一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法与流程

本发明属于智能交通领域，具体涉及一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法。

背景技术：

在现有的交通信号控制系统中，由于车辆与交通信号机不能进行信息的交互，驾驶员难以预测下游交叉口的信号状态而造成以下两种情况：①以当前车速行驶到达下游交叉口绿灯还未开始、遇到红灯；②以当前车速行驶到达下游交叉口绿灯已经结束、遇到红灯。这两种情况均会造成车辆不必要的停车，从而造成更多的油耗、尾气排放，并且降低了交叉口的通行效率。

针对以上问题，国内外研究人员提出了一些交叉口车速引导方法，取得了一定的效果，但仍有一些不足：一方面，由于定时控制和感应控制的信号控制方法比较稳定，我国仍有大量城市交叉口采用这两种信号控制方法，但是现有车速引导方法都是针对定时信号控制的交叉口，对于国内还大量存在的感应控制交叉口的车速引导方法还未研究；另一方面，机动车在路段的限速和进入交叉口的限速不同，现有研究没有考虑到机动车通过交叉口的安全性问题，可能造成车辆通过交叉口时车速过快引发交通安全事故。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法，使车辆可以通过加、减速方式避免在感应控制交叉口不必要的停车，并且以安全车速通过交叉口，大大提高了车辆在交叉口的通行效率，同时也保障了车辆在交叉口行驶的安全。

本发明的技术方案为：

一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法，包括以下步骤：

S1，采集实现针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法所需的基本参数，包括路段限速参数、交叉口限速参数以及上游感应控制交叉口的信号配时参数；

S1.1，根据实际交通调查获取路段限速参数及交叉口限速参数，具体包括路段、交叉口最低限速v_min、路段最高限速v_smax和交叉口最高限速v_imax；

S1.2，将交通信号机的控制器与计算机相连，通过交通控制测试软件直接下载上游感应控制信号交叉口的信号配时参数，包括主路红灯时长R、主路最短绿灯时长G_min、单位延续绿灯时间G₀和主路最长绿灯时间G_max；

S2，设置感应控制交叉口的基础设施，包括第一条车速引导标线及其对应的路侧车速引导LED屏A、第二条车速引导标线及其对应的路侧车速引导LED屏B以及车头时距检测线圈；其中，车头时距检测线圈前端位置与第一条车速引导标线平齐；第一条车速引导标线、第二条车速引导标线距离下游交叉口停车线距离分别为L₁、L₂；

S3，制定针对主路优先感应控制交叉口的车速引导策略，包括固定段车速引导策略和感应段车速引导策略；

S3.1，将S1中采集到的路段、交叉口最低限速v_min，路段最高限速v_smax，交叉口最高限速v_imax，主路红灯时长R，主路最短绿灯时长G_min，单位延续绿灯时间G₀和主路最长绿灯时间G_max以及S2中得到的第一条车速引导标线、第二条车速引导标线距离下游交叉口停车线距离L₁、L₂通过计算机人工手动输入到可编程逻辑控制器PLC中从而确定固定段车速引导区间[t_s，t_f]的取值；

S3.2，以周期主路红灯开始为车速引导系统时钟起始点，根据当前车速引导系统时钟t，判断路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的车速建议：

S4，将车速引导策略输出到路侧车速引导LED屏上供驾驶员参考；

将下载好程序的可编程逻辑控制器PLC和路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B连接，实时向路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B输出车速引导建议并以文字形式显示在路侧车速引导LED屏上。

进一步，所述S2中第二条车速引导标线距离下游交叉口停车线距离L₂的计算公式为其中a₁为车辆制动的减速度。

进一步，所述S3.1中固定段车速引导区间的起始时间

进一步，所述S3.1中固定段车速引导区间的结束时间

其中a₂为车辆的加速度。

进一步，所述S3.2根据当前车速引导系统时钟t，判断路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的车速建议的具体步骤为：

S3.2.1，当t∈[0，t_s)时，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的车速建议均为“请车辆正常行驶”；

S3.2.2，当t∈[t_s，t_f)时,固定段车速引导建议开始，路侧车速引导LED屏B提供的安全车速建议为“前方即将进入交叉口，请以车速v_min安全行驶”，路侧车速引导LED屏A提供车速建议的方法为：将时间区间[t_s，t_f]均分成等份，则每一等份的时长为当t∈[t_s+(i-1)*t_a，t_s+i*t_a)时，路侧车速引导LED屏A提供的车速建议为v_min+(i-1)*5km/h，i取值1,2,3…a；

S3.2.3，当t∈[t_f，t_f+G_max-G_min]，固定段车速引导建议结束，感应段车速引导建议开始，车头时距检测线圈记录第一辆车通过车头时距检测线圈时的时刻t_b，并传输给可编程逻辑控制器PLC，若满足t_b-t_f≤2G₀，则车速引导建议继续，当t∈[t_f，t_b]时，路侧车速引导LED屏A继续建议车辆以v_smax继续行驶，路侧车速引导LED屏B提供的安全车速建议“前方即将进入交叉口，请以车速v_min安全行驶”，转S3.2.4；否则车速引导建议结束，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的建议均为“请车辆正常行驶”；

S3.2.4，当t∈(t_b，t_f+G_max-G_min]，车头时距检测线圈获取后车与前车到达第一条车速引导标线的车头时距h，并传输给可编程逻辑控制器PLC，若满足h＜G₀，则车速引导建议继续，路侧车速引导LED屏A继续建议车辆以v_smax继续行驶，路侧车速引导LED屏B提供的安全车速建议“前方即将进入交叉口，请以车速v_min安全行驶”，转S3.2.5；否则车速引导建议结束，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的建议均为“请车辆正常行驶”；

S3.2.5，当t＞t_f+G_max-G_min，直到下一周期主路红灯开始，感应段车速引导建议结束，即车速引导建议结束，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的建议均为“请车辆正常行驶”；当下一周期主路红灯开始，转S3.2.1。

本发明的有益效果为：

1、本发明结合主路优先感应控制交叉口的固有特点，制定了针对主路优先感应控制交叉口的车速引导策略，为感应控制交叉口的车速引导提供了有效解决方案。

2、本发明中设置的两块路侧车速引导LED屏显示的车速建议综合考虑了车辆不停车通过交叉口的行驶需求和在交叉口行驶的安全需求，大大提高了车辆在交叉口的通行效率，同时也保障了车辆在交叉口行驶的安全。

附图说明

图1为主路优先感应控制方法流程图；

图2为感应信号工作原理图；

图3为本发明一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法流程图；

图4为本发明一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法的基础设施设置图；

图5为本发明一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法的原理图；

图6为固定段车速引导起始时间t_s确定方法图；

图7为固定段车速引导结束时间t_f确定方法图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

主路优先感应控制是指在交叉口的主路进口车道上埋设感应线圈，主路车流通行权和绿灯时间由感应线圈是否检测到车辆到达而决定，次路绿灯时间固定的一种交通信号控制方法，主要应用于主路交通流量大，次路交通流量小的交叉口。如图1所示，具体的控制流程为：

(1)主路绿灯开放，如图2所示，当主路绿灯到达最小绿灯时间G_min时，预设一个单位绿灯延续时间G₀，若检测线圈在G₀期间检测有车辆到来，则增加一个单位绿灯延续时间G₀(G₀的取值应确保车辆能通过交叉口)；若检测线圈在G₀期间检测没有车辆到来，则结束主路绿灯，将通行权交给次路；

(2)在此单位绿灯延续时间G₀内，如果主路没有车辆到来，则在G₀结束后，结束主路绿灯，将通行权交给次路；

(3)如果在每次的单位绿灯延续时间G₀内，均有车辆到来，则重复增加G₀，当增加某次G₀后，主路绿灯时间大于设置的最大绿灯时间G_max，则取消此次延续时间，待原延续时间结束后，将通行权交给次路；

(4)如果在某次的单位绿灯延续时间G₀内，没有车辆到来，则待G₀结束后，结束主路绿灯，将通行权交给次路；

(5)次路绿灯结束后，转(1)。

如图3所示，一种针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法，包括步骤：

S1，采集实现针对主路优先感应控制交叉口的车速引导方法所需的基本参数，包括路段限速参数、交叉口限速参数以及上游感应控制交叉口的信号配时参数；

S1.1，根据实际交通调查获取路段限速参数及交叉口限速参数，具体包括路段、交叉口最低限速v_min(考虑路段最低限速和交叉口最低限速差异性较小，故将其定为同一值)、路段最高限速v_smax和交叉口最高限速v_imax，其中：路段最高限速v_smax选择该路段历史车速的85％位车速，路段和交叉口最低限速v_min选择该路段历史车速的15％位车速，交叉口最高限速取30km/h；

S1.2，将交通信号机的控制器通过RS232通讯线与计算机相连，通过交通控制测试软件直接下载上游感应控制信号交叉口的信号配时参数，包括主路红灯时长R、主路最短绿灯时长G_min、单位延续绿灯时间G₀和主路最长绿灯时间G_max。

S2，如图4所示，设置感应控制交叉口的基础设施，包括第一条车速引导标线及其对应的路侧车速引导LED屏A、第二条车速引导标线及其对应的路侧车速引导LED屏B以及车头时距检测线圈；其中，车头时距检测线圈前端位置与第一条车速引导标线平齐；第一条车速引导标线、第二条车速引导标线距离下游交叉口停车线距离分别为L₁、L₂；L₁的大小在路段长度范围内取值，其值为600～800m；第二条车速引导标线距离下游交叉口停车线距离L₂的计算公式为其中a₁为车辆制动的减速度，可通过驾驶模拟器实验统计获取，其值为1.5m/s²。

S3，制定针对主路优先感应控制交叉口的车速引导策略，车速引导建议策略，用于将车辆在路段不停车通过交叉口的行驶需求和在交叉口行驶的安全需求综合考虑，根据当前车速引导系统时钟t提供车速建议，其中，路侧车速引导LED屏A显示的是避免车辆不必要停车的车速建议，路侧车速引导LED屏B显示的是保证车辆减速进入交叉口的安全车速建议；如图5所示，车速引导策略包括固定段车速引导策略和感应段车速引导策略；固定段车速引导策略用于在交叉口“主路红灯+主路最短绿灯”期间的车速引导，能够在车速引导区间提供车辆相应的车速建议；感应段车速引导策略用于在交叉口“主路延续绿灯”期间的车速引导，能够根据车头时距检测线圈检测到的数据判断感应段车速引导的起始和结束条件，同时提供车辆相应的车速建议；

S3.1，将S1中采集到的路段、交叉口最低限速v_min，路段最高限速v_smax，交叉口最高限速v_imax，主路红灯时长R，主路最短绿灯时长G_min，单位延续绿灯时间G₀和主路最长绿灯时间G_max以及S2中得到的第一条车速引导标线、第二条车速引导标线距离下游交叉口停车线距离L₁、L₂通过计算机人工手动输入到可编程逻辑控制器PLC中从而确定固定段车速引导区间[t_s，t_f]的取值，引导区间的起始时间t_s是为了使“以当前车速行驶到达下游交叉口绿灯还未开始、遇到红灯”的车辆，接受车速引导建议避免在交叉口不必要的停车；引导区间的结束时间t_f是为了使“以当前车速行驶到达下游交叉口绿灯已经结束、遇到红灯”的车辆，接受车速引导建议避免在交叉口不必要的停车；

如图6所示，固定段车速引导区间起始时间t_s的计算过程为：

考虑当前车速的固定段车速引导起始时间t_sc：

$t_{sc}=R-t_{1,R}-t_{2,R}=R-\left|\frac{v_c-v_{\min }}{a_1}\right|-\frac{X_{2,R}}{v_{\min }}=R-\left|\frac{v_c-v_{\min }}{a_1}\right|-\frac{L_1-X_{1,R}}{v_{\min }}=R-\left|\frac{v_c-v_{\min }}{a_1}\right|-\frac{L_1-\left|\frac{v_c^2-v_{\min }^2}{2a_1}\right|}{v_{\min }}---\left(1\right)$

其中：t_1,R为车辆从当前车速减速到建议车速的时间，t_2,R为车辆以建议车速匀速行驶到下游交叉口停车线的时间，v_c为车辆到达“第一条车速引导标线”处的当前车速，X_1,R、X_2,R分别为车辆接受引导车速建议后在路段减速行驶、匀速行驶的距离；

为保证t_sc时刻接受车速引导建议的车辆都能不停车的通过交叉口，可令v_c＝v_smax，则

$t_s=R-\left|\frac{v_{s\max }-v_{\min }}{a_1}\right|-\frac{L_1-\left|\frac{v_{s\max }^2-v_{\min }^2}{2a_1}\right|}{v_{\min }}---\left(2\right)$

如图7所示，固定段车速引导区间结束时间t_f的计算过程为：

考虑当前车速的固定段车速引导结束时间t_fc：

$t_{2,G}=\frac{X_{2,G}}{v_{s\max }}=\frac{L_1-L_2-X_{1,G}}{v_{s\max }}=\frac{L_1-L_2-\left|\frac{v_{smax}^2-v_c^2}{2a_2}\right|}{v_{smax}}---\left(5\right)$

$t_{3,G}=\frac{v_{smax}-v_{imax}}{a_1}---\left(6\right)$

由(3)(4)(5)(6)，可得

$t_{fc}=R+G_{\min }-\frac{v_{smax}-v_c}{a_2}-\frac{L_1-L_2-\left|\frac{v_{smax}^2-v_c^2}{2a_2}\right|}{v_{smax}}-\frac{v_{smax}-v_{imax}}{a_1}---\left(7\right)$

其中：t_1,G为车辆从当前车速加速到建议车速的时间；t_2,G为车辆以建议车速匀速行驶到“第二条车速引导标线”的时间；t_3,G为车辆从“第二条车速引导标线”减速至下游交叉口停车线的时间；a₂为车辆的加速度，可通过驾驶模拟器实验统计获取，其值为1.5m/s²；X_1,G、X_2,G分别为车辆接受引导车速建议后加速行驶、匀速行驶的距离；

为保证t_fc时刻接受车速引导建议的车辆都能不停车的通过交叉口，可令v_c＝v_min，则

$t_f=R+G_{\min }-\frac{v_{smax}-v_{\min }}{a_2}-\frac{L_1-L_2-\left|\frac{v_{smax}^2-v_{\min }^2}{2a_2}\right|}{v_{smax}}-\frac{v_{smax}-v_{imax}}{a_1}---\left(7\right)$

S3.2，以周期主路红灯开始为车速引导系统时钟起始点，根据当前车速引导系统时钟t，判断路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的车速建议：

S3.2.1，当t∈[0，t_s)时，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的车速建议均为“请车辆正常行驶”；

S3.2.2，当t∈[t_s，t_f)时,固定段车速引导建议开始，路侧车速引导LED屏B提供的安全车速建议为“前方即将进入交叉口，请以车速v_min安全行驶”，路侧车速引导LED屏A提供车速建议的方法为：将时间区间[t_s，t_f]均分成等份，则每一等份的时长为当t∈[t_s+(i-1)*t_a，t_s+i*t_a)时，路侧车速引导LED屏A提供的车速建议为v_min+(i-1)*5km/h，i取值1,2,3…a；

S3.2.3，当t∈[t_f，t_f+G_max-G_min]，固定段车速引导建议结束，感应段车速引导建议开始，车头时距检测线圈记录第一辆车通过车头时距检测线圈时的时刻t_b，并通过RS485通讯线将t_b传输给可编程逻辑控制器PLC，若满足t_b-t_f≤2G₀，则车速引导建议继续，当t∈[t_f，t_b]时，路侧车速引导LED屏A继续建议车辆以v_smax继续行驶，路侧车速引导LED屏B提供的安全车速建议“前方即将进入交叉口，请以车速v_min安全行驶”，转S3.2.4；否则车速引导建议结束，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的建议均为“请车辆正常行驶”；

S3.2.4，当t∈(t_b，t_f+G_max-G_min]，车头时距检测线圈获取后车与前车到达第一条车速引导标线的车头时距h，并通过RS485通讯线将车头时距h传输给可编程逻辑控制器PLC，若满足h＜G₀，则车速引导建议继续，路侧车速引导LED屏A继续建议车辆以v_smax继续行驶，路侧车速引导LED屏B提供的安全车速建议“前方即将进入交叉口，请以车速v_min安全行驶”，转S3.2.5；否则车速引导建议结束，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的建议均为“请车辆正常行驶”；

S3.2.5，当t＞t_f+G_max-G_min，直到下一周期主路红灯开始，感应段车速引导建议结束，即车速引导建议结束，路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B提供的建议均为“请车辆正常行驶”；当下一周期主路红灯开始，转S3.2.1。

S4，将车速引导策略输出到路侧车速引导LED屏上供驾驶员参考；

将下载好程序的可编程逻辑控制器PLC和路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B通过RS485通讯线连接，可编程逻辑控制器PLC通过MODBUS协议，以数据寄存地址为媒介，实时向路侧车速引导LED屏A和路侧车速引导LED屏B输出车速引导建议并以文字形式显示在路侧车速引导LED屏上。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。