CN114613155A - 一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，包括以下步骤：S1，实时估计相位级排队长度；S2，读取路口的信号基准方案；S3，计算并运行过渡方案；S4，根据过渡方案获取排队强度，进行信号时间补偿效果评估。作为一种过渡方案计算和调度机制，能够均衡各相位交通需求，实现路口信号的自适应补偿，使特种车辆优先对社会车辆通行的干扰降到最低。

Description

一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法

技术领域

本发明涉及城市交通控制技术领域，尤其是一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法。

背景技术

在当前繁忙拥堵的现实交通环境状况下，特种车辆的信号优先演变成了一个复杂的系统优化问题。传统保障模式虽然确保了特种车辆的优先通行，但长时间的路口信号管制导致原本就紧张的路权资源完全向特种车辆倾斜，其他交通参与者的路权被剥夺，在严峻的交通环境下，路权不平衡分配带来的影响时间和覆盖面会增长加大，特种车辆通过后，路口还需要通过多周期控灯或警力干预来恢复正常通行。

传统特勤控制模式无法在特种车辆经过后主动疏散其他方向排队车辆，不支持信号补偿策略的自动计算，信号过渡方案和常规方案不会自发切换。因此，探索出一种有效的时间补偿机制和技术手段，以缓解特勤任务对正常交通秩序造成的干扰，成为亟待解决的现实需求。

研究设计一种基于实时排队数据的事后信号时间补偿方法，在特勤任务有效执行基础上，降低对其他方向车辆通行的干扰，让各方向交通需求快速恢复到均衡状态，保障路口整体通行效率最高。

在中国专利文献上公开的“为特种车辆提供优先信号的控制系统和方法”，其公开号为CN102622901B，本发明涉及一种为特种车辆提供优先信号的控制系统和方法，即特种车辆经过路口时，系统能将特种车辆行驶方向上的信号灯自动置成绿灯。通过将特种车辆位置的经纬度坐标信息和路口中心位置的经纬度坐标信息对比，确定特种车辆将是否经过该路口，而后自动将该路口的信号灯置成绿灯；当特种车辆经过路口后，能自动将信号灯恢复到正常交通状态，将特种车辆对正常交通的影响降至最低。但是并未提出社会车辆信号时间补偿的具体算法。

发明内容

本发明解决了传统特勤控制模式无法在特种车辆经过后主动疏散其他方向排队车辆，不支持信号补偿策略的自动计算，信号过渡方案和常规方案不会自发切换的问题，提出一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，作为一种过渡方案计算和调度机制，均衡各相位交通需求，实现路口信号的自适应补偿，使特种车辆优先对社会车辆通行的干扰降到最低。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，包括以下步骤：

S1，实时估计相位级排队长度；

S2，读取路口的信号基准方案；

S3，计算并运行过渡方案；

S4，根据过渡方案获取排队强度，进行信号时间补偿效果评估。本发明中的步骤S1，对于路口的每个流向，分别用检测设备获取检测排队长度，用网联车辆实时信息计算网联排队长度，两者中取较大值作为该流向的排队长度，每个相位包含的所有流向排队长度中最大值为相位排队长度。随后进行路口的信号基准方案的读取，计算并运行过渡方案后，进行信号时间补偿效果的评估；本发明在特种车辆驶出路口后自动进行信号时间补偿，且相位时间的分配基于实时排队长度，能够均衡各相位交通需求，在保障特种车辆安全无障碍通过的基础上，把对路口社会车辆的通行干扰降到最低，有利于维护交通秩序。

作为优选，所述步骤S1包括以下步骤：

S11，确定流向f的检测排队长度L_fa；

S12，寻找队尾最后一辆速度小于排队速度阈值的网联车辆，其位置到停车线的距离记为流向f的网联排队长度L_fc，L_fc具体为：

L_fc＝max{d_i|v_i≤v_th，i＝1，...，N}

其中，v_th为车辆进入排队状态的速度阈值；v_i和d_i分别为第i辆网联车辆的速度和它到停车线的距离；

S13，取L_fa和L_fc中较大的作为流向f的排队长度L_f：

L_f＝max{L_fa，L_fc}；

S14，相位排队长度L_j为相位j包含流向的排队长度L_f中的最大值，具体为：

L_j＝max{L_f}。本发明中，流向具体为路口某进口方向的左转、直行或者右转行驶方向，网联车辆是指装有车载GPS设备或者其他可以实时提供车辆位置和速度等信息的移动设备的车辆。

作为优选，所述信号基准方案包括相位数量、相位名称、相位和流向的对应关系和相序。本发明中，路口原本的相序和相位时间等基础配时参数是后续进行信号时间补偿的参考标准。

作为优选，所述步骤S3具体为特种车辆经过路口后，立刻结束优先相位，开始运行一套过渡方案，给予其他未放行方向足够的绿灯时间清除驻留期间的排队车辆，因此根据排队车辆数分配非优先相位和优先相位的时间。本发明中，过渡方案是在特种车辆驶出路口后，为快速消散其他未放行方向排队车辆而运行的信号方案，过渡方案能够平衡路口的交通需求。

作为优选，所述还步骤S3包括以下步骤：

S31，基于相位最大排队长度计算非优先相位绿灯时间，

t_g，j＝max{min[t_h·max(L_j/d₀)，t_g，j，max]，t_g，j，min}

其中，t_h为配置的车头时距，默认为3秒/辆，L_j为非优先相位排队长度，d₀为配置的车头间距，默认为6米/辆，t_g，j为相位j的绿灯时间，t_g，j，max和t_g，j，min分别为相位j的最大绿灯时间和最小绿灯时间；

S32，计算非优先相位时间t_j：

t_j＝t_g，j+t_y，j+t_r，j

其中，t_y，j和t_r，j分别为相位j的黄灯时间和全红时间；

S33，优先相位在第一个过渡周期运行其最小绿灯时间，此后的周期，绿灯时间和相位时间计算方式与非优先相位相同。本发明中，优先相位是指特种车辆按照预设线路经过路口时，其行驶方向对应的相位，为了完成特种车辆优先，路口信号驻留在优先相位；非优先相位是指路口信号方案中除优先相位外的其他所有相位。

作为优选，所述步骤S4包括以下步骤：

S41，重复步骤S1得到相位排队长度L_j，计算相位排队强度I_j：

I_j＝L_j/L_link

其中，I_j为相位j的排队强度，L_link为相位j最大排队流向f所在进口路段的总长度；

S42，判断信号时间补偿效果是否达标，若所有非优先相位的排队强度I_j都满足I_j＜I_th，I_th为配置的排队强度阈值，默认为0.3，则认为路口已恢复到正常运行状态，不需要再进行非优先相位信号时间补偿，进入下一步骤，否则进入步骤S3继续运行一个周期过渡方案；

S43，路口信号恢复运行常规方案。本发明中，过渡方案每运行一个周期，都获取每个非优先相位的最大排队长度并转化为排队强度，进行信号时间补偿效果评估，用于决策是否在下一周期恢复运行常规信号方案。

作为优选，所述检测排队长度L_fa具体为布设在路段上具有视频分析能力的车辆检测设备获取每个流向的所有车道中，排在队列最远端的车辆到停车线的距离。本发明中，通过车辆检测设备获取检测排队长度，准确性高。

本发明的有益效果是：

1、本发明在特种车辆驶出路口后自动进行信号时间补偿，且相位时间的分配基于实时排队长度，能够均衡各相位交通需求，在保障特种车辆安全无障碍通过的基础上，把对路口社会车辆的通行干扰降到最低；

2、本发明采用的信号时间补偿方式是按周期运行过渡方案，且在每个周期末会进行基于相位排队强度的补偿效果评估并决策是否继续补偿，实现整个过渡方案运行过程的自动化，相比其他依赖人工判断和控制的事后信号恢复方式更具有优越性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，参考图1，主要包含有以下多个步骤，步骤S1，实时估计相位级排队长度；具体的，包括以下四个步骤，步骤S11，根据检测设备，得到流向f的检测排队长度L_fa，其中，流向是指路口某进口方向的左转、直行或者右转行驶方向；检测排队长度L_fa指的是布设在路段上具有视频分析能力的车辆检测设备获取每个流向的所有车道中，排在队列最远端的车辆到停车线的距离；通过车辆检测设备获取检测排队长度，准确性高。

步骤S12，寻找队尾最后一辆速度小于排队速度阈值的网联车辆，该网联车辆的位置离停车线的距离为流向f的网联排队长度L_fc，L_fc的计算式如下：

L_fc＝max{d_i|v_i≤v_th，i＝1，...，N}

式中，v_th代表车辆进入排队状态的速度阈值；v_i代表第i辆网联车辆的速度；d_i代表第i辆网联车辆到停车线的距离；在本实施例中，网联车辆是指装有车载GPS设备或者其他可以实时提供车辆位置和速度等信息的移动设备的车辆。

步骤S13，比较检测排队长度L_fa和网联排队长度L_fc，取两者中最大的作为该流向f的排队长度，

L_f＝max{L_fa，L_fc}

式中，L_f代表的是流向f的排队长度。

步骤S14，计算相位排队长度，该长度具体为某个相位包含的所有流向的排队长度的最大值，参考下式：

L_j＝max{L_f}

式中，L_j代表的是相位j的相位排队长度。

随后进行步骤S2，路口的信号基准方案的读取；路口原本的相序和相位时间等基础配时参数是后续进行信号时间补偿的参考标准。信号基准方案具体包含有相位数量、相位名称、相位和流向的对应关系和相序。方案中的配时参数包括信号周期时间、各相位最小绿灯时间、最大绿灯时间、相位时间、绿灯时间、黄灯时间和全红时间。

步骤S3，对于过渡方案的计算以及运行；具体的，当特种车辆通过路口之后，应马上结束优先相位，并运行过渡方案，主要是给其他的未放行方向充足的绿灯时间，用来清除驻留期间的排队车辆，故依据排队车辆来进行分配优先相位以及非优先相位的时间。过渡方案是在特种车辆通过路口后，为快速消散其他未放行方向排队车辆而运行的信号方案，过渡方案能够平衡路口的交通需求。具体过程如下，步骤S31，求出非优先相位绿灯时间，具体的，根据相位最大排队长度来计算，

t_g，j＝max{min[t_h·max(L_j/d₀)，t_g，j，max]，t_g，j，min}

式中，t_h代表的是配置的车头时距，在本实施例中t_h是3秒/辆，L_j代表的是非优先相位排队长度，d₀代表的是配置的车头间距，此处d₀是6米/辆，t_g，j代表的是相位j的绿灯时间，t_g，j，max和t_g，j，min分别代表的是相位j的最大绿灯时间和最小绿灯时间。优先相位是特种车辆按照预设线路经过路口时，其行驶方向对应的相位，为了完成特种车辆优先，路口信号驻留在优先相位。非优先相位是路口信号方案中除优先相位外的其他所有相位。

步骤S32，求出非优先相位时间，具体为：

t_j＝t_g，j+t_y，j+t_r，j

上式中，t_j代表的是非优先相位时间，t_y，j代表的是相位j的黄灯时间，t_r，j代表的是相位j的全红时间。

步骤S33，首先，优先相位是在第一个过渡方案周期运行最小的绿灯时间，此外的周期中，绿灯时间以及相位时间计算的方式和非优先相位一样。

最后进行步骤S4，按照过渡方案求出排队强度，并评估信号时间补偿效果；本步骤具体分为以下多个步骤，步骤S41，根据相位排队长度求出相位排队强度，其中相位排队长度为步骤S1出求出，有如下公式：

I_j＝L_j/L_link

上式中，I_j代表的是相位j的排队强度，L_link代表的是相位j最大排队流向f所在进口路段的总长度，L_j代表的是相位j排队长度。本实施例中，排队强度是路段排队长度的相对量，路段总长度越短，排队长度越长，相应的排队强度越大。

步骤S42，对信号时间补偿效果进行达标与否的判断，当所有非优先相位的排队强度I_j均有I_j＜I_th，其中，I_th代表的是配置的排队强度阈值，在本实施例中为0.3，那么就判断路口已经恢复为正常的运行状态，不再需要补偿非优先相位信号时间，并进入步骤S43，如果所有非优先相位的排队强度I_j不满足上述条件，那么会返回至步骤S3运行下一个周期的过渡方案；信号时间补偿效果为补偿后各相位的排队强度水平。

步骤S43，路口信号恢复运行常规方案；具体的，常规信号方案是路口日常运行的信号方案，如单点控制等。

在本发明中，对于路口的每个流向，分别用检测设备获取检测排队长度，用网联车辆实时信息计算网联排队长度，两者中取较大值作为该流向的排队长度，每个相位包含的所有流向排队长度中最大值为相位排队长度。

上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，实时估计相位级排队长度；

S2，读取路口的信号基准方案；

S3，计算并运行过渡方案；

S4，根据过渡方案获取排队强度，进行信号时间补偿效果评估。

2.根据权利要求1所述的一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S11，确定流向f的检测排队长度L_fa；

S12，寻找队尾最后一辆速度小于排队速度阈值的网联车辆，其位置到停车线的距离记为流向f的网联排队长度L_fc，L_fc具体为：

L_fc＝max{d_i|v_i≤v_th，i＝1，...，N}

其中，v_th为车辆进入排队状态的速度阈值；v_i和d_i分别为第i辆网联车辆的速度和它到停车线的距离；

S13，取L_fa和L_fc中较大的作为流向f的排队长度L_f：

L_f＝max{L_fa，L_fc}；

S14，相位排队长度L_j为相位j包含流向的排队长度L_f中的最大值，具体为：

L_j＝max{L_f}。

3.根据权利要求1所述的一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，其特征在于，所述信号基准方案包括相位数量、相位名称、相位和流向的对应关系和相序。

4.根据权利要求1或2所述的一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，其特征在于，所述步骤S3具体为特种车辆经过路口后，立刻结束优先相位，开始运行一套过渡方案，给予其他未放行方向足够的绿灯时间清除驻留期间的排队车辆，因此根据排队车辆数分配非优先相位和优先相位的时间。

5.根据权利要求1或2所述的一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，其特征在于，所述步骤S3还包括以下步骤：

S31，基于相位最大排队长度计算非优先相位绿灯时间，

t_g，j＝max{min[t_h·max(L_j/d₀)，t_g，j，max]，t_g，j，min}

其中，t_h为配置的车头时距，默认为3秒/辆，L_j为非优先相位排队长度，d₀为配置的车头间距，默认为6米/辆，t_g，j为相位j的绿灯时间，t_g，j，max和t_g，j，min分别为相位j的最大绿灯时间和最小绿灯时间；

S32，计算非优先相位时间t_j：

t_j＝t_g，j+t_y，j+t_r，j

其中，t_y，j和t_r，j分别为相位j的黄灯时间和全红时间；

S33，优先相位在第一个过渡周期运行其最小绿灯时间，此后的周期，绿灯时间和相位时间计算方式与非优先相位相同。

6.根据权利要求1所述的一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S41，重复步骤S1得到相位排队长度L_j，计算相位排队强度I_j：

I_j＝L_j/L_link

其中，I_j为相位j的排队强度，L_link为相位j最大排队流向f所在进口路段的总长度；

S42，判断信号时间补偿效果是否达标，若所有非优先相位的排队强度I_j都满足I_j＜I_th，I_th为配置的排队强度阈值，默认为0.3，则认为路口已恢复到正常运行状态，不需要再讲行非优先相位信号时间补偿，进入下一步骤，否则进入步骤S3继续运行一个周期过渡方案；

S43，路口信号恢复运行常规方案。

7.根据权利要求2所述的一种特种车辆优先的事后信号时间补偿方法，其特征在于，所述检测排队长度L_fa具体为布设在路段上具有视频分析能力的车辆检测设备获取每个流向的所有车道中，排在队列最远端的车辆到停车线的距离。

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