基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法
【专利摘要】本发明提供的一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，能够针对至少有一个交叉的交叉路口中路口前上游道路的非饱和状态和过饱和状态基于车载数据对交叉路口的信号灯进行自适应控制，具有以下步骤：步骤一为读取交叉路口的几何形状、车道数和车道功能；步骤二为根据车载数据判断路口为未饱和状态或过饱和状态；以及步骤三为当判断为未饱和状时采用未饱和状态优化方法，当判断为过饱和状态时采用过饱和状态优化方法。
【专利说明】基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及城市道路交通路口信号灯控制领域，尤其是涉及该领域中针对交叉路口的道路的非饱和状态和过饱和状态基于车载数据对交叉路口的信号灯进行自适应控制的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法。
【背景技术】
[0002]城市交通拥堵越来越严重，我国国内百万人以上的大城市每年由于交通拥堵造成的直接间接经济损失约合1600亿元，相当于国内生产总值的3.2%。交通控制作为最直观明显地调控交通流，改善其阻塞、提高其安全性乃至节能减排的极为重要的技术措施之一，城市道路交叉路口的自适应控制根据采集到的交通状态数据，优化控制模型，在线实时地自动调整信号控制参数，理论上能够建立最优的信号配时，能够适应交通流状态的连续变化，是实用性最强、最先进的一种控制方式。
[0003]目前，交叉路口自适应交通信号控制系统主要有SC00T、SCATS、0PAC和RHODES等，这些控制系统的输入数据主要依赖车辆线圈检测器，而Bikowitz，E W，Ross (1985)等的研究认为环线感应线圈的故障率任一时刻高达25%，即使最好的养护维护，全年也有11.7%的故障率(Lawrence A.Klein,MiltonK.Mills, David R.P.Gibson, 2006),我国这一数据高达30 %，特别是一些处于建设期的城市，这一比例甚至更高；此外，受制于车辆检测器的位置，只能在固定地点采集流量数据，并进行短期交通需求预测，存在预测和估计本质误差；再将其输入到相关理论模型中得到配时方案，进而通过相关评价模型输出相应的评价指标，以此作为交通控制策略优化的依据。即控制方案的生成和优化均是基于模型的，对于信号配时改善效果评价亦是基于模型。交通模型往往本身由于时间、地域、干扰源种种原因，并非在所有场合均适用，其适用性和可靠性有限；即使能够适用，也存在模型的参数标定校正等一系列繁琐的过程，而参数的标定本身无固定的方法可言，完全凭借交通工程师经验，经过这些步骤优化出来的信号配时很难达到出行者的期望，无法做到真正的自适应交通信号控制。
[0004]现有车路协调系统中:1.系统的交通信息采集方式逐步由粗放型的政府大规模基础设施投资(检测线圈、监控设备、标志标线埋设)转为更为集约型的基于车载单元的分布式交通信息采集，交通数据信息采集系统建设和维护成本大大降低，有利于大规模的推广与实施；2.通过车路通信可以采集到准确的车辆行驶数据(车辆位置、速度、转向、加减速度等)，能够及时准确预测交叉路口的实时交通需求及各种突发情况，使信号配时的自适应控制的真正实现成为可能；3.通过车车、车路通信使交通参与者、交通工具、交通设施与交通环境之间能给有机结合，通过车车通信加强车辆间联系，能够缩短驾驶员反应时间，减少了车辆间距，在能给出车载信息提示(两难区、闯红灯、左转非控、主路让行、机动车右转等提示)、改善交通安全的同时，缩短了绿灯损失时间，有效提高信号控制的效率，4.系统数据采集粒度、精度的大大提高，使交通信号控制与车辆控制、交通诱导的整合亦成为可能(广义交通控制)，资深学者Michael G.H.Bell在发表于Transport ResearchPartA的文章“Future directions in traffic signal control ”中指出，仅仅依靠交通信号本身已经不能够解决日益严重的交通拥堵问题，与车辆行驶信息的集成及整合将是交通控制发展的必然趋势。
[0005]另一方面，车路协同系统的发展推动了使交通信息的采集方式从传统的静态采集，如感应检测线圈、雷达、红外线等，逐步向动态的全时空车载数据采集方式发展，从传统的车流量、占有率等交通参数的检测发展到车辆行驶速度、GPS位置、转向、加减速度等车载数据的动态采集，能够及时准确预测交叉路口的实时交通需求及各种突发情况，使信号配时的自适应控制的真正实现成为可能。
[0006]车路协同系统的出现，使得交通信息真正实现了从时间维的线采集到时间、空间两个维度上的全天候、全方位无缝覆盖的面采集，交通信息将不再成为制约交通控制发展的瓶颈。随着车路协同系统的迅速发展和推进，其采集数据的精度、覆盖范围等各种潜在优势，将大大提高自适应控制算法的控制效果和优化控制模型的适应性。
[0007]但是目前并不存在一种有效的方法可以基于车载数据监测交叉路口的道路的非饱和状态和过饱和状态，并对交叉路口的信号灯进行自适应控制。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种基于车载数据监测交叉路口的道路的非饱和状态和过饱和状态并对交叉路口的信号灯进行自适应控制的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法。
[0009]本发明提供的一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，能够针对至少有一个交叉的交叉路口中路口前上游道路的非饱和状态和过饱和状态基于车载数据对交叉路口的信号灯进行自适应控制，具有以下步骤:步骤一为读取交叉路口的几何形状、车道数和车道功能；步骤二为根据车载数据判断路口为未饱和状态或过饱和状态；以及步骤三为当判断为未饱和状时采用未饱和状态优化方法，当判断为过饱和状态时采用过饱和状态优化方法，其中，未饱和状态优化方法，具有以下步骤:步骤l_a为根据几何形状、车道数和车道功能确定交叉路口的相位切换顺序并做成相位切换顺序图,该图包含路口的各个相位方向，根据相位方向制定信号灯并设置于交叉路口的各个方向；步骤ι-b为根据相位切换顺序图设置出(N+2)X(N+2)的相位冲突表(N为相位方向的数量)，该表中横轴和纵轴为各个相位方向，各个相位方向两两对应的位置设置有复数个冲突标示和复数个不冲突标示；步骤Ι-c为根据车载数据将位于同一车道内彼此相邻保持预定距离的车辆划分为车队，当位于车队的后方车辆的加速度小于相反加速度阈值并且该后方车辆与车队中的尾车之间的距离小于距离阈值时则判断为将该后方车辆加入车队中，当位于车队的前方车辆的加速度大于加速度阈值并且该前方车辆与车队中的头车之间的距离小于距离阈值时判断为将该前方车辆加入车队中，当头车的加速度大于加速度阈值并且与该头车后一辆车之间的距离大于距离阈值时判断为该头车脱离车队，当尾车的加速度小于相反加速度阈值并且与该尾车前一辆车之间的距离大于距离阈值时判断为该尾车脱离车队；以及步骤ι-d为确定车队情况后变换信号灯进行相位切换，指引车队通过交叉路口，过饱和状态优化方法，具有以下步骤:步骤2-a为实时监控各个相位方向的路口后下游出车道的剩余排队长度；以及步骤2-b为根据剩余排队长度实时控制交叉路口中与该相位方向关联的绿灯提早切断或延迟开启。
[0010]本发明提供的一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，还具有这样的特征:其中，步骤Ι-d中的相位切换，具有以下步骤:步骤3-a为计算交叉路口中当前绿灯相位方向结束后可以放行的所有红灯相位方向的所有车道的等待车辆的等待时间相叠加所得的累计等待时间，当车辆累计等待时间大于预先设定的等待时间阈值时发出绿灯请求，当车辆累计等待时间小于预先设定的等待时间阈值时继续运行当前绿灯相位方向；步骤3-b为清空当前绿灯相位方向的路口前上游车道上的车队中的残留排队车辆，在检测到车队中任意车辆的车速小于预定的车速阈值的情况下，且当绿灯时间小于预定的绿灯最大阈值时延长绿灯时间直到车队的尾车通过后按照相位切换顺序图和相位冲突表切换相位变换信号灯，当绿灯时间大于预定的绿灯最大阈值时强制切换相位方向，在未检测到车速小于预定的车速阈值的车辆的情况下，进入下一步；步骤3-c为当绿灯延长时间At，At=其中，Cl1为尾车与交叉路口之间的距离，V1为尾车的速度)，结束或者到达绿灯最大阈值时，根据相位切换顺序图和相位冲突表进行相位切换。
[0011 ] 本发明提供的一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，还具有这样的特征:其中，提早切断步骤为当实时监控到当前绿灯相位方向的剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时提早切断绿灯，若该相位方向的绿灯剩余时间小于预定的绿灯剩余时间时，则等待绿灯最大阈值完成后再变换信号灯进行相位切换。
[0012]本发明提供的一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，还具有这样的特征:其中，延迟开启步骤为当实时监控到当前红灯相位方向的剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时延迟开启绿灯。
[0013]本发明提供的一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，还具有这样的特征:其中，相交道路协调步骤为用于保证绿灯开启时间不大于绿灯最大时间。
[0014]本发明提供的一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，还具有这样的特征:其中，提早切断步骤为当实时监控到当前绿灯相位方向的剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时提早切断绿灯，若该相位方向的绿灯剩余时间小于预定的绿灯剩余时间时，则等待绿灯最大阈值完成后再变换信号灯进行相位切换，延迟开启步骤为当实时监控到当前红灯相位方向的剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时延迟开启绿灯，相交道路协调步骤为用于保证绿灯开启时间不大于绿灯最大时间，至少提早切断步骤、延迟开启步骤和相交道路协调步骤中的任意一种及其提早切断步骤、延迟开启步骤和相交道路协调步骤中至少任意两两相互组合。
[0015]发明作用和效果
[0016]根据本发明所涉及一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，读取交叉路口的几何形状、车道数和车道功能，根据车载数据判断路口为未饱和状态或过饱和状态，当判断为未饱和状时采用未饱和状态优化方法，当判断为过饱和状态时采用过饱和状态优化方法，未饱和状态优化方法为计算交叉路口本相位下一时刻可以放行的所有相位红灯流向单车道的车辆累计等待时间，以此作为交叉路口信号控制相位切换的依据，对同一车道上的车辆进行车队划分并清空绿灯尾部排队，确定车队情况后变换信号灯进行相位切换，指引车队通过交叉路口，过饱和状态优化方法为实时监控各个相位方向的路口后下游出车道的剩余排队长度，根据剩余排队长度实时控制交叉路口中与该相位方向关联的绿灯提早切断或延迟开启。从而使得车辆延误减少，提高了交叉路口的运行效率和安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明在实施例中的声发射传感器与声发射采集系统的连接示意图；
[0018]图2是本实施例中的车载数据采集表；
[0019]图3是本发明在实施例中的非饱和条件下交叉路口自适应控制方法相位切换顺序图；
[0020]图4是本发明在实施例中的非饱和条件下交叉路口自适应控制方法相位切换顺序图；
[0021]图5是本发明在实施例中的非饱和条件下交叉路口自适应控制方法相位冲突表；
[0022]图6是本实施例中的车队划分方法流程图；
[0023]图7是本实施例中的相位切换流程图；
[0024]图8是本实施例中的过饱和条件下交叉路口自适应控制方法绿灯时间控制流程图；
[0025]图9为本实施例中的过饱和状态运行过程图；以及
[0026]图10是本实施例中的五种组合算法与现状的控制方案进行对比分析图。
【具体实施方式】
[0027]以下参照附图与实施例对本发明所涉及的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法作详细的描述。
[0028]实施例
[0029]图1是本发明在实施例中的声发射传感器与声发射采集系统的连接示意图。
[0030]步骤Sl-1:
[0031]系统初始化，进入步骤S1-2。
[0032]步骤S1-2:
[0033]读取交叉路口的几何形状、车道数和车道功能情况，进入步骤S1-3。
[0034]步骤S1-3:
[0035]确定交叉路口的控制结构，进入步骤S1-4。
[0036]步骤S1-4:
[0037]判断交叉路口的车道是否饱和状态，若是非饱和状态，则进入步骤S1-5 ;若是过饱和状态，则进入步骤S1-8。
[0038]步骤S1-5:
[0039]确定相位方向顺序做成相位切换顺序图，该图包含路口的各个相位方向，根据相位方向制定信号灯并设置于交叉路口的各个方向，根据相位切换顺序图设置出10X10的相位冲突表，该表中横轴和纵轴为8个相位方向,8个相位方向两两对应的位置设置有冲突标示和不冲突标示,其中I表示冲突,O表示不冲突，作为冲突系数，进入步骤S1-6。
[0040]步骤S1-6:
[0041]根据车载数据将位于同一车道内彼此相邻保持预定距离的车辆划分为车队，当位于车队的后方车辆的加速度小于-0.5米每二次方秒并且该后方车辆与车队中的尾车之间的距离小于3米时则判断为将该后方车辆加入车队中，当位于车队的前方车辆的加速度大于0.5米每二次方秒并且该前方车辆与车队中的头车之间的距离小于3米时判断为将该前方车辆加入车队中，当头车的加速度大于0.5米每二次方秒并且与该头车后一辆车之间的距离大于3米时判断为该头车脱离车队，当尾车的加速度小于0.5米每二次方秒并且与该尾车前一辆车之间的距离大于3米时判断为该尾车脱离车队，进入步骤S1-7。
[0042]确定车队情况后变换信号灯进行相位切换。
[0043]步骤S1-8:
[0044]实时监控8个相位方向的路口后下游出车道的剩余排队长度，进入步骤S1-9。
[0045]步骤S1-9:
[0046]根据剩余排队长度实时控制交叉路口中与该相位方向关联的绿灯提早切断或延迟开启。
[0047]图2是本实施例中的车载数据结构图。
[0048]如图2所示，从每辆车采集到的车载数据包括仿真时间、车辆编号、车辆位置、Link编号、Lane编号、转向灯状态、坐标、速度、加速度、下一 Link编号。
[0049]图3是本发明在实施例中的非饱和条件下交叉路口自适应控制方法相位切换顺序图。
[0050]如图3所示，与路口各个方向设置的信号灯相同的相位切换顺序图中每个箭头代表对应的相位方向，双竖线代表隔离不能互相搭接的相位屏障，所有相位被分配到上下两个环，在一个相位屏障内同一环中的两个相位方向可以自由变换；而当相位方向的切换需要跨越相位屏障时，则需等待其他相位方向都到达跨越相位屏障的相位切换点。这种结构在保证安全的前提下，实现了非冲突交通流之间的搭接，能够最大程度地发挥交叉路口的运行效率，比传统的相位相序结构更具有灵活性，更适合交叉路口实时自适应控制策略的实施。
[0051]图4是本发明在实施例中的非饱和条件下交叉路口自适应控制方法相位切换顺序图。
[0052]如图4所示，箭头表示十字交叉路口中每个可行的相位方向。
[0053]结合图3和图4，图3中的8个相位方向分别对应图4中交叉路口的8个相位方向。
[0054]图5是本发明在实施例中的非饱和条件下交叉路口自适应控制方法相位冲突表。
[0055]如图5所示，每一相位方向结束后可能执行的相位方向包括本相位方向，以及可能的冲突相位方向。以图2标准的交叉路口八相位控制(东西南北四个方向直行和左转设置单独相位)为例，构造相应的相位冲突表。表中I代表冲突，O代表不冲突。如不需要某个相位，可以依据下表进行删减调整。对于畸形交叉路口或者多于八个相位的交叉路口，可以依据上述说明构建多相位屏障的双环控制结构。
[0056]图6是本实施例中的车队划分方法流程图。
[0057]根据车载数据将位于同一车道内彼此相邻保持预定距离的车辆通过以下步骤进行划分为一个车队。
[0058]步骤2-1:
[0059]判断当前车辆是否属于本车队，若不属于本车队，则进入步骤S2-2 ;若属于本车队，则进入步骤S2-6。
[0060]步骤S2-2:
[0061]判断当前车辆的加速度是否大于5米每二次方秒。若大于，则进入步骤S2-3 ;若不大于，则进入步骤S2-4。
[0062]步骤S2-3:
[0063]判断当前车辆与前车距离是否小于3米，若小于3米，则判断为后方车辆加入车队；若不小于3米，则返回步骤S2-2。
[0064]步骤S2-4:
[0065]判断当前车辆的加速度是否小于-5米每二次方秒。若小于，则进入步骤S2-5 ;若不小于，则返回步骤S2-2。
[0066]步骤S2-5:
[0067]判断当前车辆与前车距离是否小于3米，若小于3米，则判断为前方车辆加入车队；若不小于3米，则返回步骤S2-2。
[0068]步骤S2-6:
[0069]判断当前车辆的加速度是否大于5米每二次方秒。若大于，则进入步骤S2-7 ;若不大于，则进入步骤S2-8。
[0070]步骤S2-7:
[0071]判断当前车辆与前车距离是否大于3米，若大于3米，则判断为车队头车脱离车队；若不大于3米，则返回步骤S2-6。
[0072]步骤S2-8:
[0073]判断当前车辆的加速度是否小于-5米每二次方秒。若小于，则进入步骤S2-9 ;若不小于，则返回步骤S2-6。
[0074]步骤S2-9:
[0075]判断当前车辆与前车距离是否大于3米，若大于3米，则判断为车队尾车脱离车队；若不大于3米，则返回步骤S2-6。
[0076]图7是本实施例中的相位切换流程图。
[0077]步骤S3-1:
[0078]运行当前相位方向，进入步骤S3-2。
[0079]步骤S3-2:
[0080]计算交叉路口中当前绿灯相位方向结束后可以放行的所有红灯相位方向的所有车道的等待车辆的等待时间相叠加所得的累计等待时间，当车辆累计等待时间大于预先设定的120秒时发出绿灯请求，当车辆累计等待时间小于预先设定的120秒时继续运行当前绿灯相位方向，进入步骤S3-3。
[0081]步骤S3-3:
[0082]车辆累计等待时间乘以冲突系数，进入步骤S3-4。
[0083]步骤S3-4:
[0084]判断车辆累计等待时间是否大于120秒，若大于120秒，则进入步骤S3-5 ;若不大于120秒，则返回步骤S3-1。
[0085]步骤S3-5:
[0086]发出相位方向切换请求，进入步骤S3-6。
[0087]步骤S3-6:
[0088]判断是残余排队车辆的速度是否小于5公里每小时，若小于，则进入步骤S3-7 ;若不小于，则进入步骤S3-10。
[0089]步骤S3-7:
[0090]辨别残留排队队尾车辆，进入步骤S3-8。
[0091]步骤S3-9:
[0092]下一时间步长，进入步骤S3-10。
[0093]步骤S3-9:
[0094]判断残留排队队尾车辆是否通过交叉路口，若通过，则进入步骤S3-10 ;若未通过，则返回步骤S3-8。
[0095]步骤S3-10:
[0096]绿灯相位方向车辆聚类和识别关键车队，进入步骤S3-11。
[0097]步骤S3-11:
[0098]确定绿灯延长时间At，At = (VvJ其中，Cl1为尾车与交叉路口之间的距离，V1为尾车的速度)，进入步骤S3-12。
[0099]步骤S3-12:
[0100]判断绿灯延长时间是否为O或是否到达最大绿灯时间，若是O或到达最大绿灯时间，则进入步骤S3-13 ;若不是O或未到达最大绿灯时间，则返回步骤S3-12。
[0101]步骤S3-13:
[0102]判断请求相位方向是否冲突，按照相位切换顺序图和相位冲突表切换相位变换信号灯，若不冲突，则进入步骤S3-14 ;若冲突，则返回步骤S3-1。
[0103]步骤S3-14:
[0104]本环运行完成，进入第二个环。
[0105]由于第二个环与第一个环运行步骤相通，因此省略说明。
[0106]步骤S3-15:
[0107]计算每个环中累计等待时间最大的相位方向，进入步骤S3-16。
[0108]步骤S3-16:
[0109]同时切换绿灯至相应的相位方向。
[0110]图8是本实施例中的过饱和条件下交叉路口自适应控制方法绿灯时间控制流程图。
[0111]步骤S4-1:
[0112]启动交叉路口离线配时方案，进入步骤S4-2。
[0113]步骤S4-2:
[0114]保持原有方案的相位切换点和绿信比，进入步骤S4-3。
[0115]步骤S4-3:
[0116]判断下游车道是否绿灯，若是绿灯，则进入步骤S4-4，若不是绿灯，则进入步骤S4-6。
[0117]步骤S4-4:
[0118]判断本相位方向下游车道排队空间是否小于30m，若小于30m，则进入步骤S4_5 ；若不小于30m，则进入步骤S4-6。
[0119]步骤S4-5:
[0120]绿灯延迟开启I秒。
[0121]步骤S4-6:
[0122]是否开启相交道路协调，若开启，则进入步骤S4-7 ;若不开启，则进入步骤S4-9。
[0123]步骤S4-7:
[0124]判断原方案中本相位方向绿灯时间是否结束，若结束，则相交道路协调完成；若未结束，则进入步骤S4-8。
[0125]步骤S4-8:
[0126]继续运行本相位方向，返回步骤S4-7。
[0127]步骤S4-9:
[0128]判断本相位方向下游车道排队空间是否小于30m，若小于30m，则进入步骤S4-10 ；若不小于30m，则进入步骤S4-12。
[0129]步骤S4-10:
[0130]判断本相位方向绿灯时间是否小于5s，若不小于5s，则进入步骤S4-10 ;若小于5s，则进入步骤S4-12。
[0131]步骤S4-11:
[0132]绿灯提前切断。
[0133]步骤S4-12:
[0134]本相位方向继续运行Is,进入步骤S4-13。
[0135]步骤S4-13:
[0136]判断本相位方向到达最大绿灯时间，若到达，则步骤结束；若未到达，则返回步骤S4-9。
[0137]图9为本实施例中的过饱和状态运行过程图。
[0138]如图9所示，将三种基本控制算法绿灯提早切断、绿灯延迟开启和相交道路协调进行组合，有以下五种组合情况。其中箭头表示本相位发生了变化，黑色实线表示本相位启动/结束时间没有发生变化，斜线部分表示红灯，空白部分表示绿灯。为简化研究，本例子中为两相位，即主路绿灯，或相交道路绿灯，反之亦然。此外，图9中忽略了相位之间过渡的黄灯时间。五种组合算法描述如下:
[0139]1.绿灯延迟开启(GSD)。根据下游道路的过饱和情况增加本相位方向的绿灯开启时间，而本相位方向的绿灯时长保持不变。
[0140]2.绿灯延迟开启+绿灯提前切断(GSD+GCA)。如果下游出口无足够的排队空间，本相位的相位差每个周期增加一点，同时本相位的绿灯时间也缩短(多周期影响)。
[0141]3.绿灯延迟开启+相交道路协调(GSD+C0R)。本相位的相位差只在一个周内增力口，绿灯时间缩短，以使相交道路的相位启动时间不受影响(单周期影响)。下一周期仍按预先设定的方案运行，除非又出现本相位绿灯延迟启动的情况。如果下游没有足够的排队空间，本相位的绿灯时间将被跳过。
[0142]4.绿灯提前切断(GCA)。本相位的相位差不做调整。绿灯按时起亮，根据实际情况提前中断。多余的时间分配给相交道路。
[0143]5.绿灯延迟开启+绿灯提前切断+相交道路协调(GCA+GSD+C0R)。第二种情况和第三种情况的组合，相位绿灯时间取绿灯延迟开启(GSD)和相交道路协调(COR)中最早的时刻。
[0144]图10是本实施例中的五种组合算法与现状的控制方案进行对比分析图。
[0145]如图10所示，运用Vissim仿真，通过实例，对上述五种组合算法与现状的控制方案进行对比分析。整体而言，通行能力均有所降低，这与过饱和条件下限制交通需求的做法不谋而合；车距延误和停车次数有所改善。其中，绿灯提前切断(GCA)对于交叉路口控制效益的改善最明显，其与绿灯延迟启动、相交道路协调的组合(GCA+GSD+C0R)并未对交叉路口效益的改善有显著提高，而单独使用绿灯延迟启动(GSD)甚至会带来交叉路口效益的恶化，其与相交道路协调的组合(GSD+C0R)对交叉路口的控制效益有所改善，但并没有绿灯提前切断(GCA)及其三种组合(GCA+GSD+C0R)效果明显。因此我们可以得出结论:城市道路交叉路口过饱和条件下，推荐首先采用绿灯提前切换，再次考虑其与其他的组合形式。
[0146]实施例的作用与效果
[0147]根据本发明所涉及一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，读取交叉路口的几何形状、车道数和车道功能，根据车载数据判断路口为未饱和状态或过饱和状态，当判断为未饱和状时采用未饱和状态优化方法，当判断过饱和状态时采用过饱和状态优化方法，未饱和状态优化方法为计算交叉路口本相位下一时刻可以放行的所有相位红灯流向单车道的车辆累计等待时间，以此作为交叉路口信号控制相位切换的依据，对同一车道上的车辆进行车队划分并清空绿灯尾部排队，确定车队情况后变换信号灯进行相位切换，指引车队通过交叉路口，过饱和状态优化方法为实时监控各个相位方向的路口后下游出车道的剩余排队长度，根据剩余排队长度实时控制交叉路口中与该相位方向关联的绿灯提早切断或延迟开启。从而使得车辆延误减少，提高了交叉路口的运行效率和安全。
[0148]上述实施例为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，能够针对至少有一个交叉的交叉路口中路口前上游道路的非饱和状态和过饱和状态基于车载数据对所述交叉路口的所述信号灯进行自适应控制，具有以下步骤: 步骤一，读取所述交叉路口的几何形状、车道数和车道功能； 步骤二，根据所述车载数据判断所述路口为所述未饱和状态或所述过饱和状态；以及步骤三，当判断为所述未饱和状时采用未饱和状态优化方法，当判断为所述过饱和状态时采用过饱和状态优化方法， 其中，所述未饱和状态优化方法，具有以下步骤: 步骤I_a: 根据所述几何形状、所述车道数和所述车道功能确定所述交叉路口的相位切换顺序并做成相位切换顺序图，该图包含所述路口的各个相位方向，根据所述相位方向制定所述信号灯并设置于所述交叉路口的各个方向； 步骤l_b: 根据所述相位切换顺序图设置出(N+2) X (N+2)的相位冲突表(N为所述相位方向的数量)，该表中横轴和纵轴为各个所述相位方向，各个所述相位方向两两对应的位置设置有复数个冲突标示和复数个不冲突标示； 步骤Ι-c: 根据所述车载数据将位于所述同一车道内彼此相邻保持预定距离的车辆划分为车队，当位于所述车队的后方车辆的加速度小于相反加速度阈值并且该后方车辆与所述车队中的尾车之间的距离小于距离阈值时则判断为将该后方车辆加入所述车队中，当位于所述车队的前方车辆的加速度大于加速度阈值并且该前方车辆与所述车队中的头车之间的距离小于距离阈值时判断为将该前方车辆加入所述车队中，当所述头车的加速度大于所述加速度阈值并且与该头车后一辆车之间的距离大于所述距离阈值时判断为该头车脱离所述车队，当所述尾车的加速度小于所述相反加速度阈值并且与该尾车前一辆车之间的距离大于所述距离阈值时判断为该尾车脱离所述车队；以及步骤l_d: 确定所述车队情况后变换信号灯进行相位切换，指引所述车队通过所述交叉路口， 所述过饱和状态优化方法，具有以下步骤: 步骤2-a: 实时监控各个所述相位方向的路口后下游出车道的剩余排队长度；以及 步骤2-b: 根据所述剩余排队长度实时控制所述交叉路口中与该相位方向关联的绿灯提早切断或延迟开启。
2.根据权利要求1所述的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，其特征还在于: 其中，所述步骤ι-d中的所述相位切换，具有以下步骤: 步骤3_a: 计算所述交叉路口中当前绿灯相位方向结束后可以放行的所有红灯相位方向的所有所述车道的所述等待车辆的等待时间相叠加所得的累计等待时间，当所述车辆累计等待时间大于预先设定的等待时间阈值时发出绿灯请求，当所述车辆累计等待时间小于预先设定的等待时间阈值时继续运行所述当前绿灯相位方向； 步骤3_b: 清空所述当前绿灯相位方向的所述路口前上游车道上的所述车队中的残留排队车辆，在检测到所述车队中任意车辆的车速小于预定的车速阈值的情况下，且当绿灯时间小于预定的绿灯最大阈值时延长所述绿灯时间直到所述车队的所述尾车通过后按照所述相位切换顺序图和所述相位冲突表切换相位变换信号灯，当所述绿灯时间大于预定的绿灯最大阈值时强制切换相位方向，在未检测到所述车速小于预定的所述车速阈值的所述车辆的情况下，进入下一步； 步骤3-c: 当绿灯延长时间At, At = (I1/^(其中，(I1为所述尾车与所述交叉口之间的距离，V1为所述尾车的速度)，结束或者到达所述绿灯最大阈值时，根据所述相位切换顺序图和所述相位冲突表进行所述相位切换。
3.根据权利要求1所述的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，其特征还在于: 其中，所述提早切断步骤为当实时监控到当前绿灯相位方向的所述剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时提早切断绿灯，若该相位方向的绿灯剩余时间小于预定的绿灯剩余时间时，则 等待所述绿灯最大阈值完成后再变换所述信号灯进行所述相位切换。
4.根据权利要求1所述的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，其特征还在于: 其中，所述延迟开启步骤为当实时监控到当前红灯相位方向的所述剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时延迟开启绿灯。
5.根据权利要求1所述的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，其特征还在于: 其中，相交道路协调步骤为用于保证所述绿灯开启时间不大于所述绿灯最大时间。
6.根据权利要求1所述的基于车载数据城市交通路口信号灯自适应控制方法，其特征还在于: 其中，所述提早切断步骤为当实时监控到当前绿灯相位方向的所述剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时提早切断绿灯，若该相位方向的绿灯剩余时间小于预定的绿灯剩余时间时，则等待所述绿灯最大阈值完成后再变换所述信号灯进行所述相位切换， 所述延迟开启步骤为当实时监控到当前红灯相位方向的所述剩余排队长度小于预定的剩余排队长度阈值时延迟开启绿灯， 所述相交道路协调步骤为用于保证所述绿灯开启时间不大于所述绿灯最大时间， 至少所述提早切断步骤、所述延迟开启步骤和所述相交道路协调步骤中的任意一种及其所述提早切断步骤、所述延迟开启步骤和所述相交道路协调步骤中至少任意两两相互组入口 ο
【文档编号】G08G1/08GK104077918SQ201410311813
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】姚佼, 韩印, 顾佳磊, 刘婧, 邢冰, 曹交交, 汪圣伟, 史册, 马世博 申请人:上海理工大学