专利名称：快速路匝道控制信号灯系统及其运行方法
技术领域：
本发明涉及一种在城市交通管理中利用匝道控制信号灯对匝道进入快速路的机
动车进行控制的系统及其运行方法。
背景技术：
随着城市的快速发展，交通需求日益增长，道路交通拥堵导致人们出行时间增加， 给人们日常生活带来不便，同时也制约了城市经济的发展。为了缓解道路交通拥堵，縮短人 们的出行时间，大中城市都相应建设了快速路。目前，国内外已建成的城市快速路中，由于 在高峰时间从匝道进入快速路的机动车流量非常大，时常造成快速路某一区域交通瘫痪， 使快速路失去了快速疏导交通的作用。 为了防止快速路交通瘫痪，国内外通常采用匝道控制信号灯对匝道入口车辆进行 控制，即当快速路发生拥堵时，通过将匝道控制信号灯变成红灯、禁止匝道车辆继续进入快 速路的方法，来控制和减少匝道进入快速路的流量，以缓解主道压力、保障主道的正常通 行。而选择什么样的时机来开启或关闭匝道车流(将匝道控制信号灯切换为绿灯或红灯)， 则是实现对匝道控制信号灯的高效控制的关键。 目前国内外的匝道控制信号灯的控制策略有多种方式，如定周期方式、流量检测 模式、速度检测模式、占有率检测模式等，均使用模糊控制方式，存在着匝道的开启或关闭 控制反应速度慢、不够及时准确、效率不高等缺点，无法快速、准确、高效地在快速路发生拥 堵时立即将匝道控制信号灯变为红灯以限制匝道车辆进入快速路、在快速路的交通拥堵缓 解后立即开启绿灯放行匝道车辆进入快速路。
发明内容
本发明的目的旨在开发一种能够对快速路入口匝道车辆进行快速、准确、高效的 停止或放行控制的快速路匝道控制信号灯系统。 如图1所示，快速路匝道控制信号灯系统，由设置在匝道车流与快速路主道车流 进行合流的合流点旁的主道上的车辆检测器、设置在匝道停车线处的匝道控制信号灯、设 置在匝道边的分析处理单元等部分组成。分析处理单元内预设一个拥堵阀值Ta，还预设了 一个拥堵解除阀值Tb，同时具有一个车辆检测器检测信号输入接口和一个匝道控制信号灯 控制信号输出接口。 本发明提供的快速路匝道控制信号灯系统是这样实现的 快速路匝道控制信号灯系统，可以根据设置在合流点处的车辆检测器是否出现被 连续占用的情况进行拥堵检测，并根据合流点是否发生交通拥堵来切换匝道控制信号灯的 灯色。分析处理单元能够对所接收到的合流点的车辆通行状况信息进行实时分析，发现合 流点出现拥堵后立即将匝道控制信号灯切换为红灯，拥堵解除后立即将匝道控制信号灯切 换为绿灯。系统亦可选配通讯单元，通过各种通讯方式(诸如GPRS、电话线、宽带等)将合 流点处的交通拥堵信息或匝道控制信号灯的灯色状态信息等传送回控制中心，此处不再详
3述。 分析处理单元上运行的交通拥堵分析程序，在系统上电并初始化后开始运行，每 秒4次。之所以每秒运行4次，是为了縮短对车辆检测器占用状态的实时检测采样间隔、提 高检测精度。 上述系统的基本原理是①当合流点交通正常时，设置在合流点上的车辆检测器 应该是被间歇性占用的，车速越快则车辆对车辆检测器的占用时间越短、车速越慢则占用 时间越长。而一旦出现了本不应该出现的某一辆车长时间连续占用车辆检测器的情况，即 说明该合流点此时发生了交通异常。依据这一原理，首先在分析处理单元内预设一个拥堵 阀值Ta ;交通拥堵分析程序对车辆检测器的占用情况进行实时监测，一旦出现车辆检测器 被连续占用达到或超过设定的拥堵阀值Ta，则判定合流点发生交通拥堵，立即将匝道控制 信号灯切换为红灯。也就是说，设定拥堵阀值Ta的用意，是从每次有车辆开始占用车辆检 测器起开始计时，至该车辆离开车辆检测器为止停止计时，只要出现一次计时长度超过Ta 的情况即认为发生拥堵，需关闭匝道进入的车辆。②当这台连续占用车辆检测器的车辆驶 离车辆检测器后，车辆检测器的状态从被占用变为空闲，但此时不应马上认为拥堵解除并 开启绿灯，以避免发生红灯、绿灯、再红灯、再绿灯的频繁跳动不稳定状态。应该是当从这台 连续占用车辆检测器的车辆离开车辆检测器起，此后的某一设定时间段内，即使车辆检测 器会被间歇性占用、但未再发生有车辆再次连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵 阀值Ta的情况时，才认为拥挤解除。依据这一原理，首先在分析处理单元内预设一个拥堵 解除阀值Tb ;交通拥堵分析程序对车辆检测器的占用情况进行实时监测，当连续占用车辆 检测器且达到或超过设定的拥堵阀值Ta的车辆一离开车辆检测器起开始计时，只要未再 出现车辆连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵阀值Ta的情况，就累加计算车辆 检测器的空闲时间，当累加值达到设定的拥堵解除阀值Tb时认为拥堵解除并将匝道控制 信号灯切换为绿灯；而一旦期间再次出现车辆连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥 堵阀值Ta的情况，即将累加值清零，从下一次该车辆离开车辆检测器起开始新一次的累加 计算。也就是说，从一台连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵阀值Ta的车辆离开 车辆检测器起，开始对车辆检测器的空闲时间进行累加计算，直至达到拥堵解除阀值Tb时 认为拥堵解除，而这个过程所需的时间是不确定的，取决于期间车流量的大小、也就是累计 车辆间隙的多少。车流越小、间隙越大，则这个拥堵解除过程就越短；车流越密集、间隙越 小，则这个拥堵解除过程就越长。这种只累加车辆检测器的空闲时间、而不是累加除了车辆 检测器被连续占用且达到或超过设定的拥堵阀值Ta以外的所有时间(即车流正常行驶的 时间)的算法，使得拥挤解除能够依据车流特性而变化，更加符合交通流特性、更加准确。
以平均车长3米的车流计算，合流点上的车流，在平均时速20公里、5公里、1公里 时每辆车对车辆检测器的占用时间分别约为0. 5秒、2秒、10秒。因此，根据合流点平均车 速降至多少时应认定为发生了拥堵，交通工程师可以为该车辆检测器设定相应的拥堵阀值 Ta。同样，拥堵解除阀值Tb亦可由交通工程师根据具体情况自行设定。
本发明所提供的快速路匝道控制信号灯系统的运行方法是
(1)在分析处理单元内预设一个拥堵阀值Ta和拥堵解除阀值Tb，
(2)当系统上电时，初始化程序启动，参照图2中所示流程，将交通拥堵分析程序 的车辆检测器连续占用计时器tu、车辆检测器空闲累加器te、当前拥堵状态ca初始化为0，然后开始运行交通拥堵分析程序，每秒4次， (3)参照图3中所示流程，每秒运行4次的交通拥堵分析程序，首先检查车辆检测 器占用状态，若此时车辆检测器被占用则转到(4)，若此时车辆检测器空闲则转到(5)，
(4)将车辆检测器连续占用计时器tu加l，然后判断tu是否大于或等于4*排队 拥堵阀值Ta，是则表示出现了出现车辆连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵阀值 Ta的情况，将当前拥堵状态ca置为1、将车辆检测器空闲累加器te置为O，然后转到(6)，
(5)将车辆检测器连续占用计时器tu置为0，然后检查当前拥堵状态ca是否等 于l，否则说明当前无拥堵且车辆检测器空闲，不需处理，直接转到(6);是则说明当前是在 拥堵状态下出现了车辆检测器空闲，将车辆检测器空闲累加器te加l，然后判断te是否大 于或等于4*Tb，否则说明此时累计的车辆检测器空闲尚未达到拥堵解除阀值Tb，直接转到 (6)，是则说明此时累计的车辆检测器空闲已经达到拥堵解除阀值Tb，将当前拥堵状态ca 置为0，然后转到(6)， (6)根据当前拥堵状态ca决定匝道控制信号灯的灯色，ca = 1则为红灯、ca = 0 则为绿灯，然后 (7)退出本次交通拥堵分析程序的运行。
图1是系统组成及设置位置示意图
图2是初始化程序流程图
图3是交通拥堵分析程序流程图
具体实施例方式
假定在快速路的某匝道的合流点处设置了车辆检测器，并预设拥堵阀值Ta = 8 秒，拥堵解除阀值Tb = 16秒。 当系统上电时，将交通拥堵分析程序的车辆检测器连续占用计时器tu、车辆检测 器空闲累加器te、当前拥堵状态ca初始化为0，然后开始运行交通拥堵分析程序，每秒4 次。 假定当前没有拥堵(当前拥堵状态ca = 0)，某车已经连续占用车辆检测器3秒 (车辆检测器连续占用计时器tu = 4*3 = 12)，且此时仍在占用交通拥堵分析程序首先检 查车辆检测器检测信号输入接口的车辆检测器占用状态，被占用，则将车辆检测器连续占 用计时器tu加l(tu = 12+1 = 13)，然后判断tu( = 13)是否大于或等于扭Ta( = 4*8 = 32)，否，则不改变ca( = O)，匝道控制信号灯亮绿灯，然后退出本次交通拥堵分析程序的本 次运行。 假定当前没有拥堵(当前拥堵状态ca = 0)，某车已经连续占用车辆检测器7. 75 秒(车辆检测器连续占用计时器tu = 4*7. 75 = 31)，且此时仍在占用交通拥堵分析程序 首先检查车辆检测器检测信号输入接口的车辆检测器占用状态，被占用，则将车辆检测器 连续占用计时器tu加1 (tu = 31+1 = 32)，然后判断tu ( = 32)是否大于或等于4*Ta (= 4*8 = 32)，是，则说明发生了交通拥堵，将ca置为1，并将车辆检测器空闲累加器te置为0 亦即将以前所可能累计的车辆检测器空闲累加值清O，将匝道控制信号灯亮红灯，然后退出本次交通拥堵分析程序的本次运行。 假定当前有拥堵(当前拥堵状态ca = 1)，此时车辆检测器空闲，且此前已经累计 了 15. 75秒的车辆检测器空闲时间，即车辆检测器空闲累加器te = 4*15. 75 = 63 :交通拥 堵分析程序首先检查车辆检测器检测信号输入接口的车辆检测器占用状态，空闲，则首先 将车辆检测器连续占用计时器tu清0，然后判断当前拥堵状态ca是否等于1，是，则将车辆 检测器空闲累加器te加1 (te = 63+1 = 64)，然后判断te ( = 64)是否大于或等于4*Tb (= 4*16 = 64)，是，则说明拥堵已经解除，将ca置为0，匝道控制信号灯亮绿灯，然后退出本次 交通拥堵分析程序的本次运行。
权利要求
快速路匝道控制信号灯系统，其特征是(1)由车辆检测器、分析处理单元及匝道控制信号灯构成，(2)车辆检测器设置在匝道车流与主道车流的合流点旁的主道上，(3)分析处理单元具有一个车辆检测器检测信号输入接口以及一个匝道控制信号灯控制信号输出接口，分析处理单元预设拥堵阀值Ta及拥堵解除阀值Tb，a、从车辆检测器被占用起监测，若在≥Ta时间隔内车辆检测器始终被连续占用，即认为主道发生交通拥堵，匝道控制信号灯亮红灯，b、从连续占用车辆检测器时间段≥Ta的车辆离开车辆检测器时计，若再未有车辆检测器被连续占用时间≥Ta情况发生，即累加车辆检测器的空闲时间至拥堵解除阀值Tb，匝道控制信号灯亮绿灯。
2. 根据权利要求1所述的快速路匝道控制信号灯系统，其特征是交通拥堵分析程序每秒运行四次。
3. 根据权利要求1或2所述的快速路匝道控制信号灯系统，其特征是车辆检测器设置在匝道车流与主道车流的合流点处。
4. 根据权利要求1或2所述的快速路匝道控制信号灯系统，其特征是分析处理单元通过匝道控制信号灯控制信号输出接口来控制匝道控制信号灯的灯色。
5. 快速路匝道控制信号灯系统运行方法，其特征是(1) 预设一个拥堵阀值Ta和拥堵解除阀值Tb，(2) 将交通拥堵分析程序的车辆检测器连续占用计时器tu、车辆检测器空闲累加器te、当前拥堵状态ca初始化为0，(3) 检查车辆检测器检测信号输入接口的车辆检测器占用状态，若此时车辆检测器被占用则转到(4)，若此时车辆检测器空闲则转到(5)，(4) 将车辆检测器连续占用计时器tu加1，然后判断tu是否大于或等于扭拥堵阀值Ta，是则表示出现了出现车辆连续占用车辆检测器且达到或超过设定的拥堵阀值Ta的情况，将当前拥堵状态ca置为1、将车辆检测器空闲累加器te置为0，然后转到(6)，(5) 将车辆检测器连续占用计时器tu置为0，然后检查当前拥堵状态Ca是否等于1 ，否则直接转到(6)、是则将车辆检测器空闲累加器te加1，然后判断te是否大于或等于4*Tb，否则直接转到(6)、是则将当前拥堵状态ca置为0，然后转到(6)，(6) 根据当前拥堵状态ca决定匝道控制信号灯的灯色，ca = 1则为红灯、ca = 0则为绿灯，然后(7) 退出本次交通拥堵分析程序。
全文摘要
本发明系一种快速路匝道控制信号灯系统及其运行方法，系统由设置在匝道车流与快速路主道车流进行合流的合流点旁的主道上的车辆检测器、设置在匝道停车线处的匝道控制信号灯、设置在匝道边的分析处理单元等部分组成。分析处理单元内预设一个拥堵阀值Ta，还预设了一个拥堵解除阀值Tb。从车辆检测器被占用起监测，若在≥Ta时间隔内车辆检测器始终被连续占用，即认为主道发生交通拥堵、匝道控制信号灯亮红灯；从连续占用车辆检测器时间段≥Ta的车辆离开车辆检测器时计，若再未有车辆检测器被连续占用时间≥Ta情况发生，即累加车辆检测器的空闲时间至拥堵解除阀值Tb，匝道控制信号灯亮绿红灯。
文档编号G08G1/08GK101794518SQ201010010108
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者刘刚, 姜廷顺, 张滨, 李志恒, 王一良, 郑通 申请人:姜廷顺