CN113345253B

CN113345253B - 车流阵列与信号协同控制系统

Info

Publication number: CN113345253B
Application number: CN202110355868.3A
Authority: CN
Inventors: 王争鸣
Original assignee: Wuhan Xuyun Intelligent Transportation Co ltd
Current assignee: Wuhan Xuyun Intelligent Transportation Co ltd
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: CN113345253A

Abstract

本发明公开了一种车流阵列与信号协同控制系统，包括：道路交通动态车位网格系统模块；车流阵列与信号路车协同模块；路段排队行驶引导调度模块；路车信息交互协同调度模块；路口行人车辆信号管理模块；协同调度综合规则管理模块；路口信号算法控制管理模块；周边路网信息采集处理模块；综合信息数据库及管理模块，用于提供各模块产生的和需要的路网交通综合信息数据；总控服务管理系统模块，用于系统各模块的数据流交互和系统化协同运行。本发明系统实现了对路段车辆的较严格的规范管理，在提高效率的同时，提升了路网车辆行驶的有序性，可减少车辆因行驶不规范产生的交通事故。

Description

车流阵列与信号协同控制系统

技术领域

本发明涉及智能交通技术，尤其涉及一种车流阵列与信号协同控制系统。

背景技术

随着定位导航、空间遥感、移动通信等技术的发展，车联网技术获得极大发展。通过车联网与信号控制系统的协同可以实现更高效率的路网交通效果--车路协同系统。该技术目前还处于研发实验、应用探索阶段。信号控制技术及其管理水平还处于先进与常规技术应用混杂状态。即使出现了可以运行的车路信号协同的技术系统，也还存在需要在车辆上加装专用设备。这是可操作性十分复杂的问题。破解车路协同系统应用落地的时机和方式可以通过一种低成本、简单易行、便于推广的技术系统方案予以推动实现。这就是本专利技术所提出的车流阵列信号协同控制系统，或称行车队列与信号动态协同控制方法。

该系统通过现有成熟的路面信息发布显示技术，具备模式识别功能的高清视频图像传感器技术，先进的路口路段、车辆和信号运行协同控制技术模型和算法，与定位技术、GIS、移动通信、信息导航等技术相结合，可在无车载终端、有车载终端条件下，通过免费的方式实现车路协同。引导用户过渡到具备协同能力的App软件或车载终端进行导航，为下阶段完全的车路协同技术的应用打下坚实的基础。同时动态车流阵列与信号协同控制方法还能够显著提高路口通行的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种车流阵列与信号协同控制方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种车流阵列与信号协同控制系统，包括：

在路口及其相关路段设置一套由路车协同管理软件、传感器组、显示屏组和移动App等构成的新型的路车协同系统，用于提升路口车辆的通行效率，其中效率最高的方式是全动态车流阵列与信号协同方法，即路口路段车辆按照显示屏和App提示的信息在规划的相位路段和功能路段，进行与信号相位匹配的车流阵列组队，并在红灯相位期间启动行驶，在绿灯相位期间以适当的高速度通过路口的一种新型路车协同控制管理方法；基于此方法，建立了一种新型的路车协同系统，其中车流阵列与信号协同控制系统软件模块如下所述，包括：

道路交通动态车位网格系统模块，用于基于GIS和卫星定位技术将路网进行适合于车辆和行人的动态网格框图及其数据库结构的规划和创建，获得交通场景动态车位网格模型；基于场景动态车位网格模型及获得的交通实时基础数据信息，可以方便的实现对路网交通运行的各种数据和参数进行计算和检测；

车流阵列与信号路车协同模块，用于在自由流交互调度和预排队缓冲等功能路段对车辆实行精确引导，动态的组织行驶车辆在相位路段，按照与信号相位方向一致的规则进行对应的相位路段车流阵列组队，在路段红灯相位开启时，与路口相临相位路段车流阵列开始进入绿灯越线路段行驶，在红灯倒计时的后几秒按照屏幕和App的提示加速，在绿灯开启时以屏幕和App提示的车速快速越线通过路口；

路段排队行驶引导调度模块，用于在划分为功能路段和相位路段的全路段对行驶车辆进行与信号协同的车流阵列组队引导管理。其中，可通过调整车流阵列参数、调整相位路段和功能路段结构参数等方法适应车流量变化场景，以提高交通效率。

所述相位路段是指与相位信号方向匹配的进行车流阵列全动态组队的路段，有多少个方向维度的信号相位，就配置对应的多少个相位路段；

所述功能路段是为相位路段车流阵列组队和越线服务配套的路段，包括自由流交互调度路段，预排队缓冲路段，下周期相位路段(可不设)，绿灯越线路段；

自由流交互调度路段设置在靠近全路段入口处适当位置，该路段的车辆在限速内以自由流状态行驶；自由流交互路段设置有路车交互区，该区是专为路车交互应答过程设定的一个具有专用交互动态车位的缓行路段。所述路车交互区设置两条交互检测应答线、智能综合信息标识交互引导牌和交互检测传感器组；所述智能综合信息标识交互引导牌显示路段标识、路段综合信息及对车辆的引导提示应答等信息；所述交互检测传感器组(含ID检测器等)用于获取车辆的综合信息，包括车辆的特征标识以及在路口的行驶方向等信息；

预排队缓冲路段是为相位路段车流阵列有序组建而设立的辅助功能路段，该路段同样分为车流阵列组队车道、补位暂用车道、右转机动车道三部分，当相位路段还处于车流阵列组建阶段时，该路段具有通道和接力调度功能，当相位路段车流阵列组建完成，多余的车辆按照相位路段序列进行预排队调整调度，当前方相位路段空出动态车位阵列时，完成预排队的车流阵列顺道补位行驶；

下周期相位路段是一种增强性的辅助相位路段，用于在某路段足够长，且车流量足够大的情形条件下，进行下一信号周期的相位车流阵列组队，以增强秩序和效率。下周期相位路段数量完全取决于预排队缓冲路段和标配相位路段间的距离和有序管理的需求，并非必设；

绿灯越线路段是为了最大限度的提升路口交通流量的速度，针对路段的红灯相位时间设计的一种逆路口红灯停车排队管控逻辑的功能路段，当路段的红灯相位开启时刻，相邻相位路段的车流阵列随之启动，进入绿灯越线路段，并占用全部车道，向路口慢速行驶，当红灯相位开始倒计时后几秒时刻，临近路口停车线的车流阵列开始加速，直到绿灯开启时刻，以综合信息显示引导屏和App提供的车速越线。

所述阵列组队车道是用于与相位方向匹配的车流阵列组织队列的车道；

所述补位暂用车道是在功能路段和相位路段上设置，用于对前相位路段的非相位车流阵列组队车道进行补位的车辆，暂时占用的车道；

所述右转机动车道在保持了其右转车道功能的同时，还用于对前方路段车流阵列的空位进行补位而行使机动占用；在绿灯越线路段的右转车道还作为相位车流阵列组队车道使用。

路车信息交互协同调度模块，用于根据传感器系统采集的路面信息数据计算获得路段、路口车流阵列调度控制信息；通过相位路段和功能路段配套的显示屏系统和移动终端App系统实现调度信息发布和交通管控。

所述路面信息数据包括交通流量、占路段动态车位数量等交通参数，各类车型及数量，各车辆ID标识及其行驶方向、车速等；所述路段路口车流阵列调度控制信息为路段信息如对应的相位和功能路段长度及其动态车位数量、占位状态等，全动态调度信息如车流阵列组队方式如排队车位阵列及各车道功能结构框图、车流阵列启动引导、迁移车速引导、阵列行驶方向、行驶速度，信号灯信息、相位倒计时显示，阵列动态车位占位状态和占位规范状态、占位规范矫正车辆行为提示与违规告警判罚提示，已占车位、空位、能否补位，补位车辆ID及其补位路线和速度、时间等；计算方法为：以相位路段、功能路段及其各功能车道车流阵列的动态车位的实时占用状态为供给基础数据，以实时进入路段的经过交互检测已知方向的各型车辆为需求基础数据，以路段、路口、路网的结构数据、交通规则、信号算法、调控要求等为计算约束依据，计算出每个信号周期、每个相位时间中每个车流阵列的组队方案，并将管理细化到对每个车辆的引导调度监控中，如计算出每个车辆对应的车流阵列位置，要求的时间、速度和车道路径等；使得全路段和路口处于有序高效精细动态的协同管控状态；基于上述交通信息和计算管理方法，还能够计算出与现实交通流量相适应的各功能路段和相位路段的结构参数，进而通过特定的装置灵活的实现动态调整配套的路车交互设施，提升路口通行效率。

协同调度综合规则管理模块，管理车流阵列与信号协同系统运行管控配套的相关规则，包括功能路段车道调度规则、动态车位占用规则、交通规则、车辆行为规范等；

路口信号算法控制管理模块，用于路口各类型信号算法的增配、设置、运行、数据流转、人工自动模式控制等管理，包括车流阵列与信号协同等路车协同控制方式算法；

路口行人车辆信号管理模块，用于基于路口车辆行人信息的交互检测结果，管控人行道安全冲突，检测人行道出现安全状况时，终止行车道上的行驶或加速车辆的机动状态；

周边路网信息采集处理模块，用于获得当前各路段的实时流量、排队、车流阵列的动态车位占位状况、阵列空余位数量及位置、相关的交通综合信息；

综合信息数据库及管理模块，用于提供与实际路网坐标对应的车道结构的可编辑调整的较高精度和高精度电子地图及其综合数据；用于存储全路网、子区路网、路口多路段、各全路段综合传感器系统采集的综合数据；综合信息屏组的综合数据及其通信管理数据；交通场景动态车辆占位网格框图信息系统综合数据；交通动态车辆占位网格系统区块链结构数据信息，含车辆占位体和动态车位结构的区块链数据；信号控制模式数据；道路标识数据；车辆数据；设施数据；规则数据(含交规数据)；虚拟场景数据等；

总控服务管理系统模块，用于系统各模块的数据流交互和系统化协同运行。

按上述方案，所述相位路段显示屏显示内容有，路段信息和对应的路段长度和车位数量，全动态调度信息，包括车流阵列组队方式如排队车位阵列及各车道功能结构框图、车流阵列启动引导、迁移车速引导、阵列行驶方向、行驶速度，相位倒计时显示，车辆占位状态和占位规范状态、占位规范矫正车辆行为提示与违规告警判罚提示，已占车位、空位、能否补位，补位车辆ID及其补位路线和速度。

按上述方案，所述绿灯越线路段多功能综合信息引导屏，设置于现信号灯附近，发布越线车辆启动及车速引导信息和状态控制管理信息，包括车流阵列初始速度，车流阵列要求的越线车速，相位方向标识及信号信息、倒计时信息、路况导流信息、路段管控信息、可变车道标识指示信息、违规警告信息。

按上述方案，所述路段排队行驶引导调度模块中相位路段和功能路段具体如下：

相位路段是用于安排与相位信号方向匹配的车流阵列进行组队的专用路段，相位路段的数量与路段对应的信号相位绿灯数相同；

下周期相位路段是一种重复设置的相位路段，用于在路段长度和车流量满足设定值的情形下，进行下一信号周期的相位车流阵列组队，以增强秩序和效率；

自由流交互调度路段设置在靠近全路段入口处适当位置，该路段的车辆在限速内以自由流状态行驶；所述自由流交互调度路段设置有路车交互区及其交互检测传感器组和智能综合信息标识交互引导牌；所述交互检测传感器组用于获取车辆的行驶方向等信息；

预排队缓冲路段是为相位路段车流阵列有序组建而设立的辅助功能路段，该路段划分为车流阵列组队车道、补位暂用车道、右转机动车道三部分，当相位路段还处于车流阵列组建阶段时，该路段具有通道和接力调度功能，当相位路段车流阵列组建完成，多余的车辆按照相位路段序列进行预排队调整调度，当前方相位路段空出动态车位阵列时，完成预排队的车流阵列顺道补位行驶进入相位路段进行与信号相位匹配的车流阵列组队；

绿灯越线路段是为了最大限度的提升路口交通流的速度，针对路段的红灯相位时间设置的一种逆红灯停车排队规则逻辑的功能路段，当路段的红灯相位开启时刻，相邻相位路段的车流阵列随之启动，进入该路段，并占用全部车道，向路口慢速行驶，当红灯相位开始倒计时后几秒时刻，临近路口停车线的车流阵列开始加速，直到绿灯开启时刻，以综合信息显示引导屏和App提供的车速越线。

按上述方案，所述路段排队行驶引导调度模块中各相位路段和功能路段的车道，包括阵列组队车道、补位暂用车道和右转机动车道，具体如下：

按上述方案，所述路车信息交互协同调度模块中路段路口车流阵列调度控制信息的计算方法为：以相位路段、功能路段及其各功能车道车流阵列的动态车位的实时占用状态为供给基础数据，以实时进入路段经过交互检测已知方向的各型车辆为需求基础数据，以路段、路口、路网的结构数据、交通规则、信号算法、调控要求为约束条件，计算出每个信号周期、每个相位时间中每个车流阵列的组队方案，获得每个车辆对应的车流阵列位置，要求的时间、速度和车道路径。

本发明还提供一种路车协同系统，包括在路网、路口及相关路段设置的传感器组、显示屏组，以及移动App客户端、控制服务器和设置在控制服务器中的如权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，所述显示屏组用于显示车流阵列与信号协同控制系统的路网交通运行的数据和参数，所述移动App客户端用于接收车流阵列与信号协同控制系统的交互协同信号，提升路口车辆的通行效率，使路口路段车辆按照显示屏和App提示的信息在规划的相位路段和功能路段，进行与信号相位匹配的车流阵列组队，并在红灯相位期间启动行驶，在绿灯相位期间高速通过路口。

本发明产生的有益效果：

本系统模块化设计，体系化配套，结构可扩展压缩调整，智能化管理。采用常规成熟技术手段，在非车联网条件下，实现了路车协同功能。可显著提高路网运行效率。同时支持免费的移动终端导航方式，可引导车辆向移动终端方式过渡。为车联网条件下的路车协同和自动驾驶运行方式打下基础，做出铺垫。

本系统能够最大限度的利用路段和路口车道的容量；同时最大限度的提升绿灯相位时段车流通过路口的速度；在保证车流最大数量有序通过路口的前提下，最大限度的压缩信号周期的时间；还可消除路口停车排队启动传递延迟的时间，这四点为本方案提高路口通行效率的基点。基于这四点原理，路口车道越多，则路口交通流量效率越高。

该系统不仅针对车流阵列与信号协同的控制管理，也适合于常规的交通信号控制方式，并且因构建起良好的车路协同的技术手段和方法，故可提升常规管控方式的可控性和时效性，例如构建起绿波带和绿波区的运行方式更具管理控制条件。

由于车流阵列与信号协同控制系统方法，实现了对路段车辆的较严格的规范管理，在提高效率的同时，提升了路网车辆行驶的有序性，可减少车辆因行驶不规范产生的交通事故。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1车流阵列与信号协同系统总体结构图；

图2车流阵列与信号协同软件系统结构图；

图3全路段动态车流阵列与信号协同的路段和车道结构、设施、车流阵列示意图；

图4自由流路段路车交互区动态车位网格及设施结构示意图；

图5自由流路段路车交互调度程序结构流程图；

图6引导排队行驶调度过程程序结构流程图；

图7车流阵列与信号协同系统数据流关系结构图；

图8路段设施配置示意图；

图9十字路口路段设施配置系统结构系统图；

图10控制服务器结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一.车流阵列与信号路车协同控制软件系统

如图1所示，车流阵列与信号路车协同控制软件系统包括以下模块：

1.道路交通动态车位网格系统模块

本项目创新性的采用场景动态车辆占位网格模型方法作为系统的虚拟孪生数字化、可视化、实时动态场景展现的技术基础。该模型基于GIS和定位技术将路网进行适合于车辆和行人的动态网格框图及其数据库结构的规划和创建，获得道路交通路网的动态网格框图模块；该模型采用摄像机视频图像经过模式识别技术获得交通车辆和行人数据信息，对路网车辆和行人进行实时动态的虚拟孪生性的结构框图或图块及其数据库结构的表达创建，获得交通路网占位体网格模块；模型还采用其他传感器，采集车辆的其他数据信息，如车辆的速度、行驶方向等。基于场景动态占位网格模型及其获得的路网交通实时数据信息，可以方便的实现对路网交通运行的各种数据和参数进行计算和检测。该模型中有车辆对动态车位占用规则描述，如对车辆在动态车位的不同点位的计算方法，以及车辆与动态车位之间位置的各种状态处置方法进行了规范；该模型采用综合建模坐标定位法、综合建模图像匹配法等方法基于道路实景采集及处理模块，将上述道路交通网格框图模块与道路交通车辆和行人占位体网格模块进行系统综合，形成道路交通动态车位网格系统模块的基本结构。

如图3、图4所示，交通动态占位网格框图系统中的动态车位网格单元和动态车辆占位图块体现在路段车道上某时刻的表示方法。

在交通动态车位网格系统中，基于在路段路口的动态车位和占位体图块结构，采用区块链技术，可建立历史关联信息数据库；也可采用动态车位的关键节点，对车辆的占位数据进行区块链方法的记载，以节省计算和存储资源。基于该方法，可以可靠方便的检索某车辆的历史轨迹，省去录像查看的繁琐。车辆作为动态占位网格系统的占位体，也能够采用区块链技术构建相关数据结构。

2.车流阵列与信号路车协同模块

本项目创新了一种在路段路口组织与相位信号方向匹配的全动态车流阵列的实时调度协同方法。该方法的特征是在自由流交互调度路段、预排队缓冲等功能路段对车辆实行精确引导，动态的组织行驶车辆在相位路段，按照与信号相位方向一致的规则进行对应的相位路段车流阵列组队；在路段红灯相位开启时，与路口相临相位路段车流阵列开始进入绿灯越线路段行驶，在红灯倒计时的后几秒按照屏幕和App的提示加速，在匹配方向的绿灯开启时以屏幕和App提示的车速快速越线通过路口。在绿灯越线路段通过系统调度，使得越线车流阵列在该绿灯相位时段占用路段所有车道，并以高车速通行，获得相位可比较的最高通行效率。

该模块含各相位路段和功能路段专用的各具特定功能的车流交互引导调度协同模块；车流阵列组队引导信息程序模块；越线车辆车速引导信息模块(专事绿灯越线路段车流阵列的控制调度管理)；信号算法标识信息管理模块(信号算法规划设计，信号、标识显示信息管理)；可变车道指示信息模块(发布各车道当前定义的方向、功能及时间信息)。

该协同方式的运行，依托创新的行驶车辆与道路的交互方法和系列支持车流阵列与信号协同运行管控配套的相关规则和方法，可以显著改善原有常规信号控制方式与路段路口车流之间的协同配合。

该方式基于对车辆方向速度、信号相位时间以及路网结构数据的掌控和协同能力，可支持线结构的绿波带和面结构的绿波区的规划设计运行。如，当流量不足够大时，系统能够调度同方向相位的车流队列在下一路段红灯相位时段慢行时，重组相位阵列，在绿灯时刻快速越线通过绿灯窗口。同理，连续的进行相关各路口的相位绿灯窗口、相位车流阵列及其速度的调度协同，即可实现线结构的绿波带和面结构的绿波区信号控制方式。

3.路段排队行驶引导调度模块

如图3所示，该部分创新了基于车流阵列的路车协同系统的路段及其车辆、车流阵列的管理方法。将全路段划分定义了功能路段和相位路段。将路段的车道划分定义了车流阵列组队车道，补位暂用车道，右转机动车道。可根据流量调整车流阵列结构及各功能路段和相位路段的结构和参数。

3.1所述相位路段是与相位信号方向匹配的全动态车流阵列组队的路段。在一个信号周期中，设置了几个路段方向绿灯相位，就配置几个对应方向的相位路段。在相位路段组队的车流阵列依次在红灯相位开启时，启动、慢行进入绿灯越线路段。当红灯倒计时后几秒时，车流阵列加速到屏幕提示的车速，在绿灯开启时，整个车流阵列在全部车道上快速通过路口。当该相位时间完成后，可插入黄灯缓冲时间3秒左右，下一方向绿灯相位开启时，对应方向的车流阵列在所有车道上，以屏幕提示的车速快速通过路口。

3.2所述功能路段是为相位路段车流阵列组队和越线服务配套的路段。包括自由流交互调度路段，预排队缓冲路段，下周期相位路段(有条件设置)，绿灯越线路段。

3.2.1如图4所示，自由流交互调度路段设置在靠近全路段入口处适当位置，该路段的车辆在限速内以自由流状态行驶。该路段设置智能综合信息标识交互引导牌和交互检测传感器组。在智能标识交互引导牌正面前方设置检测线和应答线。车辆行驶到检测线附近检测区域时，无导航或无专用App的车辆通过转弯灯、双闪灯、大灯或手势头势向传感器发出车辆在路口的行驶方向信号；开启导航或使用专用App的车辆通过通信系统被服务器交互程序模块自动获取或通过按键和语音对话获取路口行驶方向信息。传感器组(含标识检测器、摄像机、测速仪等)获取该车的ID、车牌号、车速等特征系列信息。对没有电子ID标识的车辆，授予临时ID。云服务器或现场服务器的自由流路段的调度管理程序根据获取的综合信息数据计算处理后，将该车辆在前方相位路段或功能路段的动态车位信息、到达该车位需采用的速度和车道路径通过大屏和App进行发布。车辆获得信息后在应答线附近通过灯光、App按键或语音等方式进行回应(可不回应)。对没有回应的车辆，下游路段将接力给予调度服务。

3.2.2预排队缓冲路段是为相位路段车流阵列有序组建而设立的辅助功能路段。该路段同样分为车流阵列组队车道、补位暂用车道、右转机动车道三部分。当相位路段还处于车流阵列组建阶段时，该路段具有通道和接力调度功能。当相位路段车流阵列组建完成，多余的车辆按照相位路段序列进行预排队调整调度。当前方相位路段空出动态车位阵列时，完成预排队的车流阵列顺道补位行驶。做出这样的安排，即使在车流量过大的场景中也能够保障交通的有序高效运行。

3.2.3下周期相位路段是一种重复增设的相位路段，用于提前组建相位车流阵列，在某路段足够长，且车流量足够大的情形下，设置这种路段更有利于秩序和效率保障。下周期相位路段数量完全取决于预排队缓冲路段和标配相位路段间的距离和有序管理的需求。

3.2.4绿灯越线路段是为了最大限度的提升路口交通流量的速度，针对路段的红灯相位时间设计的一种逆红灯停车排队规则逻辑管控的功能路段。当路段的红灯相位开启时刻，相连接的相位路段的车流阵列随之启动，开始慢行过渡，并完成最后的补位组队过程；当红灯相位开始后几秒倒计时时刻，临近路口停车线的车流阵列开始加速，直到绿灯开启时刻，以综合信息显示引导屏提供的车速越线，以稳定迅捷的车速实现短时间内最大流量通过路口。

绿灯越线路段的名称还有这样几种：红灯启动绿灯越线路段，启动慢行加速越线路段，红灯启动路段等。

3.3所述阵列组队车道是用于与相位方向匹配的车流阵列组织队列的车道。该车道组队方式可采用顺列调度。即先排满一列，再排第二列，依次类推。也可采用顺排调度。即先排满一排，再排第二排，依次类推。也可列排混合调度，这样方便将大型车辆放到后排位置，方便队列规范的管理。

3.4所述暂用补位车道是在功能路段和相位路段上设置，用于对前相位路段的非阵列组队车道进行补位的车辆，暂时占用的车道。该车道上被暂时占用的动态车位数量与前相位路段上非阵列组队车道上的动态车位数量一致。该车道上的车辆对前相位车流阵列进行补位时，可顺道前行，必要时也可通过右转机动车道行驶。

相位路段的车流阵列需要通过两次补位最终完成在绿灯越线路段车流阵列的组建。第一次补位是在车流阵列进入第一相位路段过程中，由后面路段暂用补位车道上的车辆顺道前行补位。当第一相位路段车流阵列在红灯点亮开始启动行驶过程中，后面路段补位暂用车道上跟进的补位车辆，在显示屏的引导下通过右转机动车道顺道前行进行越线车流阵列的第二次补位调度。如图3所示，相位路段一完成第1次补位，绿灯越线路段完成队列第2次补位。

3.5所述右转机动车道在保持了其右转车道功能的同时，又增加了用于对前方路段车流阵列的空位进行补位而行使机动占用的功能。其位于绿灯越线路段的车道部分，还被用于在车流阵列进入绿灯越线路段时，又转换为同向行驶车辆的阵列组队车道。使得该车流阵列的动态车位具有占用该路段全部车道的容量。

若在二车道路段采用车流阵列与信号协同的方法进行车流阵列组队时，左车道承担阵列组队车道和补位暂用车道双重功能。后面相位路段的阵列组队车道是前相位路段车流阵列的暂用补位车道。

3.6调整路段车流阵列结构以适应流量变化的方法，在大流量和较大流量场景，按照相位信号与相位路段对应的方式进行车流阵列管理，且在大流量时，还可适当增加大流量方向车流阵列的规模。在中小流量场景，可将多个相位车流阵列调度到一个相位路段中，减少相位时间，还可适当减少黄灯缓冲时间。当转弯掉头方向车辆少且路口中心空间较小情况下，还可采用在双向直行的前后插入左转掉头三相位方式运行，如一方向路段先左转掉头；然后，双向直行；后另一方向再左转掉头。

可以按照大流量场景规划设计相位路段和功能路段结构参数，在不变路段结构参数条件下，通过调整路段车流阵列组队参数适应路段流量的变化；此条件下，以相位队列长短自适应，匹配的信号相位时间跟进调整的方式也是一种优化的方法。

3.7调整功能路段相位路段结构参数适应流量变化的方法，例如，在大流量时，可增加大流量方向相位路段的长度及其动态车位数量，并增加匹配相位绿灯信号的时间。同理可减少小流量方向相位路段的长度及其动态车位数量，并减少匹配相位绿灯信号的时间。当增大了相位路段的长度后，也需要匹配调整绿灯越线路段的长度和动态车位的数量。

4.路车信息交互协同调度模块

该部分创新了路车交互方法。该方法是多种方法的综合运用，并在本项目应用中有所创新，进而能够支持对现阶段场景各种车辆实现路车交互的功能。实现车辆与信号及路网运行的协同交互的手段包括，传感器系统、第三方导航信息系统、专用App和动态车辆占位网格模型系统等技术方法对路网信息进行采集处理，通过与相位路段和功能路段配套的显示屏系统和移动终端App系统实现调度信息发布和交通管控。

4.1路车交互主要的方法，将模式识别摄像机等多功能摄像机组、测速雷达、电子标识检测器、各类导航系统包括专用App等作为路面信息数据采集系统，将采集的路段交通综合信息数据向路口控制服务器或云服务器传递。服务器将计算所得的路段路口车流阵列调度控制信息通过功能路段和相位路段的显示屏组、移动专用App进行发布，实现路车交互协同功能。并在创新的全动态控管车流阵列与信号、道路数据之间的路车交互协同中提供支持。

4.2路车交互的硬件支持设施，支持车流阵列与信号协同的交互系统在路口机柜中安装支持交通全要素综合信息联网计算的分布式服务器系统和网络系统、扩展的专用无线移动基站、扩展的定位增强基站设施、扩展的支持云计算的网络设施。在各路段设置了车流阵列组织管控的功能子路段，并安装配置联网的数据采集传感器系统、导航终端系统、信息发布屏幕系统和App系统。模式识别摄像机进行交通信息和车辆特征提取。电子警察摄像机行使综合交规管理。

4.3专用App系统模块，显示屏系统显示的是对其管理路段的全动态调度信息，专用App显示的是该车辆所在路段的全动态调度信息，有关信息均由总控服务器和云服务器专用程序提供；同时还向车辆提供免费的专用无线移动App导航等业务支持。路车协同导航交互调度移动系统App，是新型的基于车道结构的路车协同导航App。包括路段的大屏组摄像机组与车流交互的软件等功能均移植到智能手机上去，包括特定无线信号触发开启的交通引导调度导航界面，通过语音与方向键的交互方式。包括无阻塞的大比率绿信号配送的全程导航。支持WiFi、4G、5G通信。支持各类型操作系统。支持四大移动通信公司网络。

4.4自由流交互路段的车流智能引导系统与车辆交互方法。

4.4.1车辆灯信号交互方法，左转灯-左转方向，右转灯-右转方向，双闪灯-掉头方向，不开灯-直行方向。车辆转弯灯交互方法+车辆前排人员辅助交互手势、头势方法，车辆的灯光语言同前述。前排人员的动作信号为，小臂指向左边-左转方向；指向右边-右转方向；垂直举起-掉头方向；不示意-直行方向。

4.4.2通过App的语音和方向键对话交互方法，App通过特定信号触发，弹出语音和方向键对话框，并向驾驶员发出提问，如行驶方向等。驾驶员通过App中的行驶方向键或语音回答，实现中控系统对车辆行驶方向等信息的获取。App支持人工开启和路口路段信号自动触发的语音信息交互开启方式实现车路交互。

4.4.3车辆所在路段行驶方向信息可从导航软件数据库中获取，或通过导航系统行车轨迹与车辆当前在轨迹中的位置进行行驶方向数据计算的方法获取。

4.4.4自由流交互路段交互区设施的结构设计和管控调度方法

4.4.4.1在检测管理线附近设置路车交互区。路车交互区是专为路车交互应答过程设定的一个具有专用动态车位的缓行(规定较低速度)路段。交互应答区由两条交互检测应答线和综合信息显示屏及综合信息传感器(含ID检测器等)系统组成。计算出综合信息传感器系统交互的最低响应时间及最大检测数量参数，依此限定车辆进入该区行驶的速度，并规划交互区两线之间的距离、专用动态车位结构及数量和综合信息交互引导屏、传感器组的位置。

电子标识检测器和其它传感器系统在管理线附近对车辆ID检测。对无电子标识车辆，由路车协同管理系统在检测线附近对车辆授标，并对无注册的车辆进行综合信息获取，如车辆的车辆电子标识码、车牌号、车辆特征等，由系统对特征进行编码，建库。到达检测线附近，无注册App的驾驶员即可通过手势、车灯、App对话框(语音或按键)、头势等依规则，向检测器表达车辆前方预行驶方向。系统可以从开启导航系统的车辆路径数据中获取车辆预行驶方向等数据信息。

对所有车辆完成必要信息提取后，经过数据处理，通过显示屏和App向车辆发出前方路段匹配的动态车位的位置信息、引导车道、提示车速等引导调度信息。车辆获得信息可通过前灯、手势、头势、App语音或按键对话框向路车交互应答器回复。若收到否定的应答，若车辆还在应答区内，即可重新识别计算回复。若过了应答区，则将该车的调度引导交互工作移交后面预排队缓冲路段的交互系统进行重新安排。

调度计算方法为：以相位路段、功能路段及其各功能车道车流阵列的动态车位的实时占用状态为供给基础数据，以实时进入路段经过交互检测已知方向的各型车辆为需求基础数据，以路段、路口、路网的结构数据、交通规则、信号算法、调控要求等为约束条件，计算出每个信号周期、每个相位时间中每个车流阵列的组队方案，并将管理细化到对每个车辆的引导调度监控中，如计算出每个车辆对应的车流阵列位置，要求的时间、速度和车道路径等；使得全路段和路口处于有序高效精细动态的协同管控状态；该模块需要专用系列硬件系统提供基础支持；

如图5所示，自由流路段路车交互调度程序结构图。

如图6所示，交互系统程序结构设计案例，引导排队行驶调度过程程序逻辑结构示意图。

4.4.4.2组队空位的计算，依据路面实际位置，在图像中以规划的路段虚拟管理线、动态车位等车辆占位网格模型做参照，通过摄像机采集综合数据，管理程序进行过线分类计数测算。将该数与直行、或左转掉头相位排队车流阵列动态空车位相减，得出剩余车位数倒计数。相关程序逻辑结构见图5、图6所示。

4.5专用App与道路的信息交互方法

专用的路车交互App支持车载终端、智能手机与路段控制服务器的交互功能。当用户具有的车载终端和智能手机安装了路车协同App软件时，只要进入路车协同路段，就可通过路段专用信号触发(如wifi、4G、5G、短信等特定信号触发驻留内存的监控程序)，弹出的对话框，用语音或按键的方式实现交互对话，将本车通过前方路口的行驶方向告知路段服务控制器，并获得本车最佳的功能路段动态车位的位置，以及到达该动态车位所采用的路径(车道)和速度。对于没有获得明确引导信息的车辆，减速慢行，进行入调整路段空余动态车位待调度信息。

5.路口行人车辆信号管理模块

路口行人车辆信号管理模块主要基于路口车辆行人信息的交互检测实现相应的控制管理。人行道装行人视频检测摄像机，通过语音和示警牌以及系统的路口车辆行人安全管理模块进行规则和冲突管理。当行人在人行道上出现违规时，给予音视频告警并取证归档。取证中可含人脸识别功能。当行人在人行道上出现阻挡车辆情形时，系统检测到冲突信息后，即通过信号控制和屏幕、App发布方式终止行车道上行驶车辆的机动状态，停车，等待下一周期过线。此时，本路段方向的绿灯相位将不开启。而其他方向的绿灯将持续延长或单独运行，直至下一周期相位的正常轮巡。或本路段方向的绿灯相位暂不开启，其他路段方向的信号相位正常运行，直至下一周期，本路段方向的相位同步，本路段车辆依信号指示行驶。

6.协同调度综合规则管理模块

该部分创新了一套车流阵列与信号协同的规划方法和管理规则。

6.1车流阵列与信号协同系统运行管控配套的相关规则和方法

信号相位规划方法及其规则。对每个路段，根据路口的类型和本路口及周边路网整体调度控制管理需求，确定完成该路口路段车辆分流所需的相位方向、相位数量、相位时间。

路段功能规划方法及其规则。根据相位规划方案及流量控制策略确定与信号相位对应的各相位路段的数量及结构等参数，并沿路段车辆行驶方向规划功能路段，包括：1个绿灯越线路段(或称路口红灯行驶路段，或称启动慢行加速路段，或称红灯行驶绿灯越线路段)；1个自由流交互引导路段；1个预排队缓冲路段(或称排队调整路段)。当有条件和必要性时，还可增设下周期的相位路段，以增强路段车流阵列管控的有序性。

车流速度规划方法及其规则。根据车流阵列所在各相位路段和功能路段与信号协同控制的需要，根据与周边路网协同的需要，根据相位规划和路段规划数据，可确定车辆阵列在各相位路段和功能路段的行驶速度，包括越线通过路口的速度。但绿灯越线路段的越线车速，以规划的速度为基准，同时由越线车辆车速管理程序模块控制，用于根据路口当前信号、行人、前方路段场景、本车流阵列状态及相位特定要求在内的综合信息，恰当的确定越线车速。

相位时间规划方法及其规则。根据相位规划、路段规划、速度规划数据，根据路段、路口车流量情况，根据与周边路网协同的需要，优化调整确定本路口信号灯周期和相位的时间。

右转车道和绿灯越线路段的右转车道使用规则及其方法，是提升路口交通效率的环节。

车辆上路授予ID的授标规则，对每个上路车辆确定其独享的ID以及基于ID创建的其他数据属性进行了规范。

车辆对动态车位占用规则，确定了不同类型的车辆对动态车位占用的数据结构方式。车流阵列中不同大小的车辆占有系统分配的与其相适应的动态车位。系统对车辆在阵列中的占位秩序和规范进行了定义。并通过传感器进行车辆状态信息采集。

车辆在阵列中的规范及其管理，系统的规则管理警告信息模块，实时处理车辆违规信息。对违规车辆进行告警，处罚。

6.1.1功能路段车道调度规则

a)右转车道使用规则一，绿灯越线路段在红灯相位时间，该路段右转车道上的右转车辆清空，右转车辆暂时停入该相位路段车道。与行驶的车流阵列同向的补位车辆快速补位。若该路段车道有多余空位，则右转车辆可顺道行驶。可在适当位置规划右转车辆暂停线。而当有右转车辆和补位车辆同时要进入右车道的动态车位时，以补位车辆为优先。

b)右转车道使用规则二，非红灯时间(绿灯黄灯相位时间)，绿灯越线路段的右转车道为右转专用车道，可跟随绿灯越线阵列行驶。其他方向行驶车辆不得占用，除补位车辆需对相关阵列进行补位而借道情形以外。

c)右转车道使用规则三，右车道在红灯相位时，作为补位车道。按车道组织混合阵列时，右车道只能够补直行车辆。按排序分别组织不同方向车流阵列时，右转车道可补与阵列组队方向相同的车辆。

d)相位路段组队调度规则一，按排序组队，阵列动态车位以先到靠前靠左，依次向右，逐排向后完成本路段动态车位占用。按列序组队，以左车道起始，从前车位向后车位组队，依次完成各车道组队。补位车道只为前相位车流阵列同向车辆暂用。

e)相位路段组队调度规则二，相位路段后面的另相位路段或预排队缓冲路段预排队时，而当前面排队路段的动态车位没有被占满时，一般空出本路段阵列最前面2--3排动态车位，方便前路段车流阵列组队使用。也可采用前路段按排序组队，后路段按列序组队，给前路段空出组队车道。后路段排队方式依次方便前路段排队。直到前路段阵列排满，或前路段阵列开始前行时，后路段阵列即可前行，同时完成本路段阵列占位排队。

f)相位路段组队调度规则三，每个相位路段需经二次补位完成全阵列组队。后路段的第二右车道为前路段车流阵列的补位车道。第一次为车流阵列进入第一相位路段时，由第二相位路段补位车辆对其进行顺道补位。同时第二相位路段后路段的第二次补位车辆顺道进入第二相位路段补位车道。当第一相位路段车流阵列进入绿灯越线路段时，由后相位车流阵列补位车道的车辆对前阵列的右转车道进行第二次补位。也可将第二次补位车辆停在预排队缓冲路段的补位车道上，作为最前排队路段右车道的补位车道。

g)预排队缓冲路段调度规则，预排队队列配合前方相位路段有序的完成组队车流阵列，对进入路段的车辆进行接力调度。为新的相位阵列组队进行预排队调度。组队车道按前不同相位车流阵列规模安排动态车位，并组建补位队列。

h)自由流路段调度规则，根据前方各功能路段和相位路段状态，调度后续车辆以合适的速度，采用适当的车道，有序的到达目标路段的动态车位。

6.1.2动态车位占用规则，以小型车虚拟动态车位尺寸(车尺寸+安全距离)为基准单元。小型车占1个车位。中大型车以小型车动态车位的整数倍给予适配。对动态车位的检测以动态车位的中心点或中心线为基准。实施中，具体数值由具体情况的安全标准为原则确定。

6.1.3车辆在各子路段行驶的交规管理

该模块利用数据库中的电子警察交规库及管理模块和信息采集模块中的违规警告信息,采集模块对各路段的车辆在排队、行驶时，若存在压线，跨线，或变道、超速、违规占位等现象时，摄像机抓拍提取到的满足违规技术条件的图像固定证据，作为违规判罚依据。当不存在影响路段秩序条件下，在规定的警告次数内，且满足不超浮动的技术指标范围等条件，摄像机抓拍提取到满足违规技术条件的图像后，予警告提示，记载归档，累计其警告次数。对于警告次数达限的违规者，固定证据，作为违规判罚依据，给予判罚，记载归档。并将罚单以电子文件的方式送达。

6.1.4路段车辆与道路信息交互方法与规则

a)路段车辆与道路信息交互方法

路段入口附近车辆为自由流行驶状态。依据交通标识牌提示速度行驶。将到达路段交互虚拟管理线附近时，在与虚拟应答控制线之间的交互区段，显示屏显示该区域，同时道路传感器获得车辆预行驶方向、车辆ID、车辆特征等信息，显示屏发布车辆信息。对没有ID车辆，管理系统将对其进行ID授标。并提示车辆应到达的目标车流阵列和安排的动态车位、行驶速度和路径等信息提示。

管理系统由各阵列排队空位减去交互区已有安排了的车辆数，提示各车流阵列及其路段剩余的空位数。继续对后续车辆行使引导。对于没有获得明确引导信息的车辆，减速慢行，进行入预排队缓冲路段接受接力引导。

b)车灯手势与道路的信息交互方法与规则

可通过转弯灯，或驾驶员、副驾驶座人员手势、头势示意。手势头势主要为车灯故障情形下起辅助作用。向路段提交车辆预行驶方向信息。左转--左转向灯，或前臂手掌左向指示；右转--右转向灯，或前臂手掌右向指示；掉头--双闪灯，或前臂手掌向上指示；直行--在应答区不开转向灯，向行驶方向伸臂手掌前指；确认--握拳，或做OK手势，或点头，或前大灯闪二次。否认--左右摇动前臂，或摇头，或前大灯闪一次。

图像采集摄像机通过转向灯、前大灯和前排人手臂头势等辅助动作特征识别车辆预行车向及实现应答交互。

c)导航软件和App信息交互方法

专用App在交互区弹出交互对话框。可通过语音和方向键的方式完成车辆行驶方向、车辆ID及其特征数据等信息采集，以及路段向无ID车辆授ID号等交互。专用App弹出对屏幕键盘话框及语音对话的方式，可以人工开启，也可以通过路段的特殊无线信号进行触发开启。专用App同各种导航软件一样均具有导航功能。可从导航软件的数据库中，或从车辆的轨迹规划和其当前位置的关系中计算获得车辆行驶方向等参数信息。

d)在交互区检测线附近，道路传感器系统对车辆ID及其特征数据等信息采集，以及路段向无ID车辆授ID号，向所有车辆提示调度信息。车辆进行应答。

6.2车流阵列与信号协同控制系统路段规划设计方法

6.2.1路车协同路段规划概述

车流阵列与信号协同控制系统的相位路段和功能路段有四组基础参数。即路段相位、路段阵列、路段车速、相位时间。四组参数间存在密切关联。如根据相位信息可确定相位路段和功能路段参数包括对应的路段长度和车流阵列车位数量等。具体如下：

6.2.1.1相位规划：对每个路段，根据路口的类型、路口各向车流状况、优化规则等，确定完成该路段的车辆分流所需的相位个数。确定各相位间关系的设置，如两绿灯相位间是连续，还是间隔黄灯缓冲，还是间隔红灯相位等。

6.2.1.2路段规划：在全路段规划出各功能子路段，包括：一个绿灯越线路段；多个相位路段；还可增补下周期相位路段；一个预排队缓冲路段；一个自由流交互引导路段；并对各个规划路段设定路段长度和车流阵列结构及其动态车位数量。其中，相位路段还包括车流阵列结构规划。如车流阵列包括同向阵列方式(单向阵列方式)和混合阵列方式(混合方向阵列方式)；混合阵列方式指一个相位路段中，可规划为不同方向占若干排车位阵列，或每个方向占若干车道等方式。如一个相位路段两阵列方式可规划为直行阵列和左转掉头阵列前后排列。路段动态车流阵列框格的长短、数量结构，由信号周期相位参数及采用的引导相位结构策略、路段长度、车速、车流量大小、路网峰谷时段、周边路口绿波或疏导需求的适配方式、效率优化选择等约束条件决定。

6.2.1.3速度规划：根据车辆所属的相位路段和功能路段特点、交规要求、不同流量和路网条件状况场景的适应性，确定车辆在各个功能子路段的行驶速度和通过路口的速度。

6.2.1.4时间规划，根据相位车流阵列通过路口的时间优化信号各相位时间和信号周期。

6.2.2路车协同路段规划及其依据

6.2.2.1信号相位规划方法及其规则

＊以路口各路段中最短路段的长度作为路口车流阵列与信号协同规划重要参数。当最短路段总长度过短时，应采用渠化方法，对该路段进行直通规划。完成后，重新计算路口相关路口各向路段的最小长度。以新的最短路段为规划依据。

＊路段车流阵列与信号协同方法条件下，周期内相位数越少，总体效率越高。

＊路口某方向路段高峰时段流量及其特定方向流量等因素对相位数量的设立相关性高。

＊若无地面人行过道预留时间限制，则信号周期时间还可以进行压缩。

＊丁字路口的垂直路段，车道量少的情形，在效率原则为主的需求条件下，可采用单绿灯相位周期规划安排。当垂直路段的掉头车辆足够多时，可在周期中增设一掉头相位阵列和掉头车流阵列排队路段；当路段足够长时，可增设多个下周期相位路段。

＊红灯加速时间与绿灯通过时间可在同一周期，不同相位车流阵列可为同一周期，多方向车流阵列组队可在同一全向相位。

＊相位规划函数

设：f(X)为路口各路段绿信号相位数；

设：L：路段长度；N：路口车道数量；M：路口某方向路段高峰时段流量值：

路口各方向路段长度比值；

路口结构；

车流量大的特定方向数量；

则：f(X)＝F(L，N，M)

6.2.2.2路段功能规划方法及其规则

＊以路口各路段中最短路段的长度作为路口车流阵列与信号协同规划重要参数。

最短路段长度，受该路段高峰期车流量、该路段车道数量、路口环境结构等因素影响。车流量越大，则要求短路段的最小长度越长。车道越多，路段长度可适当减小。路口人行过道、非机动车道架空，则通行效率高，路段长度可适当减小。

＊车道越多，车流阵列与信号协同效率越高。

＊自适应性配时方式，路口中对路段车流阵列大小的计算，以最多车辆流量的相位路段为基准。

＊在有左转和掉头方向的路段，应尽可能在路段中部某合适部位开辟掉头叉口。让大部分掉头车辆中途分流。减少路口的掉头车辆对左转车流阵列车位的占用。尽可能减少路口车流特定方向的数量。

＊路段规划约束条件：

(a)最短路段长度，受本路段行驶车流规划的方向相位数量限制。相位方向多，则所需与方向相位相对应的车流阵列建设路段就多。所需最短路段总长度就长。效率要求高，所需最短路段总长度就要适当长。

(b)相位路段规划的路段长度，受本相位方向车流量的时段性多少因素约束。可据实际情况进行调整设置。

(c)各功能路段长度，受效率要求、总路段长度、相位对应路段周期相位数量、相位方向车流量等因素约束。

＊预排队缓冲路段不限长度。车位排数可由路段剩余距离长度决定。

＊当丁字路口的垂直路段掉头车辆足够多时，可在周期中增设一掉头相位阵列和掉头车流阵列排队路段。

＊功能路段规划函数

设：f(L)为路口某方向路段总长度；

f(X)为路口某方向路段上需建设的相位路段数量值；

f(Y)为路口某方向路段上某相位路段的长度(车流阵列的大小)；

设：N：路口某方向路段车道数量值；M：路口某方向路段高峰时段流量值：

L：为路口方向路段长度值；O：路口某方向路段规划的绿灯相位数；

X：为路口方向路段上需建设的功能路段数值；

路口各方向路段长度比值；

路口结构(三叉路口、十字路口)；

车流量大的特定方向数量；

路口环境结构系数；

效率要求系数

则：f(L)＝F(N，M，O，)

则：f(X)＝F(N，L，O，M)

则：f(Y)＝F(N，M，L，O，X)

6.2.2.3相位时间规划方法及其规则

＊由于红灯时间的长短、车速与绿灯越线路段的距离存在配合关系。有关数据以安全稳妥效率的原则据实测定。

＊左转和掉头相位时间规划，通常参照直行相位时间规划。同时据路口各相关因素约束做出具体调整。

＊相位时间规划约束条件

(a)最短路段长度，受本路段规划的相位方向数量限制。相位方向多，所需最短路段总长度就长。路段越长，相位时间相应需长。相位数量多，则相位时间就相对受限制。

(b)与相位路段规划的路段长度，受本相位方向车流量时段性多少因素约束。可据实际情况进行调整设置。

(c)各相位路段和功能路段长度，受效率、总路段长度、相位对应路段周期相位数量、相位方向车流量等因素约束。

(d)绿灯越线阵列启动加速的红灯时间不得小于人行道的最少设计时间规范要求。并可增设黄灯3秒冗余安全时间(具体缓冲时间由实际情况调整确定)。

(e)对于关键路口通行效率提高的方法之一，是建立立体行人过道，则可以取消红灯相位最短时间限制。

＊红灯时间与绿灯通过时间可以为同一周期。路段各相位阵列可为同一周期。不同方向车流阵列可在同一全向相位组队。

＊相位时间函数

设：f(t)为某功能路段相位时间函数；

X：为路口方向路段上需建设的功能路段数值；Y：为需建设的功能路段长度；

W：路口人行道通行时间值；V：路段车速限速值；T：为路口信号周期值

路口各方向路段长度比值；

路口结构(三叉路口、十字路口)；

车流量大的特定方向数量；

路口环境结构系数；

效率要求系数

则：f(t)＝F(N，M，L，O，X，Y，W，V，T)

6.2.2.4车流速度规划方法及其规则

＊功能路段车速受路段长度、车流量、行驶特定方向、车流阵列功能路段的功能特性、路口环境结构系数、效率要求系数等因素约束。

＊车流阵列速度的最高车速为路段最高限速。一般用于车流阵列直行过线车速。

＊左转和掉头的速度规划，以安全原则为约束条件的较快速度。

＊对调整路段的车辆向阵列车位进行调度引导的车速最高不能超过路段限速。

＊在绿波带配合路段，在确保安全和路况条件许可情况下，可适当提高最高限速。

设；f(v)：为路段规划车速；

M：路段车流量值：L：为路口方向路段长度值；Y：为需建设功能路段长度；

V：路段车速限速；

车流阵列行驶方向；

功能路段的功能特性；

路口环境结构系数；

效率要求系数；

路口间信号配合方式

则：f(v)＝(M，L，Y，V)

本实施例中，以十字路口的某方向路段的功能路段规划为例：

1)十字路口的垂直方向路段

1.1)相位规划

设通过2相位就可以完成垂直路段的车辆分流。基于最少相位原则，在两个垂直方向的路段上，均采用简捷的2相位方案。

一个信号周期中，在垂直路段方向配置1个直行相位，1个左转和掉头相位。

相位1为双向直行。相位2为双向左转和掉头。十字路口的左转和掉头的车辆一般情况下较直行为少。在确实少的路口，左转和掉头方向的队列车位总数可以减少安排，相应的可减少该相位时间。每绿灯相位时间包括3秒黄灯清空时间。

1.2)路段规划

路口各路段中最短路段为L米，从路口沿路段规划5个功能路段。1个绿灯越线路段；2个相位路段；1个预排队缓冲路段；1个自由流交互引导路段。

①绿灯越线路段

设路段长L1米；N1排车位。路段管理过程如下所述。

红灯亮时，红灯倒计时显示开始。陈列建设段1车流阵列启动，以屏幕提示速度慢行。当头排车辆对应图块接近虚拟加速线时，在虚拟加速线屏幕上的车速显示区，显示通过路口车速，开始加速。并在绿灯时间以屏幕提示的速度快速通过路口。红灯时间右转车道可以被该车队阵列临时征占。此时该车道允许右转和直行(或左转阵列时，左转)同时使用。规定该车道空位由后面需要直行(或左转)的车辆通过右转车道快速补位跟进，与阵列车流同时通过路口。大客车、超长车允许占2--3个车位。

②相位路段1

设路段长L2米；N2排车位。根据相位规划，设第1相位路段阵列为直行方向。

设在前周期绿灯时间，本相位路段直行阵列组队包括第一次补位基本完成。

当本周期红灯开启时刻，本路段直行车流阵列启动，以屏幕提示的慢行车速进入绿灯越线路段。同时，绿灯越线路段右转车辆清空，后面右转车辆暂停进入。

第2相位路段补位车道上的直行车辆通过右转车道对直行阵列进行补位。

当红灯相位后几秒倒计时，屏幕显示越线速度。直行车流阵列加速，在绿灯开启时，以越线速度通过路口。

③相位路段2

设路段长L3米；N3排车位。据相位规划，第2相位路段阵列为左转掉头方向。

本周期绿灯相位期间，本相位队列在第2相位路段处于组队期。其中最左车道主要为掉头车道。靠左第二车道主要为左转车道。第2右车道为前相位第2次补位车道。右转车道为右转专用车道。

当本周期红灯相位期间，第一相位直行车流阵列进入绿灯越线路段时，本相位左转掉头阵列同步启动，开始进入第一相位路段。补位车道车辆通过右转车道对第一相位直行阵列进行第2次补位。同时，后面的预排队缓冲路段的补位车辆对本路段阵列进行第一次补位。由于两绿灯相位基本连续，故本相位车流阵列将跟随前队列行进。在进入绿灯越线路段时，下周期第一相位车流阵列的补位车辆对本相位车流阵列进行第2次补位。当本相位绿灯开启时刻，本相位掉头左转车流阵列，以屏幕提示速度通过路口。于此同时，下周期直行车辆依次减速入列，逐排停车，在第一相位路段开始组建下周期直行方向车流阵列队列。

④预排队缓冲路段

该路段是为相位路段做下一周期车流阵列预先排队安排，对前面排队路段空位进行补位引导，并对补位车道队列进行组建调度，对补位过程进行引导调度。

预排队缓冲路段长度没有明确限制，视场景情形灵活设置。

⑤自由流交互路段

该路段设置于路段入口适当距离位置。排数车位由路段剩余距离长度决定。

该路段车辆为自由流行驶状态。依据交通标识牌提示速度行驶。当要到达路段虚拟管理线附近时，可通过交互规则进行车路信息数据交互采集。系统经过计算对识别的车辆通过屏幕和App等方式发布前方目标路段和车位的引导信息，包括路径和车速。

1.3)速度规划

①绿灯越线路段

直行相位速度规划。直行车流阵列在相位路段1停车线处，于周期红灯时间启动，慢行以怠速行驶，当红灯倒计时x秒时，离路口停车线约y米左右开始加速。在直行绿灯开启时，以屏幕提示速度速度通过路口。

转弯掉头相位速度规划。转弯掉头车流阵列在屏幕的引导下，启动慢行，跟随前直行车流阵列在红灯相位时间，进入绿灯越线路段。当直行相位绿灯相位信号倒计时后x秒时，离路口停车线约y米左右开始加速。黄灯时间，清空直行阵列车辆后，在转弯掉头相位绿灯开启时，以屏幕提示速度通过路口。

②相位路段1和相位路段2

在前一周期红灯和直行绿灯相位时间段内，相位路段2的左转掉头车流阵列跟随前阵列，进入第1相位路段和绿灯越线路段。下周期直行车流阵列由预排队缓冲路段进入相位路段2，并跟随上周期车流阵列进入相位路段1。直行车辆阵列以跟随速度边前行，边组队。当到达相位路段1的停车线时，若新周期的红灯信号没有开启时，新的直行车流阵列就停止待红灯信号。速度为跟随速度。

下周期的左转掉头车流阵列跟随前面直行车流阵列，边行进，边组队。若新周期的红灯信号没有开启时，新的左转掉头车流阵列就停止在相位路段2的停车线，待红灯信号。速度为跟随速度。

③预排队缓冲路段

该路段是为相位路段做下一周期车流阵列预先排队安排，并对前面相位路段车流阵列中的动态空位进行补位引导，对相位路段和绿灯越线路段的补位车道进行排队补位引导调度。该路段车速为道路限速以内车速。

④自由流交互路段

车辆以自由流车速(限速以内车速)进入该路段。在检测区附近以屏幕提示速度(较慢车速)进入检测区，并完成路车信息交互应答。按照屏幕提示车速向目标车位行使。

1.4)时间规划

①绿灯越线路段时间规划

示例：设绿灯通过路口速度为40km/h，则完成通过10排车流阵列只需12秒。其中包括绿灯9秒，黄灯3秒(缓冲时间)。则周期时间为48秒(水平2绿灯相位，垂直2绿灯相位)。

设绿灯通过路口速度为60km/h，则完成通过,10排车流阵列只需9秒。其中包括绿灯6秒，黄灯3秒(缓冲时间)。若一周期为4相位，则周期时间为36秒。

若人行道架空，将过线速度提高到80km/h，则10排车流阵列只需7.5秒。其中包括绿灯4.5秒，黄灯3秒(缓冲时间)。则周期时间为30秒。

②相位路段时间规划

相位路段1的车流阵列建设时间为一个全周期时间。该周期可以为上周期部分时间与本周期部分时间之和。如当上周期2个绿灯相位时间的时间段中，本阵列开始在相位路段2中进行队列建设。并于第二个绿灯相位时间，跟随前周期队列在通过路口时，进入相位路段1继续组队，指到建设完成。当本周期红灯时，即进入绿灯越线路段。若没有完成建设，在红灯时间的启动慢行加速时间中，还可以继续进行队列建设并同时通过路口。

也可以用整个周期时间进行对应的相位队列建设和通过路口。如，时间为周期的红灯相位时间开始时，相位路段1和相位路段2的车流阵列开始向前推进，前行的同时，可以继续进行队列建设。在周期的绿灯相位结束时，完成该周期的各相位队列清空。该周期时间长短由绿灯越线路段的周期时间规划决定。

十字路口的水平方向路段

十字路口的水平方向路段的相位规划、路段规划、速度规划、时间规划同垂直方向路段类似。不予重复。

十字路口的各方向路段的规划整合

示例：设十字路口信号系统以水平方向路段为起始周期的起始相位。红灯的时间为24秒。在水平方向红灯相位开启时刻，垂直方向路段开启2个绿灯相位的通行操作。如一个直行绿灯相位15秒(含黄灯3秒)，一个掉头左转绿灯相位9秒，接下来垂直方向路段的红灯相位开启。

7.路口信号算法控制管理模块

该模块可实现路口各类型信号控制方式的管理，包括信号算法模式设计、存储、调用、执行；包括有关参数数据的调用、处理；包括倒计时功能控制模块；包括信号控制模式与综合信息引导屏组、摄像机、智能路段标识系统等设备的数据采集处理调用数据流转，协同控制等功能；包括信号控制模式库管理。

基于车流阵列与信号的路车协同方法对路段结构参数、车辆运行参数、信号运行模式及参数的控管能力，可以实现交通全路网动态绿波子区管理系统，可以实现全透明路网、全绿波、一定条件下的无阻塞智慧型交通管理。

8周边路网信息采集处理模块

该模块包括全路网、子区路段、路口多路段、全路段、功能相位路段摄像机组图像综合检测、采集、识别、数据提取、场景匹配、数据信息处理系统。其中路段综合信息数据实时采集处理模块，从传感器组、车辆App中获取交通基础实时信息数据，从各功能路段和相位路段的专用信息管理程序的数据实时数据库中，获得当前各路段的实时排队、车流阵列的动态车位占位状况、阵列空余位数量位置、交通违规等信息。并实时处理，求得实时变化的需求状态，分类列表，数据计算，即时调整。生成可供其他模块调用和显示屏显示的动态数据列表。该模块获取并处理的有关数据信息，作为各路口中控调度系统提供该路口路车协同、流量控制管理的依据。

对各专用摄像机组、车辆App等设施的综合数据采集、识别、综合处理，能够起到传统的路网路侧、路中、路空等各种传感器数据采集的综合功能作用，并具备良好的精度和可靠性。若采用该方式传感器覆盖路网，可节省大量的附加投资并减少维护的复杂性及其成本。

9综合信息数据库及管理模块

路网路口路段的综合信息数据库管理模块是各功能模块的数据中心。该模块具有全路网、动态子区路段路口、全路段、功能路段和相位路段综合数据信息汇集处理、存储、优化调度、数据分发、通讯管理功能。有关数据包含以下内容：

城市交通路网GIS平台，提供与实际路网坐标对应的车道结构的可编辑调整的较高精度和高精度电子地图及其综合数据，含坐标库等；全路网、子区路网、路口多路段、各全路段综合传感器系统采集的综合数据，含图像信息综合数据等；综合信息屏组的综合数据及其通信管理数据；交通场景动态占位网格框图信息系统综合数据，如各路段的实时排队、车流阵列的动态车位占位状况、阵列空余位数量位置等数据信息等；车辆和交通动态占位网格系统区块链结构数据信息库；信号控制模式库；道路标识库；车辆库；设施库；规则库(含交规库)；虚拟场景库等。

10总控服务管理系统模块

总控服务管理系统模块是系统总体的管理控制中心，负责各软件模块、硬件模块及其之间的功能协同运行，包括菜单界面，系统设置和维护管理部分。主控包括两大部分，一为菜单驱动部分；二为系统中心自动执行控制管理部分。系统自动执行控制管理部分根据数据量的积累，将引入大数据管理和AI技术的迭代进程。中控系统将不断积累路车协同调度管理控制的各种算法预案和规则系统。路车协同主控模块的智能化的全动态自动运行方式，依据不同流量的运行场景，系统具备以下运行特点：

如图7所示，支持系统、各模块的数据流交互和系统化协同运行，车流阵列的队列建设与路车协同交互引导准确互动；据交通场景需求，各车流阵列路段的长短、距离等参数可灵活调整；由摄像机采集识别，交由虚拟场景系统拟合调整，并将调整方案--图像数据信息投射到引导屏幕组和移动App上；据交通场景和不同特点的车流阵列的变化需求，信号周期及各相位时间长短参数可灵活调整；全路段车速和车辆行为实现全程监视，动态可控，数据可追溯；路车协同可视化实时路面动态交互与移动App两种方式可同时运用；

总控模块还包括以下功能模块部分：

移动App综合信息管理模块，该模块包括账户管理、数据库、导航等；

信息安全模块，该模块包括系统安全、数据安全、通行网络安全等；

冲突管理模块，如信号相位冲突检测，系统信号相位冲突检测模块可对路口信号相位周期的设计进行安全检测；路口车辆行人安全检测及管理，人行道装行人视频检测摄像机，通过语音和显示告警牌进行规则和冲突管理，并具备人车冲突自动规避功能设计；

故障检测模块，显示屏系统故障检测及维护功能。在显示牌边缘(左右上下)适当处前伸支撑杆。杆上安装室外广角微型摄像机对屏体显示状态进行实时监测。依据维护规划，在轮巡时间插入监测画面。摄像机同步抓取图像识别处理。出现故障时，即时向维护部门告警，建档，制动生成检修工单，自动排期，自动督查，自动复检，自动生成责任考核等级报告，完成后，自动核销检修项目；摄像机故障自动巡视检测及维护功能；控制服务器器各模块故障检测维护功能。

车流阵列与信号协同的路车协同系统具有容错机制设计，系统冗余设计和分布式结构，硬件和软件具有满足持续应用的可靠性。进而实现容错功能。包含，综合信息显示系统与信号灯系统的兼容互换工作方式。显示牌图形和色彩同步示意性显示引导，可避免视觉色弱驾驶员误判。综合信息采集摄像机系统的技术性能指标符合国家标准，可维护、替换性强。冗余兼容安装配置，互换性强，安装维护方便。摄像机组在具备本系统监控、识别、检测、判读等专属功能外，还兼容常规的电子警察功能。安装时，不影响原专用系统工作。

二.软件系统中涉及的采集装置和显示装置描述如下：

如图8所示，典型路段的显示屏系统布局；如图9所示，典型十字路口显示屏系统结构。

2.1多功能综合信息显示屏装置

屏组的综合信息管理系统，包含全路网、子区路网、路口、各路段屏组驱动通信管理、虚拟场景图像创建工具、坐标匹配、图像显示管理、标识库、虚拟场景库等支持模块。显示屏安装于功能路段和相位路段前方适当距离，并悬挂或支撑于适当的高度。该系统可做成移动的，可配成多种供电方式。该显示系统可以通过有线、光缆、无线WiFi和4G、5G方式与路口和各级控制中心实现通信管控。

2.1.1相位路段显示屏。相位路段显示屏显示内容有，路段信息和对应的路段长度和车位数量，全动态调度信息，包括车流阵列组队方式如排队车位阵列及各车道功能结构框图、车流阵列启动引导、迁移车速引导、阵列行驶方向、行驶速度，相位倒计时显示，车辆占位状态和占位规范状态、占位规范矫正车辆行为提示与违规告警判罚提示，已占车位、空位、能否补位，补位车辆ID及其补位路线和速度等。有关信息由路口的智能总控服务器内专用程序提供。

2.1.2绿灯越线路段多功能综合信息引导屏，设置于现信号灯附近，发布越线车辆启动及车速引导信息和状态控制管理信息，如车流阵列初始速度，当车流阵列将到达停车线时，则显示要求的越线车速，相位方向标识及信号信息、倒计时等。还显示路况导流、路段管控、可变车道标识指示信息、违规警告信息等。

2.1.3自由流路段的综合信息交互显示屏，具有综合信息发布和智能道路标识功能。该显示屏可用悬挂、立杆等方式构建。自由流路段的显示屏具有精确引导调度，如车辆到前方目标队列及车位的引导等。还包括路段管控标识、车速管理、告警管理、交互提示对话应答等综合信息显示屏功能。也是一种智能化的多功能路段综合标识牌系统。该智能化的标识牌具有前方路况、各功能路段状态、屏车交互、综合行驶方式调度引导等增强功能。

2.1.4预排队缓冲路段的综合信息显示屏，显示预排队路段车流阵列在不同类型车道和车位的组队导引框图，包括按各相位阵列规格预组队阵列、补位车道排队引导信息。对前方相位路段车流阵列组队补位的接力引导信息等。

2.1.5车流阵列及各子路段的图形显示方式

2.1.5.1车位阵列路段图形结构的虚实对应。

采用开发的专用图形工具确定各虚拟功能路段和相位路段与实际路段的图形位置的坐标重合，对应位置，二者起始线和车道线重合。在虚拟图形结构中，还要显示各子路段、车道上的动态车位、功能线段等图形。

2.1.5.2车位引导信息的显示方法。

车流阵列排队泊位、进入各路段的引导过程、空位、实位(动态车位被占)、违规状态都通过相应的图形颜色、空实结构、图形形状，以及静与动的的形态去表达还包括文字数字信息的配合提示。综合信息显示方式，注重采用示意图形与示意色彩配合。便于色弱和视觉不良人群识别。

2.1.6显示屏显示的主要信息

综合信息：信号灯功能、绿灯跨线引导功能、方向指示功能、违规告警功能、行驶引导功能、车道指示标识、速度引导、前方路况引导等。

组队引导信息：组队引导、行驶引导、方向指示、车道指示、速度引导、违规告警、前方路况引导等。

2.1.7路段显示屏的数量及位置

相位路段显示屏组数量据路口信号周期中各方向路段设置的相位个数确定。

路段对应了几个方向绿灯相位，就配置几套对相位路段行使管理控制的屏组和有关传感器组。功能路段主要有3个，包括自由流交互引导路段、预排队缓冲路段、绿灯越线路段。下周期相位路段的设置，由全路段长度和车流量状况、路况复杂性、建设投资等综合因素确定。相位路段和功能路段分割线根据功能路段规划数据划分确定。

绿灯越线路段，多功能综合信息引导牌设置于现有信号灯附近便于观察处和适当高度。相位路段和其他功能路段显示屏设置于相位路段功能路段分割线前方方便观察距离(如约20-30米处)，屏体底部距地面适当高度(如约5米距离)。

2.1.8综合信息显示屏显示区域划分

综合信息显示屏分为文字提示屏(区)和图形示意屏(区)。文字区和图形区在需要相互配合时，文字和图形功能相对固定。在特殊需要时，全屏都可以作为图形或文字显示，或混合方式显示。文字提示部分可显示需要引导车辆的车牌号，并提示其违规否，或应进入那个动态车位等信息。进入某动态车位号与图形显示区的动态车位网格框图相配合，形成醒目便捷的引导过程。

2.2数据采集综合传感器系统

信息采集综合传感器系统，是设置在相位路段和功能路段上的多功能摄像机、测速仪、电子标识检测器、车载App等装置。其主要的特性是具备了道路交通综合信息的采集和识别功能。用于采集车流量信息、车速信息以及车辆的待行驶方向、车辆ID标识及特征、车辆行驶状态、车流阵列组队状态等信息；具有路网综合检测监控功能。在综合信息采集、识别、处理过程中，能够顺便实现路网的路侧传感器及其其他各类型传感器的数据采集功能。具备足够的精度、可维护性和可靠性等性能。同时也节省大量的附加投资。

如图8所示，路段传感器组配置布局图；如图9所示，典型十字路口传感器布局系统图。

2.3基础硬件支持系统

如图10所示，路段车流队列调度及信号管理协同控制服务器，含模块化机箱、电源模块、主控板(服务器级)、存储器模块，含基础通信板WiFi路由模块，5G通信模块，北斗定位信号增强扩展模块，信号灯控制、驱动扩展模块(该模块可外接机机架式信号灯驱动专用设备，通过通信口与主板相连，含外挂专用键盘接口及键盘挂位)，图形加速模块、AI模块、网络安全模块，同时支持云计算连接。通过各路口的控制服务器中的集成宽带光纤网络端口，可方便的实现与周边路口和控制中心的光纤宽带连接。

三.仿真模拟软件系统

仿真系统软件是道路交通管理的辅助工具。该系统与上述路网交通实际运行管理系统具有相同的运行管理平台。可以虚拟道路交通的应用场景，具有模拟运行推演和对控制方案进行优化的功能。

该管理软件具有不同类型的场景库管理系统。如交通信号模式场景库；路网交通车流类型场景库；路网交通设施配置场景库；车辆分布结构管理等。

该软件具有针对设计的场景及其应用需求，进行过程模拟运行、优化配置调整和演算，并进行效果评估、数据比对的仿真推演，冲突检测等功能。当效果达到设计要求时，即可将相关交通设施软硬件配置进行实地部署，并通过网络直接将交通信号控制模式参数、设置配套的相关软件及参数传递到路口控制主机，部署执行。如，采用该系统可以对路口车流阵列与信号协同控制方案进行全过程的规划设计、模拟优化，将参数传递到主系统中部署运行。

该辅助软件系统不是主体系统的必配，而是增强性补充。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，包括：

道路交通动态车位网格系统模块，用于基于GIS、定位技术和空间传感器技术将路网进行适合于车辆和行人的动态网格框图及其数据库结构的规划和创建，获得交通路网场景动态占位网格模型，包括动态车位网格模型和动态人员占位网格模型；基于该模型及获得的实时数据信息，实现对路网交通运行的数据和参数进行计算和检测；

车流阵列与信号路车协同模块，基于排队调度模块在自由流交互调度和预排队缓冲功能路段对车辆实行精确引导，动态的组织行驶车辆在相位路段，按照与信号相位方向一致的规则进行相位路段车流阵列组队，在路段信号灯的红灯相位开启时，与路口相临相位路段车流阵列进入绿灯越线路段行驶，在绿灯相位期间以屏幕和App提示的速度越线通过路口；

路段排队行驶引导调度模块，用于将全路段划分为功能路段和相位路段，并在功能路段和相位路段协助路车协同模块调度引导车辆进行全动态车流阵列的组队管理；

所述相位路段是一种对行使车辆进行与相位信号方向一致的全动态车流阵列组队的方向匹配专用路段；

所述功能路段是为相位路段车流阵列组队和越线服务配套的路段，包括自由流交互调度路段，预排队缓冲路段，下周期相位路段和绿灯越线路段；

路车信息交互协同调度模块，根据路车交互方法和综合传感器采集路面交通综合信息，其中包括在路车交互区域、相位路段、功能路段的车辆综合基础数据信息，通过计算获得路段路口车流阵列调度控制信息，并对车辆进行调度引导管控；

路口行人车辆信号管理模块，用于基于路口车辆行人信息的交互检测结果，管控人行道通行秩序，检测人行道出现安全状况时，终止行车道上的行驶或加速车辆的机动状态；

协同调度综合规则管理模块，用于增配、设置、管理、运用车流阵列与信号协同系统运行管控配套的相关规则及场景条件；

路口信号算法控制管理模块，用于路口各类型信号算法管理，包括路车协同控制方式；

周边路网信息采集处理模块，用于获得本路段周边路网当前各路段的实时排队、车流阵列的动态车位占位状况、阵列空余位数量位置、交通违规信息，并应用于本路段优化管控；

综合信息数据库及管理模块，用于提供各模块产生的和需要的路网交通综合信息数据，包括与实际路网坐标对应的车道结构的可编辑调整的较高精度和高精度电子地图及其综合数据，用于存储全路网、子区路网、路口多路段、全路段各功能和相位路段综合传感器系采集的交通综合数据，输出到综合信息屏组的综合数据及其通信管理数据，交通场景动态占位网格框图信息系统综合数据，车辆和交通动态占位网格系统区块链结构数据信息，信号控制模式数据，道路标识数据，车辆数据，设施数据，规则数据和虚拟场景数据；

2.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述路段排队行驶引导调度模块中相位路段和功能路段具体如下：

自由流交互调度路段设置在靠近全路段入口处适当位置，该路段的车辆在限速内以自由流状态行驶；所述自由流交互调度路段设置有路车交互区及其交互检测传感器组和智能综合信息标识交互引导牌；所述交互检测传感器组用于获取车辆的行驶方向信息；

3.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述路段排队行驶引导调度模块中各相位路段和功能路段的车道，包括阵列组队车道、补位暂用车道和右转机动车道，具体如下：

4.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述路车信息交互协同调度模块中路段路口车流阵列调度控制信息的计算方法为：以相位路段、功能路段及其各功能车道车流阵列的动态车位的实时占用状态为供给基础数据，以实时进入路段经过交互检测已知方向的各型车辆为需求基础数据，以路段、路口、路网的结构数据、交通规则、信号算法、调控要求为约束条件，计算出每个信号周期、每个相位时间中每个车流阵列的组队方案，获得每个车辆对应的车流阵列位置，要求的时间、速度和车道路径。

5.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述协同调度综合规则管理模块中车流阵列与信号协同系统运行管控配套的相关规则包括：

1)信号相位规划规则：根据路口的类型和本路口及周边路网整体调度控制管理需求，确定完成该路口每个相关路段车辆分流所需的相位方向、相位数量、信号控制方式参数；

2)路段功能规划规则：根据相位规划方案确定与信号相位对应的各相位路段的数据参数，并沿路段车辆行驶方向规划功能路段；包括：1个绿灯越线车流阵列路段；1个自由流交互引导路段；1个预排队缓冲路段；有条件和必要性时，还可增设下周期的相位路段，可增强车流阵列管控的有序性；

3)车流速度规划规则：根据车流阵列所在各相位路段和功能路段与信号协同控制的需要，根据与周边路网协同的需要，根据相位规划和路段规划数据，确定车辆阵列在各相位路段和功能路段的行驶速度，包括越线通过路口的速度；绿灯越线路段的慢行车速，以规划的速度为基准，同时由越线车辆车速管理程序模块控制，用于根据路口当前信号、行人、前方路段场景、本车流阵列状态及相位特定要求在内的综合信息，确定越线车速；

4)相位时间规划规则：根据相位规划、路段规划、速度规划数据，根据路口车流量情况，根据与周边路网协同的需要，调整并确定本路口信号灯周期和相位的时间；

5)右转车道和绿灯越线路段的右转车道使用规则：依据车流阵列与信号协同安全、效率、秩序的原则，确定右转车道使用和运行管理的方式；

6)车辆上路授予ID的授标规则：对每个上路车辆确定其独享的ID以及基于ID创建的其他数据属性进行了规范；

7)车辆对动态车位占用规则：确定了不同类型的车辆对动态车位占用的数据结构方式，车流阵列中不同大小的车辆占有系统分配的与其相适应的动态车位；

8)车辆在阵列中的行为管理规则：依据安全、效率、秩序的原则，规范车辆行为，由规则管理警告信息模块，实时处理车辆违规信息，并执行告警，处罚。

6.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述协同调度综合规则管理模块中，功能路段车道调度规则包括如下规则：

1)右转车道使用规则一，绿灯越线路段在红灯相位时间，该路段右转车道上的右转车辆清空，右转车辆暂时停于相位路段的右车道，在适当位置规划右转车辆暂停线；与即将越线行驶的车流阵列同向的补位车辆快速对绿灯越线路段的右转车道补位；若该路段右转车道有多余空位，则右转车辆可顺道行驶；当有右转车辆和补位车辆同时要进入右车道的动态车位时，在该路段的红灯时间，以补位车辆为优先；

2)右转车道使用规则二，非红灯时间，绿灯越线路段的右转车道为右转专用车道，可跟随绿灯越线阵列行驶；其他方向行驶车辆不得占用，除补位车辆需对相关阵列进行补位而借道情形以外；

3)右转车道使用规则三，绿灯越线路段的右车道在红灯相位时，作为补位车道；按车道组织多方向混合阵列时，右车道只能够补直行车辆；按信号方向顺序分别组织不同方向车流阵列时，右转车道可补与阵列组队方向相同的车辆；

4)相位路段组队调度规则一，按排序组队，阵列动态车位以先到靠前靠左，依次向右，逐排向后完成本路段动态车位占用；按列序组队，以左车道起始，从前车位向后车位组队，完成后，依次进行新车道组队；补位车道只为前相位车流阵列同向车辆暂用；

5)相位路段组队调度规则二，相位路段后面的另相位路段或预排队缓冲路段预排队时，当前面排队路段的动态车位没有被占满时，空出本路段阵列最前面2至3排动态车位，方便前路段车流阵列组队使用；或采用前路段按排序组队，后路段按列序组队，给前路段空出组队车道；后路段排队方式依次方便前路段排队；直到前路段阵列排满，或前路段阵列开始前行时，后路段阵列即可前行，同时完成本路段阵列占位排队；

6)相位路段组队调度规则三，后路段的第二右车道为前路段车流阵列的补位车道；每个相位路段需经二次补位完成全阵列组队，第一次为车流阵列进入第一相位路段时，由第二相位路段补位车辆对其进行顺道补位，同时第二相位路段后路段的第二次补位车辆顺道进入第二相位路段补位车道；当第一相位路段车流阵列进入绿灯越线路段时，由后相位车流阵列补位车道的车辆对前阵列的右转车道进行第二次补位；或将第二次补位车辆停在预排队缓冲路段的补位车道上，作为绿灯越线路段右车道的补位车道；

7)预排队缓冲路段调度规则，预排队队列配合前方相位路段有序的完成组队车流阵列，对进入路段的车辆进行接力调度；为新的相位阵列组队进行预排队调度；组队车道按前不同相位车流阵列规模安排动态车位，并组建补位队列；

8)自由流路段调度规则，根据前方各功能路段和相位路段状态，调度后续车辆以合适的速度，采用适当的车道，有序的到达目标路段的动态车位。

7.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述相位路段设有相位路段显示屏，显示内容有：路段信息和对应的路段长度和车位数量，全动态调度信息，包括车流阵列组队方式如排队车位阵列及各车道功能结构框图、车流阵列启动引导、迁移车速引导、阵列行驶方向、行驶速度，相位倒计时显示，车辆占位状态和占位规范状态、占位规范矫正车辆行为提示与违规告警判罚提示，已占车位、空位、能否补位，补位车辆ID及其补位路线和速度。

8.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述绿灯越线路段设有绿灯越线路段多功能综合信息引导屏，发布越线车辆启动及车速引导信息和状态控制管理信息，包括车流阵列初始速度，车流阵列要求的越线车速，相位方向标识及信号信息、倒计时信息、路况导流信息、路段管控信息、可变车道标识指示信息、违规警告信息。

9.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述路车信息交互协同调度模块中各功能路段车辆与道路信息交互方法包括以下方法：

1)车辆转弯灯交互方法；

2)车辆转弯灯交互方法以及车辆前排人员辅助交互手势、头势方法；

3)通过无线信号触发驻留终端内存专用App的监控程序，开启语音和屏幕键盘交互界面，支持语音或屏幕方向键实现车路信息交互的方法；

4)通过导航系统的行车轨迹与车辆当前在轨迹中的位置进行行驶方向数据计算的程序获取方法；

5)自由流交互路段交互区的路车交互设施结构设计和设置方法；

6)综合信息显示屏交互对话内容显示发布实现交互；

7)交互系统程序结构设计对交互能力的实现方法。

10.根据权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，其特征在于，所述路口行人车辆信号管理模块中管控人行道通行秩序，检测人行道出现安全状况的方法如下：

1)在人行过道的信息获取上采用以场景占位网格模型为基础的行人检测和识别方法；

2)设计人行道信号和行人间的声光屏幕交互设施；

3)建立了人行道上的行人与行驶车辆间的冲突管理控制机制。

11.一种路车协同系统，其特征在于，包括在路网、路口及相关路段设置的传感器组、显示屏组，以及移动App客户端、控制服务器和设置在控制服务器中的如权利要求1所述的车流阵列与信号协同控制系统，所述显示屏组用于显示车流阵列与信号协同控制系统的路网交通运行的数据和参数，所述移动App客户端用于接收车流阵列与信号协同控制系统的交互协同信号，提升路口车辆的通行效率，使路口路段车辆按照显示屏和App提示的信息在规划的相位路段和功能路段，进行与信号相位匹配的车流阵列组队，并在红灯相位期间启动行驶，在绿灯相位期间高速通过路口。