CN111932912A - 一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，包括以下步骤：分析下游交叉口排队长度是否对下匝道通行能力有影响；根据分析结果，评估是否满足二次放行适用条件，并计算清空时间，设置二次放行配时方案；在路面埋设线圈检测器，并根据检测数据设置二次放行开启条件。在高架道路下匝道接地点附近埋设线圈，当检测到交叉口排队长度达到接地点时，对交叉口采用一个信号周期内相同相位放行两次的信号控制方案，以提高交叉口进口道的通行效率，对比二次放行信控方案实施前后的效果，结果显示，采用二次放行信控方案后，交叉口下匝道方向的通行能力提升21％，高峰匝道排队长度有所减少，有效缓解高峰期下匝道的拥堵现象。

Description

一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法
技术领域
本发明涉及城市道路交通信号控制领域，尤其涉及一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法。
背景技术
近年来，随着机动车保有量的快速增长，以及城市空间范围不断扩大，使用机动车进行中长距离出行的量越来越大。而且在市区，高架道路主要起着承担机动车中长距离出行的作用，因此早晚高峰期间，城市内各条高架道路普遍流量较大，高架拥堵情况较为严重，主要体现为：上匝道上不去，下匝道下不来。尤其是当下匝道接地点距离交叉口较近时，常出现通行效率不高的情况，使得下匝道车辆排成长队，甚至影响高架主线车辆通行。因此，提高下匝道通行能力，对于缓解高架道路拥堵，意义重大。
针对下匝道的拥堵现象，交管部门通常采用延长下匝道的下游交叉口绿灯时间的方法提高车辆通行效率，缓解拥堵。但是又由于下匝道接地后的车道展宽设计以及下匝道与地面各转向车辆之间的相互干扰。下游交叉口的后半段绿灯时间往往难以被充分利用，反而容易加剧其余方向的拥堵。
因此本发明专利发明人，针对上述技术问题，旨在发明一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法。
发明内容
为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，包括以下步骤，
第一，分析，分析下游交叉口排队长度是否对下匝道通行能力有影响；
第二，评估，根据分析结果，评估是否满足二次放行适用条件，并计算清空时间，设置二次放行配时方案；
第三，实施，在路面埋设线圈检测器，并根据检测数据设置二次放行开启条件。
优选地，所述第二步骤和第三步骤中的二次放行是在高架下匝道车流方向的车辆实施二次放行，所述二次放行是在直行和左转后再增加一次同方向的直行。
优选地，所述线圈检测器埋设在下匝道接地点的位置，且在每个车道上均设置至少一个。即下匝道通常为下坡路，下匝道除非堵车或发生故障，一般驾驶员都会将车辆行驶至地面道路并按照交通信号灯进行通行。
优选地，所述线圈检测器连接信号控制系统，并将检测结果传输至信号控制系统，并由所述信号控制系统计算阻塞值，并根据阻塞值控制交通信号灯。
优选地，所述阻塞值的计算公式为：
Figure BDA0002631894680000021
其中，cong为阻塞值，N为阻塞次数，C为当前的信号周期长度，且阻塞次数N的定义为：线圈检测器每秒输出4次0-1数据，有车通过时表示线圈被占用，输出数据1，无车通过时，表示线圈未被占用，输出数据0，在一个连续4秒的时间间隔内，若线圈一直被占用，一直输出数据1，则计为一次“阻塞”。即此计算公式，计算的为每个信号周期内的阻塞值，且C的单位也为秒。
优选地，所述信号控制系统根据阻塞值控制执行二次放行方案，所述阻塞值大于等于30％时，启用二次放行，所述阻塞值小于30％时，不启用二次放行。即可以根据阻塞值判断排队长度，当cong≥30％时，认为排队长度已经超过匝道处一定距离，此时开启二次放行方案；当cong＜30％时，认为排队长度不足以启动二次放行方案，即采用常规的四相位信号控制方案。
优选地，所述信号控制系统还包括摄像头，所述摄像头能将图像数据传输并有信号控制系统进行分析。即摄像头的作用是起到纠错的作用，通过摄像头将图像数据进行传输，防止出现机动车故障或交通事故导致的阻塞值超过30％，导致信号控制系统发生误判，进行二次放行，即当下匝道与地面接地的位置发生交通事故或机动车故障时，仅仅依靠二次放行并不能有效解决高架下匝道的阻塞的问题，而且此时执行二次放行，无疑也会对另一方向行驶的车辆造成影响，因此使用摄像头进行纠错。
本发明一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法的有益效果是，在高架道路下匝道接地点附近埋设线圈，当检测到交叉口排队长度达到接地点时，对交叉口采用一个信号周期内相同相位放行两次的信号控制方案，以提高交叉口进口道的通行效率，对比了二次放行信控方案实施前后的效果，结果显示，采用二次放行信控方案后，交叉口下匝道方向的通行能力提升了21％，高峰匝道排队长度有所减少，有效缓解了高峰期下匝道的拥堵现象。
附图说明
图1为基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法的流程示意图。
图2为根据阻塞值的判断逻辑图。
图3为线圈检测器的埋设位置示意图。
图4为一处典型的高架下匝道下游信号控制交叉口的示意图。
图5为二次放行控制方案的相位示意图。
图6为匝道下游交叉口“东西直行”相位时，西进口直行车辆累积通过数随着绿灯时间的增长而增长的快慢示意图。
图7为东西左转至东西直行相位的间隔时间计算示意图。
图8为东西直行至南北直行相位的间隔时间计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1-8所示，本实施例中的一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，包括以下步骤，
第一，分析，分析下游交叉口排队长度是否对下匝道通行能力有影响；
第二，评估，根据分析结果，评估是否满足二次放行适用条件，并计算清空时间，设置二次放行配时方案；
第三，实施，在路面埋设线圈检测器1，并根据检测数据设置二次放行开启条件。
第二步骤和第三步骤中的二次放行是在高架下匝道车流方向的车辆实施二次放行，二次放行是在直行和左转后再增加一次同方向的直行。
参见附图3，线圈检测器1埋设在下匝道接地点的位置，且在每个车道上均设置至少一个。即下匝道通常为下坡路，下匝道除非堵车或发生故障，一般驾驶员都会将车辆行驶至地面道路并按照交通信号灯进行通行。
线圈检测器1连接信号控制系统，并将检测结果传输至信号控制系统，并由信号控制系统计算阻塞值，并根据阻塞值控制交通信号灯。
阻塞值的计算公式为：
Figure BDA0002631894680000051
其中，cong为阻塞值，N为阻塞次数，C为当前的信号周期长度，且阻塞次数N的定义为：线圈检测器1每秒输出4次0-1数据，有车通过时表示线圈被占用，输出数据1，无车通过时，表示线圈未被占用，输出数据0，在一个连续4秒的时间间隔内，若线圈一直被占用，一直输出数据1，则计为一次“阻塞”。即此计算公式，计算的为每个信号周期内的阻塞值，且C的单位也为秒。
信号控制系统根据阻塞值控制执行二次放行方案，阻塞值大于等于30％时，启用二次放行，阻塞值小于30％时，不启用二次放行。即可以根据阻塞值判断排队长度，当cong≥30％时，认为排队长度已经超过匝道处一定距离，此时开启二次放行方案；当cong＜30％时，认为排队长度不足以启动二次放行方案，即采用常规的四相位信号控制方案。参见附图2。
信号控制系统还包括摄像头，摄像头能将图像数据传输并有信号控制系统进行分析。即摄像头的作用是起到纠错的作用，通过摄像头将图像数据进行传输，防止出现机动车故障或交通事故导致的阻塞值超过30％，导致信号控制系统发生误判，进行二次放行，即当下匝道与地面接地的位置发生交通事故或机动车故障时，仅仅依靠二次放行并不能有效解决高架下匝道的阻塞的问题，而且此时执行二次放行，无疑也会对另一方向行驶的车辆造成影响，因此使用摄像头进行纠错。
基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法的有益效果是，在高架道路下匝道接地点附近埋设线圈，当检测到交叉口排队长度达到接地点时，对交叉口采用一个信号周期内相同相位放行两次的信号控制方案，以提高交叉口进口道的通行效率，对比了二次放行信控方案实施前后的效果，结果显示，采用二次放行信控方案后，交叉口下匝道方向的通行能力提升了21％，高峰匝道排队长度有所减少，有效缓解了高峰期下匝道的拥堵现象。
实施例一
参见附图4，为一个典型的高架道路下匝道及下游信号控制交叉口，在该交叉口的西进口，由于高架下匝道的接地点距离交叉口停止线较近(约100米)，当下匝道流量大时，下游交叉口的排队长度容易达到匝道接地点的位置。当排队至匝道接地点时，下匝道的车辆受到排队车辆的阻挡而无法通行，从而降低了下匝道车辆的通行能力。又因高架下匝道为2车道，地面道路为4车道。当延长下游交叉口绿灯时间时，会导致绿灯的后期通行效率不高，无法充分发挥4条车道的通行能力。而常规的交通信号灯的放行方案为四相位放行，即“东西直行+东西左转+南北直行+南北左转”，由于一般右转是不需要看红绿灯的，所以暂不考虑，现在为了解决，下匝道拥堵的问题，一般是将东西直行的绿灯时间加长，一般是绿灯时间翻倍，但是由于左右转车辆的互相影响，绿灯的最后15-20秒内通过的车辆数很少，具体参见附图6所示，反映了西进口通过车辆数随着绿灯时间的延长而变化的情况。可以明显看出，在西进口放行相位后半段的车辆通行效率较低，因此单纯依靠延长下游交叉口的绿灯时间，并不能有效缓解高架下匝道的拥堵现象。(对应高架下匝道至停止线通行效率低下的原因—距离交叉口近—排队易达到接地点—放行效率低下)。
基于上述问题，对下游交叉口采用一种新的信号控制方案，减少下游车辆排队至匝道时对通行效率的影响，具体做法为：当排队长度达到匝道时，在常规四相位的基础上，对高架下匝道主要车流方向的车辆实施两次放行，即“东西直行+东西左转+东西直行+南北直行+南北左转”，信号控制相位方案如图5所示。通过将一个后半段放行效率不高的长相位，拆分为两个放行效率较高的短相位，在总周期不变的情况下，提高每个周期车辆的通行效率。并基于优化后的相位方案进行配时方案的调整，下表1和2，分别为改善前和改善后的配时方案。
表1为常规四相位的控制方案
序号 相位 绿灯时间 黄灯时间 全红时间
1 东西直行 66 3 2
2 东西左转 37 3 2
3 南北直行 33 3 2
4 南北左转 24 3 2
表2为五相位的控制方案
序号 相位 绿灯时间 黄灯时间 全红时间
1 东西直行 33 3 2
2 东西左转 36 3 3
3 东西直行 33 3 2
4 南北直行 31 3 2
5 南北左转 21 3 2
同时为使信号控制方式更加适应于匝道的流量变化，于下匝道接地点位置埋设线圈检测器1，将检测数据连接至信号控制系统，控制二次放行信号控制方案的开启或关闭，其控制逻辑参见附图2。
参见附图3和4所示，此图是十字交叉口，为东西向快速路的地面道路与南北向次干路的平面相交，高架西向东下匝道位于交叉口西侧，匝道接地点距离西进口停止线约100m，下匝道为2车道，匝道接入地面后渠化为4车道，从左到右依次为“左转，直行，直行，右转”。
参见图5，交叉口二次放行信号控制方案采用五相位控制，即东西直行、东西左转、东西直行、南北直行、南北左转相位。东西直行相位放行的车流包括：东西直行机动车+东西直行非机动车；东西左转相位放行的车流包括：东西左转机动车+东西左转非机动车；南北直行相位放行的车流包括：南北直行机动车+南北直行非机动车；南北左转相位放行的车流包括：南北左转机动车+南北左转非机动车。
在该相位方案下，需要对各进口的待转区进行分析。由于东西直行相位后为南北直行相位，东西向如有左转待转区，相位结束时左转车辆会进入待转区，阻碍下一个相位南北直行的车流。因此该方案实施的前提为东西向没有左转待转区，同样的，东西向也不能有直行待行区，这些可以通过摄像头进行纠错。
参见附图7和8，此外，采用同相位二次放行之后，还需要对新产生的相位切换所需的间隔时间进行计算校核，即东西左转相位至东西直行相位，以及东西直行相位至南北直行相位。清空时间的长短按照“上一相位的尾车通过冲突点的时间-该相位的头车到达冲突点的时间”的最大值来计算，即
Ts＝Max(T1-T2)
T1为上一相位尾车从停止线行驶至冲突点所需的时间,
T2为该相位的头车从停止线启动行驶至冲突点所需的时间。
根据这一原则，首先计算东西左转相位至东西直行相位所需的间隔时间，根据各车流之间的行驶轨迹，考虑最不利情况为东左转非机动车与西直行机动车所需的间隔时间。如图7所示，弧形虚线表示非机动车行驶轨迹，至冲突点的距离为L1＝57.6m，V1非机动车通行速度选取V1＝20km/h即5.6m/s,则
Figure BDA0002631894680000081
同样地，直线表示机动车的行驶轨迹，T2为机动车头车启动至行驶至冲突点的时间，t0为驾驶人启动反应时间，取3s，L2为西进口机动车停止线至冲突点的距离，为20.6m，V2为机动车车速，取40km/h即11.1m/s，则
Figure BDA0002631894680000082
则间隔时间Ts＝Max(T1-T2)＝5.36s，去掉黄灯3s，则东西左转相位至东西直行相位的相位全红时间为2.36s，该案例中取3s。
同样地，根据如图8所示的车辆轨迹，计算出东西直行相位至南北直行相位的全红时间为2s。根据以上计算好的信号控制方案输入至信号控制系统作为下匝道拥堵时启用的二次放行控制方案。
通过上述二次放行方案，能大大提高交叉口进口道的通行效率。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一，分析，分析下游交叉口排队长度是否对下匝道通行能力有影响；
第二，评估，根据分析结果，评估是否满足二次放行适用条件，并计算清空时间，设置二次放行配时方案；
第三，实施，在路面埋设线圈检测器，并根据检测数据设置二次放行开启条件。
2.根据权利要求1所述的基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，其特征在于：所述第二步骤和第三步骤中的二次放行是在高架下匝道车流方向的车辆实施二次放行，所述二次放行是在直行和左转后再增加一次同方向的直行。
3.根据权利要求1所述的基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，其特征在于：所述线圈检测器埋设在下匝道接地点的位置，且在每个车道上均设置至少一个。
4.根据权利要求1所述的基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，其特征在于：所述线圈检测器连接信号控制系统，并将检测结果传输至信号控制系统，并由所述信号控制系统计算阻塞值，并根据阻塞值控制交通信号灯。
5.根据权利要求4所述的基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，其特征在于：所述阻塞值的计算公式为：
Figure FDA0002631894670000011
其中，cong为阻塞值，N为阻塞次数，C为当前的信号周期长度，且阻塞次数N的定义为：线圈检测器每秒输出4次0-1数据，有车通过时表示线圈被占用，输出数据1，无车通过时，表示线圈未被占用，输出数据0，在一个连续4秒的时间间隔内，若线圈一直被占用，一直输出数据1，则计为一次“阻塞”。
6.根据权利要求1所述的基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，其特征在于：所述信号控制系统根据阻塞值控制执行二次放行方案，所述阻塞值大于等于30％时，启用二次放行，所述阻塞值小于30％时，不启用二次放行。
7.根据权利要求1所述的基于排队长度检测的高架下匝道交叉口的二次放行方法，其特征在于：所述信号控制系统还包括摄像头，所述摄像头能将图像数据传输并有信号控制系统进行分析。
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