CN114708739B - 网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法 - Google Patents

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CN114708739B CN202210386233.4A CN202210386233A CN114708739B CN 114708739 B CN114708739 B CN 114708739B CN 202210386233 A CN202210386233 A CN 202210386233A CN 114708739 B CN114708739 B CN 114708739B
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Abstract

本发明公开了网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法，适用于进口道数量大于2的信号交叉口，且道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆。所述方法根据当前周期内的信号配时、车道数以及直、左、右三个方向的车辆数等条件的不同，根据多层循环进口道的管控方法，采用相应算法计算每层车辆等待区域长度。本发明提出多层循环进口道动态管控方法有助于提高信号交叉口的通行能力，降低车辆总体延误，为网联环境下信号交叉口进口道的交通组织优化提供方法支撑。

Description

网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法
技术领域
本发明属于智能交通管控领域，具体是网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法。
背景技术
信号交叉口是城市交通系统的重要组成部分，信号交叉口的通行状况是整个交通系统运行效率的关键。由于交叉口处存在大量的交通冲突和交互扰动的原因，从而导致交叉口处成为了制约道路通行能力的瓶颈。为了提高交叉口的通行能力，现有技术通常通过交通信号灯来控制不同相位的信号配时，以期望减少交叉口车辆之间的冲突，提高交叉口处的通行效率。但是由于进口道的数量划分是固定的，不随交通流和信号周期的变化而变化，这便有可能导致在某个信号周期内，某一方向的交通流量很大但进口道数量很少，另一方向的交通流量很小但进口道数量很多的情况，造成了道路资源的浪费，不能最大程度的发挥交叉口的通行能力。
随着5G和车路协同技术的发展，车辆正不断网联化和自动化，未来道路上行驶的车辆将全部是网联自动驾驶车辆。网联自动驾驶车辆不但可以车辆之间进行相互通信，而且可以与道路上的智能交通设备进行互联以获取道路实时信息。
在网联环境下信号交叉口进口道的分配方法便成为了一个问题，是继续采用传统交通环境下的静态分配，或者是否可以利用网联环境信息互联的优越性来实现信号交叉口进口道的动态管控。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的不足之处，提供网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法，以期望根据当前周期内的信号配时、车道数以及直、左、右三个方向的车辆数等条件的不同，利用多层循环进口道的管控方法，采用相应算法计算每层车辆等待区域长度，减小车辆的排队长度，降低车辆总体延误，从而提高交叉口的整体通行能力。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法的特点在于，所述信号交叉口包含信号灯，令信号灯周期的相位顺序依次为左转相位、直行相位、右转相位；所述网联环境为道路上所有车辆均是网联自动驾驶车辆；所述道路上的车道数量为n，其中n≥2，且最靠边的一条车道为专用通道，其他n-1条车道均为进口道；所述多层循环进口道是指任意第i个信号灯周期Ti内的信号交叉口的上游路段按照左转进口道车辆等待区域、直行进口道车辆等待区域、右转进口道车辆等待区域的顺序依次排列；
所述动态管控方法包括以下步骤：
步骤0获取信号交叉口一条左转进口道饱和流量，记为Gz；获取信号交叉口一条直行进口道饱和流量，记为Gs；获取信号交叉口一条右转进口道饱和流量，记为Gr；
步骤1获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的左转绿灯时间、直行绿灯时间、右转绿灯时间，分别记为
Figure BDA0003593826540000021
步骤2计算第i个信号灯周期Ti左转绿灯时间内通过信号交叉口的最大左转车辆数
Figure BDA0003593826540000022
计算第i个信号灯周期Ti直行绿灯时间内通过信号交叉口的最大直行车辆数/>
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计算第i个信号灯周期Ti右转绿灯时间内通过信号交叉口的最大右转车辆数/>
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步骤3获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的上游路段中预期左转、预期直行、预期右转的车辆数量，分别记为
Figure BDA0003593826540000025
获取第i-1个信号灯周期Ti-1内剩余左转车辆数、剩余直行车辆数、剩余右转车辆数，分别记为/>
Figure BDA0003593826540000026
步骤4计算第i个信号灯周期Ti内左转车辆流量
Figure BDA0003593826540000027
直行车辆流量
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右转车辆流量/>
Figure BDA0003593826540000029
步骤5依次计算第i个信号灯周期Ti内左转、直行、右转进口道的车辆等待区域长度；
步骤5.1若
Figure BDA00035938265400000210
则利用式(1)计算第i个信号灯周期Ti内左转进口道的车辆等待区域长度/>
Figure BDA00035938265400000211
并令第i个信号灯周期Ti内剩余左转车辆数/>
Figure BDA00035938265400000212
Figure BDA00035938265400000213
式(1)中，l表示车辆长度，w表示车辆停车时的安全距离，
Figure BDA00035938265400000214
表示向上取整函数；
若
Figure BDA00035938265400000215
则分别利用式(2)和式(3)计算第i个信号灯周期Ti内左转进口道的车辆等待区域长度/>
Figure BDA00035938265400000216
和剩余左转车辆数/>
Figure BDA00035938265400000217
Figure BDA0003593826540000031
Figure BDA0003593826540000032
步骤5.2若
Figure BDA0003593826540000033
则利用式(4)计算第i个信号灯周期Ti内直行进口道的车辆等待区域长度/>
Figure BDA0003593826540000034
并令信号灯周期Ti内剩余直行车辆数/>
Figure BDA0003593826540000035
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若
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则利用式(5)和式(6)计算第i个信号灯周期Ti内直行进口道的车辆等待区域长度/>
Figure BDA0003593826540000038
和剩余直行车辆数/>
Figure BDA0003593826540000039
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步骤5.3若
Figure BDA00035938265400000312
则利用式(7)计算第i个信号灯周期Ti内右转进口道的车辆等待区域长度/>
Figure BDA00035938265400000313
并令信号灯周期Ti内剩余右转车辆数/>
Figure BDA00035938265400000314
Figure BDA00035938265400000315
若
Figure BDA00035938265400000316
则利用式(8)和式(9)计算第i个信号灯周期Ti内左转进口道的车辆等待区域长度/>
Figure BDA00035938265400000317
和剩余右转车辆数/>
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步骤6在第i个信号灯周期Ti内对满足第i个信号灯周期Ti内的左转进口道车辆等待区域长度
Figure BDA00035938265400000321
直行进口道车辆等待区域长度/>
Figure BDA00035938265400000322
右转进口道车辆等待区域长度/>
Figure BDA00035938265400000323
的车辆进行放行，剩余左转车辆/>
Figure BDA00035938265400000324
剩余直行车辆/>
Figure BDA00035938265400000325
剩余右转车辆/>
Figure BDA00035938265400000326
则等待下一信号灯周期Ti+1内判断是否放行。
与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：
1、本发明在网联环境下，利用车路协同技术，提供了网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法，利用多层循环进口道的管控方法，采用相应算法计算每层车辆等待区域长度，可以最大程度利用道路资源，减小了车辆的排队长度，降低了车辆总体延误，提高了交叉口的整体通行能力。
2、本发明采用多层循环进口道动态管控方法，第i个信号灯周期Ti内从交叉口向上游路段依次为左转进口道车辆等待区域、直行进口道车辆等待区域、右转进口道车辆等待区域，该信号灯周期Ti内右转进口道车辆等待区域后依次为下一信号灯周期Ti+1内的左转进口道车辆等待区域、直行进口道车辆等待区域、右转进口道车辆等待区域，依次循环排列，避免了静态进口道不能根据交通流和信号周期的变化而变化从而造成道路资源浪费的问题。
3、本发明利用网联自动驾驶车辆信息实时共享的优越性，获取实时的车辆信息和信号配时信息，根据相应的判别条件采用相应的算法计算左转、直行、右转进口道的车辆等待区域长度，提高了计算的精确性。
附图说明
图1为本发明的场景布置示意图；
图2为本发明的车辆等待区域长度计算流程图；
图3为本发明的总体流程图。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法，该信号交叉口包含交通信号灯，令信号灯周期的相位顺序依次为左转相位、直行相位、右转相位；网联环境为道路上所有车辆均为网联自动驾驶车辆；道路上的车道数量为n，其中n≥2，且最靠边的一条车道为专用通道，其他n-1条车道均为进口道；多层循环进口道是指任意第i个信号灯周期Ti内从信号交叉口向上游路段依次为左转进口道车辆等待区域、直行进口道车辆等待区域、右转进口道车辆等待区域，任意第i个信号灯周期Ti内右转进口道车辆等待区域后依次为下一信号灯周期Ti+1内的左转进口道车辆等待区域、直行进口道车辆等待区域、右转进口道车辆等待区域，依次循环排列；
如图2所示，网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法是按照以下步骤进行的：
步骤0获取信号交叉口一条左转进口道饱和流量，记为Gz；获取信号交叉口一条直行进口道饱和流量，记为Gs；获取信号交叉口一条右转进口道饱和流量，记为Gr；
步骤1通过道路上安装的智能交通设施获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的左转绿灯时间、直行绿灯时间、右转绿灯时间，分别记为
Figure BDA0003593826540000051
步骤2计算第i个信号灯周期Ti左转绿灯时间内理论上通过信号交叉口的最大左转车辆数
Figure BDA0003593826540000052
计算第i个信号灯周期Ti直行绿灯时间内理论上通过信号交叉口的最大直行车辆数/>
Figure BDA0003593826540000053
计算第i个信号灯周期Ti右转绿灯时间内理论上通过信号交叉口的最大右转车辆数/>
Figure BDA0003593826540000054
步骤3利用车路协同技术和无线通讯手段获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的上游路段中预期左转、预期直行、预期右转的车辆数量，分别记为
Figure BDA0003593826540000055
获取第i-1个信号灯周期Ti-1内剩余左转车辆数、剩余直行车辆数、剩余右转车辆数，分别记为/>
Figure BDA0003593826540000056
Figure BDA0003593826540000057
步骤4计算第i个信号灯周期Ti内实际左转车辆流量
Figure BDA0003593826540000058
实际直行车辆流量/>
Figure BDA0003593826540000059
实际右转车辆流量/>
Figure BDA00035938265400000510
步骤5如图3所示，本发明以绿灯时间内进口道车辆等待区域的车辆可以完全通过信号交叉口为目标，以第i个信号灯周期Ti内交叉口上游路段中预期左转、预期直行、预期右转的车辆数量和第i-1个信号灯周期Ti-1内剩余左转车辆数、剩余直行车辆数、剩余右转车辆数为依据，依次计算第i个信号灯周期Ti内左转、直行、右转进口道的车辆等待区域长度；
步骤5.1若
Figure BDA00035938265400000511
则利用式(1)计算第i个信号灯周期Ti内左转进口道的车辆等待区域长度/>
Figure BDA00035938265400000512
并令第i个信号灯周期Ti内剩余左转车辆数/>
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Figure BDA00035938265400000514
式(1)中，l表示车辆长度，w表示车辆停车时的安全距离，
Figure BDA00035938265400000515
表示向上取整函数；
若
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则分别利用式(2)和式(3)计算第i个信号灯周期Ti内左转进口道的车辆等待区域长度/>
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和剩余左转车辆数/>
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步骤5.2若
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则利用式(4)计算第i个信号灯周期Ti内直行进口道的车辆等待区域长度/>
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并令信号灯周期Ti内剩余直行车辆数/>
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步骤6在第i个信号灯周期Ti内对满足第i个信号灯周期Ti内的左转进口道车辆等待区域长度
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剩余右转车辆/>
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等待下一信号灯周期Ti+1内判断是否放行；
步骤7将i+1赋值给i，返回步骤1顺序执行，求解第i+1个信号灯周期Ti+1内的左转进口道的车辆等待区域长度
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直行进口道的车辆等待区域长度/>
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Claims (1)

1.一种网联环境下信号交叉口多层循环进口道动态管控方法，其特征在于，所述信号交叉口包含信号灯，令信号灯周期的相位顺序依次为左转相位、直行相位、右转相位；所述网联环境为道路上所有车辆均是网联自动驾驶车辆；所述道路上的车道数量为n，其中n≥2，且最靠边的一条车道为专用通道，其他n-1条车道均为进口道；所述多层循环进口道是指任意第i个信号灯周期Ti内的信号交叉口的上游路段按照左转进口道车辆等待区域、直行进口道车辆等待区域、右转进口道车辆等待区域的顺序依次排列；
所述动态管控方法包括以下步骤：
步骤0获取信号交叉口一条左转进口道饱和流量，记为Gz；获取信号交叉口一条直行进口道饱和流量，记为Gs；获取信号交叉口一条右转进口道饱和流量，记为Gr；
步骤1获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的左转绿灯时间、直行绿灯时间、右转绿灯时间，分别记为Ti z、Ti s、Ti r；
步骤2计算第i个信号灯周期Ti左转绿灯时间内通过信号交叉口的最大左转车辆数
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计算第i个信号灯周期Ti直行绿灯时间内通过信号交叉口的最大直行车辆数/>
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计算第i个信号灯周期Ti右转绿灯时间内通过信号交叉口的最大右转车辆数/>
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步骤3获取第i个信号灯周期Ti内信号交叉口的上游路段中预期左转、预期直行、预期右转的车辆数量，分别记为
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获取第i-1个信号灯周期Ti-1内剩余左转车辆数、剩余直行车辆数、剩余右转车辆数，分别记为/>
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步骤4计算第i个信号灯周期Ti内左转车辆流量
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步骤5依次计算第i个信号灯周期Ti内左转、直行、右转进口道的车辆等待区域长度；
步骤5.1若
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则利用式(1)计算第i个信号灯周期Ti内左转进口道的车辆等待区域长度/>
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式(1)中，l表示车辆长度，w表示车辆停车时的安全距离，
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表示向上取整函数；
若
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则分别利用式(2)和式(3)计算第i个信号灯周期Ti内左转进口道的车辆等待区域长度/>
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直行进口道车辆等待区域长度/>
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右转进口道车辆等待区域长度/>
Figure FDA00040560014600000227
的车辆进行放行，剩余左转车辆/>
Figure FDA0004056001460000031
剩余直行车辆/>
Figure FDA0004056001460000032
剩余右转车辆/>
Figure FDA0004056001460000033
则等待下一信号灯周期Ti+1内判断是否放行；
步骤7将i+1赋值给i，返回步骤1顺序执行，求解第i+1个信号灯周期Ti+1内的左转进口道的车辆等待区域长度
Figure FDA0004056001460000034
直行进口道的车辆等待区域长度/>
Figure FDA0004056001460000035
右转进口道的车辆等待区域长度/>
Figure FDA0004056001460000036
/>
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