一种城市交通信号控制系统干线相位差计算方法与流程

本发明属于城市交通智能控制技术领域，具体涉及一种城市交通信号控制系统干线相位差计算方法。

背景技术：

交通系统作为社会经济和物质结构的基本组成部分，其发展水平是国家兴旺发达的重要标志之一。交通运输业的快速发展，能更有效的组织生产，安排生活，提高城市客货流的有效运转，促进城市经济发展。然而，现代交通工具也给城市带来了各种交通问题，近半个世纪以来，交通拥挤、道路阻塞和交通事故的频繁发生以及环境污染严重加剧，极大地困扰着世界各国的大城市。交通拥挤增加了人们的出行时间和成本，空气污染、噪声污染，破坏城市环境，严重影响了居民休息和教育、文化活动，危害人体健康，交通事故增多造成了大量的人员伤亡和高额的直接和间接经济损失，增加社会不安定因素，制约了城市的进一步发展。

在国外，特别是西方国家，由于经济发展起步较早，20世纪60年代时交通问题就已经非常突出，纽约、巴黎、伦敦等城市的中心街道上，平均车速每小时只有十多公里。美国德州运输研究所对美国39个主要城市的研究，估计美国每年因交通阻塞造成的经济损失约为410亿美元，12个最大城市每年的损失均超过10亿美元；日本东京每年因交通拥挤造成交通参与者时间损失的价值相当于123000亿日元；而欧洲每年因交通事故、交通拥挤和环境污染造成的经济损失分别达到500亿欧元、5000亿欧元和50～500亿欧元。

由交通事故导致的死亡人数让人触目惊心，减少交通事故，提高城市道路运行的安全性以成为迫在眉睫的问题。

随着汽车保有量不断增加，随着城市规模不断扩大，交通管理的范围也越来越大，对交通控制系统的管理效率提出了更高的要求。在交通控制系统管理的研究实验中，首选要准确测量和计算交通运行参数。在复杂的各项参数里，相位及相位差的计算尤为关键。相位是指在一个信号周期内，一股或几股车流，不管任何瞬时间都获得完全相同的信号灯色显示，那么把它们获得不同灯色的连续时序称为一个信号相位。相位差则是指在一个协调控制信号系统中，以某一个信号为基准信号，其它信号的协调相位绿灯起始时间滞后于基准信号的绿灯起始时间的最小时间差。干线交通是区域交通的重要组成部分，干线的畅通与否会直接影响到附近区域的通行情况。我国许多路段都是以干线的形式存在的，为了缓解交通拥堵的严峻问题，有必要针对干线交通的特点，利用干线相位差的准确计算和调控，达到优化交通通行效益的目的。

基于此，申请人设计了一种城市交通信号控制系统干线相位差计算方法，能够准确计算干线相位差，并能够检验干线相位差合适及正确与否。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种城市交通信号控制系统干线相位差计算方法，能够准确计算干线相位差，并能够检验干线相位差合适及正确与否。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种城市交通信号控制系统干线相位差计算方法，其特征在于：

相位差计算公式如下：

式中：o——单向协调相位差，单位为s；

t——相邻交叉口间机动车单向行驶时间，单位为s；

l——相邻交叉口停车线间的距离，单位为m；

u——某时间段内，路段上有效车辆的平均行驶速度，单位为m/s；

c——控制区的公共周期时长，单位为s；

δt——误差修正量，单位为s；

式中：tk——交通波传到队尾时间，单位为s；

qs——红灯期间排队长度，单位为m，

——评价饱和车头间距，即阻塞密度kj的倒数

uw——起动波波速，

ht——平均饱和车头时距，为饱和流率s的倒数ks＝3600/s；

u——正常行驶速度，与道路条件相关，可以去协调车流平均车速

本发明所述的一种城市交通信号控制系统干线相位差的检验方法，其特征在于：

利用红灯期间协调相位差的排队车辆数计算来检验相位差设定是否合适及正确与否，

如果排队车辆数n12不符合预期值，

则需要调整相位差。

在交叉口上游布设检测器，该检测器的位置必须保证红灯期间检测器不被车辆占据，即排队长度未达到检测器位置；该检测器能够记录红灯时间通过协调车流的车辆数，该检测器必须在交叉口上游各个车道均要布设；具体算法如下：

根据协调车流的绿灯显示区间及车流的平均行驶速度v12，则在时刻后通过检测器的车辆将无法在绿灯期间驶出交叉口停车线，即它们在到达交叉口停车线时是红灯，因此检测器需要统计在时间内通过的车辆数；根据交叉口2的左直右转弯比例，协调车流的车道数就可确定协调车流在红灯期间的排队车辆总数；即由交叉口1向交叉口2行驶方向的协调车流的红灯期间总排队车辆数n12；

其中：

l1：检测器距离停车线的距离，单位为m；

g2：协调车流的绿灯时间，单位为s；则协调车流绿灯显示时刻为[s2，s2+g2]；

λ2，t：交叉口2直行车流转弯比例；

λ2，2：交叉口2左转车流转弯比例；

λ2，r：交叉口2右转车流转弯比例；

q(ti)：在时间ti时刻通过检测器检测的流量，单位为pcu；

n：协调车流在交叉口进口道中所占的车道数，单位为lane；

s1：到达交叉口1的时刻；

s2：到达交叉口2的时刻

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能够准确计算干线相位差，并能够检验干线相位差合适正确与否。利用干线相位差的准确计算和调控，令干线交通保持畅通、优化附近区域的通行情况，避免出现干线交通拥堵等问题。

附图说明

图1是实施例二的结构示意图(虚线部标识的为检测器)。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例一

本发明所述的一种城市交通信号控制系统干线相位差计算方法，

相位差计算公式如下：

式中：o——单向协调相位差，单位为s；

t——相邻交叉口间机动车单向行驶时间，单位为s；

l——相邻交叉口停车线间的距离，单位为m；

u——某时间段内，路段上有效车辆的平均行驶速度，单位为m/s；

c——控制区的公共周期时长，单位为s；

δt——误差修正量，单位为s；

式中：tk——交通波传到队尾时间，单位为s；

qs——红灯期间排队长度，单位为m，

——评价饱和车头间距，即阻塞密度kj的倒数

uw——起动波波速，

hs——平均饱和车头时距，为饱和流率s的倒数hs＝3600/s；

u——正常行驶速度，与道路条件相关，可以去协调车流平均车速

δt的取值需要考虑如下几个因素：

(1)路段上车辆的平均行驶速度要高于车辆的行程速度，因此算得的相位差偏小，δt应使相位差增大；

(2)由于上游交叉口右转车和冲突相位左转车的汇入，使得协调相位车流到达本交叉口时已有部分车辆排队，δt应减小相位差，提前起壳绿灯，以保证排队车辆消散完毕。

假设有a、b、c、d是4个交叉口，ab间距为400米，bc间距为500米，cd间距为650米。现假定车辆平均速度为u＝45km/h(12.5ms)，信号周期为c＝80s。表1为考虑红灯期间排队长度的计算示例。

表1基于红灯期间排队长度的单向交通相位差优化表、

实施例二

在本实施例中，能够利用红灯期间协调相位差的排队车辆数计算来检验相位差设定是否合适及正确与否。如果排队车辆数n12不符合预期值，则需要调整相位差。

在交叉口上游布设检测器，该检测器的位置必须保证红灯期间检测器不被车辆占据，即排队长度未达到检测器位置；该检测器能够记录红灯时间通过协调车流的车辆数，该检测器必须在交叉口上游各个车道均要布设，如图1所示。具体算法如下：

根据协调车流的绿灯显示区间及车流的平均行驶速度v12，则在时刻后通过、检测器的车辆将无法在绿灯期间驶出交叉口停车线，即它们在到达交叉口停车线时是红灯，因此检测器需要统计在时间内通过的车辆数；根据交叉口2的左直右转弯比例，协调车流的车道数就可确定协调车流(相位)在红灯期间的排队车辆总数；即由交叉口1向交叉口2行驶方向的协调车流的红灯期间总排队车辆数n12：

其中：

l1：检测器距离停车线的距离，单位为m；

g2：协调车流的绿灯时间，单位为s：则协调车流绿灯显示时刻为[s2，s2+g2]；

λ2，t；交叉口2直行车流转弯比例；

λ2，t：交叉口2左转车流转弯比例；

λ2，r：交叉口2右转车流转弯比例；

q(ti)：在时间ti时刻通过检测器检测的流量，单位为pcu；

n：协调车流在交叉口进口道中所占的车道数，单位为lane；

s1：到达交叉口1的时刻；

s2：到达交叉口2的时刻；

l：交叉口1和交叉口2之间的间距。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。