大型四路环形交叉口的BRT信号优先控制方法与流程

本发明属于智能交通控制技术领域，涉及一种大型四路环形交叉口的brt信号优先控制方法。

背景技术：

快速公交(简称brt)是一种高品质、高效率、低能耗、低污染、低成本的中高运量公共交通系统。为了吸引客流、方便改造道路空间，brt线路往往布设于城市干道沿线。路中型专用道是brt系统最常用的通行空间形式。作为brt系统的重要技术组成部分，信号优先控制可以使brt车辆在通过交叉口时获得更多的绿灯时间、更少的红灯时间，从而加快它们的运行速度或者改善它们的运行准点性。

具有3条或更多环内车道的大型四路环形交叉口是城市干道沿线的标志性景观和关键节点。当路中型brt专用道延伸至大型四路环形交叉口时，为了简化交通运行组织，通常采用以下3种做法：(1)将环形交叉口改建为常规交叉口；(2)允许brt车辆与常规车辆共用进口车道和环内车道；(3)允许专用道横穿环形交叉口的中心岛。显然，第3种做法能够确保brt车辆获得理想的优先通行效果，同时，在很大程度上保留环形交叉口的景观价值。

面向路中型brt专用道横穿中心岛的大型四路环形交叉口，以减少brt车辆延误、高效服务常规车辆为目标，开发一种支持绿灯延长、绿灯早启、相位插入等信号优先方式、能够感知并满足常规车辆连续通行需求的brt信号优先控制方法，具有十分重要的应用价值。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大型四路环形交叉口的brt信号优先控制方法。

本发明的技术方案为：

大型四路环形交叉口的brt信号优先控制方法，从实施条件、通行权分配、交通数据检测、信号运行管理四个方面，叙述本发明的技术方案，包括以下内容：

一、实施条件

(1)构成环形交叉的2条双向通行的道路中，路中型brt专用道沿其中1条道路双向布设。

(2)路中型brt专用道所在的进口方向和出口方向分别称为优先进口方向和优先出口方向，非路中型brt专用道所在的进口方向和出口方向分别称为非优先进口方向和非优先出口方向；

(3)brt车辆的右侧安装有供乘客上下车的车门。

(4)优先出口方向设置brt停靠站以及配套的立体过街设施。

(5)非优先进口方向和出口方向错位设置两段人行横道；进口方向人行横道的下游边缘到环内车道边缘的距离不小于10m；出口方向人行横道的上游边缘到环内车道边缘的距离不小于20m；行人过街安全岛的宽度不小于2m。

(6)优先进口方向的brt车辆和常规车辆(右转车辆除外)分别受控于brt车辆信号灯和常规车辆信号灯；非优先进口方向和出口方向的常规车辆和行人分别受控于常规车辆信号灯和行人信号灯；环内车道的常规车辆受控于常规车辆信号灯。

(7)brt车辆信号和常规车辆信号的灯色显示顺序为“红色→绿色→黄色→红色”，行人信号的灯色显示顺序为“红色→绿色→红色”，信号灯色每秒更新一次。

(8)分车道独立采集车辆时距和占有时间；车辆时距自上一车辆完全离开检测区域开始计时，当下一车辆进入检测区域时重置为零；占有时间自车辆进入检测区域开始计时，当车辆完全离开检测区域时重置为零。

(9)承接通行权的相位启亮绿灯时，与之相关的所有绿灯间隔时间须全部执行完毕。

二、通行权分配

具备上述实施条件的大型四路环形交叉口，采用以下的信号相位编号方式：

(1)非优先进口方向的常规机动车相位k1。

(2)优先进口方向的常规机动车相位k2。

(3)优先进口方向的brt相位b2。

(4)非优先出口方向的常规机动车相位k3。

(5)环内车道的常规机动车相位c1，用以控制与相位k1冲突的环内车辆。

(6)环内车道的常规机动车相位c2，用以控制与相位k2、b2冲突的环内车辆。

(7)非优先进口方向的行人相位f1。

(8)非优先出口方向的行人相位f3。

利用上述相位，形成以下的通行权分配状态：

(1)非优先进口车辆入环状态：相位k1、k3、c2显示绿灯，其他相位显示红灯。

(2)非优先进口入环左转车辆清环状态：相位c1、c2、f1显示绿灯，其他相位显示红灯。

(3)优先进口车辆入环状态：相位k2、b2、c1、f1、f3显示绿灯，其他相位显示红灯。

(4)优先进口入环左转车辆清环状态：相位c1、c2显示绿灯，其他相位显示红灯。

(5)优先进口brt车辆入环状态：相位b2显示绿灯，其他相位显示红灯。

不服务相位插入请求时，通行权分配状态的切换顺序为：非优先进口车辆入环状态→非优先进口入环左转车辆清环状态→优先进口车辆入环状态→优先进口入环左转车辆清环状态→非优先进口车辆入环状态。

服务相位插入请求时，通行权分配状态的切换顺序为：非优先进口车辆入环状态→非优先进口入环左转车辆清环状态→优先进口车辆入环状态→优先进口入环左转车辆清环状态→优先进口brt车辆入环状态→非优先进口车辆入环状态。

三、交通数据检测

在路中型brt专用道布设4类brt车辆检测器，采集brt车辆的到达时刻。a类检测器位于停止线上游80～120m处；b类检测器位于停止线上游40m处；c类检测器位于停止线下游1m处；d类检测器位于brt站台的起始位置。

在进口车道和环内车道布设2类常规车辆检测器，采集车辆时距和占有时间。非优先进口方向的a类检测器位于直行和左转进口车道停止线上游40m处；优先进口方向的a类检测器与b类检测器处于同一道路横断面；b类检测器位于环内车道停止线上游1m处。某一常规机动车相位停止线上游的a类或b类检测器均归属于该相位。

四、信号运行管理

(1)非优先进口车辆入环状态

用于管理本状态的交通事件[tenpe(no.)]包括：

tenpe(1)：至少1辆已经到达c类检测器的brt车辆未到达下游的d类检测器；

tenpe(2)：相位k1达到最大绿灯时间；

tenpe(3)：相位k1达到最小绿灯时间；

tenpe(4)：存在待服务的绿灯早启请求，即至少1辆已经到达a类检测器的brt车辆未到达下游的c类检测器；

tenpe(5)：相位k1的上一次绿灯延长时间内，它的直行或左转进口车道的连续通行需求未得到满足，即相位k1的上一次绿灯延长时间内，它的至少一个a类检测器采集的车辆时距始终小于等于车辆时距阈值；

tenpe(6)：相位k1的上一次红灯结束时，它的直行或左转进口车道形成了较长的车辆排队，即相位k1的上一次红灯结束时，它的任意一个a类检测器采集的占有时间大于等于占有时间阈值；

tenpe(7)：相位c1的停止线后存在较长的车辆排队，即相位c2的任意一个b类检测器采集的占有时间大于等于占有时间阈值；

tenpe(8)：相位k1的直行和左转进口车道的连续通行需求已经得到满足，即相位k1达到最小绿灯时间后，它的所有a类检测器采集的车辆时距先后大于车辆时距阈值。

一旦服务了相位插入请求，优先进口brt车辆入环状态结束后，若发生tenpe(1)，禁止相位c2启亮绿灯。

当满足下列条件之一时，允许相位k1切断绿灯：

条件1：发生tenpe(2)。

条件2：同时发生tenpe(3)、tenpe(4)，并且未发生tenpe(5)。

条件3：同时发生tenpe(3)、tenpe(4)，并且未发生tenpe(6)。

条件4：同时发生tenpe(3)、tenpe(7)。

条件5：同时发生tenpe(3)、tenpe(8)。

相位k1的绿灯结束后，通行权将由相位k1传递至相位c1、f1。

(2)非优先进口入环左转车辆清环状态

用于管理本状态的交通事件[tenpl(no.)]包括：

tenpl(1)：相位c1、c2同时显示绿灯。

tenpl(2)：当前状态的持续时间达到相位c1、c2的最大全绿时间。

tenpl(3)：当前状态的持续时间达到相位c1、c2的最小全绿时间。

tenpl(4)：无车辆连续接近相位c1的停止线，即当前状态的持续时间达到相位c1、c2的最小全绿时间后，相位c2的所有b类检测器采集的车辆数据同时大于车辆时距阈值。

当满足下列条件之一时，允许相位c2切断绿灯：

条件1：同时发生tenpl(1)、tenpl(2)。

条件2：同时发生tenpl(1)、tenpl(3)、tenpl(4)。

相位c2的绿灯结束后，通行权将由相位c2传递至相位k2、b2；相位k3与c2同时切断绿灯，相位k3的绿灯结束后，通行权将由相位k3传递至相位f3。

(3)优先进口车辆入环状态

用于管理本状态的交通事件[tepe(no.)]包括：

tepe(1)：存在待服务的绿灯延长请求，即至少1辆已经到达a类检测器的brt车辆未在相位k2超出允许生成绿灯延长请求的最后时刻之前到达下游的c类检测器(相位k2允许生成绿灯延长请求的最后时刻等于相位k2的最大绿灯时间减去brt车辆以道路限制车速由a类检测器行驶至c类检测器所需的时间)。

tepe(2)：相位k2达到最大绿灯时间。

tepe(3)：相位k2达到最小绿灯时间。

tepe(4)：相位c2的停止线后存在较长的车辆排队，即相位c1的任意一个b类检测器采集的占有时间大于等于占有时间阈值。

tepe(5)：相位k2的直行和左转进口车道的连续通行需求已经得到满足，即相位k2达到最小绿灯时间后，它的所有a类检测器采集的车辆时距先后大于车辆时距阈值。

当满足下列条件之一时，允许相位k2切断绿灯：

条件1：未发生tepe(1)，并且发生tepe(2)。

条件2：未发生tepe(1)，并且同时发生tepe(3)、tepe(4)。

条件3：未发生tepe(1)，并且同时发生tepe(3)、tepe(5)。

相位k2的绿灯结束后，通行权将由相位k2传递至相位c2。相位b2、f1、f3与k2同时切断绿灯，相位f3的绿灯结束后，通行权将由相位f3传递至相位k3。

(4)优先进口入环左转车辆清环状态

用于管理本状态的交通事件[tepl(no.)]包括：

tepl(1)：至少1辆已经到达c类检测器的brt车辆未到达下游的d类检测器。

tepl(2)：相位c1、c2同时显示绿灯。

tepl(3)：当前状态的持续时间达到相位c1、c2的最大全绿时间。

tepl(4)：当前状态的持续时间达到相位c1、c2的最小全绿时间。

tepl(5)：无车辆连续接近相位c2的停止线，即当前状态的持续时间达到相位c1、c2的最小全绿时间后，相位c1的所有b类检测器采集的车辆数据同时大于车辆时距阈值。

tepl(6)：存在待服务的相位插入请求，即至少1辆已经到达b类检测器的brt车辆未到达下游的c类brt车辆检测器。

若发生tepl(1)，禁止相位c2启亮绿灯。

当满足下列条件之一时，允许相位c1切断绿灯：

条件1：同时发生tepl(2)、tepl(3)。

条件2：同时发生tepl(2)、tepl(4)、tepl(5)。

若发生tepl(6)，相位c2与c1同时切断绿灯，相位c2的绿灯结束后，通行权将由相位c2传递至相位b2，进入优先进口brt车辆入环状态；若未发生tepl(6)，相位c1的绿灯结束后，通行权将由相位c1传递至相位k1，进入非优先进口车辆入环状态。

(5)优先进口brt车辆入环状态

一旦相位b2达到预设的绿灯时间，相位b2立即切断绿灯，相位k1立即启亮绿灯。相位b2的绿灯结束后，通行权将由相位b2传递至相位c2。

本发明的有益效果为：本发明不仅可以确保brt车辆获得理想的优先通行效果，还在很大程度上保留了环形交叉口的景观价值。

附图说明

图1是信号相位编号方式图。

图2是通行权分配状态及其切换顺序图。

图3是交通数据检测器布设位置图。

图4是绿灯间隔时间矩阵图。

具体实施方式

以同为双向6车道的两条道路相交而成的大型四路环形交叉口为例，介绍本发明的具体实施方式。

路中型brt专用道为东西走向。北进口和南进口是非优先进口方向，北出口和南出口是非优先出口方向，东进口和西进口是优先进口方向，东出口和西出口是优先出口方向。brt车辆和常规车辆的限制车速为50km/h。

信号相位编号方式，见图1。其中，相位k1是南北进口的常规机动车相位，相位k2是东西进口的常规机动车相位，k3是南北出口的常规机动车相位，相位b2是东西进口的brt相位，相位c1是环内车道南北两侧的常规机动车相位，相位c2是环内车道东西两侧的常规机动车相位，相位f1是南北进口的行人相位，相位f3是南北出口的行人相位。

通行权分配状态及其切换顺序，见图2。不服务相位插入请求时，优先进口brt车辆入环状态将被跳过，优先进口入环左转车辆清环状态直接切换至非优先进口车辆入环状态。

交通数据检测器布设位置，见图3。沿brt专用道正常行驶的brt车辆将依次到达a类检测器、b类检测器、c类检测器、d类检测器，右转进口车道无需布设常规车辆检测器。

绿灯间隔时间矩阵，见图4。行表示出让通行权的相位，列表示承接通行权的相位；矩阵中的数字表示出让通行权的相位的绿灯结束时刻到承接通行权的相位的绿灯启亮时刻的时间间隔。

相位k1、k2、k3、b2、c1、c2的黄灯时间取3s。

相位k1、k2的最小绿灯时间和最大绿灯时间分别取15s和45s。

相位c1、c2的最小全绿时间和最大全绿时间分别取5s和35s。

brt车辆以道路限制车速从a类检测器行驶至c类检测器所需的时间等于a类检测器到c类检测器的距离与道路限制车速的比值并向上取整。

服务相位插入请求时，相位b2预设的绿灯时间取10s。

常规车辆检测器的车辆时距阈值取2.5s、占有时间阈值取5s。