CN109003444A - 基于广域雷达微波检测器的城市交叉口溢流控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于广域雷达微波检测器的城市交叉口溢流控制方法。该方法从信号控制能力方面给出交叉口溢流的概念,安装广域雷达微波检测器,根据检测器采集的区域车辆数,空间占有率和路况信息平均速度所构建的溢流系数判断交叉口当前的运行状态,通过溢流系数判断交叉口处于即将溢流的状态后采用更改配时方案的方法缓解交通拥堵,提出信号控制资源化方法。
Description
技术领域
本发明属于智能交通技术领域,具体涉及一种实时交通检测和控制优化技术,为缓解高峰小时路段溢流对道路运行状态的影响提供控制方案。
背景技术
当前广泛使用的包括,地感线圈、微波检测等传统固定监测器手段感知的都是道路断面的信息,这种信息不仅片面而且信息量很少,对于车辆行驶状况、排队长度、事故等无法检测。随着汽车保有量的持续增加和日益增长的通行需求,不堪重负的城市交叉口开始出现频繁的溢流、死锁等现象,不但降低了通行效率、增加了尾气排放,还带来了更多的交通事故隐患。因此,城市交叉口的反溢流控制非常必要。同时存在交通信息不通畅,出行者在出行决策方面仍然采用经验主义方式,依赖以往的经验,很少有针对性的信息可以辅助出行者作出最正确的出行选择,信息通畅程度大大限制了城市交通资源的合理调配。
现有技术中的不足:1、对于交通信息采集的装置,大都依赖于设置在路面下的环形线圈检测器,采集信息的准确性和实时性较差,在一定程度上并没有高效地利用既有设备并充分发挥其优势与特点,并且埋设线圈需要把路面挖开对原始路面造成破坏。地磁检测器主要问题在于检测范围只存在于点,对于区域或者断面无法检测,不能有效掌控区域内的运行状态。断面微波技术用于检测道路某一断面交通流数据,这种检测设备与地磁检测器等设备功能相似,对于路段交通运行状态不能有效评估。视频监测器当有大雾、暴雨或者大雪天气时观察范围受阻,仅凭借视频检测误差较大且人工成本较大。
发明内容
针对以上相关技术的不足,本发明通过广域雷达对路段的车辆参数进行采集,将路段上交通流参数经过计算溢流参数确定该路段是否处于即将溢流状态,并通过无线传输模块实现各信息的之间的交互从而信号控制器更改信号配时方案。具体采用如下技术方案:
步骤1:通过广域雷达微波检测器采集区域车辆数、区域空间占有率、车道所有车辆当前速度平均值及平均车头时距;
步骤2:计算交叉口溢流系数
计算出口道的剩余容量
其中,g为下游交叉口单周期的绿灯时长,s为平均车头时距,n为车道数,qi为出口道车道车辆数;
计算溢流系数为
其中,Q1为进口道的直行车道排队车辆数,Oa为区域空间占有率的平均数,Va为车道所有车辆当前速度平均值,Vm流量达到最大时的速度;
步骤3:根据溢流系数判断下游路段是否溢流,如果溢流,对交叉口进行控制
(1)停止当前配时方案,将该交叉口东西方向各相位变为3秒黄灯3秒全红,南北各相位变为红灯;
(2)放行东西左转相位,绿灯时间保持不变;
(3)放行南北直行和左转相位,绿灯时间保持不变;
(4)放行东西直行相位,绿灯时间为
(5)转为原有配时方案的东西左转。
优选地,步骤3中还包括如下步骤:根据步骤2不断计算溢流系数判断是否产生新的溢流,若未产生新的溢流则按照原配时方案继续进行,若产生新的溢流则根据车辆的转向比例确定主要协调相位,与上游交叉口协调控制。
一种应用所述的控制方法的系统,该系统包括交通流数据采集模块、无线通讯模块、反溢流控制模块、信号机;交通流数据采集模块,用于交通流信息的采集、路段车辆运行状况的监测、信号控制机的配时方案采集和配时方案更新;无线通讯模块,用于各模块之间的通信,其能兼容WiFi、3G/4G等无线传输技术;反溢流控制模块,用于对当前路段的交通流信息进一步处理并根据溢流状态进行配时方案调节。
优选地,交通流数据采集模块根据采集的车辆实时路况信息和信号机配时方案,进行计算判断当前路段是否处于溢出的状态,并生成相应的控制策略,再将结果通过无线通讯模块发送到信号机。
优选地,交通流数据采集模块对于实时数据有数据预处理的功能,可以将采集到的数据进行简单的数据筛选,去除无效数据,并将有效数据按照设定的存储方式进行存储。
优选地,反溢流控制模块设置在信号机内,根据溢流系数判断交叉口车辆运行状态,并根据当前状态更改控制方案。
优选地,交通流数据采集模块将不断的对已发生溢流的相位进行监控,如果过渡周期过后交叉口未出现再次溢流则控制方案更改为常规控制方案。
优选地,交通流数据采集模块设置于信号灯杆。
本发明具有如下有益效果:信息采集的实时性和可靠性大幅提高,控制算法更加简单高效。
附图说明
图1是本发明交通信息采集装置安装示意图。
图2是本发明城市道路路口优化控制方法流程图。
1-交通流数据采集模块;2-无线通讯模块(安装位置信号机厢内部);3-反溢流控制模块(安装位置信号机厢顶端)。
具体实施方式
(一)交叉口溢流的定义
对单个交叉口来说,进口道的直行车道排队车辆数为Q1,出口道剩余容量为Q2(即在单个周期内绿灯相位可容纳进入出口道的车辆数)。当Q1≥Q2时,导致上游车辆在绿灯时无法全部驶入出口道的现象称为溢流。
(二)交通流数据采集和分析模块
步骤1:安装广域雷达微波检测器收集参数
如图1所示,在A、B两处安装广域雷达微波检测器,检测器纵向覆盖范围为200米,可分车道检测参数,每50ms刷新一次数据。通过检测器获得区域车辆数(即检测区域内,车道内的所有动态静态车辆的数量)、区域空间占有率(检测区域内,车道内所有车辆所占有的面积与检测区域总面积之比)和路况信息的平均速度(检测区域内,车道所有车辆当前速度平均值)及通过统计数据得到的平均车头时距s。在A处设置拥堵预警范围为距离广域雷达50米。
步骤2:计算交叉口溢流系数
流量、速度和密度是描述交通流基本特征的宏观指标。由于交通流的密度随观测时间或区间长度的变化而变化,且不能反映不同车辆长度与速度的关系,因此可通过区间空间占有率来表示交通密度进行溢流系数的计算。
(1)通过车辆数判断溢流状态
通过安装在路口的A、B两个广域雷达进行数据采集,主要采集检测范围内的车辆数。A检测为近交叉口200米范围内的出口道各车道车辆数为q1,q2......qn,所以出口道的剩余容量为
g----单周期的绿灯时长s----平均车头时距n----车道数
若Q2≥0说明检测区域可完全用于接纳进口道的排队车辆;
若Q2<0说明在绿灯时间内检测区域的车辆不能完全清空,只有部分区域用于接纳排队车辆;
B处广域雷达可检测到进口道的直行车道排队车辆数为Q1,若Q1-Q2≥0判断为交叉口将发生溢流。
(2)通过占有率判断溢流状态
取A处广域雷达采集到的区域空间占有率(车道内所有车辆所占有的面积与检测区域总面积之比(按长度比计算))的平均数作为该路段的空间占有率Oa。根据实际路口状态,检测到饱和流量时的区域空间占有率作为临界占有率。若实际区域空间占有率大于临界占有率(≤0.8)的时间大于2个周期时长则可判断为易发生溢流。
(3)通过车流运行速度判断溢流状态
绿灯时A处所设广域雷达提取路况信息平均速度Va,设流量达到最大时的速度为最佳速度Vm。当Vm-Va>0时,说明当前路段的车速小于饱和流量时的车速,随着路段车辆密度上升车速减慢,积存车辆的疏散速度变慢容易造成拥堵甚至是溢流。
交通流的流量、速度和密度可以从三个不同的角度定量的描述交通流当前的运行状态。根据广域雷达微波检测器可提供的实际参数和以上3个指标的推导,设溢流系数为根据经验设定当y<1.5时,交叉口易产生溢流需要更改配时方案,进行反溢流控制。
(三)下游路段溢流条件下的交叉口控制方法
步骤1:切断当前相位,启动过渡周期配时方案
(1)停止当前配时方案,将该交叉口东西方向各相位变为3秒黄灯3秒全红,南北各相位变为红灯,以便于交叉口内车辆清空并抑制溢流方向的交通需求;
(2)放行东西左转相位,绿灯时间保持不变;
(3)放行南北直行和左转相位,绿灯时间保持不变;
(4)放行东西直行相位,绿灯时间为(应小于原绿灯时长);
(5)转为原有配时方案的东西左转,再按照此方案继续运行;
步骤2:判断是否需要更换配时方案
通过广域雷达的检测,根据1.2步骤2不断计算溢流系数判断是否产生新的溢流。
步骤3:若未产生新的溢流则按照原配时方案继续进行,若产生新的溢流则根据车辆的转向比例确定主要协调相位,与上游交叉口协调控制。
基于广域雷达微波检测器的城市交叉口溢流的控制系统,该系统包括从控制角度定义了交叉口的溢流状态,交通流数据采集模块、无线通讯模块、反溢流控制模块。其中交通流数据采集模块包括交通流信息的采集、路段车辆运行状况的监测、信号控制机的配时方案采集和配时方案更新;无线通讯模块能兼容WiFi、3G/4G等无线传输技术负责采集模块与数据处理模块的通信;反溢流控制模块用于对当前路段的交通流信息进一步处理并根据溢流状态进行配时方案调节。
通过交通流数据采集模块获得路段中车辆实时情况(包括车流量、区域空间占有率、平均车速和车头时距等)和信号机配时方案进行计算判断当前路段是否处于溢出的状态,并更改成相应的控制策略。再将结果通过无线传输模块发送到信号机。
交通流数据采集模块对于实时数据有数据预处理的功能,可以将采集到的数据进行简单的数据筛选,去除无效数据,并将有效数据按照设定的存储方式进行存储。
反溢流控制模块根据溢流系数判断交叉口车辆运行状态,并根据当前状态更改控制方案,启动过渡周期清除积存车辆,减小溢流系数。
交通流数据采集模块将不断的对已发生溢流的相位进行监控,如果过渡周期过后交叉口未出现再次溢流则控制方案仍更改为常规控制方案。交通流数据采集模块作为一套独立的装置放于信号灯杆上,反溢流控制模块作为一套独立的装置放于信号机内。
在图1中,通过安装在A与B处的广域雷达微波检测器进行数据采集,通过检测器获得区域车辆数(即检测区域内,车道内的所有动态静态车辆的数量)、区域空间占有率(检测区域内,车道内所有车辆所占有的面积与检测区域总面积之比)和路况信息的平均速度(检测区域内,车道所有车辆当前速度平均值)及通过统计数据得到的平均车头时距s。在A处设置拥堵预警范围为距离广域雷达50米。交通流的流量、速度和密度可以从三个不同的角度定量的描述交通流当前的运行状态。根据广域雷达微波检测器可提供的实际参数和以上3个指标的推导,设溢流系数为根据经验设定当y<1.5时,交叉口易产生溢流需要更改配时方案,进行反溢流控制。值得特别指出的是如果检测路段的车辆已经在50米预警范围内形成长时间积存车辆,如果溢流系数仍不大于1.5也要启动过渡周期。
图2为本发明的流程图,通过图1安装在交叉口的交通流数据采集模块判断路段极易发生溢流后采取城市道路信号控制优化方法。首先停止当前配时方案,将该交叉口东西方向各相位变为3秒黄灯3秒全红,南北各相位变为红灯,以便于交叉口内车辆清空并抑制溢流方向的交通需求。接着放行东西左转相位,绿灯时间保持不;放行南北直行和左转相位,绿灯时间保持不变;放行东西直行相位,绿灯时间为然后接一周期的常规配时,判断是否为其他原因导致的暂时性溢流,若常规周期仍旧会使排队长度增加,即可采取与其他交叉口关键相位协调控制配时。
Claims (8)
1.一种基于广域雷达微波检测器的城市交叉口溢流控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:通过广域雷达微波检测器采集区域车辆数、区域空间占有率、车道所有车辆当前速度平均值及平均车头时距;
步骤2:计算交叉口溢流系数
计算出口道的剩余容量
其中,g为下游交叉口单周期的绿灯时长,s为平均车头时距,n为车道数,qi为出口道车道车辆数;
计算溢流系数为
其中,Q1为进口道的直行车道排队车辆数,Oa为区域空间占有率的平均数,Va为车道所有车辆当前速度平均值,Vm流量达到最大时的速度;
步骤3:根据溢流系数判断下游路段是否溢流,如果溢流,对交叉口进行控制
(1)停止当前配时方案,将该交叉口东西方向各相位变为3秒黄灯3秒全红,南北各相位变为红灯;
(2)放行东西左转相位,绿灯时间保持不变;
(3)放行南北直行和左转相位,绿灯时间保持不变;
(4)放行东西直行相位,绿灯时间为
(5)转为原有配时方案的东西左转。
2.一种如权利要求2所述的控制方法,其特征在于,
步骤3中还包括如下步骤:
根据步骤2不断计算溢流系数判断是否产生新的溢流,若未产生新的溢流则按照原配时方案继续进行,若产生新的溢流则根据车辆的转向比例确定主要协调相位,与上游交叉口协调控制。
3.一种应用如权利要求1所述的控制方法的系统,其特征在于,该系统包括交通流数据采集模块、无线通讯模块、反溢流控制模块、信号机;
交通流数据采集模块,用于交通流信息的采集、路段车辆运行状况的监测、信号控制机的配时方案采集和配时方案更新;
无线通讯模块,用于各模块之间的通信,其能兼容WiFi、3G/4G等无线传输技术;
反溢流控制模块,用于对当前路段的交通流信息进一步处理并根据溢流状态进行配时方案调节。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,交通流数据采集模块根据采集的车辆实时路况信息和信号机配时方案,进行计算判断当前路段是否处于溢出的状态,并生成相应的控制策略,再将结果通过无线通讯模块发送到信号机。
5.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,交通流数据采集模块对于实时数据有数据预处理的功能,可以将采集到的数据进行简单的数据筛选,去除无效数据,并将有效数据按照设定的存储方式进行存储。
6.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,反溢流控制模块设置在信号机内,根据溢流系数判断交叉口车辆运行状态,并根据当前状态更改控制方案。
7.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,交通流数据采集模块将不断的对已发生溢流的相位进行监控,如果过渡周期过后交叉口未出现再次溢流则控制方案更改为常规控制方案。
8.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,交通流数据采集模块设置于信号灯杆。
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