拥堵。

5.根据权利要求1所述路网交通信号两维疏堵绿波控制方法，其特征在于包括

车队启动用时进一步表述为：疏离车队启动用时 =疏离系数 * 车队启动用时，疏离系数估定范围是大于等于1的数，等于1时表示按现状疏堵，大于1时指要使车群拉开距离。

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