CN1845203B - 多相位交叉口带倒计时显示的感应控制系统 - Google Patents

Abstract

一种多相位交叉口带倒计时显示的感应控制系统，还包括开机配时装置、预测装置、决策装置和时间计算装置；并且在涉及同一种交通流的相位有多个的情况下，把所有相位分为两类：模糊控制相位和控前相位时间，同时定义了控前放行车流量、模糊控制交通流和固定控制相位；开机配时装置负责设定开机时各相位的绿灯执行时间，根据检测装置在当前周期检测到的模糊控制交通流实际车流量，由预测装置模糊预测将在下一个周期通过交叉口的车流量，并由决策装置模糊决策下一个周期的模糊控制相位绿灯放行时间，且在决策之后就一个周期不再改变，时间计算装置计算各相位红灯时间，由通讯装置及时送倒计时数显器显示。

Description

多相位交叉口带倒计时显示的感应控制系统

技术领域

本专利申请涉及一种多相位平面交叉口的交通信号感应控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、车辆检测装置、可控信号显示装置、倒计时显示屏、道路交通信号控制装置、相位顺序控制装置、相位执行时间决策装置和运行装置以及道路交通信号控制装置与倒计时显示屏之间的通讯装置，由信号控制装置遵循程序参数中的相位颗序轮番在不同相位时间启亮不同相位中包含的各个显示装置信号，使有交通冲突的交通流轮番在不同的相位时间得到路权，从时间上错开交通冲突点，沿着为各个交通流渠划的交叉口内路面上的道路安全有序地通过交叉口。并根据实际检测的交通需求自动校正相位放行时间，由倒计时显示屏公示距离信号变换所剩余的时间。可以以人为本、“寸土必争，分秒必争”，充分利用交叉口时间和空间资源，尽可能多地控制放行交通流。

背景技术

交通安全、有序是高度精神文明的标志，交通高效、快捷是高速经济发展的需求。

城市交通路网是由路段和交叉口组成，交叉口和路段相比，交叉口因承担着两倍于路段上的交通量，又担负着行驶车流转向的任务，任务远高于路段，成为限制城市交通能力的关键所在。

城市交通管理现代化对交叉口交通信号控制系统的要求，就是解决以下问题：

1)在时间上和空间上分隔交叉口不同方向的交通流，分离交通冲突点，控制交通流的运行秩序，确保交通安全；

2)使在平面交叉道路网络上的人和物的运输达到畅通、快捷、高效，其最终目的是要使城市交通获得最小的延误、最短的运行时间、最大的通行能力、最优的服务水平及最低的营运费用，并因此获得良好的经济效益、社会效益与生态环境效益；

3)为道路使用者提供必要的信息，帮助他们舒适、方便、有效地使用各种交通设施。

平面交叉口存在不同流向的交通流，也存在有不同交通流之间潜在的交通冲突点，存在发生交通冲突的危险。目前交叉口高科技的交通信号控制系统包括交叉口路面的道路渠划、信号灯信号、信号机，由信号机遵循相位顺序轮番在不同相位时间启亮不同相位中包含的各个信号灯信号，使有交通冲突的交通流轮番在不同的相位时间得到整幅路面路权，错开交通冲突点，沿着为各个交通流渠划的交叉口内路面上的道路安全有序地通过交叉口。这就是目前的整幅路权时空分离方法的基本概念。

然而，随着国民经济的飞速发展，城市市区内道路逐步拓宽，这使得在人行道放行的短短十几秒的时间内，行人通过交叉口是越来越困难了，特别是老人和孩子，几乎很难一次完成过整个交叉口的任务。有许多老人看见绿灯后，曾经颤颤巍巍地迈入人行横道，但看看奔驰而来的隆隆车流，又不得不把伸出的脚收了回来。

Virginia P.Sisiopiku，Ph.D.，的论文“Assessment of Pedestrian Crossing Options”，(Washington：TRB，D.C.January 2000，CD-ROM)和杨晓光，陈白磊，彭国雄的论文“行人交通信号设置方法研究”(中国公路学报，2001(1)：73-76)曾提出设立专门的行人相位解决行人过路的困难和安全问题，这在目前机动车交通极为繁忙甚至阻塞的情况下显然是不经济的。

01118121.4和2005200113839专利申请提出一种设计半幅路权交通控制系统方案，按半幅路面为单位放行行人，并保证在行人走的路面上绝无机动车通行，有效解决了行人过路的困难和安全问题，且不影响机动车通行效率。

01118121.4和2005200113839专利申请注意到，交叉口内交通冲突点是一个个密度比较集中的点，而交通流在交叉口路面内走过的轨迹是一条条线。而且这些线上各部分，特别是位于双向交通两侧的两部分，其繁忙时间并不总是一致的。因此，01118121.4和2005200113839专利申请提出的半幅路权控制，利用增加相位内容等高新技术，通过“化整为零”，把习惯的按整幅路权对交通冲突点进行时空分离，改进为按半幅路权对交通冲突点进行时空分离。这样就缩小了冲突点的交通流单位，也缩小了“严格禁止发生冲突”的“绿冲突”的约束范围。从而扩大交叉口路面的利用率，提高交叉口的通行能力。01118121.4和2005200113839专利申请把由此得到的这样一种按半幅路权对交通冲突点进行时空分离的交通信号控制系统简称做半幅路权系统。

2005200113839专利申请的半幅路权系统，如附图1所示，是把交叉口的各入口停车线和人行线向外移动一定距离，设置机动车与非机动车的隔离栅栏(13)，使非机动车紧贴人行线行驶；在交叉口中央设置较大的直行车禁驶区(14)，并在禁驶区内渠划左转弯车专用道路(4)，让直行车逆时针走禁驶区外环行道路(1)；使交叉口内的车道数大于进口车道数(1、4)；且视安全划分为上下两个半幅路面；适当设置半幅信号灯(8、12)；实施附图2所示的相位和相位顺序方案。

附图2中两相位之间的空格表示相位间的绿灯间隔时间，各相位中的粗黑实线表示放行机动车的绿灯信号灯组，空格表示红灯信号，而由绿灯信号向红灯信号过渡的黄灯信号则是用细直线表示，细虚线表示停止放行行人进路的绿闪信号。

附图2的相位顺序是：“相位1→相位2→相位3→相位4→相位5→相位6→相位7→相位8→”再到相位1的循环。

对照半幅路权系统实施例附图2和其对应的整幅路权系统，可以得知，半幅路权系统较其对应的整幅路权系统多增加了许多半幅绿灯信号，它们是：

相位1中的南北左转弯的下半幅绿灯信号、南北掉头绿灯信号；

相位2中的东西左转弯的上半幅绿灯信号、南北掉头绿灯信号；

相位3中的机动车流东西直行的下半幅绿灯信号、非机动车流东西直行的下半幅绿灯信号和与东西直行机动车流同向行人的下半幅绿灯信号；

相位4中的南北直行的上半幅绿灯信号、非机动车流南北直行的上半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号和与南北直行机动车流同向行人的上半幅绿灯信号；

相位5中的机动车流东西左转弯的下半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号；

相位6中的南北左转弯的上半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号；

相位7中的机动车流南北直行的下半幅绿灯信号、非机动车流东西直行的下半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号和与南北直行机动车流同向行人的下半幅绿灯信号；

相位8中的南北直行的上半幅绿灯信号、非机动车流东西直行的上半幅绿灯信号、南北掉头绿灯信号和与东西直行机动车流同向行人的上半幅绿灯信号。

显然，这些多增加放行的半幅交通流与正在放行的交通流之间绝对没有任何半幅路权冲突点，但因为这些半幅绿灯信号涉及的整幅车流确实与其它整幅放行车流间存在整幅路权绿冲突，在严禁整幅路权绿冲突的时代是绝对不可能实现的，即使采用“滞后亮、提前灭”技术也不行。

在附图2的方案中，如果绿灯间隔时间定为2秒，每相位绿灯时间小到3秒，信号周期就可以小到40秒。即使如此，行人过半幅路面的时间也有15秒，按行人速度1.0-1.2米/秒，足可以安全过路；而机动车从上半幅路权放行信号停止到下半幅路权放行后的绿灯间隔时间结束也有8秒时间，按机动车速度，足可以从停车线越过所有冲突点。

在附图2的8相位方案中，每种半幅路权车流平均拥有3/8周期的放行时间，而在对应整幅路权系统中，却平均只能拥有1/4周期的放行时间，也就是每种半幅路权车流平均放行时间增加了50％。由于一前一后分别增加的前半幅放行相位和后半幅放行相位，故每种车流实际拥有4个相位的放行时间，即拥有4/8周期，增加了1倍。

更重要的是，2005200113839专利申请的这种半幅路权系统在机动车整幅放行前的上半幅路权放行时，可以“用时间换空间”——使车流稳妥、安全地分流在较多的上半幅蓄流车道上排成多路车队形式；待下半幅路权放行时，可以“用空间换时间”——以多路车队形式集中通过路口，提高通行效率，缩短过路时间，缩短信号周期，减少车辆等待时间，从而可充分利用交叉口时间和空间资源尽可能多地控制放行交通流通行。

附图2的实施方案说明01118121.4和2005200113839专利申请的半幅路权系统技术方案确实是可以实现的。

交叉口如果实施01118121.4和2005200113839专利申请的半幅路权系统可有如下12种直接经济技术效果：

A)每周期放行与机动车同向行人的时间和过路能力提高了达4-8倍。

B)缩小机动车路口信号控制中“最小绿灯时间”。

C)交叉口内路面上为交通流渠划的上半幅路面道路数量大于等于进口处渠划的同一交通流道路数量，小于等于该交通流出口道路数量。

D)放行机动车的交叉口路面利用能力提高了一倍：

在整幅路权系统中，每相位可以同时放行的直行和左转弯机动车只有2种，而在表1中半幅路权系统每相位可以同时放行的直行和左转弯机动车却达到了4种(因为当上、下半幅交通流同时放行时上、下半幅交通流只是同一股交通流)。从而可使交叉口放行直行和左转弯机动车的路面利用能力增加到对应整幅路权系统放行机动车的路面利用能力的2倍多，大大提高了交叉口放行能力。

E)每周期放行机动车的时间提高了一倍，对直行和左转弯机动车放行能力可成倍提高。

F)半幅路权系统每个机动车流的上半幅车流在一个周期的放行时间就达到了平均只有差2个绿灯间隔时间不到1/2周期时间，上、下半幅车流合计放行时间达到平均只有差1个绿灯间隔时间不到1/2周期时间，而且这里的绿灯间隔时间还是因冲突交叉口宽度的缩小导致缩小了的绿灯间隔时间。

G)交通量未饱和时的信号周期和车辆的排队长度可缩短为1/3-1/2，平均等待时间缩短为1/9-1/4。

H)对放行非机动车的路面利用能力提高了一倍，每周期放行非机动车的时间提高了一倍。

I)可以使交叉口的右转机动车平均有1/4周期的时间完全没有交通冲突地放行。

J)可提高非机动车和行人遵守交通规则的自觉性，减少使用交通协管人员：

半幅路权系统实现了路权信号与无行车冲突的统一，使走路“既要看灯，又要看车”的非机动车和行人提高遵守交通规则的自觉性，减少使用维持交通秩序的大量交通协管人员。

K)半幅路权系统具有区域优化交通信号控制系统的良好拓扑结构。

L)影响城市路网放行能力的“瓶颈”交叉口放行能力的提高，带动整个城市路网放行能力同步提高。

如果一个城市的所有关键交叉口都实施了文[3]-[8]的半幅路权时空分离方案，就相当于投资不多就再建立了一套城市交通路网，对于解决交通堵塞问题做出极大贡献。

M)半幅路权系统开拓了一系列新的交通控制体系。

显然，01118121.4和2005200113839专利申请的半幅路权系统是非常值得大力推广的。但由附图2可以看出，半幅路权控制时代的交通流放行信号往往连续跨越数个相位，需要信号控制机具有这样的性能：如果有连续数个相位都包含某交通流放行信号，则该交通流放行信号会一直连续，不会因相位变换而出现放行信号中断；并称这些相位为放行同一种交通流的相位链。

总之，01118121.4和2005200113839专利申请的这种半幅路权系统的放行能力几乎能比整幅路权系统的放行能力提高一倍多。

在相位和相位顺序确定之后，重要的就是01118121.4和2005200113839专利申请还没有详细论及的相位执行时间如何确定问题，就是通常俗称的相位配时问题。

2005200113839专利申请指出，表1的8个相位中有4个相位增加了下半幅路权放行信号，其相位执行时间在加上其前面的绿灯间隔时间后能保证机动车从进口停车线到达半幅安全线即可，这样就为4个相位确定了执行时间。而其余2、4、6、8等4个相位执行时间就需要根据车流量的大小和交通流到达情况来决定。

本专利申请将讨论那些不能与其它信号交叉口进行协调控制的孤立交叉口半幅路权系统的相位配时问题。

对于孤立交叉口而言，需要根据交通流到达情况和交通需求，完全由孤立交叉口自行决定各相位配时。

如果孤立交叉口每天的交通需求变化与时刻有相对恒定的对应关系，就可以根据交通需求情况把一天划分为几个时段，在每个时段内各相位根据相对恒定的交通需求执行某固定的配时时间。这就是目前的固定配时控制方案。

但是，在每天交通需求与时间没有恒定的对应关系的情况下，要使相位配时与交通流到达情况和交通需求相匹配，就需要使用交通信号感应控制的相位配时——通过测定实际的交通需求，使相位配时与之相适应。如附图3所示，为让刚刚到达交叉口的车辆(19)能及时通过交叉口，适时延长当前放行相位的放行时间(18)。感应控制的这种相位配时对车辆随机到达的变化适应能力较大，可达到使车辆在停车线前尽可能地少停车，实现交叉口交通通畅的效果。

但目前交通信号感应控制的这些相位配时有一个共同缺点：那就是都不能具有带倒计时显示器的功能。

这是因为这些交通信号感应控制为了能让刚刚到达交叉口的车辆(19)能及时通过交叉口，不得不延长当前放行相位的放行时间(18)，如附图3所示。显然放行时间的这种突然延长变化就直接影响到倒计时显示器当前所显示数据的确定性。而倒计时显示器所显示的数据如果不能准确确定，也就失去了倒计时显示器的实际存在意义。

实践已经证明，符合公安部标准G/A 508-2004的《道路交通信号倒计时显示器》已成为现代交通控制信号系统中必需的一种设备，用于显示交通信号当前命令至命令变化所剩余的时间，实施“人文”管理，信息共享，提示车辆和行人提前作好通行或停止的准备，使车辆和行人能够自觉配合信号灯的指挥命令，快速、便捷、安全、通畅地通过交叉口，对于维护交叉口良好的交通秩序、降低事故发生率起到了重要作用。

因此，人们呼吁让交叉口交通控制系统具有带倒计时显示器的功能。此问题已经提入某些省市政协的提案。然而，就因为目前这些交通信号感应控制的相位配时都不能具有带倒计时显示器的功能，该市公安交通管理局为了实施交通信号感应控制，不能实现该提案。

也就是说，目前所有交通信号感应控制系统，确实不能实现具有带倒计时显示器的功能。

所以，本专利申请能公开一种能带倒计时显示器功能的交通信号模糊感应控制系统方案，将具有很大意义。

本专利申请的目的就是要解决感应控制带倒计时数显屏的困难问题。

发明内容

本申请方案涉及一种多相位平面交叉口的交通信号感应控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、车辆检测装置、可控信号显示装置、倒计时显示屏、道路交通信号控制装置、相位顺序控制装置、相位运行装置和通讯装置，其特征是其还包括开机配时装置、预测装置、决策装置和时间计算装置；开机配时装置负责设定开机时各相位的绿灯执行时间，根据检测装置在当前周期检测到的实际车流量，由预测装置模糊预测将在下一个周期通过交叉口的车流量，并由决策装置模糊决策下一个周期的相位绿灯放行时间，且在决策之后就一个周期不再改变，时间计算装置计算各相位红灯时间，由通讯装置及时送倒计时数显器显示。

这样在决策之后就一个周期不再改变的模糊感应控制系统就可以拥有带倒计时数显器的上述诸多好处。

本申请方案这里，由决策装置一次决策的相位绿灯放行时间可以是下一个整周期各个相位绿灯的放行时间，也可以是下一个周期某一个相位绿灯的放行时间。

本申请方案下面就介绍一种一次只决策下一个周期某一个相位的放行时间的决策装置。

假定：车辆到达交叉口的规律是随机均匀的。

所谓孤立交叉口，一般是指该交叉口距离其它信号交叉口较远，由其它信号交叉口到来的车流已经发散，不能再保持着间隔车队的跟随状态，车辆到达只能按均匀随机到达统计处理。因此这个假定是合理的。

定义：表1的8个相位中涉及同一种交通流的相位有多个，为了有所区别，模糊感应控制系统把所有相位分为两类：整幅放行同一种受检测器控制交通流的相位链的最末一个相位称为该交通流的模糊控制相位；该相位也是前半幅放行该交通流的相位链的最末一个相位。把除去该最末一个相位的前半幅放行该交通流的相位链的时间称为该交通流的控前相位时间，把控前相位时间内单车道所能放行的该交通流的平均车流量称为控前放行车流量，而该交通流被称为该模糊控制交通流。不能定义为模糊控制相位的相位称为固定控制相位。显然固定控制相位的放行时间是早就确定好的，不变的，不需要临时决策的。

任务：根据当前检测到的实际车流量，顺次确定各模糊控制相位绿灯的执行时间，并计算各相位红灯的执行时间，及时送倒计时数显器显示。

前提：

A)在受检测器控制车流的车道上设置有车辆检测器。

B)各相位按固定的相位顺序顺次运行。

C)使固定控制相位按固定配时给定的时间运行，使模糊控制相位按决策的时间运行。

D)模糊控制相位设定了从小到大排列的N个备选绿灯执行时间，N是大于1的整数；对应还设定了N-1个放行车辆数，从小到大排列。形成如下备选绿灯执行时间表：

备选绿灯执行时间表

项数	1	...	M	M+1	...	N-1	N
								放行车辆数							X
备选绿灯执行时间

E)相位执行时间的顺次确定，前提是刚开机时各模糊控制相位的执行时间是第P个备选绿灯执行时间，整数P＜N；P由信号机自定，允许与交通需求不匹配。

F)为了保证让倒计时数显器及时准确地显示红灯时间，前提是在每个相位后面的绿灯间隔时间结束前必须把应显示的红灯时间(23)计算出来并通知到倒计时数显器；而由于该红灯时间需要由其矛盾相位的绿灯时间累加构成，这就需要在该红灯时间计算出来前必须决策出该相位前所有相位在下一个周期的绿灯执行时间。注意，这里提出的时间是必须完成计算任务的结束时间而不是开始进行计算任务的开始时间。开始时间将根据任务量的大小和计算速度的快慢确定。

G)在顺次确定某交通流的模糊控制相位的执行时间之前，前提是该交通流的控前相位时间已经确定，故该交通流的控前放行车流量是个可以提前计算出来的已知量。

在明确如上合理的假定、定义、任务和前提后，本申请方案就可以具体地说：

本申请方案涉及一种多相位平面交叉口的交通信号感应控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、车辆检测装置、可控信号显示装置、倒计时显示屏、道路交通信号控制装置、相位顺序控制装置、相位运行装置和通讯装置，其特征是其还包括受检测器控制车流的备选绿灯执行时间表、开机配时装置、预测装置、决策装置和时间计算装置，并且在涉及同一种交通流的相位有多个的情况下，把所有相位分为两类：整幅放行同一种受检测器控制交通流的相位链的最末一个相位称为该交通流的模糊控制相位；把除去该最末一个相位的前半幅放行该交通流的相位链的时间称为该交通流的控前相位时间，把控前相位时间内单车道所能放行的该交通流的平均车流量称为控前放行车流量，而该交通流被称为模糊控制交通流；不能定义为模糊控制相位的相位称为固定控制相位；在这些定义下，有：

在受检测器控制车流的车道上设置有车辆检测器；

备选绿灯执行时间表对模糊控制相位设定了从小到大排列的N个备选绿灯执行时间，对应还设定了N-1个放行车辆数，从小到大排列；

开机配时装置使刚开机时各模糊控制相位的执行时间是第P个绿灯执行时间，整数P＜N；

相位顺序控制装置使各相位按固定的相位顺序顺次运行；

相位运行装置使固定控制相位按固定配时给定的时间运行，使模糊控制相位按预先决策的时间运行；

时间计算装置在任何相位的执行时间(21)结束后，都由所有已确定的此后一周期内除该相位外的各相位的绿灯执行时间和绿灯间隔时间累加计算，得出该相位的执行时间结束后的所有结束绿灯的可能红灯显示时间(22)，再由可能红灯显示时间(22)中分别减去各结束绿灯的控前相位时间(25)，即可得到各结束绿灯的红灯显示时间(23)，并通知到显示器进行倒计时显示；

模糊预测装置在每周期任何模糊控制相位的执行时间(21)结束后，以该模糊控制相位的执行时间(21)、绿灯间隔时间加上上面计算的所有结束绿灯的可能红灯显示时间(22)作为假定的下一个周期时间(24)；在该模糊控制相位后的绿灯间隔执行时间结束后，以此前假定的下一个周期时间(24)内的实际车辆数测量值为依据，模糊预测该模糊控制相位的模糊控制交通流各到达方将在下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)；

由模糊决策装置计算该交通流的控前放行车流量(28)；以预测的该模糊控制交通流各到达方将在下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)与该模糊控制交通流的控前放行车流量(28)之差值(29)为自变量，与备选绿灯执行时间表设定的放行车辆数进行比较：如果该差值小于第一个放行车辆数，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第一个备选绿灯放行时间；如果该差值大于第N-1个放行车辆数，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第N个备选绿灯放行时间；对于某整数M＜N，如果该差值大于第M个放行车辆数，小于等于第M+1个放行车辆数，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第M+1个备选绿灯放行时间。

附图说明

附图1是01118t 21.4和2005200113839专利申请论及到的一般十字交叉口的半幅路权系统在交叉口内路面上有关交通渠划和半幅信号灯设置的一个实施例的示意图，图中：

1是掉头车车道；

2是掉头车信号灯；

3是掉头隔离渠划岛；

4是直行机动车上半幅路权信号灯；

5是右转弯机动车与非机动车隔离的隔离栅栏；

6是西左转弯机动车上半幅车道；

7是直行机动车下半幅路权信号灯；

8是左转弯上半幅路权信号灯；

9是行人安全岛；

10是左转弯机动车半幅安全线；

11是左转弯下半幅路权信号灯；

12是直行机动车半幅安全线；

13是与机动车同向行人的上半幅路权信号灯；

14是与机动车同向行人的下半幅路权信号灯。

附图2是专利申请号为01118121的说明书论及到的一种半幅路面路权相位和相位顺序方案。

附图3是目前感应控制示意图，图中：

15是最大绿灯时间(Gmax)；

16是最小绿灯时间(Gmin)；

17是单位绿灯延长时间(Go)；

18是本周期本相位实际绿灯执行时间(G)；

19是导致本相位绿灯执行时间延长的车辆到达时间；

20是不能导致本相位绿灯执行时间延长的车辆到达时间。

附图4是半幅路权控制系统方案中某模糊控制交通流的模糊感应控制示意图，图中横坐标是时间(秒)，纵坐标是车流量(辆)，而

21是该交通流的模糊控制相位的执行时间结束时间；

22是该交通流的模糊控制相位后的可能红灯显示时间；

23是该交通流的模糊控制相位的红灯显示时间；

24是该交通流的假定的下一个周期时间；

25是该交通流的控前相位时间；

26是决策的该交通流的下一个周期的模糊控制相位的执行时间；

27是预测的该模糊控制交通流各到达方将在下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数；

28是该交通流的控前放行车流量；

29是预测的单车道最大车辆数与该模糊控制交通流的控前放行车流量之差值；

30是机动车随机均匀到达线，横坐标是时间，纵坐标是车辆数，斜率是到达速率；

31是机动车放行线，横坐标是时间，纵坐标是车辆数，斜率是放行速率。

具体实施方式

所谓孤立交叉口，就是不能与其它信号交叉口进行协调控制的交叉口，完全由孤立交叉口自行决定各相位配时。一般是指该交叉口距离其它信号交叉口较远，由其它信号交叉口到来的车流已经发散，不能再保持着间隔车队的跟随状态，车辆到达只能按均匀随机到达统计处理。

本申请方案交通信号模糊感应控制方案的一个具体实施方式，需要明确前述合理的假定、定义和任务。

并落实下述前提：

A)在受检测器控制车流的车道上设置有车辆检测器。

B)各相位按固定的相位顺序顺次运行。

C)使固定控制相位按固定配时给定的时间运行，使模糊控制相位按决策的时间运行。

D)模糊控制相位设定了从小到大排列的10个备选绿灯执行时间；对应还设定了9个放行车辆数，从小到大排列。形成如下备选绿灯执行时间表：

备选绿灯执行时间表

项数	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											放行车辆数	1	5	10	15	18	20	23	25	28	X
备选绿灯执行时间	2	10	20	30	35	40	45	50	55	60

E)相位执行时间的顺次确定，前提是刚开机时各模糊控制相位的执行时间是第2个备选绿灯执行时间10秒。

F)为了保证让倒计时数显器及时准确地显示红灯时间，前提是在每个相位后面的绿灯间隔时间结束前必须把应显示的红灯时间(23)计算出来并通知到倒计时数显器；而由于该红灯时间由其矛盾相位的绿灯时间累加构成，这就需要在该红灯时间计算出来前必须决策出该相位前所有相位在下一个周期的绿灯执行时间。注意，这里提出的是必须完成时间而不是开始计算时间。

G)在顺次确定某交通流的模糊控制相位的执行时间(26)之前，前提是该交通流的控前相位时间(25)已经确定，故该交通流的控前放行车流量是个可以提前计算出来的已知量。

在上述假定、定义、任务和前提下，具体模糊感应控制方案可以由时间计算装置、通讯装置、预测装置、模糊决策装置按如下时间顺序共同完成：

1)时间计算装置在任何相位的执行时间(21)结束后，由所有已确定的此后一周期内各相位(不包括该相位)的绿灯执行时间和绿灯间隔时间累加计算，得出该相位的执行时间结束后的所有结束绿灯的可能红灯显示时间(22)，再由可能红灯显示时间(22)中分别减去各结束绿灯的控前相位时间(25)，即可得到各结束绿灯的红灯显示时间(23)，并通知到显示器进行倒计时显示。

2)模糊预策装置在每周期任何模糊控制相位的执行时间(21)结束后，以该模糊控制相位的执行时间(21)、绿灯间隔时间加上上面计算的所有结束绿灯的可能红灯显示时间(22)作为假定的下一个周期时间(24)。

3)模糊预策装置在该模糊控制相位后的绿灯间隔执行时间结束后，以此前假定的下一个周期时间(24)内的实际车辆数测量值为依据，模糊预测该模糊控制相位的模糊控制交通流各到达方将在下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)。

4)模糊决策装置计算该交通流的控前放行车流量(28)。

5)模糊决策装置以预测的该模糊控制交通流各到达方将在下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)与该模糊控制交通流的控前放行车流量(28)之差值(29)为自变量，与备选绿灯执行时间表设定的放行车辆数进行比较：如果该差值小于第一个放行车辆数1，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第一个备选绿灯放行时间2秒；如果该差值大于第9个放行车辆数28，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第10个备选绿灯放行时间30秒；对于某整数M＜N，如果该差值大于第M个放行车辆数，小于等于第M+1个放行车辆数，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第M+1个备选绿灯放行时间。返回步1)。

根据目前的计算、通讯技术水平，在2秒的绿灯间隔时间完成步1)、步2)，在3秒的最小相位绿灯时间内完成步3)、步4)、步5)，是完全可以做到的。因此，此方案是可以实现的。

另外，用假定的下一个周期时间(24)模糊预测下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)将弱化最大车辆数(27)的变化量，因此，也将弱化相位放行时间(26)的变化量，使之平稳变化，不至于大起大落，但保持了相位放行时间(26)随单车道最大车辆数(27)变化的这种感应控制总的基本趋势。这种预测是模糊的，这种决策也是模糊的。

注意，通过当前周期检测到的实际车流量模糊预测的将在下一个周期达交叉口停车线的单车道最大车辆数是不难做到的，有多种方法，本实施例只介绍2种。这里之所以要强调单车道最大车辆数，是因为将在下一个周期达交叉口停车线的一般有多个来车方向，各来车方向的单车道车辆数可能不相同，并且相差悬殊；而感应控制需要照顾的应该是具有单车道最大车辆数(27)的车道内的车辆。

如果受控路段一远一近2处设置了车辆检测器，预测装置可以根据2处车辆检测器的距离和测量曲线拟合情况，确定机动车从远处的检测器到达近处的检测器的平均行驶时间，并确定机动车从远处的检测器到达交叉口的平均行驶时间t秒；并根据近处的检测器检测的分车道车辆数，确定机动车分车道比例；用远处的检测器检测在计算时刻以前的“假定的一个周期时间(24)”内经过的将在t秒时间后到达交叉口的总车辆数；按此分车道比例，在假定车辆随机均匀到达交叉口情况下，根据远处的检测器测量的总车辆数很容易模糊预测将在“假定的下一个周期时间(24)”达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)。误差不大，故合理可用。

如果受控车道只设置了1个车辆检测器，预测装置最简单的预测方法是直接用此前检测到的在“假定的下一个周期(24)”时间内实际车流量代替将在“假定的下一个周期时间(24)”达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)。这种代替在假定车辆随机均匀到达交叉口情况下也误差不大，合理可用。

另外本专利申请这种方案的半幅路权控制系统，在整幅放行前的上半幅路权放行相位时，车辆放行速度比计算值(31)慢，这样有可能高估放行量；但整个装置并未考虑在整幅放行后的下半幅路权放行相位的放行能力，这样就又低估了放行量；但这样的安排可以简化计算，况且一高一低误差相抵，也误差不大，方案这样的安排合理可用。

总之，这种方案是可以实现的，任何同行业技术人员都很容易实施再现。

这里所实施实现的虽然只是一种一次只决策下一个周期某一个相位的放行时间的决策装置。但如果扩大预测的时间范围和内容，由决策装置一次决策下一个整周期各个相位的放行时间也是不难实现的。这里就不一一细说了。陆化普、李瑞敏、朱茵等人的《智能交通系统概论》199-224页介绍了7种外国交通控制系统的检测、决策方法，都可以拿来借用。所需要改变的仅仅是，把决策所依据的检测数据就简单地当作下一个周期的预测数据，决策确定的这些绿灯执行时间(26)和红灯执行时间(23)在下一个周期内是不变的。也就是说，所有决策只要提前决策一个周期，或相对地说是滞后执行一个周期，(总之，决策和执行之间有一个周期的时间间隔，让倒计时数显器平稳、有序地显示真实数据)，就可以很容易实现本模糊感应控制方案。而且，这7种外国交通控制系统的检测、决策的控制方案，并不是必须瞬态执行的，所以，这种滞后改变是允许的。只不过这7种外国交通控制系统都没有这样设计而已。

本专利申请这种方案确定的这些绿灯执行时间(26)和红灯执行时间(23)在下一个周期内是不变的，所以就可以把决策结果及时传递给倒计时数显器，让倒计时数显器及时显示真实数据，就可以拥有带倒计时数显器功能的上述诸多好处。

同时，本专利申请这种方案可以保留感应控制方法拥有的对车辆随机到达量的适应性较大的优点，可使车辆在停车线前尽可能少停车，达到交通通畅的效果。更可以按半幅路权放行，可以有效解决行人过路难的问题。

更重要的是本专利申请这种方案可以保留半幅路权控制系统方案的优点：在整幅放行前的上半幅路权放行时，可以“用时间换空间”，使车流稳妥、安全地移动、分流到较多的上半幅蓄流车道上排成多路车队形式；待下半幅路权放行时“用空间换时间”，以多路车队形式集中通过路口，缩短过路时间，提高通行效率，缩短信号周期，减少车辆等待时间，从而可充分利用交叉口时间和空间资源尽可能多地控制放行交通流通行。

Claims (1)

1.一种多相位平面交叉口的交通信号感应控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、车辆检测装置、可控信号显示装置、倒计时显示屏、道路交通信号控制装置、相位顺序控制装置、相位运行装置和通讯装置，其特征是其还包括受检测器控制车流的备选绿灯执行时间表、开机配时装置、预测装置、决策装置和时间计算装置，并且在涉及同一种交通流的相位有多个的情况下，把所有相位分为两类：整幅放行同一种受检测器控制交通流的相位链的最末一个相位称为该交通流的模糊控制相位；把除去该最末一个相位的前半幅放行该交通流的相位链的时间称为该交通流的控前相位时间，把控前相位时间内单车道所能放行的该交通流的平均车流量称为控前放行车流量，而该交通流被称为模糊控制交通流；不能定义为模糊控制相位的相位称为固定控制相位；在这些定义下，有：

在受检测器控制车流的车道上设置有车辆检测装置；

备选绿灯执行时间表对模糊控制相位设定了从小到大排列的N个备选绿灯执行时间，对应还设定了N-1个放行车辆数，从小到大排列；

开机配时装置使刚开机时各模糊控制相位的执行时间是第P个绿灯执行时间，整数P＜N；

相位顺序控制装置使各相位按固定的相位顺序顺次运行；

相位运行装置使固定控制相位按固定配时给定的时间运行，使模糊控制相位按预先决策的时间运行；

时间计算装置在任何相位的执行时间(21)结束后，都由所有已确定的此后一周期内除该相位外的各相位的绿灯执行时间和绿灯间隔时间累加计算，得出该相位的执行时间结束后的所有结束绿灯的可能红灯显示时间(22)，再由可能红灯显示时间(22)中分别减去各结束绿灯的控前相位时间(25)，即可得到各结束绿灯的红灯显示时间(23)，并通知到显示器进行倒计时显示；

模糊预测装置在每周期任何模糊控制相位的执行时间(21)结束后，以该模糊控制相位的执行时间(21)、绿灯间隔时间加上上面计算的所有结束绿灯的可能红灯显示时间(22)作为假定的下一个周期时间(24)；在该模糊控制相位后的绿灯间隔执行时间结束后，以此前假定的下一个周期时间(24)内的实际车辆数测量值为依据，模糊预测该模糊控制相位的模糊控制交通流各到达方将在下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)；

由模糊决策装置计算该交通流的控前放行车流量(28)；以预测的该模糊控制交通流各到达方将在下一个周期到达交叉口停车线的单车道最大车辆数(27)与该模糊控制交通流的控前放行车流量(28)之差值(29)为自变量，与备选绿灯执行时间表设定的放行车辆数进行比较：如果该差值小于第一个放行车辆数，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第一个备选绿灯放行时间；如果该差值大于第N-1个放行车辆数，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第N个备选绿灯放行时间；对于某整数M＜N，如果该差值大于第M个放行车辆数，小于等于第M+1个放行车辆数，就模糊决策下一个周期该放行相位的放行时间(26)为第M+1个备选绿灯放行时间。

Images