一种基于排满时间的搭接相位启用判别方法与流程

1.本发明属于交通信号智能控制技术领域，具体涉及一种基于排满时间的搭接相位启用判别方法。


背景技术：

2.随着汽车工业的迅速发展，人们的生活出行得到了便利；然而随着汽车保有量的不断增加，城市交通日益拥堵，此时道路交叉口的信号控制能够根据不同流向交通需求的差异性及时启用搭接相位显得尤为重要。其中，方向分布系数是主要行车方向交通量与道路断面双向交通量的比值。对于城市道路灯控路口可以用方向分布系数来刻画相向行驶车流间的不均衡程度，但计算方向分布系数时只利用了断面过车量，未考虑灯控路口间断放行车辆集聚的特征。一方面，断面过车量是车流驶离后产生的交通参数，断面过车量小并不意味着交通需求小，比如拥堵时车辆会由于放行时长不足而滞留在进口道甚至蔓延到路段。另一方面可以用方向分布系数处于某个区间（比如0.4-0.6）来表示流向间流量差异不大的情形，但在这种情形下也会存在流向间车辆集聚特征有明显差异，需要及时启用搭接相位来快速消散由于车流间不均衡性所引起的拥堵。


技术实现要素：

3.针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于排满时间的搭接相位启用判别方法，以解决现有技术过于依赖断面过车量，导致不能及时启用搭接相位来消除车流间不均衡性而引发的拥堵的问题。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：本发明的一种基于排满时间的搭接相位启用判别方法，步骤如下：1）流向单一排满时间计算：对交叉口相向方向所包含的各交通流在每一个红灯期间的流向单一排满时间进行计算；2）流向排满级别计算：当交叉口每一个相向方向绿灯即将启亮时，对各流向的单一排满时间进行合并计算得到流向整合排满时间，再根据排满时间与交通需求映射规则，对当前相向方向包含的所有流向的整合排满时间进行分级处理，得到流向排满级别；3）流向间排满级差计算：根据流向排满级别分别计算相向行驶直行流向间、左转流向间排满级差；4）搭接相位启用计算：根据搭接相位启用判别规则和绿灯即将启亮的相向方向所有流向间排满级差，判别是否需要启用搭接相位。
5.进一步地，所述步骤1）中交叉口包括东西、南北两个相向方向；其中东西相向方向包括东直行、东左转、西直行、西左转四个流向；南北相向方向包括南直行、南左转、北直行、北左转四个流向；所述流向单一排满时间是当前流向在红灯启亮后检测范围车道内实时车辆数达到车辆数阈值时所用的时长，反映红灯期间车辆集聚的快慢程度。
6.进一步地，所述步骤1）中根据车辆数阈值实时计算交叉口相向方向流向单一排满
时间，包括如下步骤：11）车辆数阈值设置：车辆数阈值是当前排满级别车道内车辆数对应的阈值，根据检测器的检测范围大小可设置两个车辆数阈值；12）流向单一排满时间计算：在相邻两次相向方向绿灯即将启亮时刻确定的时间段内，每个流向存在多个红灯期间，在流向每个红灯期间计算流向单一排满时间，流向单一排满时间的具体计算方法为该流向在红灯期间车道内车辆数第一次大于或等于车辆数阈值时所用的时间，其中绿灯即将启亮时刻是绿灯启亮前1秒内的任一时刻，计算开始时刻是该流向红灯启亮时，计算结束时刻是该流向红灯结束前1秒。
7.进一步地，所述步骤2）具体包括：21）流向整合排满时间计算：对相向方向每个流向包含的所有流向单一排满时间取最小值，得到流向整合排满时间；22）排满时间与交通需求映射规则构建：排满时间与交通需求成反比关系，排满时间越小，说明交通需求越大；23）流向排满级别计算：根据排满时间与交通需求映射规则，对即将放行的相向方向所含流向分别计算流向排满级别。
8.进一步地，所述步骤22）中排满时间设置多个阈值区间，分别对应交通需求极大、交通需求较大、交通需求适中、交通需求较小、交通需求极小。
9.进一步地，所述步骤3）具体包括：31）相向行驶直行流向间排满级差计算：提取相向行驶两个直行流向对应的排满级别，计算直行流向间排满级差；32）相向行驶左转流向间排满级差计算：提取相向行驶两个左转流向对应的排满级别，计算左转流向间排满级差。
10.进一步地，所述步骤31）具体为：南北相向方向直行流向间排满级别差计算方法如下：其中，为南直行排满级别，为北直行排满级别；东西相向方向直行流向间排满级别差计算方法如下：其中，为东直行排满级别，为西直行排满级别；根据上述计算方法得到南北相向方向直行流向间排满级别差，东西相向
方向直行流向间排满级别差。
11.进一步地，所述步骤32）具体为：南北相向方向左转流向间排满级别差计算方法如下：其中，为南左转排满级别，为北左转排满级别；东西相向方向左转流向间排满级别差计算方法如下：其中，为东左转排满级别，为西左转排满级别；根据上述计算方法得到南北相向方向左转流向间排满级别差，东西相向方向左转流向间排满级别差。
12.进一步地，所述步骤4）具体包括：41）搭接相位启用判别规则设置：根据相向方向直行流向间排满级差和左转流向间排满级差，设置搭接相位启用判别规则，所述搭接相位启用判别规则具体为：设置排满级差阈值，当流向间排满级差大于时，说明当前方向对应流向的交通需求较大；当流向间排满级差小于且大于时，说明当前方向对应流向的交通需求与对向的差异不大；当流向间排满级差小于时，说明对向对应流向的交通需求较大；根据直行流向间排满级差、左转流向间排满级差与排满级差阈值的大小关系，确定搭接相位启用判别规则，包括条件序号、流向间级差规则、搭接相位启用与否结果，其中搭接相位启用与否结果包括当前方向增加搭接相位、对向增加搭接相位、不启用搭接相位；42）搭接相位启用判别：根据搭接相位启用判别规则，结合当前相向方向直行流向间排满级差和左转流向间排满级差，判别是否需要启用搭接相位。
13.进一步地，所述步骤42）具体为：对于南北相向方向，根据南北相向方向直行流向间排满级别差、南北相向
方向左转流向间排满级别差的计算值，对照根据搭接相位启用判别规则，判别满足的条件序号，并输出该条件下搭接相位启用与否结果；对于东西相向方向，根据东西相向方向直行流向间排满级别差、东西相向方向左转流向间排满级别差的计算值，对照根据搭接相位启用判别规则，判别满足的条件序号，并输出该条件下搭接相位启用与否结果。
14.本发明的有益效果：本发明针对交叉口每一组相向行驶车流，利用正向雷达等新型检测器提供的秒级排队数据，结合信号放行状态实时计算各流向红灯启亮后排满时间，分析流向级车流集聚特征，计算流向级排满级别，根据搭接相位启用判别规则及时启用搭接相位，快速、合理调整放行相序，尽可能避免不该发生的拥堵。具体表现为：1、断面过车量是车流驶离后产生的交通参数，排满时间是即将放行车流集聚过程中产生的交通参数，该参数更能准确地刻画交通需求。
15.2、采用多个排满阈值可以更加精细地刻画交通需求。
16.3、每一个相向方向即将放行时判别该相向方向是否需要启用搭接相位，判别方法实时、高效。
附图说明
17.图1为本发明方法的原理图。
18.图2为排满时间计算时刻和搭接相位启用判别时刻示意图。
具体实施方式
19.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
20.参照图1所示，本发明的一种基于排满时间的搭接相位启用判别方法，步骤如下：1）流向单一排满时间计算：对交叉口相向方向所包含的每一股交通流在每一个红灯期间计算流向单一排满时间。典型的四岔路口包括东西、南北两个相向方向，其中东西相向方向包括东直行、东左转、西直行、西左转四个流向；南北相向方向包括南直行、南左转、北直行、北左转四个流向；东直行、东左转、西直行、西左转、南直行、南左转、北直行、北左转等8个流向分别用et、el、wt、wl、st、sl、nt、nl表示；每个流向在红灯期间都需要计算流向排满时间；流向单一排满时间是当前流向在红灯启亮后车辆开始集聚直至车道内车辆数达到车辆数阈值时所用的时长，反映了红灯期间车辆集聚的快慢程度；具体地，步骤1）中根据车辆数阈值实时计算交叉口相向方向流向排满时间，包括如下步骤：11）车辆数阈值设置：车辆数阈值是当前排满级别车道内车辆数对应的阈值；根据检测器（示例中采用正向雷达检测器）检测范围的大小可以设置两个车辆数阈值，车辆数阈
值记为、，其中，典型值取值分别为5，10；12）流向单一排满时间计算：在相邻两次相向方向绿灯即将启亮时刻确定的时间段内，每个流向会存在多个红灯期间；在每个红灯期间对流向单一排满时间进行计算。四岔口阶段放行示意如图2所示，初始阶段是南向通行、南北直行、南北左转、东西直行、东西左转等。
21.由于设置了两个车辆数阈值，因此在流向的每个红灯期间会计算两级单一排满时间，分别记为，，其中，为流向i在第m个红灯期间车道内车辆数第一次大于或等于时所用的时间，为流向i在第m个红灯期间车道内车辆数第一次大于或等于时所用的时间；具体计算方法如下：流向i第m个红灯期间，当流向红灯启亮时，重置，为红灯时长最大值（默认值255），红灯每过一秒，将流向所含车道中车道内车辆数最大值分别与车辆数阈值、进行比较，如果车道内车辆数最大值大于或等于车辆数阈值时，将流向红灯已启亮秒数记为对应的单一排满时间，并在后续红灯期间不再计算该单一排满时间；当流向红灯结束前1秒时，则停止对该流向第m个红灯期间单一排满时间的计算。
22.如图2所示，在南北相向方向搭接相位启用判别时刻，需要提前对南直行、南左转、北直行、北左转四个流向计算单一排满时间，其中南左转有两个红灯期间；各流向单一排满时间示例取值分别为：，，，，，， ，，，，，， ，，，。
23.在东西相向方向搭接相位启用判别时刻，需要提前对东直行、东左转、西直行、西左转四个流向计算单一排满时间；各流向单一排满时间示例取值分别为：，，，，，，，
，，，，，，，。
24.2）流向排满级别计算：当交叉口每一个相向方向绿灯即将启亮时，对各流向的单一排满时间进行合并计算得到流向整合排满时间，再根据排满时间与交通需求映射规则，对当前相向方向包含的所有流向的整合排满时间进行分级处理，得到流向排满级别；21）流向整合排满时间计算：对相向方向每个流向包含的所有流向单一排满时间取最小值，得到流向整合排满时间；对于流向每一级流向整合排满时间取该流向统计时间内所有红灯期间对应排满时间的最小值，其中：，；根据上述计算方法可以得到南北相向方向所有流向的整合排满时间，分别为：，，，，，，，；同样，根据上述计算方法可以得到东西相向方向所有流向的整合排满时间，分别为：，，，，，，，；22）排满时间与交通需求映射规则构建：排满时间与交通需求成反比关系，排满时间越小，说明交通需求越大；根据车流集聚特征可以设置两个排满时间阈值，排满时间阈值记为、，其中，典型值取值分别为20s，40s。根据每个流向排满时间与排满时间阈值的大小关系可以得到各流向排满级别，排满时间与交通需求映射规则具体定义如下：当且时，说明交通需求极大，排满级别可定义为5；当且时，说明交通需求较大，排满级别可定义为4；当且时，或者且时，说明交通需求适中，排满级别可定义为3；当且时，说明交通需求较小，排满级别可定义为2；当且时，说明交通需求极小，排满级别可定义为1。
25.23）流向排满级别计算：对当前相向方向所有流向计算流向排满级别，将流向排满级别记为；根据排满级别定义规则和流向两级排满时间，，可以得到相应的排满级别值。
26.根据排满时间与交通需求映射规则以及、的典型值，可以计算得到南北相向方向各流向的排满级别，其中，，，；同样，根据排满时间与交通需求映射规则以及、的典型值，可以计算得到东西相向方向各流向的排满级别，其中，，，。
27.3）流向间排满级差计算：根据流向排满级别分别计算相向行驶直行流向间、左转流向间排满级差，其反映了流向间车辆集聚特征的差异性；31）相向行驶直行流向间排满级差计算：提取相向行驶两个直行流向对应的排满级别，计算直行流向间排满级差；南北相向方向直行流向间排满级别差计算方法如下：其中，为南直行排满级别，为北直行排满级别；东西相向方向直行流向间排满级别差计算方法如下：其中，为东直行排满级别，为西直行排满级别；根据上述计算方法得到南北相向方向直行流向间排满级别差，东西相向方向直行流向间排满级别差。
28.32）相向行驶左转流向间排满级差计算：提取相向行驶两个左转流向对应的排满级别，计算左转流向间排满级差；南北相向方向左转流向间排满级别差计算方法如下：其中，为南左转排满级别，为北左转排满级别；东西相向方向左转流向间排满级别差计算方法如下：
其中，为东左转排满级别，为西左转排满级别；根据上述计算方法得到南北相向方向左转流向间排满级别差，东西相向方向左转流向间排满级别差。
29.4）搭接相位启用计算：根据搭接相位启用判别规则和绿灯即将启亮的相向方向所有流向间排满级差，判别是否需要启用搭接相位；41）搭接相位启用判别规则设置：根据相向方向直行流向间排满级差和左转流向间排满级差，设置搭接相位启用判别规则，其中排满级差阈值的典型值取值为2，所述搭接相位启用判别规则具体定义如下所示：规则1：当且时，说明当前方向直行、左转交通需求都较大，输出结果为当前方向增加搭接相位；规则2：当且时，说明当前方向直行交通需求较大，左转交通需求与对向差异不大，输出结果为当前方向增加搭接相位；规则3：当且时，说明当前方向直行需求大，同时对向左转需求大，两个方向对搭接相位请求冲突，输出结果为不启用搭接相位；规则4：当且时，说明当前方向左转交通需求较大，直行交通需求与对向差异不大，输出结果为当前方向增加搭接相位；规则5：当且时，说明当前方向直行需求大，同时对向左转需求大，两个方向对搭接相位请求冲突，输出结果为不启用搭接相位；规则6：当时，说明对向左转交通需求较大，直行交通需求与当前方向差异不大，输出结果为对向增加搭接相位；规则7：当时，说明对向直行需求大，当前方向左转需求大，两个方向对搭接相位请求冲突，输出结果为不启用搭接相位；规则8：当时，说明对向直行交通需求较大，左转交通需求与当前方向差异不大，输出结果为对向增加搭接相位；规则9：当时，说明对向直行、左转交通需求都较大，输出结果为对向增加搭接相位。
30.42）搭接相位启用判别：根据搭接相位启用判别规则，结合当前相向方向直行流向间排满级差和左转流向间排满级差，判别是否需要启用搭接相位；
对于南北相向方向，根据南北相向方向直行流向间排满级别差、南北相向方向左转流向间排满级别差的计算值，对照根据搭接相位启用判别规则，满足规则5，不启用搭接相位，因此在下一个南北放行过程中及时取消南向搭接相位；对于东西相向方向，根据东西相向方向直行流向间排满级别差、东西相向方向左转流向间排满级别差的计算值，对照根据搭接相位启用判别规则，满足规则1，当前方向增加搭接相位，因此在下一个东西放行过程中及时增加东向搭接相位。
31.本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。