CN110364002A - 一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法及系统 - Google Patents

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CN110364002A CN201910428340.7A CN201910428340A CN110364002A CN 110364002 A CN110364002 A CN 110364002A CN 201910428340 A CN201910428340 A CN 201910428340A CN 110364002 A CN110364002 A CN 110364002A
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刘干
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    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/07—Controlling traffic signals
    • G08G1/081—Plural intersections under common control
    • G08G1/083—Controlling the allocation of time between phases of a cycle

Abstract

本发明公开了一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法及系统，方法包括：通过获取布设在道路交叉口的多种检测设施的检测数据，实时监测道路交通状态，为诱导控制方案设计提供数据支持；根据交通检测数据，实时判定交叉口各进口道导向车道的功能，并在一定的切换机制下完成车道功能的转换；与可变导向车道控制方案协同，产生与导向车道功能相适应的信号配时方案，包括相位方案和配时方案；根据实时的道路交通状态，给出区域交通诱导方案。本发明考虑了道路交通在网络层面上的相互影响，提出同时考虑了单个交叉口通行需求及其相邻路段的剩余交通容量的诱导控制方法，提高了车辆在道路交通网络运行的效率，有效预防交通拥堵和下游交叉口排队溢出导致的上游交叉口死锁现象。

Description

一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法及系统
技术领域
本发明属于交通管理与控制领域，具体涉及一种道路交通网络下的车辆三级诱导控制方法及系统。
背景技术
道路交通资源供给和通行需求的不匹配是造成道路交通拥堵的根源所在。面对日益扩大的交通出行需求，城市道路通常无法通过新建道路或者拓宽现有道路来实现道路交通的供需平衡。如何提高现有道路的利用效率，如何引导车流在路网上均衡分布，是促进道路交通高效运行，避免交通拥堵的关键所在。在提高道路利用效率上，现有方法包括设置潮汐车道、单向交通、专用车道以及可变导向车道等；实现车流在路上的均衡分布一般通过控制措施，如信号控制、道路接入管理和诱导措施等，如在道路指示标志上显示前方道路交通状态等。可以发现，现有的交通管理措施大多处于各自为营的状态，很少从道路交通网络整体的角度考虑道路交通的优化管理。如何有效的融合各种交通管理措施，使之成为一个整体，系统的提升道路交通运行效率，从而有效避免交通拥堵的产生和蔓延，是本发明的出发点和研究意义。
发明内容
发明目的：针对以上现有技术存在的问题，本发明提出一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法及系统，旨在从系统的角度整合可变导向车道功能切换、信号配时优化和区域交通诱导这三个层面的交通管理控制措施，实现道路交通网络中车辆的三级诱导控制。
技术方案：本发明所述的一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法，包括以下步骤：
(1)获取道路交叉口各路段上检测设施的检测数据实时监测道路交通状态，包括各流向车流的导向车道在放行时间内通过的车辆数、各流向的平均排队长度以及各进口道内各向车流交织段上游各车道的来车情况；
(2)根据交叉口进口道各流向的交通数据，判定各流向的交通需求是否与当前各流向导向车道数相匹配，实时判定交叉口各进口道导向车道的功能，并在相交道路方向车流的放行时间内完成车道功能的转换，为本向车流下一次放行做好准备；
(3)根据步骤(2)中确定的导向车道功能产生与车道功能相适应的信号控制方案，包括相位方案和配时方案；所述相位方案默认采用四相位信号控制方案，如果某向车流不需要设置左转车道，则采用三相位信号控制方案；在本相位车流放行初期，若有进口道处于车道功能过渡状态，则先放行导向车道原车道功能对应流向的车流；所述配时方案根据各转向车流不同的交通状态，对各流向的放行时间进行优化：当下游路段出现交通拥堵时，优先考虑下游的剩余容量，通过调节各流向的绿灯时间或者放行时间和，以实现各向车流在路网上的均衡分布；当下游路段不拥堵时，各流向的绿灯时间按其交通需求成比例分配；
(4)根据区域内实时的道路交通状态，给出区域交通诱导方案：当仅某个流向出现饱和时，在进口路段上游设置车道功能指示标志，同时辅以颜色上差别说明各流向的不同交通状态；当某进口道各流向都处于“路径饱和”状态时，则在更外围的交叉口进口道设置诱导标志。
在优选的实施方案中，所述步骤(2)中根据道路交通状态实时数据，判定交叉口各进口的各流向车流是否处于拥堵状态，从而确定各可变导向车道的功能；
对于交叉口某进口道i，在tj时刻直行车流的拥堵状态判定如下：
若则认为直行车流畅通，否则认为直行车流处于拥堵状态；
左转车流的拥堵状态判定如下：
若则认为左转车流畅通，否则认为左转车流处于拥堵状态；
其中，分别为进口道i直行车流和左转车流在j-2阶段内放行的车辆数，μ为单车道的饱和流率，分别为阶段j-2直行车流和左转车流的导向车道数，分别为阶段j-2直行流向和左转流向的绿灯时间；
对于交叉口某进口道i，在tj时刻是否转换可变导向车道的功能判定如下：
若左转车流和直行车流当前均处于畅通状态或均处于拥堵状态，则不作车道功能切换；
若左转车流当前处于拥堵状态，而直行车流处于畅通状态，如果满足则判定可变导向车道的功能由直行切换为左转；
若直行车流当前处于拥堵状态，而左转车流处于畅通状态，如果满足则判定可变导向车道的功能由左转切换为直行；
分别为阶段j-2直行流向和左转流向的平均排队长度。
在优选的实施方案中，所述步骤(3)中阶段j的相位控制方案在该阶段内各相位车流上一次放行末期确定；所述配时方案的设计包括：
当直行路径和左转路径都处于“非路径饱和”状态，考虑本进口道各向车流的流率比或下游路段的剩余容量重新分配各相位绿时或确定信号周期；
当直行路径处于“路径饱和”状态，而左转路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据左转车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定；
当左转路径处于“路径饱和”状态，而直行路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据直行车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定；
当左转路径和直行路径都处于“路径饱和”状态，调节本阶段的绿时长，缓解下游路段的压力，防止交叉口死锁现象发生。
在优选的实施方案中，所述步骤(3)中，
当直行路径和左转路径都处于“非路径饱和”状态，考虑本进口道各向车流的流率比或下游路段的剩余容量重新分配各相位绿时或确定信号周期，具体为：若直行车流和左转车流下游路段都处于畅通状态，则绿灯时间的分配只考虑各流向的流率比；若左转或直行车流对应的下游路段处于拥堵状态，则考虑下游路段的剩余容量来确定本阶段各流向的放行时间，以防止出口路段排队溢出；若左转和直行车流对应的下游路段同时处于拥堵状态，则根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间。
当直行路径处于“路径饱和”状态，而左转路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据左转车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定，具体为：若左转车流在上游进口道处于拥堵状态，而下游出口路段畅通，则保持阶段j总放行时间不变，Cj＝Cj-2，即阶段j的放行时间与阶段j-2的放行时间相同；根据直行车流下游路段的剩余容量确定直行和左转车流的绿信比；若左转车流在上游进口道畅通，而其对应的出口路段处于拥堵状态，则根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间，防止左转路径也出现“路径饱和”；
当左转路径处于“路径饱和”状态，而直行路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据直行车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定，具体为：若直行车流在上游进口道处于拥堵状态，而下游出口路段畅通，则保持阶段j总放行时间不变，根据左转车流下游路段的剩余容量确定直行和左转车流的绿信比；若直行车流在上游进口道畅通，而其对应的出口路段处于拥堵状态，根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间，防止直行路径也出现“路径饱和”；
当左转路径和直行路径都处于“路径饱和”状态，调节本阶段的绿时长，缓解下游路段的压力，防止交叉口死锁现象发生，具体为：阶段j内直行车流和左转车流放行车辆数都要小于下游路段剩余容量；其中，直行和左转车流放行车辆数按照饱和流率计算，以直行和左转车流分别计算阶段j放行时间，取最小值为阶段j放行时长。
在优选的实施方案中，所述路径处于“路径饱和”状态或“非路径饱和”状态的判断方法为：
以连续通过两条路段的车流为一条路径，判定某交叉口进口路段直行/左转车流处于拥堵状态，同时直行/左转车流的下游路段处于拥堵状态，则认为该直行/左转“路径”处于“路径饱和”状态，否则认为处于“非路径饱和”状态；若某进口道对应的直行路径和左转路径同时处于“路径饱和”状态，则认为当前区域处于“区域饱和”状态。
其中，判断交叉口进口道各向车流的下游路段是否处于拥堵状态的方法为：若和同时满足，则认为进口道i直行车流的下游路段k处于拥堵状态，否则认为其处于畅通状态；
其中，分别为路段k直行车流和左转车流在j-2阶段内放行的车辆数，μ为单车道的饱和流率，分别为阶段j-2内路段k直行车流和左转车流的导向车道数，分别为阶段j-2内路段k直行流向和左转流向的绿灯时间；
在优选的实施方案中，所述步骤(4)中的区域诱导方案具体包括：当某条路径处于“路径饱和”状态时，在车道功能指示标志中用颜色区分通畅路径和拥堵路径；当某进口道直行路径和左转路径都处于“路径”饱和状态时，即“区域饱和”状态，在该进口道上游交叉口的各个指路标志中，指示该出口方向处于拥堵状态。
基于相同的发明构思，本发明所述的一种道路交通网络的车辆三级诱导控制系统，包括：
数据处理模块，用于获取道路交叉口各路段上检测设施的检测数据实时监测道路交通状态，包括各流向车流的导向车道在上一阶段放行时间内通过的车辆数、各流向的平均排队长度以及各进口道内各向车流交织段上游各车道的来车情况；
导向车道功能模块，用于根据交叉口进口道各流向的交通数据，判定各流向的交通需求是否与当前各流向导向车道数相匹配，实时判定交叉口各进口道导向车道的功能，并在相交道路方向车流的放行时间内完成车道功能的转换，为本向车流下一次放行做好准备；
信号控制模块，用于根据导向车道功能模确定的导向车道功能产生与车道功能相适应的信号控制方案，包括相位方案和配时方案；所述相位方案默认采用四相位信号控制方案，如果某向车流不需要设置左转车道，则采用三相位信号控制方案；在本相位车流放行初期，若有进口道处于车道功能过渡状态，则先放行导向车道原车道功能对应流向的车流；所述配时方案根据各转向车流不同的交通状态，对各流向的放行时间进行优化：当下游路段出现交通拥堵时，优先考虑下游的剩余容量，通过调节各流向的绿灯时间或者放行时间和，以实现各向车流在路网上的均衡分布；当下游路段不拥堵时，各流向的绿灯时间按其交通需求成比例分配；
以及，区域诱导控制模块，用于根据区域内实时的道路交通状态，给出区域交通诱导方案：当仅某个流向出现“路径饱和”时，在进口路段上游设置车道功能指示标志，同时辅以颜色上差别说明各流向的不同交通状态；当某进口道各流向都发生“路径饱和”时，即呈现“区域饱和”状态，则在更外围的交叉口进口道设置诱导标志。
基于相同的发明构思，本发明所述的另一种道路交通网络的车辆三级诱导控制系统，包括至少一台计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的一种道路交通网络的车辆三级诱导控制方法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明将可变导向车道功能切换和信号配时优化以及区域交通诱导控制相结合，形成了不同层次的车辆三级诱导控制方法，充分考虑了各个层次之间的相互协调。
2、本发明在可变导向车道功能设计上，以各流向上一阶段的放行量与饱和流率下的放行量的大小关系，定义各向车流的状态，并结合各流向导向车道数加以判定。采用了“向前迭代”的思想，即j-2阶段末期的交通状态决定阶段j内各流向导向车道的功能配置。
3、本发明在信号控制方案设计上，相序方案的设计兼顾了导向车道功能切换后的各向车流的通行需求，即优先放行原车道功能对应流向的车流，以实现各流向车流在导向车道上的顺利切换；根据上下游路段不同的交通状态组合，定义了“路径饱和”和“区域饱和”状态，对不同状态采用不同的信号配时优化措施；本方法所设计的信号配时方案同时兼顾了车流在本交叉口的通行需求和下游路段的剩余容量，实现网络层面上的优化控制。
4、本发明在区域诱导控制控制上，提出在“路径饱和”状态下，可以通过在可变导向车道上游的车道指示标志上，通过颜色的区分，指示不同流向的交通状态，引导驾驶员改变行驶方向；在“区域饱和”状态下，在拥堵区域上游交叉口的各个进口道指示前方交通拥堵状态，更好的引导交通流在路网上均匀分布，有效诱导驾驶员避开拥堵路段。
附图说明
图1为道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法的技术路线图；
图2为单个交叉口检测设施布设和交通数据来源示意图；
图3为相序方案中“向前迭代”思想的示意图；
图4为可变导向车道功能切换与相序方案选择的流程图；
图5为“路径饱和”状态下的区域诱导方案示意图；
图6为“区域饱和”状态下的区域诱导方案示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例公开的一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法，主要包括如下步骤：
(1)从各个布设在交叉口各路段上的检测设施中获得检测数据，实时监测道路交通状态，为诱导控制方案的设计提供必要的数据支持，所监测的数据包括各流向车流的导向车道放行时间内通过的车辆数、各流向的平均排队长度以及各进口道内各向车流交织段上游各车道的来车情况；
(2)根据实时获取的交叉口进口道各流向的交通数据，得到交叉口各进口道各流向的通行需求，考虑各流向的导向车道数量与通行需求是否匹配，进而判定是否对可变导向车道的功能进行切换，并在相交道路方向车流的放行时间内完成车道功能的转换，为本向车流下一次放行做好准备；
(3)结合检测端上传的数据进一步分析各流向的车流是否处于拥堵状态，判定“路径饱和”和“区域饱和”现象是否存在，根据数据处理的结果，和导向车道功能的判定结果，对信号控制方案进行优化设计；
(4)从区域道路交通网全局出发布设第三级(最外层)的车辆诱导方案，更好的引导交通流在路网上均匀分布，有效的诱导驾驶员避开拥堵路段。
具体地，步骤(1)中交叉口各个进口路段上布设的车辆检测器，能够实时检测道路交通状态变量，为可变导向车道功能的切换和信号配时方案设计提供依据。为了获得所期望的交通数据，为检测器的布设提出以下建议：在交叉口单个进口道中，检测器的布设包括以下三部分：一是各导向车道出口处需要布设车辆检测器，以记录某个时段内各进口车道通过的车辆数；二是在导向车道上游交织段开始处，布设车辆检测器，检测各导向车道上游的来车情况，用布尔变量表征是否有来车，当有来车时取值为1，否则取值为0；三是通过视频检测或者在路段上分段布设检测器，来检测各车道的排队长度。单个交叉口的检测设施布设和交通数据来源如图2所示，在后期的数据处理中，各车道的车辆数据将按照各流向集计。
根据交通检测数据，判定各流向车流和路段的交通状态，方法如下：
对于交叉口所有进口道的各向车流，根据上一次车流放行情况判定其当前的交通状态。若某车流在上一次放行时，总是以饱和流率通过停车线，则认为该流向处于拥堵状态，否则认为其畅通。对于交叉口某进口道i，在tj时刻其直行车流的拥堵状态判定如下：若则认为直行车流畅通，否则认为直行车流处于拥堵状态。左转车流的拥堵状态判定如下：若则认为左转车流畅通，否则认为左转车流处于拥堵状态。
对于交叉口进口道各向车流的下游路段交通状态判定方法如下：若某流向车流的下游路段k各流向车流在上一次放行结束后，同时满足和同时满足，则认为下游路段k处于拥堵状态，否则认为其处于畅通状态，或者可以通过自身的调节来实现各向车流的均衡分布。
对路径和区域交通状态的判定方法如下：
将连续通过两条路段的车流定义为一条路径，例如按照上述中判定车流和路段拥堵状态的方法，当某交叉口进口路段直行车流处于拥堵状态，同时直行车流的下游路段处于拥堵状态，则认为该直行“路径”处于“路径饱和”状态；当某进口道对应的直行路径和左转路径同时处于“路径饱和”状态，则认为当前区域处于“区域饱和”状态。
步骤(2)中的交叉口可变导向车道功能的判定能够响应步骤(1)中得到的道路交通状态实时数据，判定交叉口各进口的各流向车流是否处于拥堵状态，从而确定各可变导向车道的功能。具体可变导向车道功能的判定方法如下：
考虑到可变导向车道功能的切换主要影响本进口道各流向车流的均衡性，因此在判定可变导向车道功能划分时，主要考虑本进口道各流向车流的通行需求。对于交叉口某进口道i，在tj阶段是否转换可变导向车道的功能判定如下：
①若左转车流和直行车流当前均处于畅通状态或均处于拥堵状态，这时可变导向车道功能的切换无法很好平衡左转和直行车流的平衡，故保持当前导向车道功能的配置状态，不作车道功能切换；
②若左转车流当前处于拥堵状态，而直行车流处于畅通状态，如果满足则认为满足车道功能切换条件，判定可变导向车道的功能由直行切换为左转。
③若直行车流当前处于拥堵状态，而左转车流处于畅通状态，如果满足则认为满足车道功能切换条件，判定可变导向车道的功能由左转切换为直行。
阶段j-2末期完成车道功能切换判定后，需要在相交道路各向车流放行期间，即阶段j-1内完成车道功能的切换，从而在阶段j开始时放行本条道路各流向车流。在阶段j-1内进行导向车道功能切换时，可以通过布设在交织段上游的检测器探测可变导向车道上游的来车情况，当一定时间内没有来车则可以完成车道功能的切换，从而使各向车流能够顺利的驶入目标导向车道上。
步骤(3)中的信号控制方案的优化设计要与步骤(2)中的导向车道的功能相适应，同时考虑本交叉口各流向的通行需求和各出口路段的剩余容量。信号控制方案的优化设计包括相位方案和配时方案。
(a)相位方案设计如下：
①首先按照交叉口各进口道左转流向和对向直行车流的流量，判定是否需要设置左转保护相位；若左转交通流流量小于100pcu/h，或者左转交通流在100pcu/h-200pcu/h之间，且左转交通流与对向直行交通流的乘积小于50000pcu/h，则认为可以不设左转保护相位，否则需要设置左转保护相位。处于安全的考虑，最好都设置左转保护相位。
②信号控制方案默认采用传统四相位方案，如果某向车流不需要设置左转车道，则采用三相位信号控制方案，如图3所示。阶段j的控制方案需要在该阶段内各相位车流上一次放行末期确定，即在阶段j-2的末期根据可变导向车道功能的判定结果加以确定。如果阶段j-2末期，通过步骤(2)中的判定结果需要进行可变导向车道功能的切换，则阶段j各流向的放行顺序要优先考虑可变导向车道原功能对应的车流，同时保证交叉口对向进口道的车流放行顺序不冲突，阶段内各向车流的放行顺序选择具体如图4所示。
(b)根据各进口道导向车道功能的判定结果和交叉口信号相位方案，信号配时方案设计如下：
根据各转向车流不同的交通状态，对各流向在不同阶段的放行时间进行优化。当下游路段出现交通拥堵时，要优先考虑下游的剩余容量，通过调节各流向在本阶段中的绿灯时间或者放行时间和，以实现各向车流在路网上的均衡分布。当下游路段不拥堵时，则主要考虑各流向在本阶段中的通行需求来提高交叉口通行能力，各流向的绿灯时间按其交通需求成比例分配。详细设计如下：
①当直行路径和左转路径都处于“非路径饱和”状态，考虑本进口道各向车流的流率比或下游路段的剩余容量重新分配各相位绿时或确定信号周期。
若直行车流和左转车流下游路段都处于畅通状态，则绿灯时间的分配只需要考虑各流向的流率比，有其中为阶段j内左转车流和直行车流的放行时间，Cj-2为阶段j-2的放行时间和，L为阶段j内相位之间转换造成的损失时间，一般包括黄灯时间和全红时间，为进口道i的左转车流的关键流率比，Yj为阶段j内所有相位流率比的总和。左转车流的关键流率比为左转车流中流量最大的车流的流量与左转车道通行能力的比值。
若左转或直行车流对应的下游路段处于拥堵状态，则需要考虑下游路段的剩余容量来确定本阶段各流向的放行时间，以防止出口路段排队溢出。当左转车流下游拥堵时，有其中是tj时刻左转车流的最大绿灯时间，是左转车流的到达率，是与左转车流相对应的下游路段k在tj时刻的剩余通行能力。tj时刻某路段k的剩余容量为其中，Ωk为路段k各车道容量总和，k_pre为路段k上游路段集合，correspond为路段i通向路段k相应的流向，Δti，k是车辆从离开路段i到进入路段k之间的行驶时间。故左转车流的绿灯放行时间其中直行车流的放行时间为当直行车流下游路段出现交通拥堵时，有 其中是tj时刻直行车流的最大绿灯时间，是直行车流的到达率，是与直行车流相对应的下游路段m在tj时刻的剩余通行能力。tj时刻某路段m的剩余容量为其中，Ωm为路段m各车道容量总和，m_pre为路段m上游路段集合，correspond为路段i通向路段m相应的流向，Δti，m是车辆从离开路段i到进入路段m之间的行驶时间。故直行车流的绿灯放行时间,其中 为进口道i的直行车流的关键流率比。左转车流的放行时间为
若左转和直行车流对应的下游路段同时处于拥堵状态，则认为改变阶段j内各流向绿信比意义不大，故需要根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间。对于直行车流而言有： 是与直行车流相对应的下游路段的剩余通行能力；对于左转车流而言有： 是与左转车流相对应的下游路段的剩余通行能力，故阶段j的放行总时间Cj=min{Cj-2，Cj_Smax，Cj_Lmax}。直行车流和左转车流的绿灯时间则分别按照各自流率比乘以有效绿灯时间:
②若直行路径处于“路径饱和”状态，而左转路径处于“非路径饱和状态”，此时信号配时方案要根据左转车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定。
如果左转车流在上游进口道处于拥堵状态，而下游出口路段畅通，则保持阶段j总放行时间不变，Cj＝Cj-2；根据直行车流下游路段的剩余容量确定直行和左转车流的绿信比，减轻直行车流下游路段的存储压力和满足本进口道左转车流的通行需求，则有其中其中μ是饱和流率。故左转车流的绿灯时间为有效绿灯时间减去直行车流的放行时间，
如果左转车流在上游进口道畅通，而其对应的出口路段处于拥堵状态，则认为改变阶段j内各流向绿信比意义不大，故需要根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间，防止左转路径也出现“路径饱和”，造成“网络饱和”状态。因此对于直行车流而言有：对于左转车流而言有： 故阶段j的放行总时间Cj＝min{Cj-2，Cj_Smax，Cj_Lmax}。直行车流和左转车流的绿灯时间则分别按照各自流率比乘以有效绿灯时间:
③若左转路径处于“路径饱和”状态，而直行路径处于“非路径饱和状态”，此时信号配时方案采用与②中相同的原理进行设计。
④若左转路径和直行路径都处于“路径饱和”状态，即此时出现“网络饱和”，在网络饱和状态下，调节绿信比没法改善网络交通运行状况，可以尝试先调节本阶段的绿时长，缓解下游路段的压力，防止交叉口死锁现象发生。阶段j总放行时间按②中第二种情况确定，即阶段j内直行车流和左转车流放行车辆数都要小于下游路段剩余容量。其中，直行和左转车流放行车辆数要按照饱和流率计算。以直行和左转车流分别计算阶段j放行时间，取最小值为阶段j放行时长。
步骤(4)中在可变导向车道功能和信号配时优化设计的基础上，从区域道路交通网全局出发布设第三级(最外层)的车辆诱导方案，能有效的诱导驾驶员避开拥堵路段。当某条路径处于“路径饱和”状态时，可在车道功能指示标志中用颜色区分通畅路径和拥堵路径，如图5所示；当某进口道直行路径和左转路径都处于“路径”饱和状态时，即“网络饱和”状态，需要在该进口道上游交叉口的各个指路标志中，指示该出口方向处于拥堵状态，如图6所示。
基于相同的发明构思，本发明实施例公开的一种道路交通网络的车辆三级诱导控制系统，包括：数据处理模块，用于获取道路交叉口各路段上检测设施的检测数据实时监测道路交通状态，包括各流向车流的导向车道在上一阶段放行时间内通过的车辆数、各流向的平均排队长度以及各进口道内各向车流交织段上游各车道的来车情况；导向车道功能模块，用于根据交叉口进口道各流向的交通数据，判定各流向的交通需求是否与当前各流向导向车道数相匹配，实时判定交叉口各进口道导向车道的功能，并在相交道路方向车流的放行时间内完成车道功能的转换，为本向车流下一次放行做好准备；信号控制模块，用于根据导向车道功能模确定的导向车道功能产生与车道功能相适应的信号控制方案；以及，区域诱导控制模块，用于根据区域内实时的道路交通状态，给出区域交通诱导方案：当仅某个流向出现饱和时，在进口路段上游设置车道功能指示标志，同时辅以颜色上差别说明各流向的不同交通状态；当某进口道各流向都处于饱和状态时，在更外围的交叉口进口道设置诱导标志。
基于相同的发明构思，本发明实施例公开的另一种道路交通网络的车辆三级诱导控制系统，包括至少一台计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的道路交通网络的车辆三级诱导控制方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种道路交通网络的车辆三级诱导控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)获取道路交叉口各路段上检测设施的检测数据实时监测道路交通状态，包括各流向车流的导向车道在放行时间内通过的车辆数、各流向的平均排队长度以及各进口道内各向车流交织段上游各车道的来车情况；
(2)根据交叉口进口道各流向的交通数据，判定各流向的交通需求是否与当前各流向导向车道数相匹配，实时判定交叉口各进口道导向车道的功能，并在相交道路方向车流的放行时间内完成车道功能的转换，为本向车流下一次放行做好准备；
(3)根据步骤(2)中确定的导向车道功能产生与车道功能相适应的信号控制方案，包括相位方案和配时方案；所述相位方案默认采用四相位信号控制方案，如果某向车流不需要设置左转车道，则采用三相位信号控制方案；在本相位车流放行初期，若有进口道处于车道功能过渡状态，则先放行导向车道原车道功能对应流向的车流；所述配时方案根据各转向车流不同的交通状态，对各流向的放行时间进行优化：当下游路段出现交通拥堵时，优先考虑下游的剩余容量，通过调节各流向的绿灯时间或者放行时间和，以实现各向车流在路网上的均衡分布；当下游路段不拥堵时，各流向的绿灯时间按其交通需求成比例分配；
(4)根据区域内实时的道路交通状态，给出区域交通诱导方案：当仅某个流向出现饱和时，在进口路段上游设置车道功能指示标志，同时辅以颜色上差别说明各流向的不同交通状态；当某进口道各流向都处于“路径饱和”状态时，则在更外围的交叉口进口道设置诱导标志。
2.根据权利要求1所述的一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据道路交通状态实时数据，判定交叉口各进口的各流向车流是否处于拥堵状态，从而确定各可变导向车道的功能；
对于交叉口某进口道i，在tj时刻直行车流的拥堵状态判定如下：
若则认为直行车流畅通，否则认为直行车流处于拥堵状态；
左转车流的拥堵状态判定如下：
若则认为左转车流畅通，否则认为左转车流处于拥堵状态；
其中，分别为进口道i直行车流和左转车流在j-2阶段内放行的车辆数，μ为单车道的饱和流率，分别为阶段j-2直行车流和左转车流的导向车道数，分别为阶段j-2直行流向和左转流向的绿灯时间；
对于交叉口某进口道i，在tj时刻是否转换可变导向车道的功能判定如下：
若左转车流和直行车流当前均处于畅通状态或均处于拥堵状态，则不作车道功能切换；
若左转车流当前处于拥堵状态，而直行车流处于畅通状态，如果满足则判定可变导向车道的功能由直行切换为左转；
若直行车流当前处于拥堵状态，而左转车流处于畅通状态，如果满足则判定可变导向车道的功能由左转切换为直行；
分别为阶段j-2直行流向和左转流向的平均排队长度。
3.根据权利要求1所述的一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中阶段j的相位控制方案在该阶段内各相位车流上一次放行末期确定；所述配时方案的设计包括：
当直行路径和左转路径都处于“非路径饱和”状态，考虑本进口道各向车流的流率比或下游路段的剩余容量重新分配各相位绿时或确定信号周期；
当直行路径处于“路径饱和”状态，而左转路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据左转车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定；
当左转路径处于“路径饱和”状态，而直行路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据直行车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定；
当左转路径和直行路径都处于“路径饱和”状态，调节本阶段的绿时长，缓解下游路段的压力，防止交叉口死锁现象发生。
4.根据权利要求3所述的一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，
当直行路径和左转路径都处于“非路径饱和”状态，考虑本进口道各向车流的流率比或下游路段的剩余容量重新分配各相位绿时或确定信号周期，具体为：若直行车流和左转车流下游路段都处于畅通状态，则绿灯时间的分配只考虑各流向的流率比；若左转或直行车流对应的下游路段处于拥堵状态，则考虑下游路段的剩余容量来确定本阶段各流向的放行时间，以防止出口路段排队溢出；若左转和直行车流对应的下游路段同时处于拥堵状态，则根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间。
当直行路径处于“路径饱和”状态，而左转路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据左转车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定，具体为：若左转车流在上游进口道处于拥堵状态，而下游出口路段畅通，则保持阶段j总放行时间不变，Cj＝Cj-2，即阶段j的放行时间与阶段j-2的放行时间相同；根据直行车流下游路段的剩余容量确定直行和左转车流的绿信比；若左转车流在上游进口道畅通，而其对应的出口路段处于拥堵状态，则根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间，防止左转路径也出现“路径饱和”；
当左转路径处于“路径饱和”状态，而直行路径处于“非路径饱和”状态，信号配时方案根据直行车流在本进口道的通行需求和出口路段的剩余容量而定，具体为：若直行车流在上游进口道处于拥堵状态，而下游出口路段畅通，则保持阶段j总放行时间不变，根据左转车流下游路段的剩余容量确定直行和左转车流的绿信比；若直行车流在上游进口道畅通，而其对应的出口路段处于拥堵状态，根据下游路段的剩余容量确定阶段j总放行时间，防止直行路径也出现“路径饱和”；当左转路径和直行路径都处于“路径饱和”状态，调节本阶段的绿时长，缓解下游路段的压力，防止交叉口死锁现象发生，具体为：阶段j内直行车流和左转车流放行车辆数都要小于下游路段剩余容量；其中，直行和左转车流放行车辆数按照饱和流率计算，以直行和左转车流分别计算阶段j放行时间，取最小值为阶段j放行时长。
5.根据权利要求3所述的一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法，其特征在于，所述路径处于“路径饱和”状态或“非路径饱和”状态的判断方法为：
以连续通过两条路段的车流为一条路径，判定某交叉口进口路段直行/左转车流处于拥堵状态，同时直行/左转车流的下游路段处于拥堵状态，则认为该直行/左转“路径”处于“路径饱和”状态，否则认为处于“非路径饱和”状态；若某进口道对应的直行路径和左转路径同时处于“路径饱和”状态，则认为当前区域处于“区域饱和”状态。
其中，判断交叉口进口道各向车流的下游路段是否处于拥堵状态的方法为：若和同时满足，则认为进口道i直行车流的下游路段k处于拥堵状态，否则认为其处于畅通状态；
其中，分别为路段k直行车流和左转车流在j-2阶段内放行的车辆数，μ为单车道的饱和流率，分别为阶段j-2内路段k直行车流和左转车流的导向车道数，分别为阶段j-2内路段k直行流向和左转流向的绿灯时间；
6.根据权利要求1所述的一种道路交通网络中的车辆三级诱导控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中的区域诱导方案具体包括：当某条路径处于“路径饱和”状态时，在车道功能指示标志中用颜色区分通畅路径和拥堵路径；当某进口道直行路径和左转路径都处于“路径”饱和状态时，即“区域饱和”状态，在该进口道上游交叉口的各个指路标志中，指示该出口方向处于拥堵状态。
7.一种道路交通网络的车辆三级诱导控制系统，其特征在于，包括：
数据处理模块，用于获取道路交叉口各路段上检测设施的检测数据实时监测道路交通状态，包括各流向车流的导向车道在上一阶段放行时间内通过的车辆数、各流向的平均排队长度以及各进口道内各向车流交织段上游各车道的来车情况；
导向车道功能模块，用于根据交叉口进口道各流向的交通数据，判定各流向的交通需求是否与当前各流向导向车道数相匹配，实时判定交叉口各进口道导向车道的功能，并在相交道路方向车流的放行时间内完成车道功能的转换，为本向车流下一次放行做好准备；
信号控制模块，用于根据导向车道功能模确定的导向车道功能产生与车道功能相适应的信号控制方案，包括相位方案和配时方案；所述相位方案默认采用四相位信号控制方案，如果某向车流不需要设置左转车道，则采用三相位信号控制方案；在本相位车流放行初期，若有进口道处于车道功能过渡状态，则先放行导向车道原车道功能对应流向的车流；所述配时方案根据各转向车流不同的交通状态，对各流向的放行时间进行优化：当下游路段出现交通拥堵时，优先考虑下游的剩余容量，通过调节各流向的绿灯时间或者放行时间和，以实现各向车流在路网上的均衡分布；当下游路段不拥堵时，各流向的绿灯时间按其交通需求成比例分配；
以及，区域诱导控制模块，用于根据区域内实时的道路交通状态，给出区域交通诱导方案：当仅某个流向出现“路径饱和”时，在进口路段上游设置车道功能指示标志，同时辅以颜色上差别说明各流向的不同交通状态；当某进口道各流向都发生“路径饱和”时，即呈现“区域饱和”状态，则在更外围的交叉口进口道设置诱导标志。
8.一种道路交通网络的车辆三级诱导控制系统，包括至少一台计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-6任一项所述的一种道路交通网络的车辆三级诱导控制方法。
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