一种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据交叉口的全息检测装置，获取将要通过交叉口车辆的状态信息；2)根据得到的将要通过交叉口车辆的状态信息进行交叉口信号相位控制，通过获取当前时刻位于一类两难区和二类两难区的车辆数量以及预测接下来的时间内的一类两难区和二类两难区的车辆数量，来确定是否需要延长绿灯时间。与现有技术相比，本发明具有等安全性高，易于实施、方法先进等优点。
【专利说明】-种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通控制领域，尤其是涉及一种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难 区控制方法。
【背景技术】
[0002] 在信控交叉口范围内，存在一个现象叫做两难区，分为一类两难区和二类两难区， 两难区的存在极大地影响了交叉口的交通安全。一类两难区的定义是在交叉口以限速行驶 的车辆在黄灯结束时既无法在停止线前安全停车又无法安全通过交叉口的一段空间区域。 图1为一类两难区原理图，Xs表示能够安全停在停止线前的最小距离，如果黄灯启亮时车 辆到停止线的距离小于Xs，则车辆无法安全停在停止线以内。Xc表示车辆能在黄灯间隔内 驶出停车线的最大距离。如果黄灯启亮时车辆距停止线的距离大于Xc,则黄灯结束前车辆 无法驶出交叉口。二类两区的定义是从90%的车辆会减速停车的距离开始，到只有10%的 车辆会减速停车的距离结束。一些研究中，通过车辆行驶到停止线的时间来界定第二类两 难区范围，根据不同地方的观测数据，通常有2. 5s?5. 0s，2. Os?4. 5s，3. Os?5. 0/6. Os 和1.7s?4. 7s。图2为二类两难区原理图。
[0003] 传统的两难区控制方法包括一类两难保护控制方法和二类两难区保护控制方法。 目前使用最多的两难区保护控制系统是绿灯时间延长系统（GES)。绿灯时间延长系统是通 过在交叉口前方一定距离设置检测器，通过检测器对车辆进行检测，若满足一定条件，则对 绿灯时间进行延长，直到不满足条件，或者绿灯时间达到最大绿灯时间，切换相位。常见的 绿灯延长系统包括单检测器两难区控制系统、双检测器两难区控制系统、多检测器两难区 控制系统。较为常用的两难区保护控制系统还包括DCS系统，大车优先系统，S0S系统等等。 这些常用的两难区保护控制系统往往是基于传统的线圈检测方式，不能够对车辆进行实时 检测，对车辆状态的判断与实际情况有一定的偏差，从而影响防护效果。所以常用的两难区 控制系统存在的问题是：
[0004] 1)检测信息利用不足。传统的两难区控制系统往往采用线圈检测器，很难做到对 车辆的实时状态检测，从而对车辆的状态信息不能持续准确地判断。
[0005] 2)防护效果不足。受限于传统的检测方式的缺陷，使得控制算法层面存在不足，最 终导致防护效果不足。
[0006] 但是，在如今的交通信息化背景下，检测手段的多样化使得车辆的实时轨迹获取 成为可能，车辆实时轨迹的可以用来开发更为先进的两难区控制策略。本发明针对传统的 两难区控制策略在新型交通检测信息利用方面的不足，对全息检测环境下的信号控制方法 进行探索性研究，该方法针对郊区高速交叉口，可以根据实时检测的车辆速度、位置、车型 等信息，在考虑一类两难区和二类两难区的潜在危害程度以及小汽车和卡车在车辆性能方 面的差异的基础上，估计当前时刻两难区内的车辆数以及预测未来两难区内的车辆数，以 两难区内车辆数最少为控制目标，兼顾控制效率的前提下，判断相位切换的时刻。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全性高、易于 实施、方法先进的基于实时车辆轨迹的交叉口信号相位控制方法。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] -种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法，包括以下步骤：
[0010] 1)根据交叉口的全息检测装置，获取将要通过交叉口车辆的状态信息；
[0011] 2)根据得到的将要通过交叉口车辆的状态信息进行交叉口信号相位控制，通过获 取当前时刻位于一类两难区和二类两难区的车辆数量以及预测接下来的时间内的一类两 难区和二类两难区的车辆数量，来确定是否需要延长绿灯时间。
[0012] 所述的步骤2)具体包括以下步骤：
[0013] 201)判断当前绿灯时间是否大于最小绿灯时间gmin，若为是，进行步骤202)，若为 否，则进行步骤211)，最小绿灯时间g min的计算式为：
[0014]
【权利要求】
1. 一种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 根据交叉口的全息检测装置，获取将要通过交叉口车辆的状态信息； 2) 根据得到的将要通过交叉口车辆的状态信息进行交叉口信号相位控制，通过获取当 前时刻位于一类两难区和二类两难区的车辆数量以及预测接下来的时间内的一类两难区 和二类两难区的车辆数量，来确定是否需要延长绿灯时间。
2. 根据权利要求1所述的一种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法，其特 征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤： 201) 判断当前绿灯时间是否大于最小绿灯时间gmin，若为是，进行步骤202)，若为否， 则进行步骤211)，最小绿灯时间gmin的计算式为：
其中，Lp为行人过街道长度，vp为行人过街步速，取1. 2m/s, I为绿灯间隔时间； 202) 判断当前剩余绿灯时间是否达到最大绿灯时间g_，若为是，进行步骤212)，若为 否，则进行步骤203)，最大绿灯时间g_的计算式为：
其中，Cmax为最大周期时间，L为总损失时间，y为该相位流量比，Y为流量比之和，g_ 为 30-60s ; 203) 根据全息检测得到的车辆速度和位置，计算当前位于第一类两难区内的车辆数 N^，的计算式为：
其中，DZIi为0-1变量，如果车辆位于第一类两难区则为1，否则为0, Vi为第i辆车的 瞬时速度，屯为第i辆车距停车线距离，S为反应时间，a为车辆的减速度，t为黄灯时间， Xes为车辆能够安全停在停止线之前所需的最小距离，如果车辆选择匀速通过，能够在黄灯 时间内通过停车线的最大距离限制为Xp，上标i表示第i辆车； 204) 判断Ndh是否等于零，若为是，进行步骤205)，若为否，进行步骤207); 205) 预测从当前时刻到最大绿灯时间内每一秒位于第一类两难区的车辆数PN^， PNdm的计算式为：
其中，< 为第i辆车在第t秒时距停车线距离，DZ/丨为0-1变量，如果车辆在第t秒时 位于第一类两难区则为1，否则为0 ; 206) 判断Ndh是否大于或等于PNn，若为是，则进行步骤211)，若为否，则进行步骤 212)； 207) 计算当前位于第二类两难区的车辆数NDZ_n，NDZ_n的计算式为：
其中，DZIL为0-1变量，如果车辆位于第二类两难区则为1，否则为0, TTSlOT为2. 5s， TTShigh 为 5. Os ; 208) 判断NDZ_n是否为零，若为是，进行步骤209)，若为否，则进行步骤212); 209) 预测从当前时刻到最大绿灯时间之内每一秒位于第二类两难区的车辆数PNDZ_n， PNm的计算式如下：
其中，
彳〇-1变量，如果车辆位于第二类两难区则为1，否则为〇，TTS lOT为2. 5s， TTShigh 为 5. Os ; 210) 判断NDZ_n是否大于或等于PNDZ_n，若为是，进行步骤211)，若为否，进行步骤 201)； 211) 继续绿灯； 212) 结束绿灯时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法，其 特征在于，所述的步骤1)中将要通过交叉口车辆的状态信息包括车辆速度、位置、车型、密 度、交叉口排队长度、饱和度和延误信息。
【文档编号】G08G1/08GK104282161SQ201410513065
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】唐克双, 孔涛, 李克平 申请人:同济大学