CN115394096B - 道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法及应用 - Google Patents

道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法及应用，适用于道路交叉口为信号交叉口，且信号交叉口与上游基本路段通过平曲线段相衔接，在平曲线段起点处设置预信号灯，其步骤包括：1、确定平曲线段的限速值；2、确定限速牌的位置；3、判断当前信号周期T内平曲线段起点处设置的预信号灯是否需要开启；4、计算预信号灯红灯和绿灯开始的时刻。本发明根据车辆进入平曲线段时的行车视距和停车视距确定车辆进入平曲线段时的限速值，保证了车辆过弯时的安全性；通过在平曲线段起点处设置预信号灯来控制车辆在下游信号交叉口处的排队长度，避免了车辆没有足够的停车视距造成的追尾事故，提高了交通流运行的安全性。

Description

道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法及应用
技术领域
本发明属于交通管理控制领域，具体的说是一种道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法。
背景技术
车前的视野和视距对车辆在公路上安全和有效运行极为重要。车的速度和行车方向选择取决于驾驶者是否看清前方道路及周围环境，并有足够远的视距，以便准确控制方向，避开障碍物，保证行车安全。在平曲线路段，受到护栏、路侧树木等物体的遮掩，驾驶员的速度过快，就容易因为停车视距不足而造成车辆的追尾事故。因此需要根据平曲线的半径来控制车辆的入弯速度。
当道路交叉口上游具有平曲线段时，由于车辆在平曲线段视距不良，可能无法及时观察到下游信号交叉口的交通状况，当下游交叉口车辆排队过长时，后续的车辆从驶出后没有足够的停车视距造成的追尾事故，从而降低道路的交通安全性和通行效率。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出了一种道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法及应用，以期能确定车辆进入平曲线段的限速值，以保证车辆过弯时的完全性；同时能控制车辆在下游信号交叉口处的排队长度，以避免交叉口处车辆排队过长而导致的追尾事故，从而能提高交通的通行效率。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法，所述道路交叉口为信号交叉口，所述信号交叉口的进口道与上游基本路段通过平曲线段相衔接；所述平曲线段与上游基本路段的衔接点为平曲线段的起点，平曲线段与所述信号交叉口的进口道的衔接点为平曲线段的终点；所述预信号灯设置在平曲线段的起点处；其特点在于，所述预信号灯控制方法包括以下步骤：
步骤1确定车辆进入平曲线段的限速值；
步骤1.1利用式(1)计算所有车辆在平曲线段的行车视距Sd1：
Figure BDA0003824058610000011
式(1)中，Rc为车辆在平曲线段行驶的曲线半径，并通过式(2)计算得到；R2为平曲线段的硬路肩内侧半径，并通过式(3)计算得到；
Figure BDA0003824058610000021
式(2)中，R1为平曲线段的半径；b1为平曲线段上中央分隔带的宽度；b2为平曲线段外侧路缘带的宽度；b3为平曲线段上单条车道的宽度；n为平曲线段上的单向车道数；
Figure BDA0003824058610000022
/>
式(3)中，b4为平曲线段上硬路肩的宽度；
步骤1.2利用式(4)计算所有车辆在平曲线段的停车视距Ss1；
Figure BDA0003824058610000023
式(4)中，v0为车辆进入平曲线段前在上游基本路段上的自由流速度；t为驾驶员的反应时间；i为平曲线段的道路横坡度；μ为道路路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；S0为车辆最小安全距离；
步骤1.3利用式(5)计算平曲线段在行车视距Sd1下的道路长度l1；
Figure BDA0003824058610000024
步骤1.4若l1≥Ss1，则令vlimit＝v0，其中，vlimit为车辆进入平曲线段的限速值；
若l1＜Ss1，则令
Figure BDA0003824058610000025
步骤2若vlimit＝v0，则表示不需要在上游基本路段上设置限速牌；
若vlimit＜v0，则利用式(6)计算距离l2，从而在平曲线段的上游处，并与平曲线段的起点处之间距离为l2的位置设置限速牌；
Figure BDA0003824058610000026
式(6)中，a1为车辆的舒适减速度；
步骤3利用式(7)计算所有车辆在限速值vlimit下的停车视距Ss2；
Figure BDA0003824058610000031
利用式(8)计算车辆在平曲线段的最大速度vmax，从而利用式(9)计算车辆在平曲线段的最大速度vmax下的停车视距Ss3；
vmax＝vlimit+Δv (8)
Figure BDA0003824058610000032
式(8)中，Δv表示车辆在平曲线段上速度的波动范围；
步骤4判断在当前信号周期T内是否需要开启平曲线段起点处的预信号灯；
步骤4.1利用式(10)计算车辆在平曲线段的停车视距差ΔSs；
ΔSs＝Ss3-Ss2 (10)
步骤4.2获取所述信号交叉口在上游基本路段的交通流量Q以及所述信号交叉口在当前信号周期T内的红灯时长RT；
步骤4.3利用式(11)计算所述信号交叉口在当前信号周期T内的最大排队长度
Figure BDA0003824058610000033
/>
Figure BDA0003824058610000034
式(11)中，lc为车辆长度，w为车辆停车排队时与前车的安全间距；
步骤4.4若
Figure BDA0003824058610000035
则在当前信号周期T内不开启所述预信号灯，并执行步骤6；若/>
Figure BDA0003824058610000036
则在当前信号周期T内开启所述预信号灯，并执行步骤5；
步骤5计算当前信号灯周期T内所述预信号灯中红灯和绿灯的开启时刻；
步骤5.1若l3≥ΔSs，则执行步骤5.2、步骤5.3和步骤6；
若l3＜ΔSs，则执行步骤5.4、步骤5.5和步骤6；
步骤5.2利用式(12)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口的红灯开启时刻之间的时间差tR，从而使所述预信号灯在所述信号交叉口的红灯开启时间tR后亮红灯，以提醒后续到达的车辆在所述预信号灯前排队等待；
Figure BDA0003824058610000041
步骤5.3利用式(13)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG1，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG1开启；
Figure BDA0003824058610000042
式(13)中，S为平曲线段的长度；a2为车辆的舒适加速度；
步骤5.4在当前信号周期T内，令所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口的红灯开启时刻一致；
步骤5.5利用式(14)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG2，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG2开启；
Figure BDA0003824058610000043
步骤6令T+1赋值给T后，返回执行步骤4.2顺序执行。
本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述预信号灯动态控制方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述预信号灯动态控制方法的步骤。
与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：
1、本发明根据车辆进入平曲线段时的行车视距和停车视距确定车辆进入平曲线时的限速值，保证了车辆过弯时的完全性；并利用舒适减速度计算车辆的减速距离将其作为限速牌的设置位置，从而保证了车辆在入弯时减速时的舒适性和安全性。
2、本发明时在平曲线段起点处设置预信号灯，并动态根据信号交叉口至平曲线段终点的距离l3、信号交叉口当前信号周期T内最大排队长度
Figure BDA0003824058610000044
和车辆在平曲线段的停车视距差ΔSs之间的关系判断是否需要开启在平曲线段起点处设置的预信号灯；从而避免了交叉口处车辆排队过长，导致后来的车辆从平曲线驶出后没有足够的停车视距造成的追尾事故。
3、本发明在需要开启预信号灯的情况下，根据信号交叉口至平曲线段终点的距离l3和车辆在平曲线段的停车视距差ΔSs之间的关系，分类型计算预信号灯的红灯和绿灯的开启时刻，在保证交通安全性的情况下提高了交通通行效率。
附图说明
图1为本发明的总体流程图；
图2为本发明的场景示意图；
图3为发明的平曲线段示意图。
具体实施方式
如图2所示，本实施例的场景为交叉口为信号交叉口，信号交叉口的进口道与上游基本路段通过平曲线段相衔接；平曲线段与上游基本路段衔接点为平曲线段的起点，平曲线段与信号交叉口的进口道衔接点为平曲线段的终点；预信号灯设置在平曲线段起点处；
如图1所示，一种道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法是按照以下步骤进行的：
步骤1如图3所示，根据车辆在平曲线段的行车视距Sd1和停车视距Ss1的关系来确定车辆进入平曲线段的限速值；
步骤1.1利用式(1)计算所有车辆在平曲线段的行车视距Sd1：
Figure BDA0003824058610000051
式(1)中，Rc为车辆在平曲线段行驶的曲线半径，并通过式(2)计算得到；R2为平曲线段的硬路肩内侧半径，并通过式(3)计算得到；
Figure BDA0003824058610000052
式(2)中，R1为平曲线段的半径；b1为平曲线段上中央分隔带的宽度；b2为平曲线段外侧路缘带的宽度；b3为平曲线段上单条车道的宽度；n为平曲线段上的单向车道数；
Figure BDA0003824058610000053
式(3)中，b4为平曲线段上硬路肩的宽度；
步骤1.2利用式(4)计算所有车辆在平曲线段的停车视距Ss1；
Figure BDA0003824058610000061
式(4)中，v0为车辆进入平曲线段前在上游基本路段上的自由流速度；t为驾驶员的反应时间；i为平曲线段的道路横坡度；μ为道路路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；S0为车辆最小安全距离；
步骤1.3利用式(5)计算平曲线段在行车视距Sd1下的道路长度l1；
Figure BDA0003824058610000062
步骤1.4若l1≥Ss1，则令vlimit＝v0，其中，vlimit为车辆进入平曲线段的限速值；
若l1＜Ss1，则令
Figure BDA0003824058610000063
步骤2如图2所示，根据平曲线段限速值vlimit和车辆在上游基本路段上的速度v0之间的关系对限速牌进行设置；若vlimit＝v0，则表示不需要在上游基本路段上设置限速牌；
若vlimit＜v0，则利用式(6)计算距离l2，从而在平曲线段的上游处，并与平曲线段的起点处之间距离为l2的位置设置限速牌；
Figure BDA0003824058610000064
式(6)中，a1为车辆的舒适减速度；
步骤3利用式(7)计算所有车辆在限速值vlimit下的停车视距Ss2；
Figure BDA0003824058610000065
利用式(8)计算车辆在平曲线段的最大速度vmax，从而利用式(9)计算车辆在平曲线段的最大速度vmax下的停车视距Ss3；
vmax＝vlimit+Δv (8)
Figure BDA0003824058610000071
式(8)中，Δv表示车辆在平曲线段上速度的波动范围；
步骤4如图2所示，根据信号交叉口至平曲线段终点的距离l3、信号交叉口当前信号周期T内最大排队长度
Figure BDA0003824058610000072
和车辆在平曲线段的停车视距差ΔSs之间的关系判断是否需要开启平曲线段起点处的预信号灯；
步骤4.1利用式(10)计算车辆在平曲线段的停车视距差ΔSs；
ΔSs＝Ss3-Ss2 (10)
步骤4.2获取信号交叉口在上游基本路段的交通流量Q以及信号交叉口在当前信号周期T内的红灯时长RT；
步骤4.3利用式(11)计算信号交叉口在当前信号周期T内的最大排队长度
Figure BDA0003824058610000073
Figure BDA0003824058610000074
式(11)中，lc为车辆长度，w为车辆停车排队时与前车的安全间距；
步骤4.4若
Figure BDA0003824058610000075
则在当前信号周期T内不开启预信号灯，并执行步骤6；若
Figure BDA0003824058610000076
则在当前信号周期T内开启预信号灯，并执行步骤5；
步骤5计算当前信号灯周期T内预信号灯中红灯和绿灯的开启时刻；
步骤5.1若l3≥ΔSs，则执行步骤5.2、步骤5.3和步骤6；
若l3＜ΔSs，则执行步骤5.4、步骤5.5和步骤6；
步骤5.2利用式(12)计算在当前信号周期T内预信号灯的红灯开启时刻与信号交叉口的红灯开启时刻之间的时间差tR，从而使预信号灯在信号交叉口的红灯开启时间tR后亮红灯，以提醒后续到达的车辆在预信号灯前排队等待；
Figure BDA0003824058610000077
步骤5.3利用式(13)计算在当前信号周期T内预信号灯的绿灯开启时刻与信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG1，并使预信号灯的绿灯相比信号交叉口绿灯提前时间tG1开启；
Figure BDA0003824058610000081
式(13)中，S为平曲线段的长度；a2为车辆的舒适加速度；
步骤5.4在当前信号周期T内，令预信号灯的红灯开启时刻与信号交叉口的红灯开启时刻一致；
步骤5.5利用式(14)计算在当前信号周期T内预信号灯的绿灯开启时刻与信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG2，并使预信号灯的绿灯相比信号交叉口绿灯提前时间tG2开启；
Figure BDA0003824058610000082
步骤6令T+1赋值给T后，返回执行步骤4.2顺序执行。
本实施例中，一种电子设备，包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行上述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，是在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。

Claims (3)

1.一种道路交叉口上游平曲线段的预信号灯动态控制方法，所述道路交叉口为信号交叉口，所述信号交叉口的进口道与上游基本路段通过平曲线段相衔接；所述平曲线段与上游基本路段的衔接点为平曲线段的起点，平曲线段与所述信号交叉口的进口道的衔接点为平曲线段的终点；所述预信号灯设置在平曲线段的起点处；其特征在于，所述预信号灯控制方法包括以下步骤：
步骤1确定车辆进入平曲线段的限速值；
步骤1.1利用式(1)计算所有车辆在平曲线段的行车视距Sd1：
Figure FDA0004176355300000011
式(1)中，Rc为车辆在平曲线段行驶的曲线半径，并通过式(2)计算得到；R2为平曲线段的硬路肩内侧半径，并通过式(3)计算得到；
Figure FDA0004176355300000012
式(2)中，R1为平曲线段的半径；b1为平曲线段上中央分隔带的宽度；b2为平曲线段外侧路缘带的宽度；b3为平曲线段上单条车道的宽度；n为平曲线段上的单向车道数；
Figure FDA0004176355300000013
式(3)中，b4为平曲线段上硬路肩的宽度；
步骤1.2利用式(4)计算所有车辆在平曲线段的停车视距Ss1；
Figure FDA0004176355300000014
式(4)中，v0为车辆进入平曲线段前在上游基本路段上的自由流速度；t为驾驶员的反应时间；i为平曲线段的道路横坡度；μ为道路路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；S0为车辆最小安全距离；
步骤1.3利用式(5)计算平曲线段在行车视距Sd1下的道路长度l1；
Figure FDA0004176355300000015
步骤1.4若l1≥Ss1，则令vlimit＝v0，其中，vlimit为车辆进入平曲线段的限速值；
若l1＜Ss1，则令
Figure FDA0004176355300000021
步骤2若vlimit＝v0，则表示不需要在上游基本路段上设置限速牌；
若vlimit＜v0，则利用式(6)计算距离l2，从而在平曲线段的上游处，并与平曲线段的起点处之间距离为l2的位置设置限速牌；
Figure FDA0004176355300000022
式(6)中，a1为车辆的舒适减速度；
步骤3利用式(7)计算所有车辆在限速值vlimit下的停车视距Ss2；
Figure FDA0004176355300000023
利用式(8)计算车辆在平曲线段的最大速度vmax，从而利用式(9)计算车辆在平曲线段的最大速度vmax下的停车视距Ss3；
vmax＝vlimit+Δv (8)
Figure FDA0004176355300000024
式(8)中，Δv表示车辆在平曲线段上速度的波动范围；
步骤4判断在当前信号周期T内是否需要开启平曲线段起点处的预信号灯；
步骤4.1利用式(10)计算车辆在平曲线段的停车视距差ΔSs；
ΔSs＝Ss3-Ss2 (10)
步骤4.2获取所述信号交叉口在上游基本路段的交通流量Q以及所述信号交叉口在当前信号周期T内的红灯时长RT；
步骤4.3利用式(11)计算所述信号交叉口在当前信号周期T内的最大排队长度
Figure FDA0004176355300000025
Figure FDA0004176355300000026
式(11)中，lc为车辆长度，w为车辆停车排队时与前车的安全间距；
步骤4.4若
Figure FDA0004176355300000031
则在当前信号周期T内不开启所述预信号灯，并执行步骤6；若
Figure FDA0004176355300000032
则在当前信号周期T内开启所述预信号灯，并执行步骤5；l3表示信号交叉口至平曲线段终点的距离；
步骤5计算当前信号灯周期T内所述预信号灯中红灯和绿灯的开启时刻；
步骤5.1若l3≥ΔSs，则执行步骤5.2、步骤5.3和步骤6；
若l3＜ΔSs，则执行步骤5.4、步骤5.5和步骤6；
步骤5.2利用式(12)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口的红灯开启时刻之间的时间差tR，从而使所述预信号灯在所述信号交叉口的红灯开启时间tR后亮红灯，以提醒后续到达的车辆在所述预信号灯前排队等待；
Figure FDA0004176355300000033
步骤5.3利用式(13)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG1，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG1开启；
Figure FDA0004176355300000034
式(13)中，S为平曲线段的长度；a2为车辆的舒适加速度；
步骤5.4在当前信号周期T内，令所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口的红灯开启时刻一致；
步骤5.5利用式(14)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG2，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG2开启；
Figure FDA0004176355300000035
步骤6令T+1赋值给T后，返回执行步骤4.2顺序执行。
2.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
3.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1所述方法的步骤。
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