CN110648536B - 一种基于多交通指标的可变车道信号控制方法 - Google Patents

一种基于多交通指标的可变车道信号控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于多交通指标的可变车道信号控制方法，通过获取实时交通数据和信号控制数据，得到绿灯开始时刻的排队长度、绿灯结束时刻的排队长度、绿灯时长及绿灯期间饱和度的交通特征数据，在得到的交通特征数据同时达到各自的阈值条件且可变车道导向属性切换间隔满足规定的间隔时长时，可变车道导向触发切换请求信号，评估可变车道导向属性切换对切换前后的车流通行压力的影响，判断是否进行可变车道导向属性切换。应用本发明，可以规避单指标无法准确体现真正的交通调整需求，提前评估车道导向调整对交通流运行的影响，支持车道导向属性的手动和自动切换，更加贴合实际交通运行规律，提高交叉口车道运行效率，降低排队带来的溢出及混乱风险。

Description

一种基于多交通指标的可变车道信号控制方法
技术领域
本发明涉及交通信息领域技术领域，特别是一种基于多交通指标的可变车道信号控制方法。
背景技术
在交通工程领域，可变车道的定义为根据不同方向流量和交通控制需求，可以手动或自动变换导向的车道。手动切换是指按照预设方案采用定时切换可变导向车道指示标志，进而变换车道导向的方法。自适应切换是指根据进口车道流量流向变化情况，判别相应切换方向和顺序，自动变换可变车道导向的方法。
目前我国城市干道流量变化频繁，分时段不对称现象显著，路口车流对路权的需求变化明显。平峰及夜间时段，当出现无法通过信号配时有效改善某些流向需要若干个信号周期才能通过交叉口的通行状况时，借助自动实时改变可变车道导向方向，可以有效降低排队长度，提高道路通行效率，即车流压力驱动车道导向属性，采用自动切换的方式更为合适。高峰时段，为了区域内整体通行效率，需要控制区域内交通量，往往会选择某些具备排队空间的路口进行适当的限流处理，即全局决策确定车道导向属性，采用手动切换的方式更为合适。
为了解决车流对通行车道需求不对称的现象，部分地区试点了一些可变车道示范路口，但通常存在三类问题：
1、自动化控制程度低
全手动控制或者基于单指标触发的简单自动切换，响应滞后且可控度低。
2、切换衔接平滑度低
未充分考虑可变车道内现有车辆的过渡及手动模式与自动模式间的平滑衔接，切换机制过于僵硬及切换期间的安全保障措施过少。
3、切换依据及切换效果缺乏数据评估
切换触发的条件仅为人工标定的时段划分，与实际交通流的变化并不贴合，切换效果评估体系及数据不健全，切换操作存在较大的负面效果风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结合现有交通信息采集设备系统，融合现有的定点检测器数据、交通信号数据，依据统计方法和交通工程分析方法，符合我国典型城市干道路交通设备设施检测环境，具备经济实用的基于多交通指标的可变车道信号控制方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于多交通指标的可变车道信号控制方法，该方法通过交通信息采集设备系统获取实时交通数据和信号控制数据，得到相位放行绿灯开始时刻的排队长度、相位放行绿灯结束时刻的排队长度、相位放行绿灯时长及相位放行绿灯期间饱和度的交通特征数据，在得到的交通特征数据同时达到各自的阈值条件且可变车道导向属性切换间隔满足规定的间隔时长时，可变车道导向触发切换请求信号，控制算法评估可变车道导向属性切换对切换前后的车流通行压力的影响，依据当前时段的可变车道切换模式，判断是否进行可变车道导向属性切换。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于多交通指标的可变车道信号控制方法，该方法中，交通数据和信号控制数据的采集范围为停车线起至往后80m-120m，交通数据采集点设置在停车线区域。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于多交通指标的可变车道信号控制方法，交通数据为过车信息和车辆排队长度，信号控制数据包括相位放行灯态。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于多交通指标的可变车道信号控制方法，该方法的具体过程如下：
(1)交通数据采集
交通数据采集设备实时采集停车线后的过车信息和排队长度信息；
(2)相位绿灯时长统计
交通信号控制机在相位放行绿灯结束时刻统计绿灯放行时长gi；
(3)相位饱和度计算
相位i的固定导向车道数n，流量和：
Figure BDA0002219004000000031
统计周期Ci，小时饱和流量：
Figure BDA0002219004000000032
放行绿信比：
λi＝gi/Ci，
通行能力：
Figure BDA0002219004000000041
相位i饱和度：
Figure BDA0002219004000000042
(4)相位固定导向车道排队长度
相位i的固定导向车道数n，排队长度最大值：
Qmax＝MAX{Q1...Qn}，
排队长度的平均值：
Qavg＝AVG{Q1...Qn}，
相位固定导向车道的有效排队长度：
Qfix＝(20×Qavg+80×Qmax)/100；
(5)相位可变导向车道排队长度
相位i的可变导向车道数m，相位可变导向车道排队总长度：
Figure BDA0002219004000000043
(6)相位排队超长报警
相位i放行绿灯结束时刻，判断条件Ⅰ、条件Ⅱ及条件Ⅲ是否同时成立，若条件Ⅰ、条件Ⅱ及条件Ⅲ同时成立，则相位i排队长度超长，否则相位i排队长度不超长；
条件I：相位饱和度xi大于目标饱和度范围上限；
条件Ⅱ：相位放行绿灯初始时固定导向车道有效排队长度Qfix不低于排队长度阈值；
条件Ⅲ：相位放行绿灯结束时固定导向车道有效排队长度Qfix不低于排队长度阈值；
(7)导向属性切换影响
在相位放行绿灯结束时刻计算可变车道导向属性切换影响；
切换影响分为：
(7.1)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应的相位的Qfix不低于排队长度阈值，则切换影响为有损切换；
(7.2)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应相位的Qfix低于排队长度阈值，可变车道切换后对应相位绿灯初始时的Qfix不低于排队长度阈值，则切换影响为无损低效切换；
(7.3)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应的相位的Qfix低于排队长度阈值，可变车道切换后对应相位绿灯初始时的Qfix低于排队长度阈值，则切换影响为无损高效切换；
(8)根据当前时刻的可变车道切换模式，判断是否进入导向属性切换状态：
(8.1)若当前时段可变车道导向选用的手动模式，则判断当前导向输出是否与手动指定的导向一致，一致则维持；不一致，则进入切换状态，输出切换影响评价；
(8.2)若当前时段可变车道导向选用的自动模式，则依据如下规则进行处理：
(8.2.1)可变车道当前的导向对应相位i排队超长，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.2)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队未超长，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.3)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队超长，可变车道导向切换影响评价为有损切换，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.4)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队超长，可变车道导向切换影响评价为无损低效切换或无损高效切换，则可变车道导向属性切换，进入切换状态，输出切换影响评价。
与现有技术相比，本发明针对分时段存在自动和手动切换可变车道导向属性的需求的场景，提出结合现有交通信息采集设备系统，融合现有的定点检测器数据、交通信号数据，依据统计方法和交通工程分析方法，提出符合我国典型城市干道路交通设备设施检测环境，具备经济实用的可变车道导向手动和自动平滑切换方法；具体为通过交通信息采集设备系统获取实时交通数据和信号控制数据，得到相位放行绿灯开始时刻的排队长度、相位放行绿灯结束时刻的排队长度、相位放行绿灯时长及相位放行绿灯期间饱和度的交通特征数据，在得到的交通特征数据同时达到各自的阈值条件且可变车道导向属性切换间隔满足规定的间隔时长时，可变车道导向触发切换请求信号，控制算法评估可变车道导向属性切换对切换前后的车流通行压力的影响，依据当前时段的可变车道切换模式，判断是否进行可变车道导向属性切换。
附图说明
图1为本发明部署于交叉口出口附近的设备检测示意图；
图2为本发明部署于交叉口进口渠化区内的设备检测示意图；
图3为本发明部署于交叉口进口渠化区内的设备的检测盲区的流量及排队长度校正示意图；
图4为本发明的控制处理流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-4，本发明利用现有交通信息采集设备系统的排队长度数据、流量数据与信号控制系统的放行灯态数据相融合，实时获取相位绿灯开始时排队长度、绿灯结束时排队长度、绿灯放行时长、饱和度等交通特征指标，计算相位对车道路权的需求、评估车道路权切换的影响等，再结合时段内车道路权选用的模式，决策是否进行车道路权属性的切换操作，直行为主导向属性，左转为辅导向属性。
本申请的技术方案如下：
(1)交通数据采集
交通数据采集设备需实时采集停车线后的过车信息和排队长度信息，推荐排队长度信息的采集范围停车线起至往后为80米-120米，过车信息采集点设置在停车线后0米-30米范围内；
通过过车信息采集点及排队长度采集区域采集每个车道实时的过车信息和排队长度，通过串口或网络传输协议实时发送至交通信号控制机；
(2)相位绿灯时长统计
交通信号控制机在相位放行绿灯结束时刻统计绿灯放行时长gi；
(3)相位饱和度计算
交通信号控制机接收到实时的过车信息，结合检测器与相位的映射关系，获取相位固定导向车道的过车信息(可变车道的车流不纳入相位饱和度计算)，相位i的固定导向车道数n，流量和：
Figure BDA0002219004000000081
统计周期Ci，小时饱和流量：
Figure BDA0002219004000000082
放行绿信比：
λi＝gi/Ci，
通行能力：
Figure BDA0002219004000000083
相位i饱和度：
Figure BDA0002219004000000084
其中，直行相位单车道小时饱和流量推荐选用1600pcu(饱和车头时距2.25s)；左转相位单车道小时饱和流量推荐选用1400pcu(饱和车头时距2.57s)，小时饱和流量与饱和车头时距的映射关系见表1；
表1
Figure BDA0002219004000000091
(4)相位固定导向车道排队长度
交通信号控制机接收到实时的排队长度信息，结合检测器与相位的映射关系，分别获取相位放行绿灯开始时刻及结束时刻相位对应固定导向车道的排队信息，相位i的固定导向车道数n，排队长度最大值：
Qmax＝MAX{Q1...Qn}，
排队长度的平均值：
Qavg＝AVG{Q1...Qn}，
相位固定导向车道的有效排队长度：
Qfix＝(20×Qavg+80×Qmax)/100；
(5)相位可变导向车道排队长度
交通信号控制机接收到实时的排队长度信息，结合检测器与相位的映射关系，分别获取相位放行绿灯开始时刻及结束时刻的获取相位对应可变导向车道的排队信息，相位i的可变导向车道数m，相位可变导向车道排队总长度：
Figure BDA0002219004000000101
(6)相位排队超长报警
相位i放行绿灯结束时刻，判断条件Ⅰ、条件Ⅱ及条件Ⅲ是否同时成立，若条件Ⅰ、条件Ⅱ及条件Ⅲ同时成立，则相位i排队长度超长，否则相位i排队长度不超长；
条件I：相位饱和度xi大于目标饱和度范围上限，目标饱和度上限值范围为0.85-0.9；
条件Ⅱ：相位放行绿灯初始时固定导向车道有效排队长度Qfix不低于排队长度阈值，该排队长度阀值为80m；
条件Ⅲ：相位放行绿灯结束时固定导向车道有效排队长度Qfix不低于排队长度阈值，该排队长度阈值为45m；
(7)导向属性切换影响
在相位放行绿灯结束时刻计算可变车道导向属性切换影响；
切换影响分为：
(7.1)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应的相位的Qfix不低于排队长度阈值，则切换影响为有损切换；
(7.2)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应相位的Qfix低于排队长度阈值，可变车道切换后对应相位绿灯初始时的Qfix不低于排队长度阈值，则切换影响为无损低效切换；
(7.3)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应的相位的Qfix低于排队长度阈值，可变车道切换后对应相位绿灯初始时的Qfix低于排队长度阈值，则切换影响为无损高效切换；
(8)判断当前时刻的可变车道切换模式
(8.1)若当前时段可变车道导向选用的手动模式，则判断当前导向输出是否与手动指定的导向一致，一致则维持；不一致，则进入切换状态，输出切换影响评价；
(8.2)若当前时段可变车道导向选用的自动模式，则依据如下规则进行处理：
(8.2.1)可变车道当前的导向对应相位i排队超长，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.2)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队未超长，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.3)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队超长，可变车道导向切换影响评价为有损切换，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.4)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队超长，可变车道导向切换影响评价为无损低效切换或无损高效切换，则可变车道导向属性切换，进入切换状态，输出切换影响评价。
实际中具体应用时，在图1的渠化路口中，应包含道路信号控制机，红绿灯杆件，每一个单独的路口岔支包含装在信号灯杆件上的检测设备，一般为雷达检测设备；设备的检测区域为自停车线往后约80米到120米范围；检测设备实时与信号机进行通讯，信号机获取路况信息后，根据当前灯态进行可变车道切换。
在图2的渠化路口中，检测设备安装在路口岔支的电警杆件上，一般为视频检测设备；其检测区域为自电警杆往后的60米到90米范围。

Claims (3)

1.一种基于多交通指标的可变车道信号控制方法，其特征在于：该方法通过交通信息采集设备系统获取实时交通数据和信号控制数据，得到相位放行绿灯开始时刻的排队长度、相位放行绿灯结束时刻的排队长度、相位放行绿灯时长及相位放行绿灯期间饱和度的交通特征数据，在得到的交通特征数据同时达到各自的阈值条件且可变车道导向属性切换间隔满足规定的间隔时长时，可变车道导向触发切换请求信号，控制算法评估可变车道导向属性切换对切换前后的车流通行压力的影响，依据当前时段的可变车道切换模式，判断是否进行可变车道导向属性切换；
该方法的具体过程如下：
(1)交通数据采集
交通数据采集设备实时采集停车线后的过车信息和排队长度信息；
(2)相位绿灯时长统计
交通信号控制机在相位放行绿灯结束时刻统计绿灯放行时长gi；
(3)相位饱和度计算
相位i的固定导向车道数n，流量和：
Figure FDA0003237025460000011
其中，Fj表示相位i的第j条固定导向车道的流量计数；
统计周期Ci，小时饱和流量：
Figure FDA0003237025460000012
放行绿信比：
λi＝gi/Ci，
通行能力：
Figure FDA0003237025460000021
相位i饱和度：
Figure FDA0003237025460000022
(4)相位固定导向车道排队长度
相位i的固定导向车道数n，排队长度最大值：
Qmax＝MAX{Q1...Qn}，
排队长度的平均值：
Qavg＝AVG{Q1...Qn}，
相位固定导向车道的有效排队长度：
Qfix＝(20×Qavg+80×Qmax)/100；
(5)相位可变导向车道排队长度
相位i的可变导向车道数m，相位可变导向车道排队总长度：
Figure FDA0003237025460000023
(6)相位排队超长报警
相位i放行绿灯结束时刻，判断条件I、条件II及条件III是否同时成立，若条件I、条件II及条件III同时成立，则相位i排队长度超长，否则相位i排队长度不超长；
条件I：相位饱和度xi大于目标饱和度范围上限；
条件II：相位放行绿灯初始时固定导向车道有效排队长度Qfix不低于排队长度阈值；
条件III：相位放行绿灯结束时固定导向车道有效排队长度Qfix不低于排队长度阈值；
(7)导向属性切换影响
在相位放行绿灯结束时刻计算可变车道导向属性切换影响；
切换影响分为：
(7.1)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应的相位的Qfix不低于排队长度阈值，则切换影响为有损切换；
(7.2)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应相位的Qfix低于排队长度阈值，可变车道切换后对应相位绿灯初始时的Qfix不低于排队长度阈值，则切换影响为无损低效切换；
(7.3)若绿灯初始时，可变车道当前导向对应的相位的Qfix低于排队长度阈值，可变车道切换后对应相位绿灯初始时的Qfix低于排队长度阈值，则切换影响为无损高效切换；
(8)根据当前时刻的可变车道切换模式，判断是否进入导向属性切换状态：
(8.1)若当前时段可变车道导向选用的手动模式，则判断当前导向输出是否与手动指定的导向一致，一致则维持；不一致，则进入切换状态，输出切换影响评价；
(8.2)若当前时段可变车道导向选用的自动模式，则依据如下规则进行处理：
(8.2.1)可变车道当前的导向对应相位i排队超长，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.2)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队未超长，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.3)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队超长，可变车道导向切换影响评价为有损切换，则可变车道导向属性不切换；
(8.2.4)可变车道当前的导向对应相位i未排队超长，可变车道另一导向对应的相位j排队超长，可变车道导向切换影响评价为无损低效切换或无损高效切换，则可变车道导向属性切换，进入切换状态，输出切换影响评价。
2.根据权利要求1所述的基于多交通指标的可变车道信号控制方法，其特征在于：该方法中，交通数据和信号控制数据的采集范围为停车线起至往后80m-120m，交通数据采集点设置在停车线区域。
3.根据权利要求1所述的基于多交通指标的可变车道信号控制方法，其特征在于：交通数据为过车信息和车辆排队长度，信号控制数据包括相位放行灯态。
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