CN111354195A - 一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，包括步骤：通过传感器分别确定车辆等待区的拥挤度以及行人等待区的拥挤度；由车辆等待区的拥挤度以及行人等待区的拥挤度调节道路交通灯的时间；斑马线包括相互交错排列的上行向斑马线和下行向斑马线，且由地面灯带构成，地面灯带的点亮长度由斑马线的两侧向中央可调，取上行向行人等待区拥挤度和下行向行人等待区拥挤度差值的绝对值，上行向斑马线和下行向斑马线的地面灯带的点亮长度差值绝对值与行人等待区拥挤度差值的绝对值差值成正相关且上行向斑马线和下行向斑马线的地面灯带点亮长度之和不变。本发明由车流密度和人流密度动态调整红绿灯时长及斑马线宽度，提高通行效率。

Description

一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法

技术领域

本发明涉及一种路口资源分配方法，特别是涉及一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法。

背景技术

随着工业化和人们生活水平的提高，我国的机动车保有量显著增加，到2018年底，已达3.27亿辆，使人们的出行更加的便利，但是随之而来的就是交通拥堵越来越严重的问题。越来越长的堵车时间，越来越常见的交通事故，越来越多的污染排放无疑成为人们美好生活的巨大阻碍。而在现阶段，造成交通拥堵的原因主要是以下三方面：一、车辆保有量增速远高于道路建设速度和路网结构的不合理；二、车辆分布不均衡，核心区车辆远高于外围区以及使用时间不合理，早晚上下班过度集中使用，这个问题在城市尤其显著；三、偏重视机动车，弱化了非机动车和行人，导致过街不便和乱行现象。而速度道路的建设在很长一段时间内都无法跟上车辆的增加，车辆的分布和使用时间也无法实现调配和改变。

现有的解决方案通常着眼于提高机动车的通行效率，通过调节红绿灯的时长来实现机动车的最快通行，却都忽略了行人和非机动车这一通行速度慢且随意性大的道路使用群体。单方面的根据机动车来决定红绿灯的时间显然是不够合理的，和谐、高效的交通的含义应该是能提高所有道路使用者共同的通行效率和通行安全。因此，改善交通管理，提高通行效率，尤其是机动车和行人的共同通行效率成为有待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，实时获取的等待区车流密度和人流密度，进而动态调整红绿灯时长及斑马线宽度以此实现交叉路口各个时刻最优资源分配，从而提高人、车的通行效率，缩短通行时间。

本发明技术方案是这样的：一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，包括步骤：

S1、通过传感器分别确定交叉路口的车辆等待区的拥挤度以及行人等待区的拥挤度，所述车辆等待区是由停车线往后一长度距离范围内的区域，所述行人等待区位于斑马线的两端；

S2、由所述车辆等待区的拥挤度以及行人等待区的拥挤度调节道路交通灯的时间，所述道路交通灯包括机动车交通灯和行人交通灯；

S3、由所述行人等待区的拥挤度调节斑马线的宽度，所述行人等待区包括上行向行人等待区和下行向行人等待区，所述斑马线包括上行向斑马线和下行向斑马线，所述上行向斑马线和下行向斑马线相互交错排列，所述上行向斑马线和下行向斑马线均由若干平行的地面灯带构成，所述地面灯带的点亮长度由所述斑马线的两侧向中央可调，所述调节斑马线的宽度的方法包括：

S301、当行人交通灯由红灯变为绿灯时，获取当前上行向行人等待区拥挤度

和下行向行人等待区拥挤度

计算拥挤度差值

S302、a：当拥挤度差值的绝对值小于等于第一差值阈值时，使所述上行向斑马线和下行向斑马线的地面灯带的点亮长度相等；b：当拥挤度差值的绝对值大于差值阈值且拥挤度差值为正时，使所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度大于所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度；c：当拥挤度差值的绝对值大于差值阈值且拥挤度差值为负时，使所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度小于所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度；所述情况a、b、c状态下所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度之和不变。

进一步地，所述步骤3中所述调节斑马线的宽度的方法包括：当行人交通灯为黄灯或红灯时，所述上行向斑马线的地面灯带和所述下行向斑马线的地面灯带均不点亮。

进一步地，所述步骤S302中，当拥挤度差值的绝对值越大时所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度的差值的绝对值越大。

进一步地，所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度设有最大值和最小值，所述步骤S302中，当拥挤度差值的绝对值大于第二差值阈值时，所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度的其中之一为最大值另一为最小值，所述第二差值阈值大于所述第一差值阈值。

进一步地，所述调节道路交通灯的方法包括：

S201、机动车交通灯由绿灯变成黄灯时，若行人交通灯存在黄灯则变为黄灯，且机动车交通灯和行人交通灯的黄灯时间均为t_y；若行人交通灯无黄灯则保持为红灯，行人交通灯红灯时间延长t_y；

S202、机动车交通灯由黄灯变成红灯时，根据所述车辆等待区拥挤度

和所述行人等待区拥挤度

计算机动车交通灯红灯时长t_lr和行人交通灯绿灯时长t_pg，计算公式为：

其中，t_pb为行人等待区拥挤度为最大时全部行人通过交叉路口时长；t_{l_min}和t_{l_max}为该交叉路口道路交通灯时长的最小值和最大值；

S203、机动车交通灯由红灯变成绿灯时，根据所述车辆等待区拥挤度

和所述行人等待区拥挤度

计算机动车交通灯绿灯时长t_lg和行人交通灯红灯时长t_pr，计算公式为：

其中，t_lb为车辆等待区拥挤度为最大时全部车辆通过交叉路口时长；t_{l_min}和t_{l_max}为所述交叉路口道路交通灯时长的最小值和最大值。

进一步地，所述车辆等待区包括上行向车辆等待区和下行向车辆等待区，所述计算车辆等待区的拥挤度的方法包括：

S101、在划定的车辆等待区的进口处上方安装的超声波传感器组获取下方的实时距离信息，一旦有两个以上超声波传感器发生距离变化且该距离在该道路允许的车辆高度范围内即认为有一辆车驶入等待区，则等待区的滞留车辆数量加1；

S102、在划定的车辆等待区的出口处上方安装的超声波传感器组获取下方的实时距离信息，一旦有两个以上超声波传感器发生距离变化且该距离在该道路允许的车辆高度范围内即认为有一辆车驶出等待区，则等待区的滞留车辆数量减1；

S103、驶入的车辆数量减去驶出的车辆数量即可得当前时刻划定的车辆等待区中滞留车辆数目V_z；

S104、根据划定的车辆等待区中滞留车辆数目V_z以及车辆等待区中滞留车辆数目的最大值V_max，计算车辆等待区中的车辆拥挤度，具体计算公式为：C_v＝V_z/V_max，0≤C_v≤1；

S105、上行向车辆等待区和下行向车辆等待区的拥挤度均按照步骤101-步骤104计算，最终的车辆等待区拥挤度取两者的平均值

进一步地，所述计算行人等待区的拥挤度的方法包括：

S106、获取当前时刻划定的行人等待区前方热成像传感器采集的实时温度图像，进而获取各像素点温度数据；

S107、根据模块自身温度T_h和所述实时温度图像中的低温点温度T_l得出环境温度T＝(T_l+T_h)/2；

S108、计算获取的各像素点温度数据中高于环境温度且在当前环境温度下行人等待区范围内符合人体温度范围的像素点数P_z；

S109、根据像素点数P_z和总像素点数P_max计算划定的行人等待区拥挤度，具体计算公式为：C_p＝P_z/P_max，0≤C_p≤1；

S110、所述上行向行人等待区拥挤度记

所述下行向行人等待区拥挤度记

所述行人等待区拥挤度记

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明改变了现有技术以单一车辆滞留数量为调控依据，只通过改变红绿灯时长来提高通行效率的片面调控，着眼于同时考虑车辆滞留数量和行人滞留数量，以此达到更加高效配置交通系统资源。

2)本发明改变了传统固定长度的斑马线，以可变宽度的灯带斑马线系统作为替代，使交通资源可以被进一步分配和优化；同时，红灯时“消失”，绿灯时“复现”的斑马线对非机动车和行人过马路起到了一定的警示和规范作用。

3)有别于一些其他调节斑马线宽度的技术方案，本发明不仅将斑马线做出上行向和下行向做出区分，而且采用上行向和下行向斑马线穿插交错布置的方式；采用此种方式既可以实现对不同方向行人的分流作用进而加速行人通过交叉路口，又能够避免分段式分流结构带来的占用面积大、宽度调节范围小且需要同时变动车道线的问题。

附图说明

图1为基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法的运行系统的各部分布置结构示意图。

图2为基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法的运行系统模块结构示意图。

图3为斑马线的地面灯带及停车线位置图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

请结合图1至图3所示，本实施例涉及的基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法的运行系统具体包括超声波传感器组100、热成像传感器组101、交通灯控制子系统102、斑马线控制子系统103、斑马线执行子系统104及交通灯105。其中，超声波传感器组100的超声波传感器与交通灯控制子系统102相连，热成像传感器组101的热成像传感器与斑马线控制子系统103相连，斑马线控制子系统103与交通灯控制子系统102相连，交通灯控制子系统102与交通灯105相连，斑马线控制子系统103与斑马线执行子系统104相连。

如图1所示，超声波传感器组100由划定的上行向车辆等待区9b和下行向车辆等待区9a中，于车辆进口、出口处的共4组超声波传感器7a,7b,8a,8b组成，每组超声波传感器的数量为m＝n_r*n_c，其中n_r表示此方向的车道数(包括直行车道和转向车道)，n_c表示单个车道超声波传感器数量且有

其中

表示向上取整运算，d表示单向车道宽度，l_min表示该道路允许的机动车最小宽度，传感器按照均匀分布布置。上行向和下行向的方向可自行定义。

热成像传感器组101由划定的上行向行人等待区1a和下行向行人等待区1b前方左、右侧共4个热成像传感器3a,3b,3c,3d组成；上行向和下行向的方向可自行定义。

斑马线控制子系统103接收热成像传感器3a,3b,3c,3d采集的数据信息并根据这些信息计算行人等待区拥挤度，结合交通灯控制子系统传递的交通灯(包括道路交通灯和行人交通灯)状态信息，由斑马线执行子系统动态调节斑马线宽度。

交通灯控制子系统102接收超声波传感器7a,7b,8a,8b采集的数据信息并根据这些信息计算车辆等待区拥挤度，结合斑马线控制子系统103计算的行人等待区拥挤度信息，动态调节交通灯105(包括道路交通灯和行人交通灯)时长。

以一侧为例，斑马线执行子系统104包括继电器组和地面灯带组成。斑马线执行子系统接收斑马线控制子系统信息控制继电器组中各继电器的通断，进而控制斑马线地面灯带2a,2b的亮灭，调节斑马线的宽度。

地面灯带设于道路交叉路口处，包括斑马线灯带2a,2b和停车线灯带5a；地面灯带呈长条状，嵌于马路下方，上表面设有灯面玻璃。地面灯带仅会在此通行区为绿灯即可通行时亮起，其他禁行时间会熄灭。

斑马线灯带2a,2b在不同通行方向上成穿插布置，以此对不同同行方向形成分流，增加通行效率，灯带系统的长度可由继电器组进行控制。

一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法在于根据车辆等待区9a,9b拥挤度和行人等待区1a,1b拥挤度，动态调节交通灯(包括道路交通灯和行人交通灯)时长。根据车辆等待区9a,9b拥挤度和行人等待区1a,1b拥挤度，动态调节斑马线的宽度。

车辆等待区9a,9b拥挤度根据超声波传感器组7a,7b,8a,8b采集的信息进行计算，具体步骤如下：

101.在划定的车辆等待区9a(9b)进口处上方安装的超声波传感器组7b(8b)获取下方的实时距离信息，一旦有两个以上超声波传感器发生距离变化且该距离在该道路允许的车辆高度范围内即认为有一辆车驶入等待区，则等待区的滞留车辆数量加1。

102.在划定的车辆等待区9a(9b)出口处上方安装的超声波传感器组7a(8a)获取下方的实时距离信息，一旦有两个以上超声波传感器发生距离变化且该距离在该道路允许的车辆高度范围内即认为有一辆车驶出等待区，则等待区的滞留车辆数量减1。

103.驶入的车辆数量减去驶出的车辆数量即可得当前时刻划定的车辆等待区中滞留车辆数目V_z。

104.根据划定的车辆等待区9a(9b)中滞留车辆数目V_z以及车辆等待区中滞留车辆数目的最大值V_max，计算车辆等待区中的车辆拥挤度，具体计算公式为：C_v＝V_z/V_max，0≤C_v≤1。

105.上行向车辆等待区9b和下行向车辆等待区9a拥挤度均按照步骤101-步骤104计算，最终的车辆等待区拥挤度取两者的平均值

行人等待区拥挤度根据热成像传感器组进行确定，具体步骤如下：

201.获取当前时刻划定的行人等待区1a(1b)前方左、右侧两个热成像传感器3c,3d(3a,3b)采集的实时温度图像，进而获取各像素点温度数据。

202.根据模块自身温度T_h和图像中的低温点温度T_l得出环境温度T＝(T_l+T_h)/2。

203.计算获取的各像素点温度数据中高于环境温度且在当前环境温度下行人等待区范围内符合人体温度范围的像素点数P_z。

204.根据像素点数P_z和总像素点数P_max计算划定的行人等待区拥挤度1a(1b)，具体计算公式为：C_p＝P_z/P_max，0≤C_p≤1。

205.同一同行方向(上行向1a或下行向1b)行人等待区左、右两侧热成像传感器(上行向3b,3c，下行向3a,3d)计算数据取平均值为该方向最终的行人等待区拥挤度，上行向记

下行向记

两者的平均值记

交通灯(包括道路交通灯和行人交通灯)时长调节方法，具体确定方法如下：

301.道路交通灯由绿灯变成黄灯时，若行人交通灯存在黄灯则变为黄灯，且道路交通灯和行人交通灯的黄灯时间均为t_y；若行人交通灯无黄灯则保持为红灯；行人交通灯红灯时间延长t_y；

302.道路交通灯由黄灯变成红灯时，根据车辆等待区拥挤度

和上、下行向行人等待区1a(1b)拥挤度均值

计算道路交通灯红灯时长t_lr和行人交通灯绿灯时长t_pg，具体计算公式为：

其中，t_pb为行人等待区拥挤度为1时全部行人通过交叉路口时长；t_{l_min}和t_{l_max}为该交叉路口道路交通灯时长的最小值和最大值。

303.道路交通灯由红灯变成绿灯时，根据车辆等待区拥挤度

和上、下行向行人等待区1a(1b)拥挤度均值

计算道路交通灯绿灯时长t_lg和行人交通灯红灯时长t_pr，具体计算公式为：

其中，t_lb为车辆等待区拥挤度为1时全部车辆通过交叉路口时长；t_{l_min}和t_{l_max}为该交叉路口道路交通灯时长的最小值和最大值。

所述的斑马线灯带宽度调节方法，根据上行向行人等待区1a和下行向行人等待区1b拥挤度以及当前行人交通灯状态确定，具体方法如下：

401.若当前行人交通灯为黄灯(黄灯存在的情况下)或者红灯，则斑马线灯带2a,2b和行车线灯带5a全部关闭；

402.若当前行人交通灯由红灯变为绿灯，根据上行向行人等待区1a拥挤度

和下行向行人等待区1b拥挤度

计算上行向斑马线灯带2a和下行向斑马线灯带2b宽度，如图3所示，具体方法如下：

i)上行向斑马线灯带2a和下行向斑马线灯带宽度2b总和为固定值LL；

ii)计算上行向行人等待区1a拥挤度

和下行向行人等待区1b拥挤度

的差值

且有-1≤ΔC_p≤1。

iii)当0≤|ΔC_p|<0.1且ΔC_p为正时，则设定上行向斑马线灯带2a宽度为LB+L1+L2，下行向斑马线灯带2b宽度为RB+R1+R2；当0.1≤|ΔC_p|<0.5且ΔC_p为正时，则设定上行向斑马线灯带2a宽度为LB+L1+L2+L3，下行向斑马线灯带2b宽度为RB+R1；当0.5≤|ΔC_p|≤1且ΔC_p为正时，则设定上行向斑马线灯带2a宽度为LB+L1+L2+L3+L4，下行向斑马线灯带2b宽度为RB；当0≤|ΔC_p|<0.1且ΔC_p为负时，则设定上行向斑马线灯带2a宽度为LB+L1+L2，下行向斑马线灯带2b宽度为RB+R1+R2；当0.1≤|ΔC_p|<0.5且ΔC_p为负时，则设定上行向斑马线灯带2a宽度为LB+L1，下行向斑马线灯带2b宽度为RB+R1+R2+R3；当0.5≤|ΔC_p|≤1且ΔC_p为负时，则设定上行向斑马线灯带2a宽度为LB，下行向斑马线灯带2b宽度为RB+R1+R2+R3+R4；其中，LB＝RB，L1＝L2＝L3＝L4＝R1＝R2＝R3＝R4。

Claims (7)

1.一种基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，其特征在于，包括步骤：

S1、通过传感器分别确定交叉路口的车辆等待区的拥挤度以及行人等待区的拥挤度，所述车辆等待区是由停车线往后一长度距离范围内的区域，所述行人等待区位于斑马线的两端；

S2、由所述车辆等待区的拥挤度以及行人等待区的拥挤度调节道路交通灯的时间，所述道路交通灯包括机动车交通灯和行人交通灯；

S3、由所述行人等待区的拥挤度调节斑马线的宽度，所述行人等待区包括上行向行人等待区和下行向行人等待区，所述斑马线包括上行向斑马线和下行向斑马线，所述上行向斑马线和下行向斑马线相互交错排列，所述上行向斑马线和下行向斑马线均由若干平行的地面灯带构成，所述地面灯带的点亮长度由所述斑马线的两侧向中央可调，所述调节斑马线的宽度的方法包括：

S301、当行人交通灯由红灯变为绿灯时，获取当前上行向行人等待区拥挤度

和下行向行人等待区拥挤度

计算拥挤度差值

S302、a：当拥挤度差值的绝对值小于等于第一差值阈值时，使所述上行向斑马线和下行向斑马线的地面灯带的点亮长度相等；b：当拥挤度差值的绝对值大于差值阈值且拥挤度差值为正时，使所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度大于所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度；c：当拥挤度差值的绝对值大于差值阈值且拥挤度差值为负时，使所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度小于所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度；所述情况a、b、c状态下所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度之和不变。

2.根据权利要求1所述的基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，其特征在于，所述步骤3中所述调节斑马线的宽度的方法包括：当行人交通灯为黄灯或红灯时，所述上行向斑马线的地面灯带和所述下行向斑马线的地面灯带均不点亮。

3.根据权利要求1所述的基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，其特征在于，所述步骤S302中，当拥挤度差值的绝对值越大时所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度的差值的绝对值越大。

4.根据权利要求3所述的基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，其特征在于，所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度设有最大值和最小值，所述步骤S302中，当拥挤度差值的绝对值大于第二差值阈值时，所述上行向斑马线的地面灯带的点亮长度与所述下行向斑马线的地面灯带的点亮长度的其中之一为最大值另一为最小值，所述第二差值阈值大于所述第一差值阈值。

5.根据权利要求1所述的基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，其特征在于，所述调节道路交通灯的方法包括：

S201、机动车交通灯由绿灯变成黄灯时，若行人交通灯存在黄灯则变为黄灯，且机动车交通灯和行人交通灯的黄灯时间均为t_y；若行人交通灯无黄灯则保持为红灯，行人交通灯红灯时间延长t_y；

S202、机动车交通灯由黄灯变成红灯时，根据所述车辆等待区拥挤度

和所述行人等待区拥挤度

计算机动车交通灯红灯时长t_lr和行人交通灯绿灯时长t_pg，计算公式为：

其中，t_pb为行人等待区拥挤度为最大时全部行人通过交叉路口时长；t_{l_min}和t_{l_max}为该交叉路口道路交通灯时长的最小值和最大值；

S203、机动车交通灯由红灯变成绿灯时，根据所述车辆等待区拥挤度

和所述行人等待区拥挤度

计算机动车交通灯绿灯时长t_lg和行人交通灯红灯时长t_pr，计算公式为：

其中，t_lb为车辆等待区拥挤度为最大时全部车辆通过交叉路口时长；t_{l_min}和t_{l_max}为所述交叉路口道路交通灯时长的最小值和最大值。

6.根据权利要求1所述的基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，其特征在于，所述车辆等待区包括上行向车辆等待区和下行向车辆等待区，所述计算车辆等待区的拥挤度的方法包括：

S101、在划定的车辆等待区的进口处上方安装的超声波传感器组获取下方的实时距离信息，一旦有两个以上超声波传感器发生距离变化且该距离在该道路允许的车辆高度范围内即认为有一辆车驶入等待区，则等待区的滞留车辆数量加1；

S102、在划定的车辆等待区的出口处上方安装的超声波传感器组获取下方的实时距离信息，一旦有两个以上超声波传感器发生距离变化且该距离在该道路允许的车辆高度范围内即认为有一辆车驶出等待区，则等待区的滞留车辆数量减1；

S103、驶入的车辆数量减去驶出的车辆数量即可得当前时刻划定的车辆等待区中滞留车辆数目V_z；

S104、根据划定的车辆等待区中滞留车辆数目V_z以及车辆等待区中滞留车辆数目的最大值V_max，计算车辆等待区中的车辆拥挤度，具体计算公式为：C_v＝V_z/V_max，0≤C_v≤1；

S105、上行向车辆等待区和下行向车辆等待区的拥挤度均按照步骤101-步骤104计算，最终的车辆等待区拥挤度取两者的平均值

7.根据权利要求1所述的基于自适应斑马线的交叉路口资源分配方法，其特征在于，所述计算行人等待区的拥挤度的方法包括：

S106、获取当前时刻划定的行人等待区前方热成像传感器采集的实时温度图像，进而获取各像素点温度数据；

S107、根据模块自身温度T_h和所述实时温度图像中的低温点温度T_l得出环境温度T＝(T_l+T_h)/2；

S108、计算获取的各像素点温度数据中高于环境温度且在当前环境温度下行人等待区范围内符合人体温度范围的像素点数P_z；

S109、根据像素点数P_z和总像素点数P_max计算划定的行人等待区拥挤度，具体计算公式为：C_p＝P_z/P_max，0≤C_p≤1；

S110、所述上行向行人等待区拥挤度记

所述下行向行人等待区拥挤度记

所述行人等待区拥挤度记

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