CN114613163B - 一种可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，该包括：获取各个车道与各个交叉口的交通参数；根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度；根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间；以车均延误最小确定各个进口道可变导向车道的通行方向；根据可变导向车道的通行方向，重新计算各个相位的流量比和总流量比，最后确定交叉口最佳信号周期时长和各个相位的有效绿灯时长。本发明考虑了可变导向车道和交叉口信号控制之间的动态交互关系，提出的双层模型实现了车道空间资源和信号控制时间资源的协调优化，能够有效提升路网整体运行效率。

Description

一种可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法

技术领域

本发明涉及交通信号控制技术领域，尤其涉及一种可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法。

背景技术

可变导向车道是指可以根据不同转向交通流量的大小改变指示方向的车道。可变导向车道地面标识为内侧有多条短对角线，在路段上游会有相应的指示牌，通常，交叉口入口车道内的第二条车道是可变导向车道。当左转车辆的交通流量明显多于直行方向交通流量，此时第二条车道为直行方向则切换为左转方向，反之亦然。可变导向车道是提高整个交叉口的运行效率，降低车均延误的有效方法。周期时长和有效绿灯时长是交叉口信号配时的重要参数之一，是决定信号控制效益的关键控制参数，是信号配时设计的主要对象，适当的周期时长对交叉口处交通流的疏散和减少车辆的延误具有重要的意义。

随着我国经济的高速发展以及城镇机动车保有量不断增加，交通拥堵也从大城市向中小城市蔓延。许多中小城市在快速城市化进程中，出现了城市规划与城市发展不匹配现象，同时由于城市布局和用地性质的不同，交叉口进口道各通行方向的交通流量分布不均匀，直行与左转方向交通流量有较大的差异(例如左转车辆排队长度较长，直行方向车道流量较小或已经全部通过交叉口)。由于信号配时方案不够合理，与实际交通运行状况不匹配，甚至部分相位产生绿灯空放现象，阻碍了交叉口通行效率的提升。

对于交叉口来说，信号控制方案可以实现对时间资源进行动态划分，但往往受到固定的空间资源划分的束缚，当交通流量发生改变时，可能出现交通需求与车道功能设置不匹配的情况，造成交叉口车道利用的不均衡。在非高峰时段，这种不均衡对交通网络影响较小；而在高峰时段，它往往会造成不必要的交通拥堵。在这种情况下，仅对信号控制方案进行优化，改善作用很有限。因此，如何提高道路时空资源利用率是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法，用以实现提高道路时空资源利用率的目的。

本发明提供一种可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法，包括：

获取各个车道与各个交叉口的交通参数；

根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度；

根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间；

基于最小的平均车辆延误时间，根据所述交通参数，确定各个进口道可变导向车道的通行方向，确定最佳信号周期时长以及各个相位的有效绿灯时长。

进一步地，所述交通参数包括交叉口周期时长、各相位的绿灯时长、红灯时长、饱和流量以及饱和度；所述根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度包括：

根据所述交叉口周期时长、所述对应的各个相位、所述绿灯时长，确定各个交叉口的当前时刻的信号配时方案；

统计各个车道在各个通行方向的交通流量和行驶速度；

根据所述交叉口周期时长、所述交通流量、所述红灯时长、所述饱和流量以及所述饱和度，确定各个车道的均匀排队长度和过饱和排队长度；

根据所述均匀排队长度和所述过饱和排队长度，确定各个车道的所述实时排队长度。

进一步地，所述交通参数包括各个交叉口的进口道对应的多个车道的红灯时间和车道饱和度，所述均匀排队长度通过如下公式表示：

其中，N_u表示所述均匀排队长度，q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的到达率，r_eijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的红灯时间，Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力，x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；

其中，根据统计的所述交通流量确定所述车辆的到达率q_ijk和所述红灯时间r_eijk。

进一步地，所述过饱和排队长度通过如下公式表示：

其中，N_o表示所述过饱和排队长度；Q_ijk.表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力；T.表示分析时段，取所述交叉口的周期时长，根据所述信号配时方案而确定；x_iik表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；x₀表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的初始饱和度，通过如下公式表示：

其中，S_iik表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的饱和流量；g_eijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的有效绿灯时间。

进一步地，所述实时排队长度通过如下公式表示：

其中，N_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的实时排队长度，N_u表示所述均匀排队长度，N_o表示所述过饱和排队长度，q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的到达率，根据统计的所述交通流量而确定；v_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的所述行驶速度；J表示车辆长度。

进一步地，所述根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间包括：

根据所述饱和流量、现状信号周期时长、损失时间和各个相位的流量比，确定各个通行方向的车道的通行能力；

根据所述通行能力、可变导向车道数和各通行方向的交通流量，确定车道饱和度；

针对不同的饱和度，基于所述实时排队长度，确定对应的所述平均车辆延误时间。

进一步地，所述车道的通行能力包括左转车道的通行能力、直右车道的通行能力和可变导向车道的通行能力，其中：

所述左转车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-i表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的通行能力，S_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的饱和流量，C_i表示第i个交叉口周期时长，通过所述信号配时方案而确定，L_i表示第i个交叉口的损失时间，y_n表示第n个相位的流量比，Y_i表示第i个交叉口总流量比；

所述直右车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的通行能力，S_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的饱和流量，y_n+1表示第n+1个相位的流量比；

所述可变导向车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的通行能力，S_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的饱和流量，d_ij表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道数。

进一步地，所述车道饱和度包括左转车道的饱和度、直右车道的饱和度和可变导向车道的饱和度，其中：

所述左转车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的饱和度，q_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道车辆的到达率，Q_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的通行能力，d_ij表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道数；

所述直右车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道的饱和度，q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的到达率，Q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道的车辆的通行能力；

所述可变导向车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道的饱和度，q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的到达率，Q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道的车辆的通行能力。

进一步地，所述平均车辆延误时间通过如下公式表示：

其中，D_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道车辆的平均车辆延误时间，N_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的实时排队长度，Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力，v_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的所述行驶速度，J表示车辆长度；

其中，根据x_ijk≤x₀≤1、x₀≤x_ijk≤1、x_ijk>x₀>1的不同情况，所述实时排队长度N_ijk的表达式不同，x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；x₀表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的初始饱和度。

进一步地，所述根据所述交通参数，分配各个相位的有效绿灯时长，确定最佳信号配时方案包括：

根据左转车道的流量比、直右车道的流量比和可变导向车道的流量比，确定总流量比；

根据左转车道的损失时长、直右车道的损失时长和可变导向车道的损失时长，确定总损失时长；

根据所述总流量比、所述总损失时长，确定最佳周期时长；

根据所述最佳周期时长和所述总损失时长之差、不同车道流量与所述总流量比的占比，分配各个相位的所述有效绿灯时长，确定所述最佳信号配时方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，对各种交通参数进行有效获取，确定各个交叉口的运行情况；然后，结合实际交通流数据，计算各个车道的实时排队长度，充分考虑各个车道的交通运行状态；进而，根据实时排队长度求出进口道车均延误，建立以车均延误最小为优化目标的可变导向车道模型；最后，根据可变导向车道的设置方案，对交通流量进行重新分配，各个相位的流量比进一步发生变化，根据变化后的流量比，计算交叉口的最佳周期时长和各相位有效绿灯时长。综上，本发明考虑了可变导向车道和交叉口信号控制之间的动态交互关系，提出的双层模型实现了车道空间资源和信号控制时间资源的协调优化，能够有效提升路网整体运行效率。

附图说明

图1为本发明提供的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制系统一实施例的场景示意图；

图2为本发明提供的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法一实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的图2中步骤S2的交叉口可变导向车道一实施例的布设示意图；

图4为本发明提供的当前时刻的信号配时方案的信号控制一实施例的相序相位示意图；

图5为本发明提供的各个车道各个通行方向的交通流量和车辆的行驶速度一实施例的参数示意图；

图6为本发明提供的图2中步骤S3一实施例的流程示意图；

图7为本发明提供的图2中步骤S4一实施例的流程示意图；

图8为本发明提供的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法，应用于车道与交叉口信号配时过程中，基于可变导向车道，对信号控制方案进行优化，将车道通行方向动态化与信号控制相结合，研究两者之间的交互关系，建立可变导向车道与信号控制交互关系的双层模型，为进一步提高道路时空资源利用率提供了新思路。以下分别进行详细说明：

图1为本发明提供的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制系统一实施例的场景示意图，该系统可以包括服务器100，服务器100中集成有车道与交叉口信号配时交互关系的控制装置，如图1中的服务器。

本发明实施例中服务器100主要用于：

获取各个车道与各个交叉口的交通参数；

根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度；

根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间；

基于最小的平均车辆延误时间，根据所述交通参数，分配各个相位的有效绿灯时长，确定最佳信号配时方案。

本发明实施例中，该服务器100可以是独立的服务器，也可以是服务器组成的服务器网络或服务器集群，例如，本发明实施例中所描述的服务器100，其包括但不限于计算机、网络主机、单个网络服务器、多个网络服务器集或多个服务器构成的云服务器。其中，云服务器由基于云计算(Cloud Computing)的大量计算机或网络服务器构成。

可以理解的是，本发明实施例中所使用的终端200可以是既包括接收和发射硬件的设备，即具有能够在双向通信链路上，执行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种设备可以包括：蜂窝或其他通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备。具体的终端200可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(Personal Digital Assistant，PDA)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备、嵌入式设备等，本实施例不限定终端200的类型。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的应用环境，仅仅是与本发明方案一种应用场景，并不构成对本发明方案应用场景的限定，其他的应用环境还可以包括比图1中所示更多或更少的终端，例如图1中仅示出2个终端，可以理解的，该订单分配系统还可以包括一个或多个其他终端，具体此处不作限定。

另外，如图1所示，该车道与交叉口信号配时交互关系的控制系统还可以包括存储器200，用于存储数据，如交通参数、实时排队长度、最佳信号配时方案等。

需要说明的是，图1所示的车道与交叉口信号配时交互关系的控制系统的场景示意图仅仅是一个示例，本发明实施例描述的车道与交叉口信号配时交互关系的控制系统以及场景是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着车道与交叉口信号配时交互关系的控制系统的演变和新业务场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本发明实施例提供了一种可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，结合图2来看，图2为本发明提供的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法一实施例的流程示意图，包括步骤S1至步骤S4，其中：

在步骤S1中，获取各个车道与各个交叉口的交通参数；其中，交通参数通过对交叉口进行实地调查，包括调查各个进口道不同通行方向的全天的交通流量、行驶速度、各个车道的通行能力、交叉口的交通特征参数以及现状交通信号配时方案，确定交叉口的信号相位、周期时长、绿信比等交通参数；

在步骤S2中，根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度；其中，在均匀排队长度和过饱和排队长度的基础上，结合实际交通流数据，计算各个车道的实时排队长度；

在步骤S3中，根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间；其中，根据实时排队长度求出进口道车均延误，以车均延误最小计算交叉口可变导向车道设置方案，确定具体哪些车道在哪个时段切换通行方向；

在步骤S4中，基于最小的平均车辆延误时间，根据所述交通参数，确定各个进口道可变导向车道的通行方向，确定最佳信号周期时长以及各个相位的有效绿灯时长；其中，根据可变导向车道的设置方案，对交通流量进行重新分配，各个相位的流量比将进一步发生变化，根据变化后的流量比，计算交叉口的最佳周期时长和各相位有效绿灯时长。

在本发明实施例中，首先，对各种交通参数进行有效获取，确定各个交叉口的运行情况；然后，结合实际交通流数据，计算各个车道的实时排队长度，充分考虑各个车道的交通运行状态；进而，根据实时排队长度求出进口道车均延误，建立以车均延误最小为优化目标的可变导向车道模型；最后，根据可变导向车道的设置方案，对交通流量进行重新分配，各个相位的流量比进一步发生变化，根据变化后的流量比，计算交叉口的最佳周期时长和各相位有效绿灯时长。

需要说明的是，本发明考虑了可变导向车道和交叉口信号控制之间的动态交互关系，通过调查各个进口道不同通行方向的全天的交通流量、行驶速度、各个车道的通行能力、交叉口的交通特征参数以及现状交通信号配时方案，经过理论分析和数学建模，建立双层优化模型，上层是以车均延误最小为优化目标的可变导向车道模型，下层是结合上层可变导向车道设置的交叉口信号配时模型。

作为优选的实施例，结合图3、图4、图5来看，图3为本发明提供的图2中步骤S2的交叉口可变导向车道一实施例的布设示意图；图4为本发明提供的当前时刻的信号配时方案的信号控制一实施例的相序相位示意图；图5为本发明提供的各个车道各个通行方向的交通流量和车辆的行驶速度一实施例的参数示意图，步骤S2包括步骤S21至步骤S24，所述交通参数包括交叉口周期时长、各相位的绿灯时长、红灯时长、饱和流量以及饱和度，其中：

在步骤S21中，根据所述交叉口周期时长、所述对应的各个相位、所述绿灯时长，确定各个交叉口的当前时刻的信号配时方案；其中，此处的交通参数包括第i个交叉口周期时长C_i，n个相位，各相位绿灯时长T_n；

在步骤S22中，统计各个车道在各个通行方向的交通流量和行驶速度；其中，此处的交通参数包括第i个交叉口第j个进口第k个车道车辆的到达率q_iik和通行能力Q_ijk和行驶速度V_ijk；

在步骤S23中，根据所述交通参数，确定各个车道的均匀排队长度和过饱和排队长度；其中，此处的交通参数包括均匀排队长度N_u和第i个交叉口第j个进口第k个车道的红灯时间r_iik和第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度x_iik；

在步骤S24中，根据所述均匀排队长度和所述过饱和排队长度，确定各个车道的所述实时排队长度。

在本发明实施例中，首先获取交叉口现状信号配时方案，进而统计各个车道各个通行方向的交通流量和车辆的行驶速度，再计算各个车道的均匀排队长度、过饱和排队长度，最后计算各个车道的实时排队长度。

作为优选的实施例，所述交通参数包括各个交叉口的进口道对应的多个车道的红灯时间和交通饱和度，所述均匀排队长度通过如下公式表示：

其中，N_u表示所述均匀排队长度，q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的到达率，r_eijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的红灯时间，Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力，x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；

其中，根据统计的所述交通流量确定所述车辆的到达率q_ijk和所述红灯时间r_eijk。

在本发明实施例中，对不同情况下的均匀排队长度进行有效求解。

所述过饱和排队长度通过如下公式表示：

其中，N_o表示所述过饱和排队长度；Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力；T表示分析时段(在这里取周期时长)，根据所述信号配时方案而确定；x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；x₀表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的初始饱和度，通过如下公式表示：

其中，S_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的饱和流量；g_eijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的有效绿灯时间。

在本发明实施例中，对不同情况下的过饱和排队长度进行有效求解。

作为优选的实施例，所述实时排队长度通过如下公式表示：

其中，N_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的实时排队长度，N_u表示所述均匀排队长度，N_o表示所述过饱和排队长度，q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的到达率，根据统计的所述交通流量而确定；v_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的所述行驶速度；J表示车辆长度。

在本发明实施例中，根据过饱和排队长度、均匀排队长度、到达率、行驶速度和车辆长度，有效求出实时排队长度。

作为优选的实施例，结合图6来看，图6为本发明提供的图2中步骤S3一实施例的流程示意图，步骤S3包括步骤S31至步骤S33，其中：

在步骤S31中，根据所述饱和流量、现状信号周期时长、损失时间和各个相位的流量比，确定各个通行方向的车道的通行能力；

在步骤S32中，根据所述通行能力、可变导向车道数和各通行方向的交通流量，确定车道饱和度；

在步骤S33中，针对不同的饱和度，基于所述实时排队长度，确定对应的所述平均车辆延误时间。

在本发明实施例中，结合通行能力、可变导向车道数和各通行方向的交通流量，确定不同的饱和度情况，从而有效求解平均车辆延误时间。

作为优选的实施例，所述车道的通行能力包括左转车道的通行能力、直右车道的通行能力和可变导向车道的通行能力，其中：

所述左转车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的通行能力，S_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的饱和流量，C_i表示第i个交叉口周期时长，通过所述信号配时方案而确定，L_i表示第i个交叉口的损失时间，y_n表示第n个相位的流量比，Y_i表示第i个交叉口总流量比；

所述直右车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的通行能力，S_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的饱和流量，y_n+1表示第n+1个相位的流量比；

所述可变导向车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的通行能力，S_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的饱和流量，d_ij表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道数。

在本发明实施例中，针对不同的车道，计算各个通行方向车道的通行能力。

作为优选的实施例，所述车道饱和度包括左转车道的饱和度、直右车道的饱和度和可变导向车道的饱和度，其中：

所述左转车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的饱和度，q_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道车辆的到达率，Q_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的通行能力，d_ij表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道数；

所述直右车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道的饱和度，q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的到达率，Q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道的车辆的通行能力；

所述可变导向车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道的饱和度，q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的到达率，Q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道的车辆的通行能力。

在本发明实施例中，针对不同的车道，计算各个通行方向车道的饱和度。

作为优选的实施例，所述平均车辆延误时间通过如下公式表示：

其中，D_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道车辆的平均车辆延误时间，N_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的实时排队长度，Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力，v_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的所述行驶速度，J表示车辆长度；

其中，根据x_ijk≤x₀≤1、x₀≤x_ijk≤1、x_ijk>x₀>1的不同情况，所述实时排队长度N_ijk的表达式不同，x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；x₀表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的初始饱和度。

在本发明实施例中，针对不同的车道，计算在不同饱和度下的车均延误。

在本发明一个具体的实施例中，不同饱和度下的车均延误表示如下：

(1)当x_ijk≤x₀≤1

(2)当x₀≤x_ijk≤1

(3)当x_ijk＞x₀＞1

作为优选的实施例，结合图7来看，图7为本发明提供的图2中步骤S4一实施例的流程示意图，步骤S4包括步骤S41至步骤S43，其中：

在步骤S41中，根据左转车道的流量比、直右车道的流量比和可变导向车道的流量比，确定总流量比；

在步骤S42中，根据左转车道的损失时长、直右车道的损失时长和可变导向车道的损失时长，确定总损失时长；

在步骤S43中，根据所述总流量比、所述总损失时长，确定最佳周期时长；

在步骤S44中，根据所述最佳周期时长和所述总损失时长之差、不同车道流量与所述总流量比的占比，分配各个相位的所述有效绿灯时长，确定所述最佳信号配时方案。

在本发明实施例中，根据交通流量数据、饱和流量以及可变导向车道数计算各个相位的流量比，最后计算总流量比；根据损失时间和总流量比计算最佳周期时长；在计算的周期时长的基础上，根据流量比分配各个相位的有效绿灯时长。

在本发明一个具体的实施例中，计算最佳信号配时方案流程如下：

第一步，计算总流量比；

这里的参数包括：第i个交叉口第j个进口左转车道的流量比y_ij-l和第i个交叉口第j个进口直右车道的流量比y_ij-sr和第i个交叉口第j个进口可变导向车道的流量比y_ij-v；

第二步，计算最佳周期时长；

这里的参数包括：第n个相位的损失时间l_n通行能力Q_ijk和第n个相位第k个车道的流量比y_nk；

第三步，计算各个相位的有效绿灯时长；

这里的参数包括：第i个交叉口第j个进口第n个相位的绿灯时长g_ijn；

本发明实施例还提供了一种的可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制装置，结合图8来看，图8为本发明提供的可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制装置一实施例的结构示意图，包括：

获取单元801：用于获取各个车道与各个交叉口的交通参数；

处理单元802：用于根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度；用于根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间；

信号配时单元803：用于基于最小的平均车辆延误时间，根据所述交通参数，分配各个相位的有效绿灯时长，确定最佳信号配时方案。

可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制装置的各个单元的更具体实现方式可以参见对于本发明的可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法的描述，且具有与之相似的有益效果，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上所述的可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法。

一般来说，用于实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。

计算机可读存储介质例如可以是——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。计算机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、便携式计算机磁盘、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、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，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，特别是可以使用适于神经网络计算的Python语言和基于TensorFlow、PyTorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现如上所述的可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法。

根据本发明上述实施例提供的计算机可读存储介质和计算设备，可以参照根据本发明实现如上所述的可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法具体描述的内容实现，并具有与如上所述的可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法类似的有益效果，在此不再赘述。

本发明公开了一种可变导向车道与交叉口信号配时交互关系的控制方法，首先，对各种交通参数进行有效获取，确定各个交叉口的运行情况；然后，结合实际交通流数据，计算各个车道的实时排队长度，充分考虑各个车道的交通运行状态；进而，根据实时排队长度求出进口道车均延误，建立以车均延误最小为优化目标的可变导向车道模型寻；最后，根据可变导向车道的设置方案，交通流量进行重新分配，各个相位的流量比进一步发生变化，根据变化后的流量比，计算交叉口的最佳周期时长和各相位有效绿灯时长。

本发明技术方案，考虑了可变导向车道和交叉口信号控制之间的动态交互关系，提出的双层模型实现了车道空间资源和信号控制时间资源的协调优化，能够有效提升路网整体运行效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，其特征在于，包括：

获取各个车道与各个交叉口的交通参数；

根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度；

根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间；

基于最小的平均车辆延误时间，根据所述交通参数，确定各个进口道可变导向车道的通行方向，确定最佳信号周期时长以及各个相位的有效绿灯时长；

所述交通参数包括交叉口周期时长、各相位的绿灯时长、红灯时长、饱和流量以及饱和度；所述根据所述交通参数，确定各个车道在各个交叉口的进口道的实时排队长度包括：

根据所述交叉口周期时长、对应的各个相位、所述绿灯时长，确定各个交叉口的当前时刻的信号配时方案；

统计各个车道在各个通行方向的交通流量和行驶速度；

根据所述交叉口周期时长、所述交通流量、所述红灯时长、所述饱和流量以及所述饱和度，确定各个车道的均匀排队长度和过饱和排队长度；

根据所述均匀排队长度和所述过饱和排队长度，确定各个车道的所述实时排队长度；

所述实时排队长度通过如下公式表示：

其中，N_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的实时排队长度，N_u表示所述均匀排队长度，N_o表示所述过饱和排队长度，q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的到达率，根据统计的所述交通流量而确定；v_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的所述行驶速度；J表示车辆长度；

所述根据所述实时排队长度，确定各个进口道的平均车辆延误时间包括：

根据所述饱和流量、现状信号周期时长、损失时间和各个相位的流量比，确定各个通行方向的车道的通行能力；

根据所述通行能力、可变导向车道数和各通行方向的交通流量，确定车道饱和度；

针对不同的饱和度，基于所述实时排队长度，确定对应的所述平均车辆延误时间；

所述平均车辆延误时间通过如下公式表示：

其中，D_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道车辆的平均车辆延误时间，N_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的实时排队长度，Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力，v_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的所述行驶速度，J表示车辆长度；

其中，根据x_ijk≤x₀≤1、x₀≤x_ijk≤1、x_ijk>x₀>1的不同情况，所述实时排队长度N_ijk的表达式不同，x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；x₀表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的初始饱和度。

2.根据权利要求1所述的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，其特征在于，所述交通参数包括各个交叉口的进口道对应的多个车道的红灯时间和车道饱和度，所述均匀排队长度通过如下公式表示：

其中，N_u表示所述均匀排队长度，q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的到达率，r_eijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的红灯时间，Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力，x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；

其中，根据统计的所述交通流量确定所述车辆的到达率q_ijk和所述红灯时间r_eijk。

3.根据权利要求1所述的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，其特征在于，所述过饱和排队长度通过如下公式表示：

其中，N_o表示所述过饱和排队长度；Q_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的通行能力；T_.表示分析时段，取所述交叉口的周期时长，根据所述信号配时方案而确定；x_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的饱和度；x₀表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的初始饱和度，通过如下公式表示：

其中，S_ijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的车辆的饱和流量；g_eijk表示第i个交叉口第j个进口第k个车道的有效绿灯时间。

4.根据权利要求1所述的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，所述车道的通行能力包括左转车道的通行能力、直右车道的通行能力和可变导向车道的通行能力，其中：

所述左转车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-i表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的通行能力，S_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的饱和流量，C_i表示第i个交叉口周期时长，通过所述信号配时方案而确定，L_i表示第i个交叉口的损失时间，y_n表示第n个相位的流量比，Y_i表示第i个交叉口总流量比；

所述直右车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的通行能力，S_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的饱和流量，y_n+1表示第n+1个相位的流量比；

所述可变导向车道的通行能力通过如下公式表示：

其中，Q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的通行能力，S_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的饱和流量，d_ij表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道数。

5.根据权利要求1所述的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，所述车道饱和度包括左转车道的饱和度、直右车道的饱和度和可变导向车道的饱和度，其中：

所述左转车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的饱和度，q_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道车辆的到达率，Q_ij-l表示第i个交叉口第j个进口左转车道的车辆的通行能力，d_ij表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道数；

所述直右车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道的饱和度，q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道车辆的到达率，Q_ij-sr表示第i个交叉口第j个进口直右车道的车辆的通行能力；

所述可变导向车道的饱和度通过如下公式表示：

其中，x_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道的饱和度，q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道车辆的到达率，Q_ij-v表示第i个交叉口第j个进口可变导向车道的车辆的通行能力。

6.根据权利要求1所述的可变导向车道与交叉口信号控制交互关系的控制方法，所述根据所述交通参数，分配各个相位的有效绿灯时长，确定最佳信号配时方案包括：

根据左转车道的流量比、直右车道的流量比和可变导向车道的流量比，确定总流量比；

根据左转车道的损失时长、直右车道的损失时长和可变导向车道的损失时长，确定总损失时长；

根据所述总流量比、所述总损失时长，确定最佳周期时长；

根据所述最佳周期时长和所述总损失时长之差、不同车道流量与所述总流量比的占比，分配各个相位的所述有效绿灯时长，确定所述最佳信号配时方案。