CN110047300A - 交叉口左转待行车辆实时优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交叉口左转待行车辆实时优化控制方法，基于信号灯组控制逻辑，突破了传统左转待行区固有的相位放行模式，改以单个信号灯组作为独立控制单元，通过信号灯组优化控制逻辑算法改变现有交叉口采用左转待行区所产生的固定相位控制不灵活、左转车辆二次停车尾气排放增大、左转车辆闯红灯进入待行区造成违法抓拍盲点等问题，进一步有效提升了交叉口左转待行车辆的通行效率，降低了交叉口空气污染，强化了交叉口的通行安全。

Description

交叉口左转待行车辆实时优化控制方法

技术领域

本发明涉及交通信号控制技术领域，具体是一种基于信号灯组控制逻辑的交叉口左转待行车辆实时优化控制方法。

背景技术

目前我国城市具备单独左转相位的道路交叉口，特别是机动车左转通行路径较长的大型交叉口，为了缩短左转车辆通过交叉口的距离，提高左转车辆的通行效率，一般在左转车道前方设置有左转待行区。其工作原理是当直行相位绿灯启亮时，左转车辆提前驶入左转待行区停车等待下一个将要放行的左转相位，当直行相位结束时，紧邻的左转相位启亮绿灯，进入左转待行区的左转车辆再启动通过交叉口。这种方法在固定相位配时的应用中发挥了一定的作用，能够减少左转车辆排队，但仍然存在以下问题：一是该方法基于先放行直行相位再放行同方向左转相位的固定模式，对车辆放行的相位顺序有了明确的规定，不利于车辆放行相位的动态调配和车辆控制效率的进一步提升；二是该方法的直行相位绿灯放行时，同向的左转车辆在对应的左转信号灯仍然是红灯的情况下通过停车线进入左转待行区，一定程度上违反了闯红灯自动抓拍系统(电子警察)的违法判定依据，容易形成闯红灯违法抓拍的盲点，存在较大的安全隐患；三是该方法需要左转车辆通过交叉口时产生二次停车现象，从而增大了车辆尾气排放，造成交叉口环境污染增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种交叉口左转待行车辆实时优化控制方法，基于信号灯组控制逻辑，突破传统左转待行区固有的相位放行模式，改以单个信号灯组作为独立控制单元，通过信号灯组优化控制逻辑算法改变现有交叉口采用左转待行区所产生的固定相位控制不灵活、左转车辆二次停车尾气排放增大、左转车辆闯红灯进入待行区造成违法抓拍盲点等问题，以进一步有效提升交叉口左转待行车辆的通行效率，降低交叉口空气污染，强化交叉口的通行安全。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种交叉口左转待行车辆实时优化控制方法，基于信号灯组控制逻辑，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)、将交叉口的直行、左转机动车信号灯组分别作为独立控制个体或单元，将直行信号灯组与由其控制放行的直行机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应直行机动车交通流流量数据的直行机动车检测器进行一一关联，将左转信号灯组与由其控制放行的左转机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应左转机动车交通流流量数据的左转机动车检测器进行一一关联；

(2)、当直行机动车信号灯组的绿灯启亮时，直行机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度连续通过停止线，相对应的直行机动车检测器每秒检测通过的前后连续两辆机动车的车头的时间差值，即车头时距Δt，若有机动车连续通过该直行机动车检测器，则车头时距Δt＝0，若无机动车连续通过该直行机动车检测器或无机动车通过该直行机动车检测器时，则车头时距Δt按秒累计递增；

(3)、当车头时距Δt大于3秒时，判定此时已通过该直行机动车检测器的最后一辆直行机动车为直行的尾车，并刚好通过停车线，则该直行机动车信号灯组的绿灯关闭，经过3秒黄灯后转换为红灯，黄灯启亮期间后续的直行机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度驶来时将遭遇红灯，不能通过停车线；

(4)、当该直行机动车信号灯组的绿灯关闭时，同步启动对向左转机动车信号灯组的绿灯启亮计时器，绿灯启亮计时器开始每秒计时，记为T，当满足对向左转机动车信号灯绿灯启亮时刻的判定条件时，对向左转机动车信号灯组绿灯提前启亮；

(5)、左转机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度通过交叉口，当对向的直行机动车的尾车刚好通过冲突点时，左转机动车的头车紧接着到达冲突点，并顺利一次性通过交叉口；

(6)、直行机动车信号灯组每秒根据与其关联的直行机动车检测器所检测的车头时距数据，可动态调配不同绿灯放行组合和绿灯持续放行时间；当直行信号灯组的绿灯关闭时，若其对向的左转机动车信号灯组所关联的左转机动车检测器未检测到有左转机动车，则不启亮该左转机动车信号灯组的绿灯，与该直行机动车信号灯组相交方向的直行机动车信号灯组将启亮绿灯，获得通行权。

所述的交叉口左转待行车辆实时优化控制方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，对向左转机动车信号灯绿灯启亮时刻的判定条件的计算公式如下：

其中，l_i为左转机动车从停车线到与对向直行机动车冲突点的弧线长度(m)，v_zz为左转机动车通过交叉口的规定速度(m/s)，t_qd为左转机动车的启动时间(s)，L_i为直行机动车从停车线到与对向左转机动车冲突点的距离(m)，v_zx为直行机动车通过交叉口的规定速度(m/s)，i为交叉口对向直行车道编号，i＝1,2,…。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明分别以直行机动车和左转机动车信号灯组作为独立控制单元，通过设置在停车线后的机动车检测器每秒监测机动车的连续通过状态，当检测到直行机动车信号灯组关联的直行机动车尾车按规定速度通过交叉口停车线时，直行机动车信号灯组绿灯关闭，在满足判定条件的前提下，对向左转机动车信号灯组启亮，左转机动车头车按规定速度提前进入交叉口，并在对向直行机动车尾车刚好通过冲突点时，左转机动车头车紧接着到达冲突点并一次性通过交叉口。

2、本发明解决了大型交叉口采用左转待行区所产生的固定相位放行限制、左转机动车二次停车、左转机动车闯红灯盲点等实际应用问题，能有效限制机动车通过交叉口的速度，并能根据直行和左转机动车的流量大小动态调节直行和左转机动车信号灯组的绿灯放行组合和绿灯时间，从而有效提高了交叉口左转待行机动车的控制效率，降低了左转机动车尾气排放，并提高机动车通过交叉口的安全性。

附图说明

图1为本发明交叉口东西对向直行、左转信号灯组与机动车交通流、检测器的对应关系图。

图2为本发明交叉口东、西直行与左转信号灯组优化控制逻辑图。

图3为本发明交叉口东、西直行与左转不同的绿灯放行组合图。

具体实施方式

一种交叉口左转待行车辆实时优化控制方法，基于信号灯组控制逻辑，具体包括以下步骤：

(1)、将交叉口的直行、左转机动车信号灯组分别作为独立控制个体或单元，将直行信号灯组与由其控制放行的直行机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应直行机动车交通流流量数据的直行机动车检测器进行一一关联，将左转信号灯组与由其控制放行的左转机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应左转机动车交通流流量数据的左转机动车检测器进行一一关联；

(2)、当直行机动车信号灯组的绿灯启亮时，直行机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度连续通过停止线，相对应的直行机动车检测器每秒检测通过的前后连续两辆机动车的车头的时间差值，即车头时距Δt，若有机动车连续通过该直行机动车检测器，则车头时距Δt＝0，若无机动车连续通过该直行机动车检测器或无机动车通过该直行机动车检测器时，则车头时距Δt按秒累计递增；

(3)、当车头时距Δt大于3秒时，判定此时已通过该直行机动车检测器的最后一辆直行机动车为直行的尾车，并刚好通过停车线，则该直行机动车信号灯组的绿灯关闭，经过3秒黄灯后转换为红灯，黄灯启亮期间后续的直行机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度驶来时将遭遇红灯，不能通过停车线；

(4)、当该直行机动车信号灯组的绿灯关闭时，同步启动对向左转机动车信号灯组的绿灯启亮计时器，绿灯启亮计时器开始每秒计时，记为T，当满足对向左转机动车信号灯绿灯启亮时刻的判定条件时，对向左转机动车信号灯组绿灯提前启亮；

对向左转机动车信号灯绿灯启亮时刻的判定条件的计算公式如下：

其中，l_i为左转机动车从停车线到与对向直行机动车冲突点的弧线长度(m)，v_zz为左转机动车通过交叉口的规定速度(m/s)，t_qd为左转机动车的启动时间(s)，L_i为直行机动车从停车线到与对向左转机动车冲突点的距离(m)，v_zx为直行机动车通过交叉口的规定速度(m/s)，i为交叉口对向直行车道编号，i＝1,2,…；

(5)、左转机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度通过交叉口，当对向的直行机动车的尾车刚好通过冲突点时，左转机动车的头车紧接着到达冲突点，并顺利一次性通过交叉口；

(6)、直行机动车信号灯组每秒根据与其关联的直行机动车检测器所检测的车头时距数据，可动态调配不同绿灯放行组合和绿灯持续放行时间；当直行信号灯组的绿灯关闭时，若其对向的左转机动车信号灯组所关联的左转机动车检测器未检测到有左转机动车，则不启亮该左转机动车信号灯组的绿灯，与该直行机动车信号灯组相交方向的直行机动车信号灯组将启亮绿灯，获得通行权。

以下结合附图对本发明作进一步的说明，以标准十字交叉口为例：

如图1所示，以交叉口东、西方向的直行和左转车辆为例进行分析，设定交叉口东进口的直行交通流为a_2i，i＝1,2，对应的信号灯组为SG2，对应的检测器为D_2i，左转交通流为a₆，对应的信号灯组为SG6，对应的检测器为D₆；西进口的直行交通流为a_4i，对应的信号灯组为SG4，对应的检测器为D_4i，左转交通流为a₈，对应的信号灯组为SG8，对应的检测器为D₈。其中，检测器可以采用线圈、地磁、视频和微波等多种不同类型的检测器，线圈与地磁检测器敷设于道路路面上对道路车流进行检测；视频与微波检测器架设在交叉口的信号灯或电子警察杆件上，通过正对道路路面设置检测区域的方式对道路车流进行检测。检测器的作用是每秒检测车辆的连续通过状态，即检测车辆的车头时距Δt。直行车辆检测器的设置位置为距离交叉口停车线后的3s×v_zx米处，左转车辆检测器的设置位置为距离交叉口停车线后的3s×v_zz米处(v_zx、v_zz分别为直行和左转车辆通过交叉口的规定速度)，则当检测器检测的Δt大于3秒时，对应的信号灯组可关闭绿灯，此时已通过检测器的最后一辆车辆刚好通过停车线，后续来车在黄灯3秒内按规定速度行驶不能通过停车线，其将遭遇红灯并在停车线处停车等待。因此，可以此作为信号灯绿灯延时和直行车辆尾车判定的重要依据。

图1中虚线箭头表示了直行和左转车辆通过交叉口的行驶轨迹线，其对向直行与左转行驶轨迹线的交点即为对向直行车辆和左转车辆的冲突点。设东、西进口直行车道停车线与其对向左转车辆冲突点的距离分别为L_i和L'_i，左转车道停车线到达其对向直行车辆冲突点的弧线长度分别为l_i和l_i'，则可通过计算交叉口直行绿灯结束时通过停车线的直行尾车按规定速度到达冲突点的时间，结合左转车辆头车按规定速度到达冲突点的时间，即可通过上述步骤4的判定条件计算出左转车辆的绿灯启亮时刻。其中，为了保证车辆能够按照规定的速度通过交叉口，在交叉口各出口处设置速度提示装置，该装置通过显示屏显示车辆通过交叉口的规定速度，通过测速雷达设备测定车辆通过交叉口的速度，若车辆未按照装置提示的规定速度的范围内行驶，则通过违法抓拍设备进行车辆号牌识别和处罚。

结合图1设定的参数，以交叉口东、西方向的直行和左转信号灯组的控制为例进行分析，其信号灯组优化控制逻辑算法如图2所示。

(1)、当东直行信号灯组SG2最小绿灯持续时间G2_min结束时，判断SG2关联的检测器D2i检测的直行车辆车头时距Δt是否大于3秒，若是则关闭东直行信号灯组SG2的绿灯，此时D2i检测的最后一辆车确定为东直行车辆的尾车，并同步启动西左转信号灯组SG8的绿灯开启计时器T8，T8开始计时，若符合判定条件则西左转信号灯组SG8提前启亮绿灯，东直行尾车通过冲突点后西左转头车紧接着到达冲突点并通过交叉口。

(2)、当西直行信号灯组SG4最小绿灯持续时间G4_min结束时，判断SG4关联的检测器D4i检测的直行车辆车头时距Δt是否大于3秒，若是则关闭西直行信号灯组SG4的绿灯，此时D4i检测的最后一辆车确定为西直行车辆的尾车，并同步启动东左转信号灯组SG6的绿灯开启计时器T6，T6开始计时，若符合判定条件则东左转信号灯组SG6提前启亮绿灯，西直行尾车通过冲突点后东左转头车紧接着到达冲突点并通过交叉口。

如图3所示，以交叉口东、西方向的直行和左转信号灯组的绿灯放行组合为例进行分析，信号灯组每秒读取与其关联的机动车检测器数据，通过已建立的优化控制逻辑算法，根据交叉口直行和左转车辆的实际通行需求情况自动形成不冲突信号灯组的绿灯放行组合，并动态地调配信号灯组的绿灯持续放行时间。其中，以东、西方向的直行和左转信号灯组为例，可动态生成的绿灯放行组合有8组，分别是东直行、西直行、东左转、西左转、东西直行、东直行与东左转、西直行与西左转和东西左转。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方案进行描述，并非对本发明的保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种交叉口左转待行车辆实时优化控制方法，基于信号灯组控制逻辑，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)、将交叉口的直行、左转机动车信号灯组分别作为独立控制个体或单元，将直行信号灯组与由其控制放行的直行机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应直行机动车交通流流量数据的直行机动车检测器进行一一关联，将左转信号灯组与由其控制放行的左转机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应左转机动车交通流流量数据的左转机动车检测器进行一一关联；

(2)、当直行机动车信号灯组的绿灯启亮时，直行机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度连续通过停止线，相对应的直行机动车检测器每秒检测通过的前后连续两辆机动车的车头的时间差值，即车头时距Δt，若有机动车连续通过该直行机动车检测器，则车头时距Δt＝0，若无机动车连续通过该直行机动车检测器或无机动车通过该直行机动车检测器时，则车头时距Δt按秒累计递增；

(3)、当车头时距Δt大于3秒时，判定此时已通过该直行机动车检测器的最后一辆直行机动车为直行的尾车，并刚好通过停车线，则该直行机动车信号灯组的绿灯关闭，经过3秒黄灯后转换为红灯，黄灯启亮期间后续的直行机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度驶来时将遭遇红灯，不能通过停车线；

(4)、当该直行机动车信号灯组的绿灯关闭时，同步启动对向左转机动车信号灯组的绿灯启亮计时器，绿灯启亮计时器开始每秒计时，记为T，当满足对向左转机动车信号灯绿灯启亮时刻的判定条件时，对向左转机动车信号灯组绿灯提前启亮；

(5)、左转机动车按照设置在交叉口的速度提示器规定的速度通过交叉口，当对向的直行机动车的尾车刚好通过冲突点时，左转机动车的头车紧接着到达冲突点，并顺利一次性通过交叉口；

(6)、直行机动车信号灯组每秒根据与其关联的直行机动车检测器所检测的车头时距数据，可动态调配不同绿灯放行组合和绿灯持续放行时间；当直行信号灯组的绿灯关闭时，若其对向的左转机动车信号灯组所关联的左转机动车检测器未检测到有左转机动车，则不启亮该左转机动车信号灯组的绿灯，与该直行机动车信号灯组相交方向的直行机动车信号灯组将启亮绿灯，获得通行权。

2.根据权利要求1所述的交叉口左转待行车辆实时优化控制方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，对向左转机动车信号灯绿灯启亮时刻的判定条件的计算公式如下：

其中，l_i为左转机动车从停车线到与对向直行机动车冲突点的弧线长度(m)，v_zz为左转机动车通过交叉口的规定速度(m/s)，t_qd为左转机动车的启动时间(s)，L_i为直行机动车从停车线到与对向左转机动车冲突点的距离(m)，v_zx为直行机动车通过交叉口的规定速度(m/s)，i为交叉口对向直行车道编号，i＝1,2,…。