CN110503836A - 一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，首先，通过测量和计算确定溢流检测器和排队消散检测器的安装位置并布设检测器；溢流检测器通过实时检测断面车速、通过车辆数、占有率三个指标准确判定交叉口是否将要处于溢流状态，排队消散检测器通过实时检测所在断面的车速并与设定阈值比较，判断排队是否消散；若发生溢流，则根据下游路口信号相位情况执行上游路口截流控制方案或下游路口延长绿灯时间的疏散控制方案；执行反溢流控制方案期间，若排队尚未消散，则上游路口对溢流有加剧作用的相位均执行最小绿灯时间方案。本发明能够实现排队消散的检测，使得反溢流控制效果更佳，且在一定程度上能够提高下游路段的通行效率。

Description

一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法

技术领域

本发明属于城市道路交叉口信号控制技术领域，具体涉及一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法。

背景技术

交通溢流是指由于交通量过大、交通事故、路边违章停车等原因，导致排队车辆不断增加，最终排队超出路段长度，并占用上游交叉口的一种现象。交通溢流严重时会影响上游交叉口背交路段车辆的正常通行，如不及时加以有效控制，将会造成路口锁死，并逐渐蔓延至多个路段，导致整个路网处于瘫痪状态。

目前，国内对交通溢流的研究及实践尚不完善，当发生交通溢流现象时，主要通过交通警察进行现场临时疏导，需要耗费大量人力物力，无法实现最优的溢流控制，一定程度上降低了路段的交通运行效率。

检测器设置的位置决定反溢流控制的效果。以往研究中主要通过交通流量、交通密度等指标确定检测器的位置，因交通流量、交通密度随时间、空间变化较大且实际实施中难以测量，实施应用中多以工程经验确定检测器位置。

以往的研究中缺乏排队消散的检测，存在队尾车辆在溢流检测器周围小幅震荡且难以实现反溢控制回到定时控制的平滑过渡，实施反溢控制后可能导致交通流的震荡。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，如图2所示，交叉口B西进口直行方向发生溢流，车辆排队逐渐蔓延至上游交叉口A。本控制方法在溢流路段AB内共设置两组车辆检测器，1号检测器用于确定是否启动反溢流控制，2号检测器用于确定是否关闭反溢流控制，该检测器设置方案可保证反溢流控制关闭时路段内的排队车辆得到充分释放，有效避免了排队队尾始终围绕1号检测器小幅震荡。本发明可以有效的识别溢流和排队消散，能够平缓的消除交通溢流并在定程度上提高下游路段的通行效率。

本发明一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，以过饱和交叉口为研究对象，交叉路口的相位按照图3所示的相位顺序进行切换，即东西直行、东西左转、南北直行、南北左转，具体通过如下4个部分实现：

1)确定1号检测器安装位置

如图4所示，车辆在过饱和状态下排队形成溢流的过程中可以简化成两种运行状态，一种是下游路口(路口B)车辆排队阻塞状态，另一种是车辆从上游交叉口(路口A)进入下游路段的缓行状态，该状态的车头间距可用饱和车头间距表示。

假定1号检测器位置距离交叉口A为L₁米。当车辆排队到达1号检测器位置时，为避免排队溢出启动反溢流控制，若此时切断交叉口A的绿灯，则1号检测器设置位置与交叉口A间的路段空间应能够容纳下该路段内正在行驶的车辆(即白车)和下一周期内自交叉口A南进口右转流入下游路段的车辆。依据车辆守恒定律可得：

根据上述等式可以推导出L₁的计算公式为：

式中：w为交叉口宽度；q_r为交叉口A南进口每周期右转进入车辆数均值；n为路段AB车道数；h_s0为车辆在交叉口饱和状态下的平均车头间距；h_s为停车状态下平均车头间距，实测均值为6.7m。

所述交叉口宽度w具体指路口A西进口停车线与对向停车线之间的垂直距离；所述交叉口饱和状态下的平均车头间距可通过测量交叉口饱和状态下(早晚高峰时段)的车头时间距均值h_t和饱和状态下车速v，进一步计算求得h_s0＝h_t·v。

1号检测器的位置应为：在出口道自与路口A东进口停车线水平位置为起点向下游测量距离L₁m处。

2)确定2号检测器安装位置

在现有的溢流控制研究中，通常只设置1号溢流检测器，依据经验确定溢流控制触发与关闭的时间间隔。这种方法无法明确获知溢流是否完全消失，存在一定的随机性。针对这一问题，本方案通过设置2号检测器，检测溢流是否完全消散。设定当排队车辆消散至2号检测器时，方可关闭反溢流控制。该方案可有效避免排队消散不完全导致的频繁溢流现象，防止排队队尾始终在1号检测器周围震荡。

为保证关闭反溢流控制后，溢流路段有足够的空间容纳下一周期由交叉口A流入的车辆，2号检测器设置位置应满足：

根据上述等式可以推导出L₂的计算公式为：

式中各变量意义同上。

3)实时判断交叉口A是否将要发生溢流

检测器进入工作状态后，检测器实时监测断面的通过车辆数、车辆速度以及占有率，当1号检测器所在断面通过车辆数N和车速v均等于0、占有率等于100且持续时间达到5s，视为发生溢流，此时触发反溢控制。在触发反溢控制后的一段时间内，当2号检测器检测到的车速达到设定的速度阈值认为排队消散，此时关闭反溢控制。

4)交叉口反溢流控制方法

如图6所示的是本发明提供的两种情况下的反溢流控制方法。1号检测器实时检测是否发生溢流，当发生溢流时，如果下游路口B东西直行相位为红灯，可通过减少上游交叉口周期内驶入下游路段的车辆数以实现溢流控制；如果下游路口直行相位为绿灯，可根据下游路口的绿灯时间剩余情况适当的延长下游路口的绿灯时间以实现溢流和排队车辆的消散。

一个条件：下游交叉口溢流相位(相位1)为红灯时，的控制方法：

如果A发生溢流且下游路口B东西直行相位为红灯，路口A信号灯进行如下控制：

首先，切断西向东直行相位1，给出4s黄灯和4-6s的全红清空时间，其中，出于对行人安全的考虑，给出切断绿灯方向4-6秒的全红时间。

然后，正常放行A路口东西左转相位、南北直行相位，黄灯时间与全红清空时间与定时控制相同，即黄灯4s，全红2s。

进一步，为避免路口A北进口左转进入下游的路段的车辆加剧溢流，南北左转相位执行最小绿灯时间。

进一步，2号检测器判断排队是否消散。如果排队已经消散，则关闭反溢流控制，路口A下一周期回到定时控制，定时控制即为信号灯的常规控制；如果排队尚未消散，则在后续的几个周期中路口A对溢流有加剧作用的相位(东西直行、南北左转)都执行最小绿灯时间，直至排队消散，反溢流控制关闭则回到定时控制方案。

所述反溢流控制方案中，东西直行、南北左转相位执行最小绿灯时间的方法具有如下两个作用：一方面能够起到平缓的消除溢流，平滑过渡到定时控制，避免发生交通流震荡；另一方面执行最小绿灯时间能够满足驾驶员期望，相比于直接切断绿灯更加人性化。上述满足驾驶员期望的最小绿灯时间主干路建议取值15s，次干路和支路建议取值10s。

下游交叉口溢流相位(相位1)为绿灯时的控制方法：

如果路口A西进口直行发生溢流且下游路口B东西直行相位为绿灯，路口B以及路口A的信号灯进行如下控制：

首先，根据东西直行相位的绿灯剩余时间情况对绿灯时间延长Δg，为了保证在延长的绿灯时间内排队能够消散，则延长时间至少应为：

式中，g_B,surplus表示路口B东西直行相位剩余绿灯时间。

进一步，正常放行东西左转相位、南北直行相位，黄灯时间与全红清空时间与定时控制相同(黄灯4s，全红2s)。

进一步，2号检测器判断排队是否消散。如果排队已经消散，路口A和路口B下一周期均回到定时控制；如果排队尚未消散，则在后续的几个周期中路口A对溢流有加剧作用的相位(东西直行相位、南北左转相位)执行最小绿灯时间，直至排队消散，反溢控制关闭则回到定时控制方案。

有益效果

能够实现排队消散的检测，使得反溢流控制效果更佳，且在一定程度上能够提高下游路段的通行效率；能够平缓消除溢流，平滑过渡到定时控制，避免发生交通流震荡；执行最小绿灯时间能够满足驾驶员期望，相比于直接切断绿灯更加人性化。

附图说明

图1是基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法总体流程图；

图2是双检测器位置示意图；

图3是交叉口A、B相位组合示意图；

图4是1号检测器位置示意图；

图5是2号检测器位置示意图；

图6是交叉口反溢流控制方法流程图。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步的说明如下。

本发明基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，总体方案流程图如图1所示，通过下述步骤实现：

步骤1：测量计算确定1号检测器的安装位置；

如图4所示，测量交又口A的宽度w，所述交叉口宽度w具体指路口A西进口停车线与对向停车线之间的垂直距离；观测路段AB的车道数n；在早晚高峰期间采集A交叉口每周期右转汇入路段AB的车辆数均值q_r，测量车辆在交叉口进口道排队阻塞状态下的车头间距h_s，测定交叉口内饱和车头间距h_s0。实际调查测量中，排队阻塞状态下的车头间距h_s和交叉口内饱和车头间距h_s0难以直接通过测距仪器获得，因此本发明中通过下述间接的测量方法确定排队阻塞状态下的车头间距h_s和交叉口内饱和车头间距h_s0的均值，具体如下：

以交叉口进口道停车线为起点，向后测量100m的距离，排队期间计量该距离范围内所排队车辆数m，则：

重复测量求平均值，本研究中能够实测均值为6.7m。

在早晚高峰期间，以交叉口A西进口停车线为断面，测量交叉口饱和状态下的车头时距均值h_t和饱和状态下车速v，进一步计算求得：

h_s0＝h_t·v (2)

根据上述测量指标，依据1号检测器位置推导公式可以确定1号检测器与交叉口A的距离：

1号检测器的安装位置应为：在出口道自与路口A东进口停车线水平位置为起点向下游测量距离L₁m处。

步骤2：计算确定2号检测器的安装位置；

检测器2的安装位置需保证关闭反溢流控制后，溢流路段有足够的空间容纳下一周期由交叉口A流入的车辆。根据步骤1所述的测量和计算指标和计算得到的1号检测器与交叉口A的距离L₁，依据检测器2的位置推导公式可得：

2号检测器的安装位置应为：在出口道自与交叉口A东进口停车线水平位置为起点向下游测量距离L₂m处。

根据上述计算，如图2所示，在路段AB上距离交叉口A为L₁m的位置布设1号检测器(溢流检测器)，在路段AB上距离交叉口A为L₂m的位置布设2号检测器(排队消散检测器)。

步骤3：实时判断交叉口A是否将要发生溢流；

如图6所示的是溢流检测和反溢流控制方法的流程。检测器进入工作状态后，检测器实时检测断面的通过车辆数、车辆速度以及占有率，当1号检测器所在断面通过车辆数N和车速v均等于0、占有率等于100且持续时间达到5s，视为发生溢流，此时触发反溢控制，进入步骤4。若没有发生溢流，则继续执行定时信号控制。

步骤4：执行反溢流控制方案，并检测路段AB排队是否消散；

交叉口A发生溢流时，根据交叉口B的信号灯情况和排队消散情况执行反溢控制信号方案或关闭反溢流控制；

(1)下游交叉口溢流相位为红灯时的控制方法：

如果发生溢流且下游路口B东西直行相位为红灯，路口A信号灯进行如下控制：首先，切断东西直行相位，给出4s黄灯和4-6s的全红清空时间；然后，正常放行东西左转相位、南北直行相位，黄灯时间与全红清空时间与定时控制相同(黄灯4s，全红2s)。进一步，为避免路口A北进口左转进入下游的路段的车辆加剧溢流，路口A南北左转相位执行最小绿灯时间。如果2号检测器检测到排队已经消散，则关闭反溢流控制，路口A下一周期回到定时控制；如果排队尚未消散，则在后续的几个周期中路口A对溢流有加剧作用的相位(东西直行、南北左转)都执行最小绿灯时间，直至排队消散，反溢流控制关闭则路口A回到定时控制方案。

(2)下游交叉口溢流相位为绿灯时的控制方法：

如果发生溢流且下游路口B东西直行相位为绿灯，路口B以及路口A信号灯进行如下控制：首先，根据东西直行相位的绿灯剩余时间情况对绿灯时间延长Δg，为了保证在延长的绿灯时间内排队能够消散，则延长时间至少应为：式中，g_B,surplus表示路口B东西直行相位剩余绿灯时间。进一步，正常放行路口B东西左转相位、南北直行相位，黄灯时间与全红清空时间与定时控制相同(黄灯4s，全红2s)。如果2号检测器检测到排队已经消散，则关闭反溢流控制，路口A和路口B下一周期回到定时控制；如果排队尚未消散，则在后续的几个周期中路口B默认恢复到定时控制，路口A对溢流有加剧作用的相位(东西直行、南北左转)都执行最小绿灯时间，直至排队消散，反溢流控制关闭则路口A到定时控制方案。

Claims (4)

1.一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，以溢流路段AB为研究对象，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、测量计算确定1号检测器和2号检测器的安装位置，其中，1号检测器用于确定是否启动反溢流控制，2号检测器用于确定是否关闭反溢流控制；

步骤二、实时判断上游交叉口A是否发生溢流，若发生溢流，则分为两种情况启动溢流控制方案；若没有发生溢流，则继续执行定时控制；

其中，溢流判断条件具体如下：

当1号检测器所在断面通过车辆数N和车速v均等于0、占有率等于100且持续时间达到5s，视为发生溢流；

步骤三、2号检测器实时判断路段AB的排队是否消散，若排队消散，则关闭反溢流控制，回到定时控制；若没有消散，继续执行反溢流方案；

其中，溢流消散的判断条件是：

当2号检测器检测到的车速达到设定的速度阈值认为排队消散。

2.如权利要求1所述一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，其特征在于：

所述1号检测器位于出口道自与路口A东进口停车线水平位置为起点向下游测量距离L₁m处，具体计算公式如下：

其中，n为观测路段AB的车道数，h_s为车辆在交叉口A进口道排队阻塞状态下的车头间距，w为交又口A的宽度，h_s0为交叉口A内饱和车头间距，q_r为在早晚高峰期间采集的交叉口A每周期右转汇入路段AB的车辆数均值；

所述2号检测器位于在出口道自与交叉口A东进口停车线水平位置为起点向下游测量距离L₂m处设置2号检测器，具体计算公式如下：

3.如权利要求1所述一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，其特征在于：

所述的第一种反溢流控制方案如下：

发生溢流且下游路口B东西直行相位为红灯时，路口A信号灯进行如下控制：首先，切断路口A信号灯东西直行相位1，并给出4s黄灯和4-6s红灯的清空时间；然后，正常放行路口A东西左转相位2、南北直行相位3，相位2、3之间的切换过程中，路口A信号灯黄灯时间与全红清空时间与定时控制相同，即黄灯4s，全红2s；进一步，若下一周期排队仍没有消散，路口A东西直行相位1、南北左转相位4执行最小绿灯时间；

所述的第二种反溢流控制方案如下：

发生溢流且下游路口B东西直行相位为绿灯时，路口B和路口A的信号灯进行如下控制：首先，根据路口B东西直行相位1的绿灯剩余时间情况对绿灯时间延长Δg，进一步，正常放行路口B东西左转相位2、南北直行相位3，相位2、3之间的切换过程中，黄灯时间与全红清空时间与定时控制相同，即黄灯4s，全红2s；进一步，若下一周期排队仍没有消散，路口A东西直行相位1、南北左转相位4均执行最小绿灯时间。

4.如权利要求3所述一种基于双检测器的过饱和交叉口反溢流控制方法，其特征在于：所述方案中的绿灯延长时间Δg计算公式如下：

式中，g_B,surplus表示路口B东西直行相位剩余绿灯时间，其它变量意义同上。