CN112598901B - 一种交叉口失衡程度分析方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交叉口失衡程度分析方法、装置、电子设备及存储介质，属于交通技术领域。该方法对影响交叉口失衡指数的指标进行了详细的分析，确定交叉口中各个转向进口道失衡指数和对向进口道失衡指数；再确定不同的失衡指数之间的权重，对交叉口失衡指数这一指标的计算公式进行改进，使其反映了交叉口整体的失衡状态，根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置，有助于指导交叉口进行信号配时优化设计，调整相位和相序，改善整个交叉口的交通运行状况，提高车辆运行效率，保障交通安全。

Description

一种交叉口失衡程度分析方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明属于交通技术领域，具体地说，涉及一种交叉口失衡程度分析方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

随着城镇化的快速发展，城市规模日益增大，信号控制路口数量也呈逐年递增趋势。在进行城市交通信号控制调优时，需要大量的专业交通工程师对城市各交通路口运行状态进行分析评价，发现交通路口运行状态中的问题，以进行调优工作。

其中，失衡指数是用来表征路口交通量和信号配时失衡程度的指标，交叉口失衡指数用来表征整个信号控制交叉口内交通量和信号配时之间的失衡程度，交叉口失衡指数作为一个综合性指标，可以用来指导优化交叉口的信号配时、相位设置以及相位相序。

例如，中国专利公开号为CN109448374A，公开了一种表征交叉口供需失衡的评价方法，包括以下步骤：步骤1.车头时距获取；步骤2.车头时距数据处理；步骤3.失衡指数计算及定级。从供需的角度提出失衡指数的性能指标，以判断交叉口是否处于不平衡的状态。首先将交叉口的有效绿灯时间类比成供给的时间资源，每辆车为一个单位的交通参与者，每个单位都有一定的时间需求来通过交叉口，时间资源的分配均匀与否，决定了交叉口供需失衡的大小，失衡指数越大表明信号配时越不合理。但是该方案对对失衡问题的分析不够透彻，对失衡指数的定义模糊，同时对失衡指数的划分不够全面，难以准确的衡量交叉口的交通失衡程度。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有交叉口交通分析中，失衡指数的定义模糊，划分不够全面，难以准确的衡量交叉口的失衡程度，导致交叉口问题分析难以深入的问题。本发明提供一种交叉口失衡程度分析方法，对影响交叉口失衡指数的指标进行了详细的分析，确定交叉口中各个转向进口道失衡指数和对向进口道失衡指数；再确定不同的失衡指数之间的权重，对交叉口失衡指数这一指标的计算公式进行改进，使其反映了交叉口整体的失衡状态，根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置，有助于指导交叉口进行信号配时优化设计，调整相位和相序，改善整个交叉口的交通运行状况，提高车辆运行效率，保障交通安全。此外，本发明还提供一种交叉口失衡程度分析装置、电子设备及存储介质。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

本发明第一方面提供一种交叉口失衡程度分析方法，所述方法包括：

采集交叉口在预设周期内的历史数据，所述历史数据至少包括该交叉口信号配时方案、车道数据以及在预定周期内经过所述车道的交通流；

根据所述历史数据，计算交叉口中不同转向的进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数；其中，所述转向包括直行、左转、右转、直右、直左以及直左右中的一种；

以进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数为评价指标，根据所述交叉口信号配时方案类型，构建指标评价矩阵，对所述指标评价矩阵作无量纲化处理；

利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重，根据第一权重计算交叉口的失衡指数；所述失衡指数是用来表征交叉口中各车道内交通量以及信号配时之间的失衡程度；

根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置。

优选的，根据第一权重和对应转向车道的绿信比，获得第二权重，将所述第二权重归一化处理之后，得到对应转向车道的最终权重系数。

优选的，所述进口道失衡指数用来表征交叉口进口道内各转向交通流失衡程度的指标；所述对向进口道失衡指数用来表征交叉口在同一个信号相位和/或不同进口道内相同转向交通流失衡程度的指标。

优选的，所述交叉口信号配时方案类型根据交叉路口的放行规则确定。

优选的，所述的计算交叉口中进口道失衡指数和对向进口道失衡指数步骤包括：

当交叉口采用搭接相位时，分别对所述进口道失衡指数和对向进口道失衡的计算公式进行调整；所述搭接相位包括早启迟断式搭接相位以及合流搭接相位。

优选的，所述计算交叉口中进口道失衡指数和对向进口道失衡指数的步骤包括：

根据所述交叉口信号配时方案以及所述车道数据，以及在预定周期内经过所述车道的流量数据，按照预设公式计算交叉口中各转向的通行能力和饱和度；

所述车道数据包括交叉口车道数以及饱和车头时距；所述饱和车头时距是指在某车道在饱和状态下同向行驶的一列车队中，前后两辆车到达道路某断面的时间间隔；

所述交叉口信号配时方案包括交叉口的相位、相序、周期时长以及绿信比。

优选的，所述预设公式为：

其中，CAP_i表示转向i的实际通行能力；X_i表示转向i的饱和度，转向i包括直行、左转、右转、直右、直左以及直左右的一种；Q_i表示转向i的流率；

其中，S_i表示转向i的饱和流量；λ_i表示转向i的绿信比；N表示转向i所包含的车道数；t_G表示绿灯时长；C表示信号周期时长；h_t表示饱和车头时距。

优选的，根据交叉口中不同转向的饱和度计算公式，得到进口道失衡指数计算公式为：

其中，α_j表示进口道j的失衡指数；max(X_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最大值； min(X_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最小值；

得到对向进口道失衡指数的公式分别为：

其中，β_j，j′表示进口道j转向i和对向进口道j′转向i的对向进口道失衡指数；X_ij表示进口道j 转向i的饱和度；j′为j的对向进口道；X_ij′表示进口道j′转向i的饱和度。

优选的，当交叉口采用早启迟断式搭接相位时，设定西进口直行方向T分钟内的车流量为Q_TsW；则西进口直行车流包含第一相位直行车流

和第二相位的直行车流

得到如下对应关系如下所示：

其中，s代表直行车流，W代表西进口；λ₁表示转向西直左的绿信比；λ₂表示转向东西直行的绿信比。

优选的，利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重公式为：

其中，σ_J表示指标评价矩阵的元素；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；m表示指标J 的取值个数；x_IJ表示评价对象I关于评价指标J的取值；

表示第J个评价指标m个取值的平均值。

优选的，计算交叉口的失衡指数的计算公式如下:

其中，γ_I表示最终权重；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；x_J表示第J个指标的饱和度。

本发明第二方面提一种交叉口失衡程度分析装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，其用于采集交叉口在预设周期内的历史数据，所述历史数据至少包括该交叉口信号配时方案、车道数据以及在预定周期内经过所述车道的流量数据；

第一计算模块，其用于根据所述历史数据，计算交叉口中不同转向的进口道失衡指数和/ 或对向进口道失衡指数；其中，所述转向包括直行、左转、右转、直右、直左或直左右中的一种；

矩阵构建模块，其用于以进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数为评价指标，根据所述交叉口信号配时方案类型，构建指标评价矩阵，对所述指标评价矩阵作无量纲化处理；

权重计算模块，其用于利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重，根据第一权重计算交叉口的失衡指数；所述失衡指数是用来表征交叉口中各车道内交通量以及信号配时之间的失衡程度；及

阈值判断模块，其用于根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置。

本发明第三面提供一种电子设备，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行上述的方法。

本发明第四方面提供一种可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行上述的方法。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明从失衡指数的定义入手，对失衡指数进行了重新定义和分类，并对影响失衡指数的参数进行详细的介绍，确定了不同指标之间的权重，优化了失衡指数的计算公式，并根据交叉口失衡指数，对交叉口的失衡程度进行了科学、合理的等级划分；有效解决了失衡指数定义模糊，影响因素不明确以及计算公式和划分方式不科学、不合理的问题，建立了评价交叉口失衡程度的分析框架，有助于优化交叉口的信号配时设计，减少交叉口的空放和二次排队等现象；该方法简单使用，判断准确性和可靠性较高，具有一定的实际运用价值。

(2)本发明对交叉口失衡指数值进行科学合理的分级，建立完善的交叉口失衡程度的评价体系，有助于交通评价分析和交通控制与优化，指导交叉口进行信号配时优化设计，调整相位和相序，改善整个交叉口的交通运行状况，提高车辆运行效率。

(3)本发明将权重乘以对应转向车道的绿信比获得第二权重；由于绿信比越大，表示该相位分配的绿灯时长越长，若该相位失衡，对整个交叉口车辆通行的影响越大，基于该原理，将均方差得到的指标权重和绿信比结合起来，然后归一化，确定最终的权重系数，符合交叉口实际的运行规律，更加准确保证了权重的分配，提高了交叉口分析的准确性。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。附图中：

图1为本发明实施例提供的交叉口失衡程度分析方法流程图；

图2为本发明实施例提供的交叉口失衡程度分析装置框图；

图3为本发明实施例提供的影响失衡指数的参数示意图；

图4图示了根据本申请实施例的电子设备的框图；

图5为本发明实施例提供的交叉口放行规则示意图；

图6为本发明实施例提供的车道功能分类示意图；

图7为本发明实施例提供的早启迟断信号控制方案示意图；

图8为本发明实施例提供的合流相位信号控制方案示意图；

图9为本发明实施例提供的早高峰、平峰和晚高峰时段失衡指数折线图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

申请概述

当前阶段的研究普遍认为失衡指数和交通量存在直接关系，但根据申请人的研究，失衡指数和交通量之间不存在直接联系，以一个简单的十字形交叉口为例，假设南北进口为对向进口道，南进口有两个专用左转车道，北进口有一个专用左转车道，南进口左转和北进口左转属于同一个信号相位(同时放行，绿灯时长也相同)，交通设施条件也基本相同，若南进口左转交通量是北进口左转交通量的两倍，按当前研究的成果，则认为南北进口的左转交通量严重失衡，但实际上二者之间的绿灯利用率是完全相同的，因此，根据现有研究对交叉口失衡指数的理解存在一定的误区。

因此，申请人重新定义失衡指数，用来表征路口交通量和信号配时失衡程度，主要有三种失衡表现：一是，路口进口道各转向(直行、左转)交通量和信号配时的状态失衡；二是，对向进口道各转向(直行、左转)交通量和信号配时的状态失衡；三是，整个信号交叉口交通量和信号配时的失衡。其影响因素可以分为三类，分别是交通参数的影响、交叉口放行规则和车道功能的影响。

下面，对失衡指数进行分类说明：

路口进口道各转向之间出现状态失衡，以下简称进口道失衡，说明路口的信号配时还存在优化空间，例如单口放行时，若直行和左转的交通流严重失衡，则需要重新调整信号配时方案和相位相序。进口道失衡指数是评价信号控制交叉口进口道内各转向(直行、左转)交通流失衡程度的一个指标。

对向进口道各转向之间的状态失衡，以下简称对向进口道失衡，当对向进口道各转向之间存在失衡状态时，对整个交叉口的运行效率有着不同程度的影响。当交叉口采用对向放行方式时，对向进口道各转向之间失衡状态，会导致进口道空放或者二次排队现象发生。对向进口道失衡指数是评价信号控制交叉口同一个信号相位、不同进口道内相同转向(直行、左转)交通流失衡程度的一个指标。

交叉口失衡指数是用来表征整个信号控制交叉口内交通量和信号配时之间的失衡程度，交叉口失衡指数作为一个综合性指标，用来指导优化交叉口的信号配时、相位设置以及相位相序。

本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：首先对影响交叉口失衡指数的指标进行了详细的分析，确定交叉口中各个转向进口道失衡指数和对向进口道失衡指数；再计算不同的失衡指数之间的权重；根据交叉口放行规则的不同，对进口道失衡指数以及对向进口道失衡指数的计算公式进行改进，使其能反映交叉口整体的失衡状态，根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置，有助于指导交叉口进行信号配时优化设计，调整相位和相序，改善整个交叉口的交通运行状况，提高车辆运行效率，保障交通安全。

示例性方法

如图1所示，本示例提供一种交叉口失衡程度分析方法，包括如下步骤：

S102：采集交叉口在预设周期内的历史数据，所述历史数据至少包括该交叉口信号配时方案、车道数据以及在预定周期内经过所述车道的流量数据；

车辆在交叉口可以通过进入不同的车道，驶向不同的方向。本示例主要对交叉口中进口道和对向进口道转向进行研究，这里的转向指的是交叉口中直行、左转、右转、直右、直左或直左右中的至少一种。例如，交叉口为十字交叉口时，该交叉口的一个进口道由一个左转车道、一个直行车道组成。当一车辆进入左转车道时，该车辆将行驶向左边的方向。若该车辆进入的是执行车道，那么该车辆将沿直行的方向行驶。

在本发明提供的实施例中，交叉口可以为丁字口、十字口、Y形口、环形交叉口等，在此不应当理解为对于本发明的限定。

具体的，在一种可能的实施方式中，采集交叉口在预设周期内的历史数据可以通过步骤 S202-S204实现。

S202：通过人工调查，获取某一实际的交叉口范围内的渠化情况，包括交叉口的类型、车道数、车道功能、坡度等；获取该交叉口信号配时方案，包括时段(即高峰时段、平峰时段、夜间时段)划分；以及在不同时段的相位、相序、周期时长、有效绿灯时长、黄灯时长等数据。

根据以上数据中的部分计算该交叉口各相位的绿信比，在一种可能的实施方式中，该交叉口现状信号配时方案如表1所示。

表1实例交叉口的现状配时方案

S204：通过人工调查，结合电警、卡口摄像机获取数据的方法，采集早高峰时段、平峰时段和晚高峰时段各进口道不同转向，在预定时间的交通量数据T，并以f分钟为频率进行统计，本示例中T取值为25，f取值为5。

需要说明的是，卡口摄像机主要是用于城市道路或高速公路出入口、收费站等重点治安监控地段的全天候实时检测与记录，一般设置在收费站、交通或治安检查站等地点。电警主要是对城市道路违规的车辆进行车牌抓拍识别，抓拍车辆违章过程的多张图片，图片清晰显示信号灯状态、停车线位置、违法车道、违法车辆的车牌号码、车牌颜色、车身颜色、车辆类型、违法时间、地点、车速和行驶方向等信息。

S104：根据所述历史数据，计算交叉口中不同转向的进口道失衡指数和对向进口道失衡指数；所述进口道失衡指数用来表征交叉口进口道内各转向交通流失衡程度的指标；所述对向进口道失衡指数用来表征交叉口在同一个信号相位和/或不同进口道内相同转向交通流失衡程度的指标。

具体的，根据交叉口信号配时方案和所述车道数据，以及在预定周期内经过进口道的流量数据，按照预设公式计算交叉口中各转向的通行能力和饱和度；所述车道数据包括交叉口车道数、车道功能以及饱和车头时距；所述饱和车头时距是指某车道在饱和状态下同向行驶的一列车队，一条车道上同向行驶的前后两辆车到达道路某断面的时间间隔；所述交叉口信号配时方案包括交叉口的相位、相序、周期时长以及绿信比。

所述预设公式为：

其中，CAP_i表示转向i的实际通行能力；X_i表示转向i的饱和度，转向包括直行、左转、右转、直右、直左和直左右(右转不受信号控制则不考虑在内)；Q_i表示转向i的流率；

其中，S_i表示转向i的饱和流量；λ_i表示转向i的绿信比；N表示转向i所包含的车道数；t_G表示绿灯时长；C表示信号周期时长；h_t表示饱和车头时距。

根据交叉口中不同转向的饱和度计算公式，得到进口道失衡指数α计算公式为：

其中，α_j表示进口道j的失衡指数；max(X_i)表示；min(X_i)表示；

得到对向进口道失衡指数β的公式分别为：

其中，β_j，j′表示进口道j转向i和对向进口道j′转向i的对向进口道失衡指数；X_ij表示进口道j 转向i的饱和度；X_ij′表示进口道j′(j′为j的对向进口道)转向i的饱和度。

下面对计算进口道失衡指数和对向进口道失衡指数的相关参数，进行说明。

如图2所示，失衡指数的影响因素可以分为三类，分别是交通参数的影响、交叉口放行规则的影响和车道功能的影响。直接影响失衡指数有饱和度和绿灯时长(搭接相位下绿灯时长既是直接影响因素又是间接影响因素)两个参数，如图2所示，其中两个直接影响参数又可以进一步细分，因此，影响失衡指数的间接因素有f分钟交通量(或流率)、通行能力、饱和流量、绿信比、车道数、车头时距、绿灯时长、周期长度等。

(1)饱和度

饱和度是反映道路服务水平的重要指标之一，采用交通量与实际通行能力之比来表示：

其中，CAP_i表示转向i的实际通行能力；X_i表示转向i的饱和度，转向包括直行、左转、右转、直右、直左和直左右的一种(右转不受信号控制则不考虑在内)；Q_i表示转向i的流率。

(2)绿灯时长

绿灯时长是指分配给各相位的绿灯通行时间，绿灯时长用t_G表示。

(3)交通量(或流率)

交通量Q_f是指单位时间内，通过道路某一地点、断面或某一条车道的车辆数，f是交通量数据更新频率，本示例中f为5分钟，本领域技术人员应该理解，此处交通量数据更新的频率也可以是8分钟、10分钟等，在此不做限定，Q_5i表示i转向5min的车流量；

Q_i＝Q_5i*12；Q_i表示转向i的流率，由5min交通量扩大为1h交通量得到。

(4)通行能力

通行能力是指转向i在实际的道路、交通、控制及环境条件下，1h能通过车辆的最大辆数。

CAP_i表示转向i的实际通行能力；S_i表示转向i的饱和流量；λ_i表示转向i的绿信比；N表示转向i所包含的车道数；h_t表示饱和车头时距，单位为s/辆；t_G表示绿灯时长，单位为s；C表示信号周期时长，s。

(5)饱和流量

饱和流量是某一车道或车道组绿灯期间能够通过的最大流量。饱和流量描述了交叉口绿灯期间车队流释放特性，是进行信号配时参数优化与交叉口通行能力计算的关键参数。下述公式是饱和流量的近似公式，实际计算中还应乘以相应的折减系数。

其中，S_i表示转向i的饱和流量；

h_t表示饱和车头时距，单位为s/辆。

(6)绿信比

绿信比是某一方向通行效率的指标，它等于一个相位内某一方向有效通行时间(即绿灯时长)与周期长度之比。

其中，λ_i表示转向i的绿信比；

t_G表示绿灯时长，单位为s(秒)；

C表示信号周期时长，单位为s(秒)。

(7)车头时距

车头时距是指，在饱和状态下同向行驶的一列车队中，两连续车辆到达道路某断面的时间间隔，饱和车头时距是指饱和状态下平均车头时距，饱和车头时距用h_t表示。

(8)周期长度

周期长度是指各行车方向完成一组色灯变换所需要的总时间，等于红灯时间+绿灯时间+ 黄灯时间，周期长度用C表示。

本示例中计算的参数，如下表2所示：

表2实例交叉口的部分参数统计结果

本示例中，按照进口道失衡指数α的计算公式，得到进口道失衡指数，如下表所示：

表3早高峰、平峰和晚高峰时段的进口道失衡指数

本示例中，按照对向进口道失衡指数β的计算公式，得到进口道失衡指数，如下表所示：

表4早高峰、平峰和晚高峰时段对向进口道失衡指数

S106：以进口道失衡指数和对向进口道失衡指数为评价指标，根据所述交叉口信号配时方案类型，构建指标评价矩阵，对所述指标评价矩阵作无量纲化处理；所述交叉口信号配时方案类型根据交叉路口的放行方式确定。

具体的，构造指标评价矩阵过程如下：

设评价对象集为O＝{o₁,o₂,...,o_m}，指标集P＝{p₁,p₂,...,p_n}，x_IJ(I＝1,2,..m；J＝ 1,2,...,n)是对象o_I关于指标p_J的取值，对应到实际情形中，o_m表示第m个5min的数据，p_n表示进口道失衡指数或对向进口道失衡指数的值。根据计算交叉口的进口道失衡指数α和对向进口道失衡指数γ，根据交叉口信号配时方案中交叉口的放行方式构建指标评价矩阵，构造的评价指标矩阵A。本领域技术人员应当理解，交叉口信号配时方案还包括交叉路口的大小、类型、设施、车流量等，每个交叉口的配时方案、放行方式都不是完全相同的，所以要根据实际情形进行调整。

实际情况中可能出现的情形包括：

(1)交叉口完全采取单口放行的方式

针对这种情况，评价指标矩阵A计算公式有略微的变化，因为完全采取单口放行的方式，因此不需要考虑对向放行给交叉口失衡指数带来的影响，评价指标矩阵A如下所示，其中α_n表示该交叉口第n个转向的交叉口的进口道失衡指数α。

(2)完全采取对向放行的方式

与(1)的情形类似，因为完全采取对向放行的方式，因此不需要考虑单口放行给交叉口失衡指数带来的影响，评价指标矩阵A如下所示，其中β_n表示该交叉口第n个转向的交叉口的对向进口道失衡指数：

(3)采取单口放行+对向放行的方式

其属于交叉口实际场景中比较普遍的一种情形，这种情况下的话即要考虑进口道失衡指数α，也要考虑对向进口道失衡指数β，评价指标矩阵A如下所示：

需要说明的是，如图6所示，按照车道功能的不同，车道可以分为专用车道和混合车道两种。其中，专用车道又可以分为直行专用车道、左转专用车道和右转专用车道；混合车道可以分为直行左转混合车道、直行右转混合车道、左转右转混合车道和直行左转右转混合车道。

交叉口放行规则的不同也会对交叉口失衡指数产生影响，例如单口放行时，交叉口失衡指数的值应该更多的受到同一进口道不同转向车流失衡的影响，即受进口道失衡指数的影响更大。如图3、5所示，放行规则分为单口放行、对称放行(对向放行)和搭接相位放行三种。

所谓的单口放行是指将每个进口道作为一个单独的相位，让其左转车辆和直行车辆同时放行，一个进口道放完再进行下一个进口道的放行。单口放行的适用条件分为三类，一是左转和直行流量匹配，可以同时放行；二是交叉口具有不对称交通流的特点，如早晚高峰容易出现的“潮汐现象”；三是进口道车道在两车道以下，无法分化出转向(直行、左转、右转) 专用车道。

对称放行是指在典型的十字型交叉口，为避免每个进口道左转和直行车辆与其他进口车辆发生冲突，放行某一进口道某转向(直行、左转)车流时，放行对向同一转向车流。对称放行适用于对称方向同一转向流量匹配的情况，若同转向对称方向的车流量不匹配，则容易导致空放现象，即某方向车流还在通行，但对向车流早已放完的情况。

为了避免空放现象发生，出现了搭接相位放行方式。搭接相位放行方式是指允许在多个相位内放行同一转向(直行、转向)车流，对缓解同一相位转向间饱和度差异起到显著作用。

作为一个变化例，当交叉口放行规则采用搭接相位时，分别对所述进口道失衡指数和对向进口道失衡指数的计算公式进行调整。

还需要说明的是，交叉口中基本的信号相位可以分为单口相位和对称相位两种，传统的搭接相位也是基于这两类相位，也就是常说的早启迟断式放行相位。另外一种特殊的搭接相位称为合流相位，是指由某一进口道的直行流向和顺时针向下一进口道的左转流向组合而成的相位形式。上面的计算公式是针对单口相位和对称相位设计的，而针对搭接相位这种特殊情况，需要根据实际情况对失衡指数计算公式进行适当改动。

(1)早启迟断式搭接相位

计算早启迟断式信号交叉口的失衡指数，关键在于搭接相位交通量的分配和构造指标评价矩阵。例如标准的十字型交叉口，信号相位放行方式如图7所示，对应的信号配时信息如表5所示，其中右转均不受信号控制。图7中，东西向采用了早启迟断式控制，西进口方向中直行车流和左转车流先获得通行权，另一个进口方向的车流没有放行。经过一段时间后西进口方向的左转车流通行时间提前结束，直行车流依然延续通行状态；与此同时，东进口直行车流也获得通行权。一段时间后，西进口方向直行车流停止通行，东进口方向直行车流延续通行状态，同时，东进口方向左转车流也获得通行权，直至东进口方向直行和左转车流通行权结束。然后放行南进口方向直行和左转车流，最后放行北进口方向直行和左转车流。

表5早启迟断交叉口信号配时信息

当交叉口放行规则采用搭接相位时，分别对所述进口道失衡指数和对向进口道失衡的计算公式进行调整；所述搭接相位包括早启迟断式搭接相位以及合流搭接相位。当交叉口采用早启迟断式搭接相位时，设定西进口直行方向T分钟内的车流量为Q_TsW；则西进口直行车流包含第一相位直行车流

和第二相位的直行车流

得到如下对应关系如下所示：

其中，s代表直行车流，W代表西进口；λ₁表示转向西直左的绿信比；λ₂表示转向东西直行的绿信比。根据上述对应关系，重新计算交叉口的进口道失衡指数α和对向进口道失衡指数β。

(2)合流搭接相位

如图8和表6所示，南北进口直行和东西进口左转采取合流搭接相位，第三相位为南进口直行和西进口左转合流相位，第四相位为北进口直行和东进口左转合流相位。

表6合流相位交叉口信号配时信息

因此，第三相位和第四相位的对向进口道失衡指数计算公式如下所示：

式中，β_j,j′表示进口道j转向i和进口道j′(不是进口道j的对向进口道，下同)转向i′(和转向i不是同一转向)的对向进口道失衡指数；

X_ij表示进口道j转向i的饱和度；X_i′j′表示进口道j′转向i′的饱和度；Q_ij表示进口道j转向i 的流率；CAP_ij表示进口道j转向i的实际通行能力。

对于交叉口信号配时方案，采取搭接相位放行方式时，按照如下方式构建指标评价矩阵

(4)搭接相位放行方式

搭接相位的情况属于一种复杂情形，可能包括单口放行+搭接相位、对向放行+搭接相位、单口放行+对向放行+搭接相位等多种情况，指标评价矩阵也需要相应的进行调整，可以采用如下公式表示：

当构建指标评价矩阵之后，需要对指标评价矩阵A进行无量纲化处理，计算公式如下：

为了方便起见，下面仍记x_IJ ^*为x_IJ。

S108：利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重，根据第一权重计算交叉口的失衡指数；所述失衡指数是用来表征交叉口中各车道内交通量以及信号配时之间的失衡程度。

具体的，均方差法又称标准差系数法，该方法思路是：直接将各评价指标的标准差系数向量进行归一化处理，结果即为信息量权数。某个指标的标准差越大，说明同意指标内，各方案取值差距越大，在评价指标中所起的作用越大，其权重也越大；相反，某个指标的标准差越小，在综合评价中起的作用越小，其权重也越小。这是一种“求大同存小异”的方法，其特点为：不具有任何主观色彩；且评价过程具有透明性、再现性。

相比于均方差法，线性加权法无法反映某些评价指标的所具有的突出影响，从而导致评价结果失真。具体的说,当被评对象某个指标值很高而其他指标值相对较低时,实际情况下可以认为其是优秀的或不良的,但应用加权平均法后,由于权重影响的不足,这个指标的突出影响就无法体现,而使整体的评价结果与实际相悖。

以上述确定的指标评价矩阵A为例，具体的，利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重公式为：

其中，σ_J表示指标评价矩阵的元素；ω_J表示利用均方法计算的权重；m表示指标J的取值个数；x_IJ表示评价对象I关于评价指标J的取值；

表示第J个评价指标m个取值的平均值；

计算交叉口的失衡指数的计算公式如下:

其中，γ_I表示最终权重；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；x_J表示第J个评价指标对应的饱和度。

作为一个变化例，将第一权重分别乘以对应转向车道的绿信比，获得第二权重，将所述第二权重归一化处理之后，得到对应转向车道的最终权重系数。其中，绿信比越大，表示该相位分配的绿灯时长越长，若该相位失衡，对整个交叉口车辆通行的影响越大，基于该原理，将均方差得到的指标权重和绿信比结合起来，然后归一化，确定最终的权重系数，能够准确的反应该交叉口的实际情况。

由于矩阵A中指标的个数和相位数相等，因此，设λ_J,J＝1,2,...,n，则最终权重ω_J ^*＝ω_J*λ_J，现将数据归一化：

ω_J ^**即为最终的权重系数，为了方便起见，以下仍记ω_J ^**为ω_J。

本示例中，通过均方差法确定各评价指标的权重，并结合绿信比，计算第二权重，对第二权重进行归一化处理，得到最终的权重系数，如表7所示：

表7指标权重表

根据表7计算的最终权重，计算交叉口失衡指数的值，如表8所示：

表8交叉口失衡指数值

S110：根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置。

表9交叉口失衡指数等级划分表

等级	均衡	轻度失衡	中度失衡	严重失衡	极度失衡
						交叉口失衡指数	[0,0.1)	[0.1,0.2)	[0.2,0.3)	[0.3,0.5)	[0.5,1]

具体的，预设阈值如表9所示，本领域人员应当理解此处的预设阈值可以根据实际情况进行调整，不作为对本发明的限定。

如图9所示，将计算结果与表9中失衡指数层级进行比对，15组数据中只有一组数据的交叉口失衡指数小于0.3，处于中度失衡状态，其他14组数据均大于0.3，处于严重失衡状态，甚至晚高峰出现一组极度失衡状态的数据；从整体走势上看，早高峰时段失衡指数波动较大，平峰时段和晚高峰时段较为平缓，晚高峰时段的交叉口失衡指数数值较大且波动较小，接近极度失衡状态。

示例性装置

如图2所示，一种交叉口失衡程度分析装置，包括：

数据采集模块20，其用于采集交叉口在预设周期内的历史数据，所述历史数据至少包括该交叉口信号配时方案、车道数据以及在预定周期内经过所述车道的流量数据；

第一计算模块30，其用于根据所述历史数据，计算交叉口中进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数；其中，所述转向包括直行、左转、右转、直右、直左或直左右中的一种；所述进口道失衡指数用来表征交叉口进口道内各转向交通流失衡程度的指标；所述对向进口道失衡指数用来表征交叉口在同一个信号相位和/或不同进口道内相同转向交通流失衡程度的指标；

矩阵构建模块40，其用于以进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数为评价指标，根据所述交叉口信号配时方案类型，构建指标评价矩阵，对所述指标评价矩阵作无量纲化处理

所述交叉口信号配时方案类型根据交叉路口的放行方式确定。

权重计算模块50，其用于利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重，根据第一权重计算交叉口的失衡指数；所述失衡指数是用来表征交叉口中各车道内交通量以及信号配时之间的失衡程度；

利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重公式为：

其中，σ_J表示指标评价矩阵的元素；ω_J表示利用均方法计算的权重；m表示指标J的取值个数；x_IJ表示评价对象I关于评价指标J的取值；

表示第J个评价指标m个取值的平均值。

计算交叉口的失衡指数的计算公式如下:

其中，γ_I表示集成最终权重；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；x_J表示第J个指标的饱和度。

阈值判断模块60，其用于根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置。

权重计算模块50还包括第二计算模块，第二计算模块用于将第一权重分别乘以对应转向车道的绿信比，获得第二权重，将所述第二权重归一化处理之后，得到对应转向车道的最终权重系数。

第一计算模块30还包括调整模块，当交叉口采用搭接相位时，所述调整模块，分别对所述进口道失衡指数和对向进口道失衡的计算公式进行调整；所述搭接相位包括早启迟断式搭接相位以及合流搭接相位。

具体的，当交叉口采用早启迟断式搭接相位时，设定西进口直行方向T分钟内的车流量为Q_TsW；则西进口直行车流包含第一相位直行车流

和第二相位的直行车流

得到如下对应关系如下所示：

其中，s代表直行车流，W代表西进口；λ₁表示转向西直左的绿信比；λ₂表示转向东西直行的绿信比。

第一计算模块30还包括第三计算模块，所述第三计算模块根据所述交叉口信号配时方案以及所述车道数据，以及在预定周期内经过所述车道的流量数据，按照预设公式计算交叉口中各转向的通行能力和饱和度；所述车道数据包括交叉口车道数、车道功能以及饱和车头时距；所述饱和车头时距是指在饱和状态下同向行驶的一列车队，两连续车辆到达道路某断面的时间间隔；所述交叉口信号配时方案包括交叉口的相位、相序、周期时长以及绿信比。

所述预设公式为：

其中，CAP_i表示转向i的实际通行能力；X_i表示转向i的饱和度，转向包括直行、左转、右转、直右、直左和直左右(右转不受信号控制则不考虑在内)；Q_i表示转向i的流率；

其中，S_i表示转向i的饱和流量；λ_i表示转向i的绿信比；N表示转向i所包含的车道数；t_G表示绿灯时长；C表示信号周期时长；h_t表示饱和车头时距。

根据交叉口中不同转向的饱和度计算公式，得到进口道失衡指数计算公式为：

其中，α_j表示进口道j的失衡指数；max(X_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最大值； min(_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最小值；

得到对向进口道失衡指数的公式分别为：

其中，β_j,j′表示进口道j转向i和对向进口道j′转向i的对向进口道失衡指数；X_ij表示进口道j 转向i的饱和度；j′为j的对向进口道；X_ij′表示进口道j′转向i的饱和度。

示例性电子设备

下面，参考图4来描述根据本申请实施例的电子设备。该电子设备可以是可移动设备本身，或与其独立的单机设备，该单机设备可以与可移动设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号，并向其发送所选择的目标决策行为。

图4图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。

如图4所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和存储器12。

处理器11可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。

存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的决策行为决策方法以及/或者其他期望的功能。

在一个示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。例如，该输入设备13可以包括例如车载诊断系统(OBD)、统一诊断服务(UDS)、惯性测量单元(IMU)、摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、车载通信(V2X)等各种设备。该输入设备13还可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置14可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图4中仅示出了该电子设备10中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备10还可以包括任何其他适当的组件。

示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质

除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的决策行为决策方法中的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++ 等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的决策行为决策方法中的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (7)

1.一种交叉口失衡程度分析方法，其特征在于，所述方法包括：

采集交叉口在预设周期内的历史数据，所述历史数据至少包括该交叉口信号配时方案、车道数据以及在预定周期内经过所述车道的交通量；

根据所述历史数据，计算交叉口中不同转向的进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数；其中，所述转向包括直行、左转、右转、直右、直左以及直左右中的一种；所述进口道失衡指数用来表征交叉口进口道内各转向交通流失衡程度的指标；所述对向进口道失衡指数用来表征交叉口在同一个信号相位和/或不同进口道内相同转向交通流失衡程度的指标；

以进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数为评价指标，根据所述交叉口信号配时方案类型，构建指标评价矩阵，对所述指标评价矩阵作无量纲化处理；

利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重，根据第一权重计算交叉口的失衡指数；所述失衡指数是用来表征交叉口中各车道内交通量以及信号配时之间的失衡程度；

根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置；

根据交叉口中不同转向的饱和度，得到进口道失衡指数计算公式为：

其中，α_j表示进口道j的失衡指数；max(X_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最大值；min(X_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最小值；

得到对向进口道失衡指数的公式分别为：

其中，β_j,j′表示进口道j转向i和对向进口道j′转向i的对向进口道失衡指数；X_ij表示进口道j转向i的饱和度；j′为j的对向进口道；X_ij′表示进口道j′转向i的饱和度；

利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重公式为：

其中，σ_J表示指标评价矩阵的元素；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；m表示指标J的取值个数；x_IJ表示评价对象I关于评价指标J的取值；

表示第J个评价指标m个取值的平均值；

计算交叉口的失衡指数的计算公式如下:

其中，γ_I表示最终权重；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；x_J表示第J个评价指标对应的饱和度。

2.根据权利要求1所述的一种交叉口失衡程度分析方法，其特征在于：

根据第一权重和对应转向车道的绿信比，获得第二权重，将所述第二权重归一化处理之后，得到对应转向车道的最终权重系数。

3.根据权利要求2所述的一种交叉口失衡程度分析方法，其特征在于，所述的计算交叉口中不同转向的进口道失衡指数和对向进口道失衡指数步骤包括：

当交叉口采用搭接相位时，分别对所述进口道失衡指数和对向进口道失衡指数的计算公式进行调整；所述搭接相位包括早启迟断式搭接相位以及合流搭接相位。

4.根据权利要求3所述的一种交叉口失衡程度分析方法，其特征在于，所述计算交叉口中进口道失衡指数和对向进口道失衡指数的步骤包括：

根据所述交叉口信号配时方案以及所述车道数据，以及在预定周期内经过所述车道的交通量，按照预设公式计算交叉口中各转向的通行能力和饱和度；

所述车道数据包括交叉口车道数以及饱和车头时距；所述饱和车头时距是指在某车道在饱和状态下同向行驶的一列车队中，前后两辆车到达道路某断面的时间间隔；

所述交叉口信号配时方案包括交叉口的相位、相序、周期时长以及绿信比。

5.一种交叉口失衡程度分析装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，其用于采集交叉口在预设周期内的历史数据，所述历史数据至少包括该交叉口信号配时方案、车道数据以及在预定周期内经过所述车道的流量数据；

第一计算模块，其用于根据所述历史数据，计算交叉口中不同转向的进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数；其中，所述转向包括直行、左转、右转、直右、直左或直左右中的一种；所述进口道失衡指数用来表征交叉口进口道内各转向交通流失衡程度的指标；所述对向进口道失衡指数用来表征交叉口在同一个信号相位和/或不同进口道内相同转向交通流失衡程度的指标；

矩阵构建模块，其用于以进口道失衡指数和/或对向进口道失衡指数为评价指标，根据所述交叉口信号配时方案类型，构建指标评价矩阵，对所述指标评价矩阵作无量纲化处理；

权重计算模块，其用于利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重，根据第一权重计算交叉口的失衡指数；所述失衡指数是用来表征交叉口中各车道内交通量以及信号配时之间的失衡程度；及

阈值判断模块，其用于根据所述失衡指数与预设阈值的关系，判断是否调整交叉口的信号配时和/或相位设置；

根据交叉口中不同转向的饱和度，得到进口道失衡指数计算公式为：

其中，α_j表示进口道j的失衡指数；max(X_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最大值；min(X_i)表示进口道j中不同转向饱和度的最小值；

得到对向进口道失衡指数的公式分别为：

其中，β_j,j′表示进口道j转向i和对向进口道j′转向i的对向进口道失衡指数；X_ij表示进口道j转向i的饱和度；j′为j的对向进口道；X_ij′表示进口道j′转向i的饱和度；

利用均方差法确定各评价指标中对应交叉口中不同转向对应的第一权重公式为：

其中，σ_J表示指标评价矩阵的元素；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；m表示指标J的取值个数；x_IJ表示评价对象I关于评价指标J的取值；

表示第J个评价指标m个取值的平均值；

计算交叉口的失衡指数的计算公式如下:

其中，γ_I表示最终权重；ω_J表示利用均方法计算的第一权重；x_J表示第J个评价指标对应的饱和度。

6.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行如权利要求1-4任一项所述的方法。

7.一种可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1-4任一项所述的方法。

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