考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法

本发明涉及交通管理控制领域，特别是一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法。

背景技术：

我国交通流过街特有特点是混合交通流过街，交叉口存在大量非机动车(电动自行车)过街情况，现有交叉口配时方案是非机动车利用机动车相位穿越交叉口过街。同时现有交叉口信号控制方法以机动车流量为信号配时设计依据，当同一行驶方向非机动车流量高，机动车流量低时，相位配时满足不了非机动车过街需求，当非机动车过街等待时间过长会出现闯红灯现象，影响整个交叉口过街效率与安全。

具备非机动车道的交叉口运行过程中，非机动车在穿越交叉口时将与右转机动车产生交通冲突。现有交叉口不对右转机动车流进行信号控制，右转机动车在非机动车过街过程中让行，当非机动车过街交通流量较低时，完成右转过街。同时，现有非机动车左转交通流利用机动车左转信号相位完成过街，当交叉口空间距离比较大时，非机动车左转距离较大与机动车有交互的安全风险。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法，本发明兼顾非机动车过街交通需求，对右转机动车过街进行合理信号控制，对非机动车左转过街方案优化设计，根据实时交通流量，动态分配绿灯时长，提高交叉口运行效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法，包括以下步骤：

步骤a、设计交叉口渠化方案：根据交叉口空间尺寸，设计交叉口非机动车左转待转区，设计机动车、非机动车右转渠化及隔离设施；

步骤b、根据交叉口渠化方案、以及机动车与非机动车交通流冲突关系，设计考虑非机动车过街的交叉口信号方案；

步骤c、设计动态感应控制方法；具体如下：

定义变量：i为相位序号，i为交叉口的相位数，j为非机动车左转待行区序号，j^为驶入序号为j的非机动车左转待行区的非机动进口车道序号，cij为相位i运行下序号为j的非机动车左转待行区的大容量，gi为相位i本周期当前时刻已运行的绿灯时间，gimin为相位i的最小绿灯时间，gimax为相位i的最大绿灯时间，△ti为相位i的单位绿灯延长时间，a为相位i内是否有直行或左转过街车流的标记，当a＝1时表示相位i内有直行或者左转过街车流通行，a＝0表示相位i内无直行或者左转过街车流通过，bj为相位i运行下序号为j的非机动左转待行区是否达到cij的标记，当bj＝1是表示相位i运行下序号为j的非机动左转待行区达到cij，当bj＝0是表示相位i运行下序号为j的非机动左转待行区没有达到最大存储容量cij，cj为相位i运行下序号为j^的非机动进口车道内是否继续有非机动车到达的标记，cj＝1是表示相位i运行下序号为j^的非机动进口车道内有非机动车继续到达，cj＝0是表示相位i运行下序号为j^的非机动进口车道内有非机动车继续到达，d为是否非机动车进口道内继续有车到达并且对应非机动车待行区未达到容量的标记，当d＝1表示非机动车进口道继续有车到达并且对应非机动车待行区未达到存储容量，当d＝0表示非机动车进口道未继续有车到达或对应非机动车待行区达到存储容量；

步骤(c1)、初始化，将a、b1、b2、c1、c2、d设置为0，然后将j初始为1，启动相位i，其中1≤i≤i；

步骤(c2)、判断相位i中是否有直左过街非机动车车流，如果是则设置a为1并执行步骤(c3)，如果否则直接执行步骤(c3)；

步骤(c3)、判断相位i已运行绿灯时间gi是否大于等于最小绿灯时间gimin，如果是则执行步骤(c4)，如果否则执行步骤(c5)；

步骤(c4)、判断a是否等于1，如果是则执行步骤(c6)，如果否则执行步骤(c12)；

步骤(c5)、相位i车辆信号灯继续显示绿灯；

步骤(c6)、判断相位i运行下序号为j的非机动车左转待行区是否达到最大存储容量cij，如果是则执行步骤(c7)，如果否则执行步骤(c9)；

步骤(c7)、相位i运行下序号为j的非机动左转待行区所对应序号为j^的非机动车进口道直行信号灯运行黄灯间隔切换为红灯，并执行步骤(c8)；

步骤(c8)、相位i运行下与序号为j^的非机动车进口道冲突的右转机动车信号灯由红灯切换为绿灯、设置bj＝1并执行步骤(c10)；

步骤(c9)、判断相位i运行下序号为j^的非机动车进口道是否继续有非机动车到达，如果是则执行步骤(c10)，如果否则设置cj＝1并执行步骤(c10)；

步骤(c10)、判断相位i运行下是否cj＝bj＝0，如果是则执行步骤(c11)，如果否则执行步骤(c12)；

步骤(c11)、设置d＝1并执行步骤(c12)；

步骤(c12)、判断是否j＝2，如果是则执行步骤(c13)，如果否则设置j＝j+1然后执行步骤(c6)；

步骤(c13)、判断d是否等于1，如果是则执行步骤(c15)，如果否则执行步骤(c14)；

步骤(c14)、判断相位i是否继续有机动车到达，如果是则执行步骤(c15)，如果否则执行步骤(c17)；

步骤(c15)、判断相位i当前已经运行的绿灯时间gi与单位绿灯延长时间△ti之和，是否大于最大绿灯时间gimax，如是则执行步骤(c17)，如果否则执行步骤(c16)；

步骤(c16)、将相位i的绿灯时间延长△ti，然后执行步骤(c4)；

步骤(c17)、运行相位i的绿灯间隔时间giy；

步骤(c18)、判断是否达到结束条件，结束条件为：到达预先规定的其他控制模式的时间；若达到结束条件则切换为其他控制模式，否则进入执行步骤(c19)；

步骤(c19)、i＝mod(i/i)+1，进入步骤(c1)。

作为本发明所述的一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法进一步优化方案，步骤b中，设计考虑非机动车过街的交叉口信号方案的原则是：非机动车直行车流与机动车直行同方向相位过街，非机动车左转车流利用直行相位到达待行区等待过街，等相交道路直行相位通行完成过街，过街轨迹的形状为l型，右转非机动车不受信号控制，右转机动车利用非机动车非冲突相位过街，行人过街利用同方向直行相位过街。

作为本发明所述的一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法进一步优化方案，步骤b中还包括：

在交叉口各个机动车进口车道距离停车线l1处布设车辆流量检测器，车辆流量检测器用于检测各个进口车道是否继续有机动车到达；

在交叉口各个非机动直行进口车道距离停车线l4处布设非机动流量检测器，非机动车流量检测器用于检测各个进口车道是否继续有非机动车到达；

在待行区的路侧设置视频检测器，视频检测器用于检测待行区中的非机动车是否溢出。

作为本发明所述的一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法进一步优化方案，步骤(c3)中，

其中，l1为进口车道的车辆流量检测器与停车线之间的距离，lq为排队情况下机动车平均车头间距，si为相位i进口车道的饱和流率，为相位i行人穿越人行横道最长距离，vp为行人平均过街速度，为相位i非机动车穿越交叉口的过街距离，为相位i非机动车穿越交叉口的平均速度。

作为本发明所述的一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法进一步优化方案，步骤(c6)中，

其中，dij为相位i运行下序号为j的非机动车左转待行区的面积，d为非机动车等待左转占用的安全空间面积。

作为本发明所述的一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法进一步优化方案，步骤(c15)中，

其中，δti为相位i的单位绿灯延长时间，为相位i中车辆从车辆流量检测器到穿过停车线的时间，为相位i行人过街需要最短时间，l1为进口车道的车辆流量检测器与停车线之间的距离，为相位i中行人过街穿越人行横道最大距离，为相位i中车辆通过车辆流量检测器与停车线之间的距离平均车速，为相位i行人过街平均速度，为相位i非机动车穿越交叉口的最短时间，为相位i非机动车穿越交叉口的过街距离，为相位i非机动车穿越交叉口的平均速度，l3为车辆流量检测器的宽，l5为非机动车流量检测器的长。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明适用于具备非机动车专用车道的大型信号交叉口，通过对车辆和非机动车流量实时检测，兼顾考虑非机动车过街需求非机动车过街需求，动态调整交叉口信号配时方案，提高交叉口通行能力。

附图说明

图1为本发明的控制逻辑流程图。

图2为本发明的渠化设计图。

图3为本发明的相位相序设计图。

图4为本发明的检测器布设图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明公开了一种考虑非机动车过街需求的交叉口动态交通信号控制方法，通过对车辆和非机动车流量实时检测，兼顾考虑非机动车过街需求非机动车过街需求，动态调整交叉口信号配时方案，提高交叉口通行能力。

本方法实现过程包含以下步骤：

(a)交叉口渠化设计；

(b)交叉口信号相位相序设计；

检测器布设；

(c)动态感应控制逻辑设计；

所述步骤(a)包含以下步骤：

根据交叉口空间尺寸，设计交叉口非机动车左转待转区，设计机动车、非机动车右转渠化及隔离设施。渠化方案如示意图2，分别设置待行区1/2/3/4用于左转非机动车待行区并设置物理隔离带隔离左转待行非机动车与右转非机动车；将非机动车道设置直行与右转隔离带如车道1与车道2、车道9与车道10、车道22与车道23、车道30与31，分别设置物理隔离带如图2带状物；非机动车道隔离带分开两车道渠化右转与直行标志标线。

所述步骤(b)包含以下步骤：

根据交叉口渠化设计方案、以及机动车与非机动车交通流冲突关系，设计考虑非机动车过街的交叉口信号方案。本专利考虑非机动车过街交叉口信号方案设计原则是：非机动车直行车流与机动车直行同方向相位过街，非机动车左转车流利用直行相位到达待行区等待过街，等相交道路直行相位通行完成过街，过街轨迹形似l型，右转非机动车不受信号控制，右转机动车利用非机动车非冲突相位过街，行人过街利用同方向直行相位过街，相位设计图中不再体现。具体相位相序设计如图3所示，其中代表相位1中东进口左转和右转车流通行，代表相位1中西进口左转和右转车流通行，依次类推。

车辆流量检测器布设：交叉口各个机动车进口车道距离停车线40m处布设车辆流量检测器(检测器长4m、宽3m)，检测各个进口车道是否继续有机动车到达，如图4车道3/4/5/11/12/13/14/15/24/25/26/32/33/34/35/36，为减少成本，示例图4中使用地磁线圈检测器，其他类型检测器例如视频检测器依然适用；

非机动车流量检测器布设：交叉口各个非机动直行进口车道距离停车线1m处布设非机动流量检测器(检测器长2m、宽取车道宽)，检测各个进口车道是否继续有非机动车到达，示例图4中使用地磁线圈检测器，其他类型检测器例如视频检测器依然适用；

待行区溢出检测器布设：如示意图4所示，在待行区1和待行区4路侧设置视频检测器，待行区1处检测器检测待行区1和待行区3非机动车是否溢出，待行区4处检测器检测待行区2和待行区4非机动车是否溢出。

所述步骤(c)包含以下步骤

定义变量：i为相位序号，i为交叉口的相位数，j为非机动车左转待行区序号，j^为驶入序号为j的非机动车左转待行区的非机动进口车道序号，cij为相位i运行下序号为j的非机动车左转待行区的大容量，gi为相位i本周期当前时刻已运行的绿灯时间，gimin为相位i的最小绿灯时间，gimax为相位i的最大绿灯时间，△ti为相位i的单位绿灯延长时间，a为相位i内是否有直行或左转过街车流的标记，当a＝1时表示相位i内有直行或者左转过街车流通行，a＝0表示相位i内无直行或者左转过街车流通过，bj为相位i运行下序号为j的非机动左转待行区是否达到cij的标记，当bj＝1是表示相位i运行下序号为j的非机动左转待行区达到cij，当bj＝0是表示相位i运行下序号为j的非机动左转待行区没有达到最大存储容量cij，cj为相位i运行下序号为j^的非机动进口车道内是否继续有非机动车到达的标记，cj＝1是表示相位i运行下序号为j^的非机动进口车道内有非机动车继续到达，cj＝0是表示相位i运行下序号为j^的非机动进口车道内有非机动车继续到达，d为是否非机动车进口道内继续有车到达并且对应非机动车待行区未达到容量的标记，当d＝1表示非机动车进口道继续有车到达并且对应非机动车待行区未达到存储容量，当d＝0表示非机动车进口道未继续有车到达或对应非机动车待行区达到存储容量；

步骤(c1)、初始化，将a、b1、b2、c1、c2、d设置为0，然后将j初始为1，启动相位i，其中1≤i≤i；

步骤(c2)、判断相位i中是否有直左过街非机动车车流，如果是则设置a为1并执行步骤(c3)，如果否则直接执行步骤(c3)；

步骤(c3)、判断相位i已运行绿灯时间gi是否大于等于最小绿灯时间gimin，如果是则执行步骤(c4)，如果否则执行步骤(c5)；

其中，l1为进口车道的车辆流量检测器与停车线之间的距离，建议取值6.5m；lq为排队情况下机动车平均车头间距，建议取值6.5m；si为相位i进口车道的饱和流率，pcu/s；为相位i行人穿越人行横道最长距离，m；vp为行人平均过街速度，建议取值1.5m/s；为相位i非机动车穿越交叉口的过街距离，m；为相位i非机动车穿越交叉口的平均速度，m/s；

步骤(c4)、判断a是否等于1，如果是则执行步骤(c6)，如果否则执行步骤(c12)；

步骤(c5)、相位i车辆信号灯继续显示绿灯；

步骤(c6)、判断相位i运行下序号为j的非机动车左转待行区是否达到最大存储容量cij，如果是则执行步骤(c7)，如果否则执行步骤(c9)；

其中，dij为相位i运行下序号为j的非机动车左转待行区的面积，单位m²；d为非机动车等待左转占用的安全空间面积，单位m²；

步骤(c7)、相位i运行下序号为j的非机动左转待行区所对应序号为j^的非机动车进口道直行信号灯运行黄灯间隔切换为红灯，并执行步骤(c8)；

步骤(c8)、相位i运行下与序号为j^的非机动车进口道冲突的右转机动车信号灯由红灯切换为绿灯、设置bj＝1并执行步骤(c10)；

步骤(c9)、判断相位i运行下序号为j^的非机动车进口道是否继续有非机动车到达，如果是则执行步骤(c10)，如果否则设置cj＝1并执行步骤(c10)；

步骤(c10)、判断相位i运行下是否cj＝bj＝0，如果是则执行步骤(c11)，如果否则执行步骤(c12)；

步骤(c11)、设置d＝1并执行步骤(c12)；

步骤(c12)、判断是否j＝2，如果是则执行步骤(c13)，如果否则设置j＝j+1然后执行步骤(c6)；

步骤(c13)、判断d是否等于1，如果是则执行步骤(c15)，如果否则执行步骤(c14)；

步骤(c14)、判断相位i是否继续有机动车到达，如果是则执行步骤(c15)，如果否则执行步骤(c17)；

步骤(c15)、判断相位i当前已经运行的绿灯时间gi与单位绿灯延长时间△ti之和，是否大于最大绿灯时间gimax，如是则执行步骤(c17)，如果否则执行步骤(c16)；

其中，δti为相位i的单位绿灯延长时间，单位秒；为相位i中车辆从车辆流量检测器到穿过停车线的时间，单位秒；为相位i行人过街需要最短时间，单位秒；l1为进口车道的车辆流量检测器与停车线之间的距离，取值为40m；为相位i中行人过街穿越人行横道最大距离，单位m；为相位i中车辆通过车辆流量检测器与停车线之间的距离平均车速，单位m/s；为相位i行人过街平均速度，建议取值2m/s；为相位i非机动车穿越交叉口的最短时间，单位秒；为相位i非机动车穿越交叉口的过街距离，m；为相位i非机动车穿越交叉口的平均速度，m/s；l3为车辆流量检测器的宽，l5为非机动车流量检测器的长；

步骤(c16)、将相位i的绿灯时间延长△ti，然后执行步骤(c4)；

步骤(c17)、运行相位i的绿灯间隔时间giy；

步骤(c18)、判断是否达到结束条件，结束条件为：到达预先规定的其他控制模式的时间；若达到结束条件则切换为其他控制模式，否则进入执行步骤(c19)；

步骤(c19)、i＝mod(i/i)+1，进入步骤(c1)。

本发明的目的通过非机动车过街和车辆过街流量实时检测，动态调整交叉口信号配时方案，提高整个交叉口过街效率。本发明针对非机动车与机动车过街交通冲突，设计非机动车左转过街渠化方案、交叉口信号相位方案，根据信号方案设计动态信号控制逻辑，实现兼顾非机动车过街的交叉口动态信号控制。本发明适用于本发明适用于具备非机动车专用车道的大型信号交叉口动态控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。