基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法与流程

本发明属于城市道路交通信号控制，特别是一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误的计算方法。

背景技术：

1、信控延误是城市道路信号控制常用的一种效益评价指标，对感知、控制、优化、评估、诊断、推荐等交通信号控制活动意义重大。

2、信号交叉口的停车延误是指车辆通过交叉口过程中因信号灯控装置导致行驶受阻，出现排队、停车等现象，进而损失一定的行程时间，该指标可以较好地反映信号控制策略及信号配时的质量情况。

3、信号交叉口的停车延误可以通过理论模型计算或现场观测两种途径获取。然而，前者所用理论公式通常较为复杂，采用的参数大都仅在仿真环境下可获得，实战中往往难以采集；后者难以采集车辆抵达停车线之前出现排队停车的情况，且缺乏自动化统计分析处理的机制，需要人工统计，耗时耗力，收益甚微。

4、另外，现有技术并未清晰剥离车辆在渠化区域跟车排队及停车线处等红灯的两种不同的信控延误场景，笼统给出的车辆在信号交叉口的停车延误缺乏统一的时空基准。

5、现如今视频、雷达、雷视融合等交通检测器，在视频图像、雷达点云数据及目标跟踪处理方面有所突破，可以做到大范围的区域车辆识别检测，利用相关技术，可以轻松构建覆盖信号交叉口进口道渠化区域的检测域，并扫描记录检测域范围内的车辆位置分布信息。

6、基于该检测域内采集的车辆位置分布数据，结合运行背景方案及车辆动态排队与消散特征，建立即时、轻量、通用的车辆抵达停车线及离开停车线的时间预测模型，成为了可能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误的计算方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一方面，提供了一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算方法，所述方法包括以下步骤：

3、采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；

4、基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数；

5、基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；

6、基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。

7、进一步地，所述战术区域包括停车线、渠化车道及紧邻的部分道路区域，在战术区域smaxqueue范围内采用区域检测方法。

8、进一步地，所述采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列，具体包括：

9、目标车辆bobj自远端驶入检测域时，触发检测域内车辆数量及位置扫描分析，建立包含n+1辆待消散车辆的序列，其中，若n＝0，则待消散车辆序列为{bobj}，车辆位置表达为若车辆数量n≥1，则待消散车辆序列为{b1，...，bn，bobj}，对应的车辆位置表达为其中车辆b1与停车线距离最近，车辆bobj与停车线距离最远，且

10、进一步地，所述基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数，具体包括：

11、运行背景方案图谱，由若干组有路权时间块及无路权时间块连续交替构成；

12、背景方案图谱的初始时刻为目标车辆bobj进入检测域被识别到的时刻t0；

13、背景方案图谱首个时间块的路权属性row1取自t0时刻目标车辆bobj请求相位的路权属性，令t0时刻至路权属性切换时刻间的时长δt1即为该时间块的时长；背景方案图谱第二个时间块的路权属性row2与前一时间块的路权属性row1相反，row2＝(-1)×row1，至后续路权属性切换时刻间的时长δt2，其起始时刻为t0+δt1，结束时刻以此类推，背景方案图谱第m个时间块的路权属性rowm与前一时间块的路权属性rowm-1相反，rowm＝(-1)×rowm-1＝…＝(-1)m-1×row1，至后续路权属性切换时刻间的时长δtm，其起始时刻为结束时刻

14、进一步地，所述基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型，具体包括：

15、(1)首车b1的计划消散时刻及等效消散时刻计算

16、车辆b1匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：

17、

18、其中，为车辆b1在t0时刻距停车线的距离，v为车辆平均速度；

19、车辆b1作为首车，其计划消散时刻即抵达停车线时刻无排队消散影响，有：

20、

21、车辆b1的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：

22、

23、则车辆b1的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：

24、

25、则车辆b1的等效消散时刻有：

26、

27、(2)后续车辆的计划消散时刻及等效消散时刻计算

28、对于后续车辆b2～bn，匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：

29、

30、其中，为车辆bj在t0时刻距停车线的距离，j∈[2，n]；

31、若车辆bj跟随前一车辆bj-1，则车辆间车头时距不低于饱和车头时距h；车辆bj的计划消散时刻有：

32、

33、其中，为车辆bj在t0时刻距停车线的距离，为前一车辆bj-1的等效消散时刻；

34、车辆bj的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：

35、

36、车辆bj的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：

37、

38、车辆bj的等效消散时刻有：

39、

40、(3)目标车辆bobj的计划消散时刻及等效消散时刻计算

41、目标车辆bobj匀速行驶，抵达停车线的时刻点有：

42、

43、其中，为目标车辆bobj在t0时刻距停车线的距离；

44、对于目标车辆bobj，其计划消散时刻有：

45、

46、其中，为目标车辆bobj在t0时刻距停车线的距离，为目标车辆bobj前一车辆bn的等效消散时刻；

47、目标车辆bobj的计划消散时刻隶属时间块的求解函数：

48、

49、目标车辆bobj的计划消散时刻隶属时间块的路权属性：

50、

51、目标车辆bobj的等效消散时刻有：

52、

53、进一步地，所述基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长，具体包括：

54、目标车辆bobj抵达停车线前的排队停车延误时长tdp，有：

55、

56、目标车辆bobj抵达停车线后的等待红灯停车延误时长tdl，有：

57、

58、目标车辆bobj在信号控制交叉口的总理论停车延误时长td，有：

59、

60、另一方面，提供了一种基于排队消散特征的信号交叉口车辆理论停车延误计算系统，所述系统包括：

61、第一模块，用于实现采用具备区间车辆分布特征识别的交通检测方法，构建覆盖战术区域的大范围交通检测域，目标车辆进入检测域时，分析检测域中所有车辆的位置分布特征，建立待消散车辆序列；

62、第二模块，用于实现基于运行背景方案，在时域上建立表达车辆是否具备通行路权的时间范围图谱函数；

63、第三模块，用于实现基于待消散车辆序列中车辆的动态排队生成与消散特征，建立车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻的计算模型；

64、第四模块，用于实现基于计算模型获取目标车辆抵达停车线前的排队停车延误时长及抵达停车线后的等待红灯停车延误时长，两延误时长之和即为车辆在信号控制交叉口的总理论停车延误时长。

65、本发明与现有技术相比，其显著优点为：

66、(1)建立统一时空基准的车辆在信号交叉口的信控延误量化方法，均在车辆进入检测域时，立即扫描检测域内车辆位置分布信息，锁定背景方案，触发车辆抵达停车线时刻及离开停车线时刻计算，进而获得车辆在信号交叉口的排队停车延误、等红灯停车延误以及总的理论停车延误。

67、(2)高实用性，采用通用的交通检测技术及常规的交通检测数据，视频、雷达、雷视一体、浮动车、感知融合等技术均可提供渠化区域内的车辆位置分布数据。

68、(3)高鲁棒性，支持定周期、协调、感应、自适应、行人过街、公交优先等各种控制场景下的理论停车延误计算。

69、(4)即时计算，采用轻量化的逻辑计算模型，渠化区域的距离一旦固化，检测域内分布的车辆数n的上限即可确定，算法的时间复杂度为o(1)，可满足任意设备和系统实时计算场景需求。

70、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。