CN113421440A - 一种行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，通过对信号灯的绿灯显示时长、安全岛上等待二次过街的行人等待时间，以及安全岛上等待二次过街的行人数量进行实时监测，根据监测结果和预设的动态信号控制逻辑，动态调整交叉口信号配时方案，提高行人二次过街安全、效率与机动车过街效率。本发明根据交通需求，兼顾行人过街安全和交叉口运行效率下，动态分配绿灯时长，提高了二次过街交叉口运行效率。

Description

一种行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法

技术领域

本发明涉及交通管理控制领域，具体涉及一种行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法。

背景技术

交通流过街特有特点是混合交通流过街，包括行人的慢行交通过街同样是至关重要一部分。城市机动化出行的高速增长进一步加剧了交通拥堵、道路交通安全、交通能源消耗与交通环境污染等交通问题。慢行交通反而有绿色环保以及有益处身体健康的优点，成为当下提倡的交通方式，行人过街效率往往又会影响整个交通流过街效率，行人二次过街效率提升是落实“慢行优先”政策必要条件。

城市主干道车道数量多，并且交通流量较大，主干道的信号周期内绿灯分配时间长。反观，支路绿灯时间短，行人穿过主干道过街距离长，行人利用支路车辆绿灯时间往往不足以完成过街。因此，城市主干道基本上按照设计规范具备中间行人安全岛，行人通过中间安全岛作为过渡，当绿灯时间不足以完成穿过主路时，分二次甚至两个信号周期完成过街。

现有行人二次过街信号方案是行人过街基于跟随机动车相位完成过街，是路权弱势一方。现有交叉口组织与控制方法中往往弱化甚至完全不考虑行人指标，导致行人二次过街出行延误大，进而导致组织混乱、乱闯红灯现象，进一步干扰正常机动车车运行，降低整个交叉口的运行效率。

发明内容

发明目的：提出一种行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，根据交通需求，兼顾行人过街安全和交叉口运行效率下，动态分配绿灯时长，提高二次过街交叉口运行效率。

技术方案：本发明提供的一种行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，基于目标交叉口的各目标方向的信号灯的控制，进而实现对目标交叉口的各个关联信号灯的控制；

将相位i下绿灯所对应的方向作为待处理方向，其中i＝1,...I，I为目标交叉口的相位总个数；依次执行如下步骤：

步骤1：实时获取待处理方向上绿灯显示的时间g_i；然后进入步骤2；

步骤2：判断待处理方向上绿灯显示时间g_i是否大于或等于最小绿灯显示时间g_imin，是则进入步骤3；否则进入步骤4；

步骤3：针对与待处理方向同向的各安全岛：判断是否至少一个安全岛上等待二次过街的行人平均等待时间大于或等于平均等待时间阈值

是则进入步骤10，否则进入步骤6；

步骤4：判断待处理方向的车辆交通流中是否存在左转交通流，是则进入步骤5；否则进入步骤6；

步骤5：分别针对与待处理方向同向的各安全岛k：判断安全岛k上等待二次过街的人数是否大于或等于该安全岛的最大承载人数阈值，是则控制安全岛k所在的人行横道上的各行人信号灯进行红灯显示，其他的信号灯显示不变，然后返回步骤2；否则直接返回步骤2；

其中，与待处理方向同向的安全岛为信号灯为绿灯的人行横道上的安全岛；

步骤6：判断待处理方向上的各进口车道是否均无机动车到达，是则进入步骤7；否则进入步骤8；

步骤7：判断待处理方向上的各人行横道是否均无行人进入，是则执行步骤10；否则进入步骤8；

步骤8：判断待处理方向上绿灯显示时间g_i与单位绿灯延长时间Δt_i之和，是否大于预设的最大绿灯显示时间，是则进入步骤10，否则进入步骤9；

步骤9：控制待处理方向上的绿灯继续显示为绿灯，显示时间为单位绿灯延长时间Δt_i；然后返回步骤5；

步骤10：控制待处理方向上的各绿灯改为显示红灯或黄灯，显示时间为预设的相位绿灯间隔时间g_iv；

然后进入步骤11；

步骤11：使用i＝mod(i/I)+1对i进行更新，返回步骤1。

作为本发明的一种优选方案，在步骤2中，根据如下公式：

获取最小绿灯显示时间g_imin；

其中，L₁为目标交叉口进口车道的机动车流量检测器与对应停车线之间距离；L_q为排队情况下机动车平均车头间距；S_i为相位i下的各进口车道的平均饱和流率；

为相位i下的人行横道的最长距离；v_p为行人平均过街速度。

作为本发明的一种优选方案，在步骤3中，根据如下公式：

获取平均等待时间阈值

其中，Kⁱ为相位i下的安全岛的总数量；

为相位i下的第k个安全岛上等待二次过街的人数；

为相位i下的人行横道中行人j到达安全岛时相位i所对应的绿灯已经运行的时间；t_wmax为预设的安全岛最大平均等待时间阈值。

作为本发明的一种优选方案，在步骤5中，根据如下公式：

N_ks＝S_k/D_s

获取安全岛k的最大承载人数阈值N_ks；

其中，S_k为各安全岛k的行人可以站立利用的面积；D_s为预设的单个行人占用的安全面积。

作为本发明的一种优选方案，在步骤8中，根据如下公式：

获取单位绿灯延长时间Δt_i；

其中，

为相位i下各车辆从设置在车道线附近的流量检测器到停车线的平均时间；

为相位i下各人行横道上行人过街需要最短时间；L₁为相位i下的进口车道的机动车流量检测器与停车线之间的距离；

为相位i下的行人穿过各人行横道的最大距离；

为相位i下的各车辆通过机动车流量检测器与停车线之间的路程的平均车速；

为相位i下的行人过街最大速度。

作为本发明的一种优选方案，还包括步骤A，在步骤10执行完之后进入步骤A：

步骤A：判断循环时间是否达到预设的时间阈值，是则终止循环，切换至其他交通信号控制方法；否则进入步骤11；所述其他交通信号控制方法包括人工控制交通信号。

有益效果：本发明提供的方法适用于具备中间安全岛的行人二次过街交叉口，根据兼顾车辆与行人过街需求，尤其考虑行人安全岛与路侧过街需求及安全性，基于行人二次过街相位通过动态调整信号相位适用不同交通需求，提高行人二次过街效率与安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的相位相序示意图；

图2为本发明动态交通信号控制逻辑图

图3为本发明实施例提供的动态交通信号控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供的方案，用于针对目标交叉口信号配时方案，提高行人二次过街安全性，提高行人二次过街效率和机动车过街效率。

本发明中的目标交叉口根据信号方案设计了动态信号控制逻辑，目标交叉口的相序设计包括如下步骤：

步骤S00：进行行人二次过街交叉口渠化设计；

具体的，根据行人二次过街交叉口高峰小时车流量，设计交叉口渠化方案。根据行人二次过街交叉口不同方向进口道直行、左转、右转的高峰小时车流量，设计交叉口进口道直行、左转、右转车道属性的车道数量，根据HCM设计手册基于高峰小时交通流量，进行车道属性设置。

步骤S01：进行行人二次过街交叉口信号相位相序设计；结果如图1所示。

具体的，根据交叉口信号相位下车辆运行与行人过街冲突关系，设计行人二次过街利用率最大相位相序信号方案。行人二次过街利用率最大相位相序信号方案设计原理是：1)行人利用非冲突左转机动车相位穿过一半人行横道到达安全岛，等待另一半人行横道非冲突左转相位完成过街；2)利用直行非冲突相位穿越整个人行横道完成过街。如图1所示，图1中相序1中左转相位为专用左转，图1中相序2左转相位为直行和左转共用相位。相序1和相序2的选择取决于交叉口左转车道渠化设计和左转交通流量大小，参考设计规范。

步骤S03：进行检测器和信号灯的布设；

具体包括如下三个方面：

车辆检测器布设：交叉口各个车道距离停车线L₁处布设车辆流量检测器；

行人检测器布设：交叉口各个人行横道靠近路侧位置布设行人流量检测器，中间安全岛两侧边缘布设检测器检测等待人数与时间；

行人信号灯布设：具备安全岛的人行横道设置两组行人信号灯，分别对应控制安全岛两侧人行横道的行人过街，每组信号灯分别位于路侧和安全岛；无安全岛的人行横道设置一组行人信号灯，两个信号灯位置分别位于路侧。

本发明提供的行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，针对上述的目标交叉路口，进行各相位i下的信号灯的控制，方法包括如下步骤：

将相位i下绿灯所对应的方向作为待处理方向，其中i＝1,...I，I为目标交叉口的相位总个数；依次执行如下步骤：

步骤1：初始化相位i绿灯亮起，实时获取待处理方向上绿灯显示的时间g_i；然后进入步骤2。

步骤2：判断待处理方向上绿灯显示时间g_i是否大于或等于最小绿灯显示时间g_imin，是则进入步骤3；否则进入步骤4；

步骤3：针对与待处理方向同向的各安全岛：判断是否至少一个安全岛上等待二次过街的行人平均等待时间大于或等于平均等待时间阈值

是则进入步骤10，否则进入步骤6；

步骤4：判断待处理方向的车辆交通流中是否存在左转交通流，是则进入步骤5；否则进入步骤6；

步骤5：分别针对与待处理方向同向的各安全岛k：判断安全岛k上等待二次过街的人数是否大于或等于该安全岛的最大承载人数阈值，是则控制安全岛k所在的人行横道上的各行人信号灯进行红灯显示，其他的信号灯显示不变，然后返回步骤2；否则直接返回步骤2；

其中，与待处理方向同向的安全岛为信号灯为绿灯的人行横道上的安全岛；

步骤6：判断待处理方向上的各进口车道是否均无机动车到达，是则进入步骤7；否则进入步骤8；

步骤7：判断待处理方向上的各人行横道是否均无行人进入，是则执行步骤10；否则进入步骤8；

步骤8：判断待处理方向上绿灯显示时间g_i与单位绿灯延长时间Δt_i之和，是否大于预设的最大绿灯显示时间，是则进入步骤10，否则进入步骤9；

步骤9：控制待处理方向上的绿灯继续显示为绿灯，显示时间为单位绿灯延长时间Δt_i；然后返回步骤5；

步骤10：控制待处理方向上的各绿灯改为显示红灯或黄灯，显示时间为预设的相位绿灯间隔时间g_iv；

然后进入步骤11；

步骤11：使用i＝mod(i/I)+1对i进行更新，返回步骤1。

参照图2，在一个实施例中，方法包括如下步骤：

步骤A：相位初始化，将A设置为0，B设置为0，启动相位i；

步骤B：判断相位i中是否有左转相位，如果是则设置B为1并执行步骤C，如果否则执行步骤D；

步骤C：判断相位i中行人到达二次过街中间安全岛k并且等待二次过街人数

是否大于等于最大安全承载人数N_ks，其中1≤k_i≤K_i。如果是则设置A为1并执行步骤D，如果否，则直接执行步骤D；

N_ks＝S_k/D_s

其中，S_k为各安全岛k的行人可以站立利用的面积；D_s为预设的单个行人占用的安全面积，取值0.25m²。

步骤D：判断相位i已运行绿灯时间g_i是否大于等于最小绿灯时间g_imin，如果是则执行步骤E，如果否则执行步骤F；

获取最小绿灯显示时间g_imin；

其中，L₁为目标交叉口进口车道的机动车流量检测器与对应停车线之间距离，取值为40m；L_q为排队情况下机动车平均车头间距，取值6.5m；S_i为相位i下的各进口车道的平均饱和流率，单位为pcu/s；

为相位i下的人行横道的最长距离，单位为m；v_p为行人平均过街速度，取值1.5m/s。

步骤E：判断相位i到达二次过街中间安全岛行人平均等待时间是否大于等于最

大平均等待时间阈值，如果是则执行步骤P，如果否则执行步骤L；

其中，Kⁱ为相位i下的安全岛的总数量；

为相位i下的第k个安全岛上等待二次过街的人数；

为相位i下的人行横道中行人j到达安全岛时相位i所对应的绿灯已经运行的时间；t_wmax为预设的安全岛最大平均等待时间阈值，取值45秒。

步骤H：判断B是否等于0，如果否则执行步骤I，如果是则执行步骤L；

步骤I：判断A是否等于0，如果是则执行步骤J，如果否则执行步骤K；

步骤J：相位i车辆信号灯继续显示绿灯，相位i行人过街信号灯继续显示绿灯；

步骤K：相位i中安全岛k上的行人信号灯由绿灯切换为红灯，其他车辆和信号灯继续保持显示绿灯；

步骤L：判断相位i各条进口车道是否还有机动车到达，如果是则执行步骤N，如果否则执行步骤M；

步骤M：判断相位i各人行横道是否还有行人到达，如果是则执行步骤N，如果否则执行步骤P；

步骤N：判断相位i当前已经运行的绿灯时间g_i与单位绿灯延长时间△tⁱ之和，是否大于最大绿灯时间g_imax，如是则执行步骤P，如果否则执行步骤O；

其中，

为相位i下各车辆从设置在车道线附近的流量检测器到停车线的平均时间；

为相位i下各人行横道上行人过街需要最短时间；L₁为相位i下的进口车道的机动车流量检测器与停车线之间的距离，取值为40m；

为相位i下的行人穿过各人行横道的最大距离；

为相位i下的各车辆通过机动车流量检测器与停车线之间的路程的平均车速；

为相位i下的行人过街最大速度，取值2m/s。

步骤O：将相位i的绿灯时间延长△tⁱ秒，进入执行步骤(D5)；

步骤P：运行相位i的绿灯间隔时间g_iv，g_iv建议取值为4秒，其中3秒黄灯时间，1秒红灯时间，

步骤Q：判断是否达到结束条件，结束条件为到达规定时间切换其他控制模式或启动人工手动控制，达到结束时间进入步骤S，否则进入执行步骤R；即：判断循环时间或循环次数是否达到预设的时间阈值，是则终止循环，切换至其他交通信号控制方法；否则进入执行步骤R；

步骤R：使i＝mod(i/I)+1，进入步骤(D1)；

步骤S：结束交叉口感应信号控制。

本发明提供的行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，通过对车辆和行人流量实时检测，动态调整交叉口信号配时方案，提高行人二次过街安全、效率与机动车过街效率。本发明针对交叉口信号渠化方案、相位冲突关系，进行行人二次过街交叉口信号方案设计优化，根据信号方案设计动态信号控制逻辑，实现行人二次过街信号交叉口动态信号控制。本发明适用于行人二次过街信号交叉口动态控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，其特征在于，基于目标交叉口的各目标方向的信号灯的控制，进而实现对目标交叉口的各个关联信号灯的控制；

将相位i下绿灯所对应的方向作为待处理方向，依次执行如下步骤：

步骤1：实时获取待处理方向上绿灯显示的时间g_i；其中i＝1,...I，I为目标交叉口的相位总个数；然后进入步骤2；

步骤2：判断待处理方向上绿灯显示时间g_i是否大于或等于最小绿灯显示时间g_imin，是则进入步骤3；否则进入步骤4；

步骤3：针对与待处理方向同向的各安全岛：判断是否至少一个安全岛上等待二次过街的行人平均等待时间大于或等于平均等待时间阈值

是则进入步骤10，否则进入步骤6；

步骤4：判断待处理方向的车辆交通流中是否存在左转交通流，是则进入步骤5；否则进入步骤6；

步骤5：分别针对与待处理方向同向的各安全岛k：判断安全岛k上等待二次过街的人数是否大于或等于该安全岛的最大承载人数阈值，是则控制安全岛k所在的人行横道上的各行人信号灯进行红灯显示，其他的信号灯显示不变，然后返回步骤2；否则直接返回步骤2；

其中，与待处理方向同向的安全岛为信号灯为绿灯的人行横道上的安全岛；

步骤6：判断待处理方向上的各进口车道是否均无机动车到达，是则进入步骤7；否则进入步骤8；

步骤7：判断待处理方向上的各人行横道是否均无行人进入，是则执行步骤10；否则进入步骤8；

步骤8：判断待处理方向上绿灯显示时间g_i与单位绿灯延长时间Δt_i之和，是否大于预设的最大绿灯显示时间，是则进入步骤10，否则进入步骤9；

步骤9：控制待处理方向上的绿灯继续显示为绿灯，显示时间为单位绿灯延长时间Δt_i；然后返回步骤5；

步骤10：控制待处理方向上的各绿灯改为显示红灯或黄灯，显示时间为预设的相位绿灯间隔时间g_iv；

然后进入步骤11；

步骤11：使用i＝mod(i/I)+1对i进行更新，返回步骤1。

2.根据权利要求1所述的行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，其特征在于，在步骤2中，根据如下公式：

获取最小绿灯显示时间g_imin；

其中，L₁为目标交叉口进口车道的机动车流量检测器与对应停车线之间距离；L_q为排队情况下机动车平均车头间距；S_i为相位i下的各进口车道的平均饱和流率；

为相位i下的人行横道的最长距离；v_p为行人平均过街速度。

3.根据权利要求1所述的行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，其特征在于，在步骤3中，根据如下公式：

获取平均等待时间阈值

其中，Kⁱ为相位i下的安全岛的总数量；

为相位i下的第k个安全岛上等待二次过街的人数；

为相位i下的人行横道中行人j到达安全岛时相位i所对应的绿灯已经运行的时间。

4.根据权利要求1所述的行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，其特征在于，在步骤5中，根据如下公式：

N_ks＝S_k/D_s

获取安全岛k的最大承载人数阈值N_ks；

其中，S_k为各安全岛k的行人可以站立利用的面积；D_s为预设的单个行人占用的安全面积。

5.根据权利要求1所述的行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，其特征在于，在步骤8中，根据如下公式：

获取单位绿灯延长时间Δt_i；

其中，

为相位i下各车辆从设置在车道线附近的流量检测器到停车线的平均时间；

为相位i下各人行横道上行人过街需要最短时间；L₁为相位i下的进口车道的机动车流量检测器与停车线之间的距离；

为相位i下的行人穿过各人行横道的最大距离；

为相位i下的各车辆通过机动车流量检测器与停车线之间的路程的平均车速；

为相位i下的行人过街最大速度。

6.根据权利要求1所述的行人二次过街交叉口动态交通信号控制方法，其特征在于，还包括步骤A，在步骤10执行完之后进入步骤A：

步骤A：判断循环时间是否达到预设的时间阈值，是则终止循环，切换至其他交通信号控制方法；否则进入步骤11；所述其他交通信号控制方法包括人工控制交通信号。

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