CN109949585B - 两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法，该方法根据交通参与者总延误进而判定交叉路口是否设置行人专用相位。本发明在保证通行效率的同时，使得人与机动车能在人均占有道路时空资源较公平的条件下通过交叉口，以保证人与车通过交叉口的效率与公平性。

Description

两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法

技术领域

本发明涉及智能交通系统领域，尤其涉及两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法。

背景技术

近年来国内倡导机动车避让行人，改变了人车交互条件，行人专用相位的设置条件亦随之改变。在我国，自《道路交通安全法》(以下简称新交规)于2013年1月1日修订后，转弯车辆需让行交叉口正常通行行人。该法规进一步保证了信号控制交叉口的行人安全，也导致人车交互行为模式明显的改变，影响了发生人车交互时产生的延误。在部分城市，新交规发布后机动车服从率未达到100％，过街行人有概率让行机动车。即使是在同一个城市，由于交叉口设施、环境的影响等因素，人车交互行为亦存在变化。常规两相位信号控制交叉口的每个相位均存在人车交互行为，如人车相互避让，减速让行等。这些交互行为导致行人与机动车通行延误增加，甚至避让失效时会进一步升级为人车交通事故，造成人身伤亡和经济损失。

基于上述背景可见，在新的人车交互条件下，为保证设置行人专用相位的合理性，亟需研究行人专用相位对交叉口通行效率的影响，设计一种考虑人车交互的交叉口行人专用相位设置技术，以体现我国交通环境中以人为本的重要诉求。

发明内容

本发明的目的在于提供两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法，其在保证通行效率的同时，使得人与机动车能在人均占有道路时空资源较公平的条件下通过交叉口，以保证人与车通过交叉口的效率与公平性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法，其特征在于，该方法基于人车交互行为，包括：

1)人车避让率：

车辆避让率K_c的计算公式为：

式中，N_kc为车辆避让行人行为次数，M为人车交互总次数；

行人避让率K_p的计算公式为：

式中，N_kp为行人避让车辆的次数，M为人车交互总次数。

2)交通参与者总延误：

信号控制交叉口机动车的控制延误

为：

式中：均匀延误d₁为：

C为信号周期长度(秒)，g为有效绿灯时间(秒)，X为饱和度；

增量延误d₂为:

T为观测持续的时间(小时)，K为感应控制的增量延误修正，I为按上游信号灯车辆换车道和调节的增量延误修正；

初始排队延误d₃为0；

人车交互中机动车的延误d_V的估计方法：

式中：L为人车交互时机动车减速位置的长度(m)，V₀为发生交互时机动车的初速度(m/s)，a为机动车减速时的加速度m/s²；

信号控制交叉口行人控制延误d_信为：

式中：r为行人禁行时间(秒)，r＝C-g；

人车交互时，行人延误d_转i为：

式中：q_i为转弯车流i的流率(辆/秒)，τ为行人通过的最小间隔时间(秒)，t为绿灯间隔时间(秒)；

设置行人专用相位前，行人人均延误d₄为：

d₄＝d_信+∑d_转i

得到以上数据后，可得设置行人专用相位前，通过交叉口的交通参与者总延误D₁为：

式中：N_p为行人流量(人)；α为行人安全系数，此系数可随行人的重要程度的提高而增大；N_c为机动车流量(辆)；M为观测时间内，设置专用相位前行人过街时人车交互数；K_c为车辆避让率；K_p为行人避让率；k为机动车平均载客数(人/辆)；d_V1为车辆在人车交互下产生的延误；d_V2为行人在人车交互下产生的延误

设置行人专用相位的交叉口消除了人车交互区，行人延误包括信号控制交叉口的控制延误，车辆延误包括信号交叉口的控制延误与等待行人专用相位时间产生的延误；

设置行人专用相位，行人延误d₅为：

式中：g_专为行人专用相位时间(s)；

设置行人专用相位后，并规定行人必须在行人专用相位内通行，所有通过交叉口的交通参与者总延误D₂为：

从通过交叉口所有通行者的总延误角度分析，设置行人专用相位的条件为：

D₂≤δ·D₁

式中，D₁为设置行人专用相位前交通参与者总延误；D₂为设置行人专用相位后交通参与者总延误；δ为调整系数，δ≥1，考虑到设置行人专用相位带来的安全性能的提升，应允许延误的小幅提升；当D₂≤δ·D₁时，交叉口可设置行人专用相位，当D₂>δ·D₁时，不设置行人专用相位。

进一步的，所述调整系数取值如下：

商业区人流密集交叉口为1.15-1.2；

住宅区、休憩场所附近的交叉口为1.05-1.15；

工业区、郊区的交叉口为1-1.05。

进一步对，所述增量延误d₂中，单独交叉口取I＝1

与现有技术相比，本发明的优点为：本发明在保证通行效率的同时，使得人与机动车能在人均占有道路时空资源较公平的条件下通过交叉口，以保证人与车通过交叉口的效率与公平性。

附图说明

图1为四进口道两相位信号控制交叉口人车交互区图。

图2为两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法判定流程图。

图3a-3e为设置条件阈值取值分析图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明所采用的技术方案作进一步的说明。

较佳实施例中涉及一种两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法，该方法基于人车交互行为，两相位信号交叉口中，通常右转车辆不受信号控制。行人通行时，左转车辆将同时放行。行人在绿灯相位时间内通行过程中将与转弯车辆产生持续性人车交互，每个进口道有3个人车交互区，以四进口道交叉口为例，总计有12个人车交互区，具体参见图1。在每个人车交互区会产生不同类型的人车交互行为。

分析人车交互行为的原则如下：(1)因行人通行造成的机动车减速、停车、变换车道等行为记为车辆避让行人一次；(2)因机动车通行导致行人担心自身安全，因而后退或止步记为行人避让车辆一次；(3)行人绿灯信号时间内，行人因等待穿越车辆间隙，而在车道边止步记为行人避让车辆一次；(4)当一个行人在同向多条车道上分别发生多次人车交互现象时，视每次交互具体情况分别记录避让行为类型。(5)当一辆机动车与沿人行横道方向的多人在同一个人车交互区发生避让行为时，视其交互具体情况记录具体的避让行为类型。

依据上述原则引入人车交互避让率这一变量，以支持行人专用相位设置条件中交通参与者总延误的计算。

两相位信号控制交叉口中，当行人在行人信号绿灯相位过街时会与转弯机动车产生交互，必然有一方会避让另一方让对方先行，故避让行为分为车辆避让行人与行人避让车辆。定义车辆避让行人的次数与人车交互总次数的比值为车辆避让率，行人避让车辆的次数与人车交互总次数的比值为行人避让率。

1)人车避让率：

车辆避让率K_c的计算公式为：

式中，N_kc为车辆避让行人行为次数，M为人车交互总次数；

行人避让率K_p的计算公式为：

式中，N_kp为行人避让车辆的次数，M为人车交互总次数。

2)交通参与者总延误：

实施例中假设：(1)暂不考虑饱和或过饱和条件下的两相位信号控制交叉口。针对本实施例研究对象，假设车辆到达服从泊松分布。(2)观测人车交互区视频数据，发现行人避让机动车时机动车依旧会减速，而机动车避让行人时，鲜见行人停下来(偶尔有加速通过现象)。据此，假设机动车避让行人时行人不产生延误，行人避让机动车则两者均产生延误。(3)由于考虑设置行人专用相位的交叉口多位于人流量较大的城市核心区或大型活动场馆等区域，往往少有的货运车辆通行，故所建模型车辆构成包含小汽车和大客车(含公交车)。

通过交叉口的交通参与者总延误分为两部分，一部分是机动车内乘客的延误，另一部分是过街行人的延误。

未设置行人专用相位时，行人延误包括信号控制交叉口带来的控制延误与人车交互时产生的延误；车辆延误包括控制延误与人车交互时产生的延误。

信号控制交叉口机动车的控制延误

为：

本文估计信号交叉口机动车的控制延误

时采用2010年发行的美国高速公路通行能力手册(Highway Capacity Manual，HCM)中的延误估计模型。式中：均匀延误d₁为：

C为信号周期长度(秒)，g为有效绿灯时间(秒)，X为饱和度；

增量延误d₂为:

T为观测持续的时间(小时)，K为感应控制的增量延误修正(可查表得)，I为按上游信号灯车辆换车道和调节的增量延误修正，单独交叉口取I＝1；

初始排队延误d₃为0；

人车交互中机动车的延误d_V的估计方法：

式中：L为人车交互时机动车减速位置的长度(m)，V₀为发生交互时机动车的初速度(m/s)，a为机动车减速时的加速度(m/s²)；

信号控制交叉口行人控制延误d_信为：

式中：r为行人禁行时间(秒)，r＝C-g；

人车交互时，行人延误a_转i为：

式中：q_i为转弯车流i的流率(辆/秒)，τ为行人通过的最小间隔时间(秒)，t为绿灯间隔时间(秒)；

设置行人专用相位前，行人人均延误d₄为：

d₄＝d_信+∑d_转i

得到以上数据后，可得设置行人专用相位前，通过交叉口的交通参与者总延误D₁为：

式中：N_p为行人流量(人)；α为行人安全系数，此系数可随行人的重要程度的提高而增大；N_c为机动车流量(辆)；M为观测时间内，设置专用相位前行人过街时人车交互数；K_c为车辆避让率；K_p为行人避让率；k为机动车平均载客数(人/辆)；d_V1为车辆在人车交互下产生的延误；d_V2为行人在人车交互下产生的延误。

设置行人专用相位的交叉口消除了人车交互区，行人延误包括信号控制交叉口的控制延误，车辆延误包括信号交叉口的控制延误与等待行人专用相位时间产生的延误；

设置行人专用相位，行人延误d₅为：

式中：g_专为行人专用相位时间(s)；

设置行人专用相位后，并规定行人必须在行人专用相位内通行，所有通过交叉口的交通参与者总延误D₂为：

从通过交叉口所有通行者的总延误角度分析，设置行人专用相位的条件为：

D₂≤δ·D₁

式中，D₁为设置行人专用相位前交通参与者总延误；D₂为设置行人专用相位后交通参与者总延误；δ为调整系数，δ≥1，考虑到设置行人专用相位带来的安全性能的提升，应允许延误的小幅提升；表一为调整系数参照表。

表1：

当D₂≤δ·D₁时，交叉口可设置行人专用相位，当D₂>δ·D₁时，不设置行人专用相位。

图3a-3e为设置条件阈值取值分析图，设置条件阈值＝调整系数×D₁，即阈值＝δ·D₁，EPP为行人专用相位英文全称Exclusive Pedestrian Phase的缩写。

对于实施本文考虑避让率设置行人专用相位的信号交叉口，通过算法结合实时流量计算得出小于判定阈值的条件时，为确保交叉口车辆驾驶员与行人充分接收信息，应事先在交叉口各信号灯上方或地面显眼处设置LED显示屏，以提示驾驶员在本周期结束下个周期起步阶段依旧停止不能通行，等待行人专用相位时段结束方可通行。尤其要注意各进口道右转车辆的信息提示，因为在未使用该方法的正常交叉口右转车辆不受信号灯控制。同时在人行道行人等待过街处也应设置LED显示屏，以提示行人下个周期是行人专用相位，注意信号灯指示准备过街。还可以在交叉口设置初期，配合交警指挥，以提高驾驶员和行人对动态设置行人专用相位信号配时方案的熟悉程度。

本发明的主要贡献包括：1)将过街行人和机动车中的人的流量作为变量，并加入人车交互程度指标，考虑人车交互行为中行人避让机动车、机动车避让行人行为在不同城市、不同交叉口的差异性，引入人车避让率，为设置行人专用相位的判别条件提供理论支撑。2)在行人专用相位设置条件中，创新地采用交通参与者总延误(按照每一名交通参与者计算总人·小时)作为优化目标，考虑了交叉口通过的行人数量与机动车中的行人数量的公平性，保证过街行人与机动车中的人能更公平地通过交叉口。3)在智能信息系统环境下，采集行人和机动车的实时流量数据的技术实现能够使交叉口的流量数据及时更新，将不同控制区域的数据输入模型，能够针对性地指导商业区、住宅区、工业区等不同类型区域信号交叉口行人专用相位的设置。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种两相位信号控制交叉口行人专用相位设置方法，其特征在于，该方法基于人车交互行为，包括：

1)人车避让率：

车辆避让率K_c的计算公式为：

式中，N_kc为车辆避让行人行为次数，M为人车交互总次数；

行人避让率K_p的计算公式为：

式中，N_kp为行人避让车辆的次数，M为人车交互总次数；

2)交通参与者总延误：

信号控制交叉口机动车的控制延误

为：

式中：均匀延误d₁为：

C为信号周期长度，秒，g为有效绿灯时间，秒，X为饱和度；

增量延误d₂为:

T为观测持续的时间，小时，K为感应控制的增量延误修正，I为按上游信号灯车辆换车道和调节的增量延误修正；

初始排队延误d₃为0；

人车交互中机动车的延误d_V的估计方法：

式中：L为人车交互时机动车减速位置的长度，m，V₀为发生交互时机动车的初速度，m/s，a为机动车减速时的加速度，m/s²；

信号控制交叉口行人控制延误d_信为：

式中：r为行人禁行时间(秒)，r＝C-g；

人车交互时，行人延误d_转i为：

式中：q_i为转弯车流i的流率，辆/秒，τ为行人通过的最小间隔时间，秒，t为绿灯间隔时间，秒；

设置行人专用相位前，行人人均延误d₄为：

d₄＝d_信+∑d_转i

得到以上数据后，可得设置行人专用相位前，通过交叉口的交通参与者总延误D₁为：

式中：N_p为行人流量，人；α为行人安全系数，此系数可随行人的重要程度的提高而增大；N_c为机动车流量，辆；M为观测时间内，设置专用相位前行人过街时人车交互数；K_c为车辆避让率；K_p为行人避让率；k为机动车平均载客数，人/辆；d_V1为车辆在人车交互下产生的延误；d_V2为行人在人车交互下产生的延误；

设置行人专用相位的交叉口消除了人车交互区，行人延误包括信号控制交叉口的控制延误，车辆延误包括信号交叉口的控制延误与等待行人专用相位时间产生的延误；

设置行人专用相位，行人延误d₅为：

式中：g_专为行人专用相位时间，s；

设置行人专用相位后，并规定行人必须在行人专用相位内通行，所有通过交叉口的交通参与者总延误D₂为：

从通过交叉口所有通行者的总延误角度分析，设置行人专用相位的条件为：

D₂≤δ·D₁

式中，D₁为设置行人专用相位前交通参与者总延误；D₂为设置行人专用相位后交通参与者总延误；δ为调整系数，δ≥1，考虑到设置行人专用相位带来的安全性能的提升，应允许延误的小幅提升；当D₂≤δ·D₁时，交叉口可设置行人专用相位，当D₂>δ·D₁时，不设置行人专用相位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述调整系数取值如下：

商业区人流密集交叉口为1.15-1.2；

住宅区、休憩场所附近的交叉口为1.05-1.15；

工业区、郊区的交叉口为1-1.05。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述增量延误d₂中，单独交叉口取I＝1。

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