專利名稱：?jiǎn)蝹€(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于城市交通管理控制的方法，尤其是涉及單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著TRANSYT(20世紀(jì)60年代英國(guó))、SCOOT(20世紀(jì)70年代英國(guó))和SCATS(20世紀(jì)80年代澳大利亞)等交通控制系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用和完善，標(biāo)志著城市交通控制系統(tǒng)的有關(guān)理論、方法和實(shí)施技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)成熟的地步，盡管在這些國(guó)家還有很多人從事這方面的研究，但已有的理論和方法體系已經(jīng)很難突破。在我國(guó)，隨著國(guó)外交通控制系統(tǒng)的引進(jìn)和應(yīng)用(目前已經(jīng)有幾十個(gè)城市引進(jìn)了國(guó)外的交通控制系統(tǒng))，有關(guān)理論工作者和工程技術(shù)人員已經(jīng)對(duì)這些系統(tǒng)的關(guān)鍵理論和方法進(jìn)行了應(yīng)用研究，并取得相應(yīng)的研究成果。實(shí)踐中遇到的突出問(wèn)題是國(guó)外的交通控制系統(tǒng)所依據(jù)的有關(guān)理論不適應(yīng)我國(guó)的混合交通流特征，致使系統(tǒng)難以發(fā)揮出應(yīng)有效果。混合交通對(duì)交通管理控制效果的影響主要表現(xiàn)在(1)對(duì)管理控制參數(shù)的影響當(dāng)前世界上普遍采用的交通控制系統(tǒng)都是發(fā)達(dá)國(guó)家開發(fā)并完善起來(lái)的。在這些國(guó)家，道路上基本是單一的機(jī)動(dòng)車交通流，很少存在機(jī)非混行問(wèn)題。因此，這些控制系統(tǒng)信號(hào)配時(shí)所依據(jù)的參數(shù)是基于機(jī)動(dòng)車交通流理論確定的，如用于確定信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)和綠信比的基本參數(shù)“飽和流率、流量比、飽和度”等。這些參數(shù)在機(jī)非混行的交通流狀態(tài)下需要重新確定。
(2)對(duì)交叉口交通流組織方案的影響正是由于對(duì)交叉口混合交通流規(guī)律缺乏深刻認(rèn)識(shí)，使得我國(guó)大部分城市的交叉口渠化缺乏特點(diǎn)，仍然采用以機(jī)動(dòng)車為主的渠化方式，致使機(jī)非混行交通流在通過(guò)交叉口時(shí)沖突嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)自行車與機(jī)動(dòng)車相持不下，形成交通堵塞現(xiàn)象。
(3)對(duì)交叉口通行能力的影響在常規(guī)情況下，計(jì)算混合交通的道路通行能力時(shí)對(duì)非機(jī)動(dòng)車的處理是把非機(jī)動(dòng)車按照相應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)車輛(通常為標(biāo)準(zhǔn)小轎車)，而后與機(jī)動(dòng)車數(shù)量相加。但是，這種處理方法在交叉口并不經(jīng)常適用，當(dāng)自行車交通流增加到一定程度時(shí)，自行車與機(jī)動(dòng)車在交叉口經(jīng)常出現(xiàn)沖突，會(huì)造成通行能力的損失。因此，對(duì)于混合交通流在交叉口的通行能力問(wèn)題要根據(jù)不同的機(jī)非混行交通流狀態(tài)需要重新進(jìn)行研究。
由于發(fā)達(dá)國(guó)家交通流的單一性，因此發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)行交通控制系統(tǒng)開發(fā)時(shí)并沒有對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究與開發(fā)，因此，很難從這些控制系統(tǒng)中找到混合交通控制的理論、方法和解決適合我國(guó)混合交通流的技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的混合交通流控制參數(shù)不準(zhǔn)確的不足，采用計(jì)算機(jī)程序，提供一種單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是安裝檢測(cè)器、信號(hào)機(jī)、信號(hào)燈，并用光纜、無(wú)線和電線依次將他們連接起來(lái)，還包括下列步驟1)采用硬件檢測(cè)器與裝入信號(hào)機(jī)中的機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)標(biāo)定方法的計(jì)算機(jī)程序統(tǒng)計(jì)機(jī)動(dòng)車相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)；采用硬件檢測(cè)器與裝入信號(hào)機(jī)中的自行車換算系數(shù)標(biāo)定方法的計(jì)算機(jī)程序統(tǒng)計(jì)自行車相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)。
2)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理程序在信號(hào)機(jī)中統(tǒng)計(jì)交叉口各進(jìn)口道混合交通流小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)。
3)由裝入自編計(jì)算機(jī)程序的信號(hào)機(jī)判斷控制方式是單點(diǎn)定時(shí)控制方式、單點(diǎn)感應(yīng)控制方式或是單點(diǎn)優(yōu)化控制方式，進(jìn)而選擇各種控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案。
技術(shù)方案中所述的單點(diǎn)感應(yīng)控制方式還包括下列步驟1)基本參數(shù)確定，2)相位類型判斷，3)感應(yīng)相位方案優(yōu)化；所述的基本參數(shù)確定還包括下列步驟1)確定最短綠燈時(shí)間，2)確定單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間，3)確定最大綠燈時(shí)間，4)根據(jù)G固＝N/λ關(guān)系確定固定綠燈時(shí)間；所述的相位類型判斷還包括下列步驟1)判斷下一相位是否是感應(yīng)相位，如果不是感應(yīng)相位，該相位執(zhí)行固定綠燈時(shí)間的控制方案，2)是感應(yīng)相位，接著要判斷信號(hào)機(jī)內(nèi)有沒有該相位的請(qǐng)求標(biāo)識(shí)，如果沒有該相位的請(qǐng)求標(biāo)識(shí)，要判斷是不是待定相位，如果不是待定相位，該相位執(zhí)行最短綠燈時(shí)間的控制方案，如果是待定相位，回到判斷下一相位是否是感應(yīng)相位，3)如果有該相位的請(qǐng)求記錄，則進(jìn)入感應(yīng)相位方案優(yōu)化的第一步驟；所述的感應(yīng)相位方案優(yōu)化還包括下列步驟1)判斷出下一相位是有發(fā)出請(qǐng)求的感應(yīng)相位，在結(jié)束上一相位時(shí)，信號(hào)機(jī)給該相位一個(gè)內(nèi)置的最短綠燈時(shí)間，同時(shí)清除請(qǐng)求標(biāo)識(shí)，2)判斷是否到請(qǐng)求時(shí)間段了，如果沒到則繼續(xù)判斷，直至到請(qǐng)求時(shí)間段為止，3)同時(shí)要判斷檢測(cè)器是否有故障，若檢測(cè)器處于故障狀態(tài)，則感應(yīng)相位執(zhí)行最短綠燈時(shí)間，并要判斷執(zhí)行最短綠燈時(shí)間是否結(jié)束，是，結(jié)束其通行權(quán)，如果不是，則繼續(xù)判斷執(zhí)行最短綠燈時(shí)間是否結(jié)束，4)要不斷的判斷檢測(cè)器是否有請(qǐng)求發(fā)出，若無(wú)請(qǐng)求發(fā)出，判斷該相位的綠燈時(shí)間是否結(jié)束，是結(jié)束，才更換通行權(quán)，如不是結(jié)束，回到判斷檢測(cè)器是否有故障，5)如檢測(cè)器有請(qǐng)求發(fā)出，判斷該相位綠燈顯示時(shí)間是否大于最大綠燈時(shí)間，如果是，立刻終止該相位的通行權(quán)，相位綠燈結(jié)束，6)若綠燈時(shí)間小于最大綠燈時(shí)間，延長(zhǎng)一次該相位的綠燈時(shí)間，清除此請(qǐng)求標(biāo)識(shí)，回到判斷檢測(cè)器是否有故障，如此反復(fù)的判斷檢測(cè)器的狀態(tài)和是否有請(qǐng)求記錄來(lái)確定感應(yīng)相位的控制方案；所述的單點(diǎn)優(yōu)化控制方式還包括下列步驟1)確定交叉口周期時(shí)長(zhǎng)，a)根據(jù)流量信息脫機(jī)設(shè)置交叉口相位相序方案，并存儲(chǔ)在信號(hào)機(jī)內(nèi)，b)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中戰(zhàn)略檢測(cè)器檢測(cè)15分鐘的路段小時(shí)流量和時(shí)間占有率、感應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)得到15分鐘小時(shí)流量、各個(gè)相位的飽和流量、飽和時(shí)間占有率、交通強(qiáng)度模型參數(shù)α值，c)計(jì)算各個(gè)相位的交通強(qiáng)度和交叉口交通強(qiáng)度，d)根據(jù)交叉口的相位數(shù)、交通強(qiáng)度周期時(shí)長(zhǎng)關(guān)系表4至表7，從信號(hào)機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)讀取相應(yīng)的交叉口周期時(shí)長(zhǎng)C，2)確定相位綠燈時(shí)間，a)計(jì)算各個(gè)相位流量比及交叉口總流量比，b)計(jì)算相位的有效綠燈時(shí)間，c)計(jì)算相位的綠燈顯示時(shí)間，3)判斷機(jī)動(dòng)車流和自行車流共存于一個(gè)相位時(shí)有否自行車專用車道，如果沒有自行車專用車道，信號(hào)機(jī)執(zhí)行經(jīng)過(guò)單點(diǎn)優(yōu)化得到的初始方案，4)如果有自行車專用車道，判斷機(jī)動(dòng)車流和自行車流共存于一個(gè)相位時(shí)機(jī)動(dòng)車流是不是關(guān)鍵車流，如果機(jī)動(dòng)車流不是關(guān)鍵車流，信號(hào)機(jī)執(zhí)行經(jīng)過(guò)單點(diǎn)優(yōu)化得到的初始方案，5)如果機(jī)動(dòng)車流是關(guān)鍵車流，信號(hào)機(jī)內(nèi)部還需進(jìn)入計(jì)算自行車流綠燈提前截止時(shí)間的步驟，來(lái)最終確定自行車流的信號(hào)控制方案；所述的自行車流綠燈提前截止時(shí)間程序還包括下列步驟1)觸發(fā)直行自行車流提前截止時(shí)間程序后按下列步驟進(jìn)行，a)信號(hào)機(jī)調(diào)用各相位直行自行車流從停車線到交叉口各個(gè)沖突區(qū)的距離，b)信號(hào)機(jī)調(diào)用直行自行車流平均行駛速度，c)信號(hào)機(jī)調(diào)用直行自行車流從停車線到交叉口沖突區(qū)的時(shí)間內(nèi)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛平均通過(guò)數(shù)，d)統(tǒng)計(jì)單位右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛對(duì)直行自行車輛的平均延誤時(shí)間，e)調(diào)用直行自行車流沖突的下一相位左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離，f)調(diào)用左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均行駛速度，g)調(diào)用機(jī)動(dòng)車流綠燈前損失時(shí)間，h)執(zhí)行直行自行車流的綠燈提前截止時(shí)間優(yōu)化程序，i)輸出直行自行車流的綠燈提前截止時(shí)間，2)觸發(fā)左轉(zhuǎn)自行車流提前截止時(shí)間程序后按下列步驟進(jìn)行，a)信號(hào)機(jī)調(diào)用各相位左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到交叉口各個(gè)沖突區(qū)的距離，b)信號(hào)機(jī)調(diào)用左轉(zhuǎn)自行車流平均行駛速度，c)信號(hào)機(jī)調(diào)用左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到交叉口沖突區(qū)的時(shí)間內(nèi)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛平均通過(guò)數(shù)，d)統(tǒng)計(jì)單位右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛對(duì)左轉(zhuǎn)自行車輛的平均延誤時(shí)間，e)調(diào)用左轉(zhuǎn)自行車流沖突的下一相位直行機(jī)動(dòng)車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離，f)調(diào)用直行機(jī)動(dòng)車流頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均行駛速度，g)調(diào)用機(jī)動(dòng)車流綠燈前損失時(shí)間，h)執(zhí)行左轉(zhuǎn)自行車流的綠燈提前截止時(shí)間優(yōu)化程序，i)輸出左轉(zhuǎn)自行車流的綠燈提前截止時(shí)間。
本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明是在現(xiàn)有硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，不需要增添新設(shè)備，增加了涉及機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)的標(biāo)定方法、自行車換算系數(shù)的標(biāo)定方法、基于交通強(qiáng)度的信號(hào)交叉口配時(shí)的優(yōu)化方法、自行車相位綠燈提前截止時(shí)間的確定方法及可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的感應(yīng)控制方法的計(jì)算機(jī)程序，是基于考慮中國(guó)混合交通流的實(shí)際特征，從而確定了單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)控制的優(yōu)化方法，解決了中國(guó)與其他國(guó)家不同的交通管理中的實(shí)際問(wèn)題。
2.本發(fā)明給出了在不同交通狀況下，自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)的標(biāo)定方法。該方法避免了以往國(guó)內(nèi)外普遍采用自行車換算系數(shù)為0.2的不適應(yīng)復(fù)雜交通狀況的不足，提高了混合交通流數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)精度，為建立實(shí)時(shí)最優(yōu)的交叉口信號(hào)控制方案奠定了基礎(chǔ)。
3.本發(fā)明給出了機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)的標(biāo)定方法。該方法使得信號(hào)機(jī)自動(dòng)將不同車長(zhǎng)的車輛換算為標(biāo)準(zhǔn)車，為實(shí)際交通控制中信號(hào)機(jī)的數(shù)據(jù)處理提供了技術(shù)支持。
4.本發(fā)明給出了基于交通強(qiáng)度的信號(hào)交叉口配時(shí)的優(yōu)化方法，該方法可以唯一地確定交通流的狀態(tài)，彌補(bǔ)了以往的周期優(yōu)化方法在高密度、低流量交通狀態(tài)時(shí)，計(jì)算得到的周期值偏小，即在“準(zhǔn)飽和”狀態(tài)下周期優(yōu)化模型失效的缺陷。
5.本發(fā)明給出了自行車相位綠燈提前截止時(shí)間的確定方法。該方法可以避免當(dāng)前相位的自行車流與下一相位的機(jī)動(dòng)車流的沖突，提高了交叉口的安全性。
6.本發(fā)明給出了可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的感應(yīng)控制方法，該方法考慮了城市路段車流到達(dá)規(guī)律和駕駛員心理特性，克服了最大綠燈時(shí)間不變導(dǎo)致交叉口利用效率不高的影響。


圖1是本發(fā)明中機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)的標(biāo)定方法示意圖；圖2是本發(fā)明中交通強(qiáng)度隨流量變化的關(guān)系曲線；圖3是本發(fā)明中長(zhǎng)春市人民大街——自由大路交叉口形狀及相位相序示意圖；圖4是本發(fā)明四相位交叉口沖突分析示意圖；圖5是本發(fā)明技術(shù)方案流程示意框圖；圖6是本發(fā)明單點(diǎn)感應(yīng)控制方式技術(shù)方案流程示意框圖；圖7是本發(fā)明單點(diǎn)優(yōu)化控制方式技術(shù)方案流程示意框圖；圖8(a)是本發(fā)明直行自行車綠燈提前截止時(shí)間控制技術(shù)方案流程示意框圖；圖8(b)是本發(fā)明左轉(zhuǎn)自行車綠燈提前截止時(shí)間控制技術(shù)方案流程示意框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述I.本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思及主要技術(shù)特征本發(fā)明涉及一種采用自編計(jì)算機(jī)程序的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法。自編計(jì)算機(jī)程序裝入信號(hào)機(jī)中，信號(hào)機(jī)運(yùn)行該自編計(jì)算機(jī)程序得以實(shí)現(xiàn)單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法。
編制計(jì)算機(jī)程序涉及到機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)的標(biāo)定方法、自行車換算系數(shù)的標(biāo)定方法、基于交通強(qiáng)度的信號(hào)交叉口配時(shí)優(yōu)化方法、自行車相位綠燈提前截止時(shí)間確定方法和可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的感應(yīng)控制方法。為了便于理解單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，下面將編制計(jì)算機(jī)程序所涉及到的五種處置方法介紹清楚1.機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)標(biāo)定方法參閱圖1，本發(fā)明把小汽車作為標(biāo)準(zhǔn)車，以標(biāo)準(zhǔn)車的平均車頭時(shí)距作為車輛換算系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)車和非標(biāo)準(zhǔn)車通過(guò)檢測(cè)器的脈沖長(zhǎng)度，飽和釋放速度及檢測(cè)器長(zhǎng)度建立了車輛換算系數(shù)程序及實(shí)際標(biāo)定方法，為實(shí)際交通控制中信號(hào)機(jī)的數(shù)據(jù)處理提供了技術(shù)支持。
針對(duì)現(xiàn)在車輛換算系數(shù)標(biāo)定方法的不足，本發(fā)明選擇車頭時(shí)距作為車輛換算系數(shù)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，原因如下(1)在通行能力分析過(guò)程中，車頭時(shí)距是最直觀的交通流參數(shù)，可以從交通調(diào)查數(shù)據(jù)中直接獲得，不會(huì)因計(jì)算產(chǎn)生累計(jì)誤差，能夠得到相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；(2)非標(biāo)準(zhǔn)車型在混合車流中運(yùn)行，在駕駛自由度、速度及延誤等方面都對(duì)交通流造成了與標(biāo)準(zhǔn)車不同的影響，但這些影響最終都通過(guò)駕駛員選擇不同的跟車距離，從車頭時(shí)距上反映出來(lái)，因此就平均意義上說(shuō)車頭時(shí)距在一定程度上是各車型對(duì)交通流造成各方面影響的綜合體現(xiàn)。本發(fā)明取小汽車的平均車長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)車的車長(zhǎng)，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)車的車長(zhǎng)為L(zhǎng)s，非標(biāo)準(zhǔn)車的車長(zhǎng)為L(zhǎng)j，標(biāo)準(zhǔn)車以飽和流率釋放的速度為vs，非標(biāo)準(zhǔn)車以飽和流率釋放的速度為vj，檢測(cè)線圈的長(zhǎng)度為L(zhǎng)′，那么標(biāo)準(zhǔn)車占據(jù)檢測(cè)線圈的時(shí)間，即標(biāo)準(zhǔn)車的脈沖長(zhǎng)為ts，車身長(zhǎng)度為L(zhǎng)j的非標(biāo)準(zhǔn)車占據(jù)檢測(cè)線圈的時(shí)間，即該非標(biāo)準(zhǔn)車的脈沖長(zhǎng)為tj，非標(biāo)準(zhǔn)車跟隨標(biāo)準(zhǔn)車的車頭時(shí)距記作t1，標(biāo)準(zhǔn)車跟隨非標(biāo)準(zhǔn)車的車頭時(shí)距記作t2，標(biāo)準(zhǔn)車跟隨標(biāo)準(zhǔn)車的車頭時(shí)距記作t。
則ts=Ls+L′vs---(1)]]>tj=Lj+L′vj---(2)]]>參閱圖1，可得到式(3)Hj＝t1+t2(3)則非標(biāo)準(zhǔn)車相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)車的換算系數(shù)計(jì)算公式如下Rj=Hj-tt---(4)]]>其中Rj代表車身長(zhǎng)度為L(zhǎng)j的換算系數(shù)；Hj代表兩標(biāo)準(zhǔn)車之間有一輛車長(zhǎng)為L(zhǎng)j的非標(biāo)準(zhǔn)車時(shí)，兩標(biāo)準(zhǔn)車的車頭時(shí)距。
根據(jù)上述方法標(biāo)定出的機(jī)動(dòng)車輛的換算系數(shù)，參閱表1所示表1車身長(zhǎng)度與換算系數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表

2.自行車換算系數(shù)標(biāo)定方法本發(fā)明根據(jù)交叉口交通運(yùn)行的4種狀況提出了四種自行車換算系數(shù)的標(biāo)定方法(1)機(jī)非混行交叉口直行自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)的標(biāo)定方法；(2)機(jī)非混行交叉口左轉(zhuǎn)自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)的標(biāo)定方法；(3)無(wú)機(jī)非物理隔離路段自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)的標(biāo)定方法；(4)有機(jī)非物理隔離路段自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)的標(biāo)定方法。該方法避免了以往國(guó)內(nèi)外普遍采用的自行車換算系數(shù)(0.2)的不適應(yīng)復(fù)雜交通狀況，提高了混合交通數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)精度，為建立實(shí)時(shí)最優(yōu)的交叉口信號(hào)控制方案奠定基礎(chǔ)。
(1)機(jī)非混行交叉口直行自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)(m1)標(biāo)定方法對(duì)于兩相位混合交通，直行機(jī)動(dòng)車與直行自行車行駛路線平行，并排通過(guò)交叉口，雖然兩者相互影響，但是從整體上來(lái)看，在特定時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)沒有來(lái)自其它行駛方向車輛的影響時(shí)，整個(gè)進(jìn)口道的直行自行車和直行機(jī)動(dòng)車的綜合流率轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)小汽車后應(yīng)為定值，假定為b；假設(shè)該時(shí)段直行機(jī)動(dòng)車流率為y(換算成標(biāo)準(zhǔn)小汽車流率)，直行自行車的流率為x，當(dāng)直行自行車換算為標(biāo)準(zhǔn)小汽車的換算系數(shù)為m1時(shí)，應(yīng)該有下式成立y＝-m1x+b(5)式中y-直行機(jī)動(dòng)車流率(pcu/h)；x-直行自行車流率(bike/h)；
b-交叉口綜合流率(pcu/h)。
本發(fā)明根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到交叉口直行自行車換算系數(shù)為0.28，與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)值0.2存在差距?？梢娎帽景l(fā)明的直行自行車換算系數(shù)減少了車輛統(tǒng)計(jì)的誤差，提高了車輛統(tǒng)計(jì)精度。
(2)機(jī)非混行交叉口左轉(zhuǎn)自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)(m2)標(biāo)定方法在兩相位信號(hào)控制交叉口，左轉(zhuǎn)自行車與直行機(jī)動(dòng)車的沖突比較復(fù)雜，但大致可以歸結(jié)為兩種情況，其中一部分左轉(zhuǎn)自行車在直行機(jī)動(dòng)車還沒有啟動(dòng)之前，就已經(jīng)提前駛離沖突區(qū)，這一部分左轉(zhuǎn)自行車可以認(rèn)為對(duì)直行機(jī)動(dòng)車沒有影響(下面簡(jiǎn)稱這部分左轉(zhuǎn)自行車為第一種左轉(zhuǎn)自行車)；另一部分左轉(zhuǎn)自行車在直行機(jī)動(dòng)車已經(jīng)啟動(dòng)的情況下，先直行，在直行機(jī)動(dòng)車隊(duì)側(cè)面尋找機(jī)會(huì)，伺機(jī)通過(guò)交叉口，這一部分左轉(zhuǎn)自行車影響直行機(jī)動(dòng)車(下面簡(jiǎn)稱這部分左轉(zhuǎn)自行車為第二種左轉(zhuǎn)自行車)。當(dāng)左轉(zhuǎn)自行車影響直行機(jī)動(dòng)車時(shí)，只影響該直行機(jī)動(dòng)車通過(guò)交叉口的時(shí)間，對(duì)跟馳直行的機(jī)動(dòng)車通過(guò)交叉口的時(shí)間可以認(rèn)為沒有影響，因此構(gòu)建左轉(zhuǎn)自行車換算系數(shù)模型如下式所示m2=DH---(6)]]>式中D-平均通過(guò)一輛左轉(zhuǎn)自行車造成的直行機(jī)動(dòng)車延誤時(shí)間(s)；H-無(wú)左轉(zhuǎn)自行車影響時(shí)平均機(jī)動(dòng)車車頭時(shí)距(s)。
根據(jù)天津及沈陽(yáng)多次交通調(diào)研，得到左轉(zhuǎn)自行車換算系數(shù)為0.33，參閱表2所示。
表2各交叉口左轉(zhuǎn)自行車換算系數(shù)計(jì)算示例表

(3)無(wú)機(jī)非物理隔離路段自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)(m3)標(biāo)定方法在機(jī)非混行的無(wú)機(jī)非物理隔離路段上，自行車和機(jī)動(dòng)車雖然有規(guī)定的各自行駛車道，但當(dāng)交通量較大的時(shí)候，經(jīng)常出現(xiàn)搶行現(xiàn)象，當(dāng)相鄰車道出現(xiàn)空檔時(shí)，車輛經(jīng)常偏離自己的車道占據(jù)相鄰的車道行駛，但是在沒有其它行駛方向車輛影響的情況下，路段某斷面上的自行車和機(jī)動(dòng)車的綜合流率應(yīng)為定值，即一方的減少量與一方的增加量是相當(dāng)?shù)?，根?jù)這一原理標(biāo)定機(jī)非混行無(wú)隔離路段自行車換算系數(shù)。
路段的自行車和機(jī)動(dòng)車的綜合流率應(yīng)為定值，假定為b；該時(shí)段機(jī)動(dòng)車流率為y(已換算成標(biāo)準(zhǔn)小汽車流率)，自行車的流率為x，當(dāng)直行自行車換算為標(biāo)準(zhǔn)小汽車的換算系數(shù)為m3時(shí)，有下式成立y＝-m2x+b(7)式中y-直行機(jī)動(dòng)車流率(pcu/h)；
x-直行自行車流率(bike/h)；b-交叉口綜合流率(pcu/h)。
基于以上原理與大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，標(biāo)定出機(jī)非混行無(wú)物理隔離路段自行車換算系數(shù)采用0.24。
(4)有機(jī)非物理隔離路段自行車轉(zhuǎn)換系數(shù)(m4)標(biāo)定方法在有機(jī)非物理隔離路段，機(jī)動(dòng)車與自行車各行其道，彼此間互不干擾，按照通行能力的計(jì)算原則，在機(jī)動(dòng)車和自行車均飽和運(yùn)行的情況下，將單位寬度下自行車飽和流率換算成對(duì)應(yīng)的機(jī)動(dòng)車道寬度下的飽和流率，那么該飽和流率與機(jī)動(dòng)車飽和流率之比，即為自行車相對(duì)于機(jī)動(dòng)車的換算系數(shù)。
m4=S2/WceS1/Wbe=S2×WbeS1×Wce---(8)]]>式中S1——一個(gè)自行車道的自行車飽和流率(bike/s)；S2——一條機(jī)動(dòng)車道的機(jī)動(dòng)車飽和流率(veh/s)；Wbe——自行車道有效寬度(m)；Wce——機(jī)動(dòng)車道有效寬度(m)。
對(duì)道路進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，在機(jī)非隔離帶邊緣與機(jī)動(dòng)車道右標(biāo)線間會(huì)預(yù)留出了一定的安全距離，因此機(jī)動(dòng)車道有效寬度取劃定的機(jī)動(dòng)車道實(shí)際寬度，即Wce＝Wc，Wc為機(jī)動(dòng)車道實(shí)際寬度(m)。
而自行車在行駛過(guò)程中受路緣石、綠化帶等的影響，自行車道兩側(cè)應(yīng)預(yù)留一定的安全距離(0.25米)，也就是說(shuō)，自行車道的有效寬度是自行車道實(shí)際寬度與車道兩側(cè)預(yù)留的安全距離的差值，即Wbe＝Wb-0.5，Wb為自行車道實(shí)際寬度。
以石家莊中華北大街及裕華路的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)標(biāo)定換算系數(shù)，根據(jù)公式(8)計(jì)算得到三路段的自行車換算系數(shù)如表3所示。根據(jù)以上的標(biāo)定結(jié)果，推薦有機(jī)非物理隔離路段自行車換算系數(shù)采用0.22。
本發(fā)明在研究自行車與機(jī)動(dòng)車相互影響的基礎(chǔ)上，對(duì)交叉口直行和左轉(zhuǎn)以及有無(wú)物理隔離路段四種運(yùn)行狀態(tài)分別建立了自行車換算系數(shù)計(jì)算程序，并利用天津、沈陽(yáng)、石家莊三個(gè)城市的實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)自行車換算系數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，給出了換算系數(shù)推薦值(1)交叉口直行自行車換算系數(shù)為0.28；(2)交叉口左轉(zhuǎn)自行車換算系數(shù)為0.33；(3)無(wú)機(jī)非物理隔離路段自行車換算系數(shù)為0.24；(4)有機(jī)非物理隔離路段自行車換算系數(shù)為0.22。
表3有機(jī)非物理隔離路段自行車換算系數(shù)計(jì)算示例表


3.基于交通強(qiáng)度的信號(hào)交叉口配時(shí)優(yōu)化方法本發(fā)明利用檢測(cè)器檢測(cè)的交通流量、時(shí)間占有率兩個(gè)參數(shù)，建立了反映交叉口交通負(fù)荷的交通強(qiáng)度計(jì)算機(jī)程序，作為周期時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化依據(jù)。根據(jù)時(shí)間占有率與速度關(guān)系的計(jì)算機(jī)程序，利用交通流理論流量與速度關(guān)系(伊迪模型)，建立了交通強(qiáng)度隨流量的變化規(guī)律。針對(duì)常見的2至5個(gè)關(guān)鍵相位交叉口，分別確定了周期時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化程序。該方法可以唯一地確定交通流的狀態(tài)，彌補(bǔ)了以往的周期優(yōu)化方法在高密度、低流量交通狀態(tài)時(shí)，計(jì)算得到的周期值偏小，即在“準(zhǔn)飽和”狀態(tài)下周期優(yōu)化模型失效的缺陷。
交叉口相位交通強(qiáng)度是反映交叉口關(guān)鍵相位關(guān)鍵車道交通負(fù)荷狀態(tài)的參數(shù)，由流量和時(shí)間占有率決定，是交叉口周期時(shí)長(zhǎng)的優(yōu)選依據(jù)。某一關(guān)鍵相位關(guān)鍵車道的相位交通強(qiáng)度計(jì)算公式基本結(jié)構(gòu)如下Ii=αqiSi+(1-α)OiOSi---(9)]]>式中Ii——關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道的相位交通強(qiáng)度；α——模型參數(shù)，建議取0.5；qi——關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道感應(yīng)檢測(cè)器(鋪設(shè)在距離進(jìn)口道停車線30-50米處的檢測(cè)器)檢測(cè)的流量(pcu/h)；Si——關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道的飽和流量，為常數(shù)(pcu/h)；Oi——關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道的時(shí)間占有率；OSi——關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道飽和流量釋放時(shí)車道的時(shí)間占有率，為常數(shù)。
由于感應(yīng)檢測(cè)器不能準(zhǔn)確檢測(cè)時(shí)間占有率，式(9)中的Oi需要根據(jù)戰(zhàn)略檢測(cè)器(鋪設(shè)在進(jìn)口道最大排隊(duì)長(zhǎng)度的上游位置)檢測(cè)的時(shí)間占有率進(jìn)行推算，推算公式如下Oi=qiqj′Oj′---(10)]]>式中qj′——關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道所在進(jìn)口的戰(zhàn)略檢測(cè)器檢測(cè)的流量(pcu/h)；Oj′——關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道所在進(jìn)口的戰(zhàn)略檢測(cè)器檢測(cè)的時(shí)間占有率；其余參數(shù)含義同上。
從而式(9)變成如下形式Ii=αqiSi+(1-α)Oj′OSiqiqj′---(11)]]>信號(hào)交叉口交通強(qiáng)度I為所有關(guān)鍵相位交通強(qiáng)度總和，即I=ΣiIi---(12)]]>
根據(jù)時(shí)間占有率的定義可知Oi=Σmtm/T=Σm(L+lm/um)/T=qiT(L+l1‾)/ui‾T=qi(L+l1‾)/ui‾,]]>其中tm為第m輛車占據(jù)戰(zhàn)略檢測(cè)器的時(shí)間(s)；m＝1，2，...；T為觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)(s)；L為檢測(cè)器長(zhǎng)度(m)；lm為第m輛車的車身長(zhǎng)度(m)；um為第m輛車通過(guò)戰(zhàn)略檢測(cè)器的速度(km/h)；qi為關(guān)鍵相位i關(guān)鍵車道檢測(cè)器的檢測(cè)流量(pcu/h)； 為通過(guò)戰(zhàn)略檢測(cè)器的車輛的平均車身長(zhǎng)度(m)； 為關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)的戰(zhàn)略檢測(cè)器檢測(cè)的平均速度(km/h)。則飽和時(shí)間占有率可用下式表示OSi=SiL+l1‾u‾Si]]>其中Si為關(guān)鍵相位i關(guān)鍵車道的飽和流量(pcu/h)；L為檢測(cè)器長(zhǎng)度(m)； 為關(guān)鍵相位i對(duì)應(yīng)關(guān)鍵車道以飽和流量釋放時(shí)車輛的平均速度(km/h)，由交叉口具體情況確定。則11式可變?yōu)镮i=qiSi[α+(1-α)uSi‾ui]]]>根據(jù)交通流理論，流量—速度的關(guān)系可以采用伊迪模型確定，也就是安德伍德模型和格林伯模型的結(jié)合，兩模型的結(jié)合點(diǎn)為最大流量點(diǎn)。設(shè)城市道路上的自由流車速uf為80km/h，阻塞密度kj為170pcu/km，最佳流量qm為飽和流量1840pcu/h，則最佳車速為um＝uf/e＝30km/h，因此，速度小于30km/h時(shí)，應(yīng)采用格林伯模型{q＝ukjexp(-u/um)，其中um是最佳車速，即最大流量對(duì)應(yīng)的車速(km/h)；kj為阻塞密度(pcu/km)}確定流量。速度大于30km/h時(shí)，應(yīng)采用安德伍德模型{q＝ukmln(uf/u)，其中km為最佳密度，即最大流量對(duì)應(yīng)的密度(pcu/km)；uf為自由流速度(km/h)。}確定流量。由此得出的交通強(qiáng)度隨流量變化的理論曲線，參閱圖2所示。
周期時(shí)長(zhǎng)的優(yōu)選指標(biāo)是交叉口的相位交通強(qiáng)度。根據(jù)式(12)，交叉口的相位交通強(qiáng)度與關(guān)鍵相位個(gè)數(shù)是有關(guān)的。因此，在優(yōu)選周期時(shí)長(zhǎng)時(shí)需要根據(jù)不同的關(guān)鍵相位數(shù)確定相位交通強(qiáng)度與周期的對(duì)應(yīng)關(guān)系。交叉口關(guān)鍵相位數(shù)一般為2至5個(gè)，從而優(yōu)選周期時(shí)長(zhǎng)需要四張表，分別為兩關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)與相位交通強(qiáng)度對(duì)應(yīng)表、三關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)與相位交通強(qiáng)度對(duì)應(yīng)表、四關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)與相位交通強(qiáng)度對(duì)應(yīng)表、五關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)與相位交通強(qiáng)度對(duì)應(yīng)表。
根據(jù)交通控制理論的研究結(jié)論交叉口信號(hào)周期長(zhǎng)度應(yīng)在30秒～200秒之間，相位損失時(shí)間取為3秒。于是，可計(jì)算得到協(xié)調(diào)控制與感應(yīng)控制的轉(zhuǎn)換臨界值即為兩關(guān)鍵相位交叉口30秒周期對(duì)應(yīng)的交通強(qiáng)度，經(jīng)計(jì)算I＝0.46，三關(guān)鍵相位的最短周期為40秒，四關(guān)鍵相位的最短周期為50秒，五關(guān)鍵相位的最短周期為60秒。根據(jù)交叉口飽和度實(shí)用限值x＝0.9，算得對(duì)應(yīng)的交通強(qiáng)度值I＝0.68。五關(guān)鍵相位，最大周期時(shí)長(zhǎng)取200秒，由此對(duì)應(yīng)的交通強(qiáng)度值I＝0.82。對(duì)應(yīng)于I＝0.82，兩關(guān)鍵相位的最大周期為110秒，三關(guān)鍵相位的最大周期為140秒，四關(guān)鍵相位的最大周期為180秒。當(dāng)0.46＜I＜0.82時(shí)，可用下列公式計(jì)算周期時(shí)長(zhǎng)。當(dāng)I不在該范圍內(nèi)時(shí)，可采用對(duì)應(yīng)的周期時(shí)長(zhǎng)最大或最小值。
(1)兩關(guān)鍵相位交叉口周期時(shí)長(zhǎng)備選值參閱表4所示表4兩關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)備選方案

(2)三關(guān)鍵相位交叉口周期時(shí)長(zhǎng)備選值參閱表5所示表5三關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)備選方案

(3)四關(guān)鍵相位交叉口周期時(shí)長(zhǎng)備選值參閱表6所示表6四關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)備選方案

(4)五關(guān)鍵相位交叉口周期時(shí)長(zhǎng)備選值參閱表7所示表7五關(guān)鍵相位周期時(shí)長(zhǎng)備選方案

通過(guò)攝像法對(duì)長(zhǎng)春市不同關(guān)鍵相位數(shù)的交叉口分時(shí)段(低峰、平峰、高峰)進(jìn)行交通調(diào)查，驗(yàn)證周期時(shí)長(zhǎng)優(yōu)化程序。本文以4相位交叉口(人民大街—自由大路)高峰時(shí)段(7:20-8:20)和平峰時(shí)段(11:20-12:20)為例，交通數(shù)據(jù)采集間隔為15min一次。該交叉口相位相序方案參閱圖3所示。該交叉口信號(hào)配時(shí)利用TRANSYT-7F優(yōu)化，并經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)調(diào)整后使用，高峰時(shí)段周期時(shí)長(zhǎng)為140s，平峰時(shí)段周期時(shí)長(zhǎng)為94s。表8所示為驗(yàn)證結(jié)果。
表8交通強(qiáng)度優(yōu)化周期統(tǒng)計(jì)表

人民大街—自由大路交叉口是一個(gè)主要交叉口，從實(shí)際觀測(cè)來(lái)看，該交叉口配時(shí)比較合理，各相位綠燈時(shí)長(zhǎng)偶爾略有不足或富裕，但影響不大。理論值與實(shí)際值差別也不大，可以使用交叉口交通強(qiáng)度來(lái)計(jì)算。為了更好的驗(yàn)證模型的實(shí)用性，利用交通模擬軟件Vissim對(duì)人民大街——自由大路的現(xiàn)有方案和新方案進(jìn)行模擬驗(yàn)證，結(jié)果參閱表9所示，其中方案1代表交叉口現(xiàn)有方案，方案2是根據(jù)本發(fā)明生成的控制方案。
表9平峰期兩種方案的模擬結(jié)果

通過(guò)交通強(qiáng)度得到交叉口的周期時(shí)長(zhǎng)方案后，根據(jù)傳統(tǒng)的綠燈時(shí)間分配方法(韋伯斯特法)就可得到單點(diǎn)定時(shí)控制下的交叉口各個(gè)相位的綠燈時(shí)間。
4.自行車相位綠燈提前截止時(shí)間的確定方法由于自行車相對(duì)于機(jī)動(dòng)車的速度較慢，紅燈起亮?xí)r已經(jīng)駛過(guò)停車線的自行車在紅燈期間可能不能駛過(guò)交叉口的沖突區(qū)，會(huì)與下一相位的機(jī)動(dòng)車流發(fā)生沖突，因此為了避免當(dāng)前相位的自行車流與下一相位的機(jī)動(dòng)車流的沖突，本發(fā)明建立了自行車流相位綠燈提前截止時(shí)間的方法，提高了交叉口的安全性。
參閱圖4，以南進(jìn)口左轉(zhuǎn)自行車為例，當(dāng)南進(jìn)口左轉(zhuǎn)綠燈結(jié)束，東進(jìn)口直行綠燈啟亮?xí)r，東進(jìn)口直行機(jī)動(dòng)車起動(dòng)，此時(shí)南進(jìn)口已通過(guò)停車線的左轉(zhuǎn)自行車由于速度較慢且沿大弧行駛，行駛距離較長(zhǎng)，常與東進(jìn)口直行機(jī)動(dòng)車發(fā)生沖突。為消除這種沖突，考慮對(duì)左轉(zhuǎn)自行車提前截止。截止時(shí)間取決于東進(jìn)口直行機(jī)動(dòng)車和南進(jìn)口左轉(zhuǎn)自行車到達(dá)沖突區(qū)的時(shí)間差。此外，若直行自行車與對(duì)向左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車發(fā)生沖突，也需要對(duì)直行自行車提前截止。分析方法與左轉(zhuǎn)自行車類似。
(1)左轉(zhuǎn)自行車的綠燈提前截止時(shí)間當(dāng)前相位有左轉(zhuǎn)自行車流且下一相位有與左轉(zhuǎn)自行車流競(jìng)爭(zhēng)方向的直行機(jī)動(dòng)車流時(shí)，需要考慮當(dāng)前相位的左轉(zhuǎn)自行車流的提前截止。
左轉(zhuǎn)自行車的提前截止時(shí)間取各股左轉(zhuǎn)自行車流的提前截止時(shí)間的較大者，計(jì)算公式如式(13)所示 式中ti截——關(guān)鍵相位i的左轉(zhuǎn)自行車流的提前截止時(shí)間(s)；tij左截——關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到與下一相位與之沖突的機(jī)動(dòng)車流j沖突區(qū)的提前截止時(shí)間(s)；lij自左沖——關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離(m)；vij自左——關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵左轉(zhuǎn)自行車流j從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均速度(m/s)；n機(jī)右——左轉(zhuǎn)自行車從停車線到與右轉(zhuǎn)車沖突點(diǎn)行駛時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的右轉(zhuǎn)車輛數(shù)(veh)；t右延——一輛右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車對(duì)左轉(zhuǎn)自行車造成的平均延誤(s)；lij機(jī)直沖——與關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵左轉(zhuǎn)自行車流沖突的下一相位直行機(jī)動(dòng)車流j從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離(m)；vij機(jī)直頭——與關(guān)鍵左轉(zhuǎn)自行車相沖突的下一相位直行機(jī)動(dòng)車頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均速度；t前損——機(jī)動(dòng)車的綠燈前損失時(shí)間(s)。
在實(shí)際計(jì)算中，由于左轉(zhuǎn)提前截止一般是左轉(zhuǎn)自行車流末尾車輛，一般近似于自由流通行，此時(shí)，右轉(zhuǎn)車干擾一般很小，通?？梢院雎圆挥?jì)。
(2)直行自行車的綠燈提前截止時(shí)間當(dāng)前相位有直行自行車流且下一相位有與直行自行車流沖突的對(duì)向的左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流時(shí)，需要考慮當(dāng)前相位的直行自行車流的提前截止。
直行自行車流的提前截止時(shí)間取各股直行自行車流的提前截止時(shí)間的較大者，計(jì)算公式如式(14)所示 式中ti截——關(guān)鍵相位i的直行自行車流的提前截止時(shí)間(s)；tij直截——關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵直行自行車流從停車線到與下一相位與之沖突的機(jī)動(dòng)車流j沖突區(qū)的提前截止時(shí)間(s)；lij自直沖——關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵直行自行車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離(m)；vij自直——關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵直行自行車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均速度(m/s)；n機(jī)右——直行自行車從停車線到與右轉(zhuǎn)車沖突點(diǎn)行駛過(guò)程中經(jīng)過(guò)的右轉(zhuǎn)車輛數(shù)(veh)；t右延——一輛右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車對(duì)直行自行車造成的平均延誤(s)；lij機(jī)左沖——與關(guān)鍵相位i的關(guān)鍵直行自行車流沖突的下一相位左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離(m)；vij機(jī)左頭——與關(guān)鍵直行自行車流相沖突的對(duì)向左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均速度(m/s)；t前損——機(jī)動(dòng)車的綠燈前損失時(shí)間(s)。
式中各參數(shù)的確定與左轉(zhuǎn)自行車提前截止時(shí)間類似。
5.可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的感應(yīng)控制方法本發(fā)明針對(duì)感應(yīng)控制方法的不足，建立了可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算機(jī)程序。城市道路車輛到達(dá)具有脈沖特性，車隊(duì)的頭部和尾部車流車頭時(shí)距較大，以平均車速行駛的車流較為密集。初期較長(zhǎng)的單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間可保證車隊(duì)連續(xù)通過(guò)交叉口，后期較短的單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間可截?cái)嘬囶^時(shí)距較大的尾部車流?，F(xiàn)在采用較小的固定單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間，可能前期車隊(duì)到達(dá)時(shí)，綠燈時(shí)間結(jié)束，前期車隊(duì)受到阻滯，而此時(shí)的綠燈顯示時(shí)間較短，駕駛員心理上很難承受。若采用可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間，可截?cái)辔膊康竭_(dá)車輛，而此時(shí)綠燈時(shí)間已較長(zhǎng)，未趕上綠燈的駕駛員在心理上是可接受的。本發(fā)明提出在單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間大于綠燈延長(zhǎng)時(shí)間最小值時(shí)，根據(jù)最小綠燈時(shí)間、單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間初值和由于車輛請(qǐng)求而獲得綠燈延長(zhǎng)時(shí)間確定出可變的單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間，充分考慮城市路段車流到達(dá)規(guī)律和駕駛員心理特性，可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間模型如下式G0i=int[KGminGmin+L(i-1)]G0i≥G0‾---(15)]]>式中G0i——第i輛請(qǐng)求綠燈車輛所獲得的單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間(s)；K——單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間初值(s)；L(i-1)——車控綠燈延長(zhǎng)時(shí)間，即由于車輛請(qǐng)求而獲得綠燈延長(zhǎng)時(shí)間總和(s)，其中L0＝0；Gmin——最小綠燈時(shí)間(s)；G0‾=D/v‾---(16)]]>式中G0——單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間最小值(s)；D——檢測(cè)器與停車線之間的距離(m)；v——進(jìn)口道上車流的正常平均行駛速度(m/s)。
本發(fā)明對(duì)長(zhǎng)春市的兩相位單點(diǎn)定時(shí)配時(shí)的百匯街與明德路交叉口進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。明德路是單車道，百匯街是雙車道。實(shí)際交叉口配時(shí)狀況參閱表10所示，其中黃燈時(shí)間為2s。
表10百匯街與明德路交叉口配時(shí)

由于百匯街與明德路的流量相差較大，因此本文采用支路半感應(yīng)控制。根據(jù)明德路實(shí)際的車頭時(shí)距確定了K，模擬假設(shè)檢測(cè)器鋪設(shè)在距停車線30m，通過(guò)車速調(diào)查獲得平均車速9.6m/s，單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的最小值G0＝3s。以交叉口車輛延誤時(shí)間作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)攝像法可以得到車輛到達(dá)交叉口、檢測(cè)器的時(shí)刻。給定各個(gè)相位的綠燈時(shí)間，則各相位的車輛能否通過(guò)停車線就可確定，延誤時(shí)間和停車次數(shù)就可統(tǒng)計(jì)出來(lái)，本文實(shí)例統(tǒng)計(jì)結(jié)果參閱表11。
表11模擬結(jié)果比較

參閱表11可得到原始的控制方案效果最差。傳統(tǒng)感應(yīng)控制和可變單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的感應(yīng)控制的平均延誤基本相同，但是后者的停車次數(shù)小于傳統(tǒng)感應(yīng)控制的停車次數(shù)，配時(shí)效果最好。在相同的控制時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)控制的循環(huán)周期個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固定控制方式，增加了車輛的通行權(quán)。利用可變單位綠燈時(shí)間程序計(jì)算的支路車輛的延誤小于固定控制和傳統(tǒng)的感應(yīng)控制方式，體現(xiàn)了主路優(yōu)先兼顧支路優(yōu)先的理念的交通理念，模擬效果較為滿意。
II.實(shí)施單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法參閱圖5，在編制計(jì)算機(jī)程序所涉及到的五種處置方法介紹清楚的基礎(chǔ)之上，我們對(duì)單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法的實(shí)施作進(jìn)一步描述。單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)控制系統(tǒng)是由硬件和程序軟件兩部分組成，即由檢測(cè)器、信號(hào)機(jī)、服務(wù)器及傳輸設(shè)備的硬件部分和交通信號(hào)控制的計(jì)算機(jī)程序兩部分組成。單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法是在現(xiàn)有硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，在信號(hào)機(jī)里裝入自編的計(jì)算機(jī)程序而實(shí)現(xiàn)單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，完整的說(shuō)其包括如下步驟安裝硬件設(shè)備、機(jī)動(dòng)車與自行車流量統(tǒng)計(jì)、統(tǒng)計(jì)交叉口各進(jìn)口道混合交通流量、選擇控制方式(單點(diǎn)定時(shí)控制方式、單點(diǎn)優(yōu)化控制方式、單點(diǎn)感應(yīng)控制方式)，進(jìn)而選擇各種控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案并將獲取的控制方案在具體交叉口運(yùn)行，使得車流有序、安全地通過(guò)交叉口?，F(xiàn)按時(shí)間順序詳細(xì)描述如下1.安裝檢測(cè)器、信號(hào)機(jī)、信號(hào)燈，并用光纜、無(wú)線和電線依次將他們連接起來(lái)，為單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法提供硬件設(shè)備支持。這里用來(lái)獲得機(jī)動(dòng)車交通流數(shù)據(jù)的檢測(cè)器為線圈檢測(cè)器，有兩類一類是安裝在距離交叉口進(jìn)口道停車線前30-35米處，各個(gè)車道均安裝一個(gè)2米×2米的檢測(cè)器，也稱感應(yīng)檢測(cè)器；第二類是安裝在交叉口進(jìn)口道路段車隊(duì)最大排隊(duì)位置的上游中間車道上，距離交叉口進(jìn)口道停車線前150米，安裝成前后相隔1米的2米×2米的2個(gè)檢測(cè)器，也稱戰(zhàn)略檢測(cè)器。用來(lái)獲得自行車交通流數(shù)據(jù)的檢測(cè)器采用視頻檢測(cè)器(攝像頭)，安置于自行車車道的正上方，盡可能處于垂直路面的位置，且距路面5至6米高，夜晚時(shí)需要補(bǔ)足光線。
2.獲取機(jī)動(dòng)車與自行車標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)流量開動(dòng)硬件設(shè)備，使包括安裝有自編計(jì)算機(jī)程序的信號(hào)機(jī)在內(nèi)的整個(gè)交通信號(hào)控制系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。通過(guò)線圈檢測(cè)器和攝像頭視頻檢測(cè)器獲取路段、交叉口車流(機(jī)動(dòng)車流與自行車流)的脈沖或圖像信息，并將這些信息經(jīng)光纜或無(wú)線傳輸?shù)叫盘?hào)機(jī)內(nèi)。信號(hào)機(jī)對(duì)車流的脈沖或圖像信息進(jìn)行處理獲得路段、交叉口機(jī)動(dòng)車流與自行車流的標(biāo)準(zhǔn)小時(shí)流量。下面分兩部分詳細(xì)描述信號(hào)機(jī)對(duì)車流信息的處理1)機(jī)動(dòng)車流的流量信息獲取通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)得到各個(gè)車輛的脈沖圖，獲得車流的平均行駛速。其中車輛的車身長(zhǎng)度l與車流平均速度v、該車通過(guò)檢測(cè)器的脈沖長(zhǎng)度Δt(時(shí)間長(zhǎng)度)、檢測(cè)器長(zhǎng)度l0存在l＝vΔt-l0的關(guān)系，根據(jù)這個(gè)關(guān)系，信號(hào)機(jī)自動(dòng)計(jì)算得到每一輛車的車身長(zhǎng)度。同時(shí)與我們已經(jīng)標(biāo)定的機(jī)動(dòng)車輛的換算系數(shù)(表1所示)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，得到該車的換算系數(shù)。依次我們可以得到時(shí)間T(單位秒)內(nèi)所有通過(guò)檢測(cè)器的車輛換算系數(shù)，把它們進(jìn)行累加就可得到在時(shí)間T內(nèi)任何一個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)到的車流量q0，根據(jù)小時(shí)流量q1與q0、T的關(guān)系q1＝3600q0/T轉(zhuǎn)換為小時(shí)流量。
2)自行車流的流量信息獲得根據(jù)視頻檢測(cè)方法獲得自行車輛數(shù)，同時(shí)判斷自行車輛所處的交通運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)交通狀態(tài)選擇已經(jīng)固化在信號(hào)機(jī)內(nèi)的自行車換算系數(shù)，最終得到時(shí)間T內(nèi)所有通過(guò)檢測(cè)器的自行車車輛數(shù)及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)流量。
3.統(tǒng)計(jì)T時(shí)間段車道的小時(shí)流量根據(jù)各個(gè)車道機(jī)動(dòng)車輛及自行車輛的流量信息進(jìn)行累加，獲得交叉口每一車道的小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)流量q，并存儲(chǔ)在服務(wù)器中，為后續(xù)的交叉口信號(hào)配時(shí)提供數(shù)據(jù)支持。
4.選擇控制方式根據(jù)信號(hào)機(jī)信號(hào)內(nèi)部時(shí)間段的分配或信號(hào)機(jī)內(nèi)部控制方式優(yōu)化選擇方法，確定現(xiàn)在信號(hào)機(jī)要執(zhí)行的控制方式。一般信號(hào)機(jī)包括單點(diǎn)定時(shí)控制方式、單點(diǎn)優(yōu)化控制方式和單點(diǎn)感應(yīng)控制方式。其中單點(diǎn)定時(shí)控制方式是指信號(hào)機(jī)事先設(shè)定的配時(shí)方案；單點(diǎn)感應(yīng)控制方式是指在交叉口進(jìn)口道上安裝檢測(cè)器，信號(hào)燈的配時(shí)方案隨著檢測(cè)器檢測(cè)得到的車流信息而隨時(shí)改變的一種控制方式，其特征沒有周期時(shí)長(zhǎng)概念，相位綠燈時(shí)間在不斷變化；單點(diǎn)優(yōu)化控制方式是指根據(jù)檢測(cè)器檢測(cè)到的交通信息實(shí)時(shí)進(jìn)行信號(hào)配時(shí)并執(zhí)行的控制方式，其特征是5-15分鐘優(yōu)化一次控制方案(周期時(shí)長(zhǎng)、相位綠燈時(shí)間)。一般在檢測(cè)器出現(xiàn)故障，交叉口無(wú)法獲得實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)時(shí)啟用單點(diǎn)定時(shí)控制，因此單點(diǎn)定時(shí)控制是單點(diǎn)優(yōu)化和單點(diǎn)感應(yīng)的一種降級(jí)控制方式。選擇控制方式就是在單點(diǎn)定時(shí)控制方式、單點(diǎn)優(yōu)化控制方式和單點(diǎn)感應(yīng)控制方式三者之中選其一。
5.執(zhí)行所選擇的控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法1)執(zhí)行單點(diǎn)定時(shí)控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法信號(hào)機(jī)根據(jù)事先設(shè)定的配時(shí)方案(是一個(gè)時(shí)段與控制方案的對(duì)應(yīng)表)，判斷現(xiàn)行時(shí)段選擇配時(shí)方案來(lái)進(jìn)行單點(diǎn)定時(shí)信號(hào)控制。由于單點(diǎn)定時(shí)控制方案是脫機(jī)完成后存儲(chǔ)在信號(hào)機(jī)內(nèi)的，因此在只執(zhí)行單點(diǎn)定時(shí)控制的交叉口不安裝檢測(cè)器，所以其控制方案所對(duì)應(yīng)交通流量信息不是實(shí)時(shí)檢測(cè)而是人工完成的，因此信號(hào)機(jī)內(nèi)部就不存第2項(xiàng)與第3項(xiàng)所述的機(jī)動(dòng)車、自行車流量信息處理程序。
2)執(zhí)行單點(diǎn)感應(yīng)控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法參閱圖6，經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)控制方式優(yōu)化后確定了交叉口實(shí)施單點(diǎn)感應(yīng)控制方式。下面描述單點(diǎn)感應(yīng)控制方式的控制過(guò)程。
感應(yīng)控制方式的基本原理是某一相位啟亮綠燈時(shí)，信號(hào)機(jī)預(yù)設(shè)有最小綠燈時(shí)間。最小綠燈時(shí)間結(jié)束前，如果在一個(gè)預(yù)設(shè)置的時(shí)間間隔內(nèi)，無(wú)后續(xù)車輛到達(dá)，即更換相位，若檢測(cè)器檢測(cè)到有后續(xù)車輛到達(dá)，則每檢測(cè)一輛車到達(dá)，綠燈延長(zhǎng)一個(gè)單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間，綠燈一直延續(xù)到最大綠燈時(shí)間，即使檢測(cè)到有后續(xù)車輛，也要中斷該相位的通行權(quán)，更換相位。因此在感應(yīng)控制方式中的感應(yīng)相位、待定相位有3個(gè)基本參數(shù)最短綠燈時(shí)間、最大綠燈時(shí)間及單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間。固定相位有一個(gè)固定綠燈時(shí)間參數(shù)。單點(diǎn)感應(yīng)控制方式包括基本參數(shù)確定、相位類型判斷和感應(yīng)相位方案優(yōu)化三個(gè)基本步驟，a)基本參數(shù)確定最短綠燈時(shí)間Gmin的確定需要考慮如下因素(1)行人過(guò)街的安全性，即某相位的最小綠燈時(shí)間應(yīng)保證行人安全地通過(guò)人行橫道的時(shí)間；(2)避免二次停車，即保證在上周期中停留在停車線和檢測(cè)器之間的車輛在本次放行中通過(guò)交叉口。
單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)避免車輛緊急剎車，單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間保證車輛在進(jìn)口道以正常行駛速度行駛時(shí)能通過(guò)檢測(cè)器和停車線之間距離所需的時(shí)間，即保證車輛在綠燈延長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能夠順利通過(guò)停車線，顯然單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)滿足G0≥D/v，D代表測(cè)器與停車線之間的距離(m)，v代表進(jìn)口道上車流正常行駛速度(m/s)。一般檢測(cè)器鋪設(shè)在進(jìn)口道30-35m處，車流的平均速度在10m/s至15m/s，因此單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間最小值G0＝3s。根據(jù)檢測(cè)器檢測(cè)得到的車輛車頭時(shí)距統(tǒng)計(jì)出車頭時(shí)距分布概率在大于60％的車頭時(shí)距為單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間初值K，一般取5s至9s。
最大綠燈時(shí)間根據(jù)最短綠燈時(shí)間、單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間初值及單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間最小值，結(jié)合程序結(jié)構(gòu)式(15)計(jì)算得到相位總延長(zhǎng)時(shí)間，那最短綠燈時(shí)間與總延長(zhǎng)時(shí)間之和作為該相位的綠燈時(shí)間最大值，一般是30s至60s。
固定綠燈時(shí)間(G固)根據(jù)G固＝N/λ關(guān)系確定該相位的綠燈時(shí)間，其中N代表該相位車輛的平均排隊(duì)長(zhǎng)度(veh)及車流平均釋放率λ(veh/s)。
這些參數(shù)根據(jù)交叉口的幾何信息(交叉口各個(gè)進(jìn)口道寬度與車道寬度)、檢測(cè)器位置及流量信息，事先確定并存儲(chǔ)在信號(hào)機(jī)內(nèi)。
b)相位類型判斷根據(jù)交叉口各個(gè)車道的流量分析確定交叉口的相位方案。相位是指一股或幾股車流它們?cè)谝粋€(gè)信號(hào)周期內(nèi)，不管任何瞬時(shí)都獲得完全相同的燈色顯示，那么把它們獲得不同燈色的連續(xù)時(shí)序稱為一個(gè)相位。一般相位方案的確定是根據(jù)交通流量及交警的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，然后存儲(chǔ)在信號(hào)機(jī)內(nèi)。在進(jìn)行感應(yīng)控制中，一個(gè)交叉口的相位可分為感應(yīng)相位和固定相位。感應(yīng)相位指在該相位的進(jìn)口車道上鋪設(shè)了檢測(cè)器，該相位車流的綠燈時(shí)間是跟據(jù)車流的到達(dá)信息確定的。感應(yīng)相位分為不可越過(guò)式感應(yīng)相位和可越過(guò)式感應(yīng)相位，不可越過(guò)式感應(yīng)相位的綠燈時(shí)間大于等于最短綠燈時(shí)間。可越過(guò)式感應(yīng)相位又稱作待定相位，是指進(jìn)口道上鋪設(shè)了檢測(cè)器，該相位車流的綠燈時(shí)間也是跟據(jù)車流的到達(dá)信息確定的，若在該相位的前一相位末的一個(gè)檢測(cè)時(shí)間段Δt內(nèi)沒有車流通過(guò)檢測(cè)器，即信號(hào)機(jī)內(nèi)沒有該相位的請(qǐng)求記錄，則該相位將不被執(zhí)行，也就是該相位的綠燈時(shí)間為零。若待定相位的檢測(cè)器發(fā)出的請(qǐng)求記錄不為0，則待定相位的綠燈時(shí)間變化與不可越過(guò)感應(yīng)控制變化原理一樣。固定相位是指在交叉口中有某股車流到達(dá)較為均勻，且該相位的車道上未鋪設(shè)檢測(cè)器，在交叉口相位方案中該相位必須執(zhí)行且綠燈時(shí)間為一個(gè)固定值。
信號(hào)機(jī)處在工作狀態(tài)下，在每個(gè)相位執(zhí)行的末期Δt內(nèi)，信號(hào)機(jī)需要判斷下一個(gè)相位i是感應(yīng)相位還是固定相位。若通過(guò)讀取信號(hào)機(jī)內(nèi)置的相位屬性表后判定下一個(gè)相位i是固定相位，則信號(hào)機(jī)將調(diào)出固定相位綠燈時(shí)間的控制方案，并把該方案通過(guò)信號(hào)燈顯示綠黃紅。若通過(guò)讀取信號(hào)機(jī)內(nèi)置的相位屬性后判定下一個(gè)相位i是感應(yīng)相位，讀取信號(hào)機(jī)內(nèi)該相位的請(qǐng)求記錄，若記錄為0，說(shuō)明該相位所在檢測(cè)器沒有發(fā)過(guò)請(qǐng)求，同時(shí)信號(hào)機(jī)判斷出該感應(yīng)相位是待定相位，則信號(hào)機(jī)不執(zhí)行該相位，即該相位的綠燈時(shí)間為0s，繼續(xù)判斷下一個(gè)相位。信號(hào)機(jī)判斷出該感應(yīng)相位不是待定相位，則信號(hào)機(jī)執(zhí)行一個(gè)內(nèi)置的最短綠燈時(shí)間的控制方案，并把該方案通過(guò)信號(hào)燈顯示綠黃紅信號(hào)燈來(lái)引導(dǎo)車流運(yùn)行。至此下一個(gè)相位類型就可通過(guò)這個(gè)邏輯判斷出來(lái)。
c)感應(yīng)相位方案優(yōu)化判斷出下一相位i是有發(fā)出請(qǐng)求的感應(yīng)相位，在結(jié)束上一相位時(shí)，信號(hào)機(jī)給相位i一個(gè)內(nèi)置的最短綠燈時(shí)間，同時(shí)清除請(qǐng)求標(biāo)識(shí)。(車輛通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，檢測(cè)器向信號(hào)機(jī)發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求并記錄下來(lái)，當(dāng)請(qǐng)求被執(zhí)行后，該請(qǐng)求記錄恢復(fù)到0狀態(tài)，以便后續(xù)的記錄能夠載入。信號(hào)機(jī)的請(qǐng)求記錄值只有0、1這兩種狀態(tài)，且車輛在相位綠燈開始至Gmin-Δt時(shí)間段內(nèi)，車輛通過(guò)檢測(cè)器的請(qǐng)求并不記錄下來(lái)，此期間的請(qǐng)求記錄保持0狀態(tài)。)在執(zhí)行最短綠燈時(shí)間時(shí)，信號(hào)機(jī)要不斷的判斷是否到請(qǐng)求時(shí)間直至到請(qǐng)求時(shí)刻為止。同時(shí)信號(hào)機(jī)要判斷檢測(cè)器是否處在正常工作狀態(tài)，若檢測(cè)器處于故障狀態(tài)，則感應(yīng)相位執(zhí)行最短綠燈時(shí)間后結(jié)束其通行權(quán)。信號(hào)機(jī)需要不斷的判斷檢測(cè)器是否有請(qǐng)求發(fā)出，若無(wú)請(qǐng)求發(fā)出，直至相位i的綠燈時(shí)間結(jié)束才更換通行權(quán)。若檢測(cè)器有請(qǐng)求發(fā)出，根據(jù)程序結(jié)構(gòu)式(15)計(jì)算該相位將要延長(zhǎng)的綠燈時(shí)間，并判斷相位i若延長(zhǎng)了這次綠燈時(shí)間，其相位綠燈顯示時(shí)間是否大于最大綠燈時(shí)間，若綠燈時(shí)間大于最大綠燈時(shí)間則該請(qǐng)求無(wú)效，立刻終止該相位的通行權(quán)，相位綠燈結(jié)束；若綠燈時(shí)間小于最大綠燈時(shí)間則清除此請(qǐng)求標(biāo)識(shí)，并延長(zhǎng)該相位的綠燈時(shí)間。如此反復(fù)的判斷檢測(cè)器的狀態(tài)和請(qǐng)求記錄來(lái)確定感應(yīng)相位的控制方案。
3)執(zhí)行單點(diǎn)優(yōu)化控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法參閱圖7，經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)控制方式優(yōu)化后確定了交叉口實(shí)施單點(diǎn)優(yōu)化控制方式，現(xiàn)在我們描述單點(diǎn)優(yōu)化控制過(guò)程。下面描述的確定交叉口周期時(shí)長(zhǎng)和確定相位綠燈時(shí)間兩個(gè)步驟也統(tǒng)稱為初始化優(yōu)化方案。
a)確定交叉口周期時(shí)長(zhǎng)根據(jù)流量信息脫機(jī)設(shè)置交叉口相位相序方案，并存儲(chǔ)在信號(hào)機(jī)內(nèi)。讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中戰(zhàn)略檢測(cè)器檢測(cè)15分鐘的路段小時(shí)流量和時(shí)間占有率、感應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)得到15分鐘小時(shí)流量、各個(gè)相位的飽和流量、飽和時(shí)間占有率、交通強(qiáng)度模型參數(shù)α值，依據(jù)程序式(11)與(12)計(jì)算各個(gè)相位的交通強(qiáng)度和交叉口交通強(qiáng)度。根據(jù)交叉口的相位數(shù)、交通強(qiáng)度周期時(shí)長(zhǎng)關(guān)系表(參閱表4至表7)，從信號(hào)機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)讀取相應(yīng)的交叉口周期時(shí)長(zhǎng)C。
b)確定相位綠燈時(shí)間依據(jù)yi＝qi/Si關(guān)系確定各個(gè)相位流量比，其中qi為相位i所屬的感應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)的流量值，Si相位i的飽和流率(即為飽和流量)；根據(jù)Y＝∑yi確定交叉口總流量比。從信號(hào)機(jī)內(nèi)讀取交叉口相位損失時(shí)間li、交叉口總損失時(shí)間L及相位綠燈間隔時(shí)間Ii，依據(jù)gi＝y(tǒng)i(C-L)/Y及Gi＝gi+li-Ii關(guān)系確定相位i的有效綠燈時(shí)間及綠燈顯示時(shí)間(s)。
交叉口各個(gè)相位的車種有機(jī)動(dòng)車流和自行車流，若交叉口中沒有自行車專用道，經(jīng)過(guò)單點(diǎn)優(yōu)化得到的初始方案就是交叉口應(yīng)該執(zhí)行的控制方案。但在一些平原的城市，如天津、沈陽(yáng)、石家莊等，自行車輛較多的交叉口一般需設(shè)置自行車專用道，因此在這些有專用自行車道的交叉口，信號(hào)機(jī)需要判斷任何一個(gè)相位中機(jī)動(dòng)車道流量比與自行車道比的大小，若機(jī)動(dòng)車流的流量比小于自行車流量比，則該相位的綠燈時(shí)間就是步驟2)所確定綠燈時(shí)間，信號(hào)機(jī)將此初始優(yōu)化方案(交叉口的信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)、各相位綠燈時(shí)間、黃燈時(shí)間、紅燈時(shí)間方案)通過(guò)信號(hào)燈來(lái)來(lái)顯示各相位的綠黃紅信號(hào)燈；若相位中機(jī)動(dòng)車流的流量比大于自行車流量比，則通過(guò)2)計(jì)算的相位綠燈時(shí)間只是機(jī)動(dòng)車流綠燈時(shí)間，并不是自行車流的綠燈時(shí)間，因此信號(hào)機(jī)內(nèi)部還需計(jì)算自行車流的綠燈提前截止時(shí)間，才能最終確定自行車流的信號(hào)控制方案。
c)確定自行車綠燈提前截止時(shí)間參閱圖8，經(jīng)過(guò)信號(hào)機(jī)內(nèi)部判斷，交叉口有專用自行車道的自行車流的流量比小于機(jī)動(dòng)車流量比，那么該相位的自行車流需要優(yōu)化其綠燈提前截止時(shí)間。下面描述自行車流綠燈提前截止時(shí)間優(yōu)化過(guò)程。
若觸發(fā)直行自行車流提前截止時(shí)間程序后，信號(hào)機(jī)需要讀取各相位直行自行車流從停車線到交叉口各個(gè)沖突區(qū)的距離lij自直沖、直行自行車流平均行駛速度vij自直、直行自行車流從停車線到交叉口沖突區(qū)的時(shí)間內(nèi)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛平均通過(guò)數(shù)n機(jī)右、單位右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛對(duì)直行自行車輛的平均延誤時(shí)間t右延、直行自行車流沖突的下一相位左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離lij機(jī)左沖、左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均速度vij機(jī)左頭、機(jī)動(dòng)車流綠燈前損失時(shí)間t前損參數(shù)，依據(jù)模型(14)計(jì)算直行自行車流的綠燈提前截止時(shí)間ti截。流程如圖8(a)。
若觸發(fā)左轉(zhuǎn)自行車流提前截止時(shí)間程序后，信號(hào)機(jī)需要讀取各相位左轉(zhuǎn)自行車流從左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到交叉口沖突區(qū)的距離lij自左沖、左轉(zhuǎn)自行車流平均行駛速度vij自左、左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到交叉口沖突區(qū)的時(shí)間內(nèi)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛平均通過(guò)數(shù)n機(jī)右、單位右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛對(duì)直行自行車輛的平均延誤時(shí)間t右延、左轉(zhuǎn)自行車流沖突的下一相位直行機(jī)動(dòng)車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離lij機(jī)直沖、直行機(jī)動(dòng)車頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均行駛速度vij機(jī)直頭、機(jī)動(dòng)車流綠燈前損失時(shí)間t前損參數(shù)依據(jù)模型(13)計(jì)算左轉(zhuǎn)自行車流的綠燈提前截止時(shí)間ti截，流程如圖8(b)。
信號(hào)機(jī)發(fā)送(交叉口周期時(shí)長(zhǎng)、各相位的機(jī)動(dòng)車流的綠燈時(shí)間、黃燈時(shí)間、紅燈時(shí)間、自行車流的綠燈時(shí)間、黃燈時(shí)間、紅燈時(shí)間)控制方案，并通過(guò)信號(hào)燈顯示各類車流的綠黃紅信號(hào)來(lái)指揮車流運(yùn)行。
至此，不管確定哪種控制方式，尤其是確定單點(diǎn)優(yōu)化控制方式或確定單點(diǎn)感應(yīng)控制方式，因?yàn)樗麄兘詫儆趯?shí)時(shí)的智能控制，將確定的控制方式在實(shí)際交叉口進(jìn)行運(yùn)行，就能使車流有序、安全地通過(guò)交叉口。
權(quán)利要求
1.一種采用計(jì)算機(jī)程序的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，該方法包括有下列步驟安裝檢測(cè)器、信號(hào)機(jī)、信號(hào)燈，并用光纜、無(wú)線和電線依次將他們連接起來(lái)，其特征在于所述的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法還采用下列步驟1)采用硬件檢測(cè)器與裝入信號(hào)機(jī)中的機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)標(biāo)定方法的計(jì)算機(jī)程序統(tǒng)計(jì)機(jī)動(dòng)車相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)，采用硬件檢測(cè)器與裝入信號(hào)機(jī)中的自行車換算系數(shù)標(biāo)定方法的計(jì)算機(jī)程序統(tǒng)計(jì)自行車相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)；2)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理程序在信號(hào)機(jī)中統(tǒng)計(jì)交叉口各進(jìn)口道混合交通流小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)；3)由裝入自編計(jì)算機(jī)程序的信號(hào)機(jī)判斷選擇控制方式是單點(diǎn)定時(shí)控制方式、單點(diǎn)感應(yīng)控制方式或是單點(diǎn)優(yōu)化控制方式，進(jìn)而執(zhí)行所選擇的控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方法。
2.按照權(quán)利要求1所述的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，其特征在于所述的單點(diǎn)感應(yīng)控制方式還包括下列步驟1)基本參數(shù)確定；2)相位類型判斷；3)感應(yīng)相位方案優(yōu)化。
3.按照權(quán)利要求2所述的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，其特征在于所述的基本參數(shù)確定還包括下列步驟1)確定最短綠燈時(shí)間；2)確定單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間；3)確定最大綠燈時(shí)間；4)根據(jù)G固＝N/λ關(guān)系確定固定綠燈時(shí)間。
4.按照權(quán)利要求2所述的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，其特征在于所述的相位類型判斷還包括下列步驟1)判斷下一相位是否是感應(yīng)相位，如果不是感應(yīng)相位，該相位執(zhí)行固定綠燈時(shí)間的控制方案；2)是感應(yīng)相位，接著要判斷信號(hào)機(jī)內(nèi)有沒有該相位的請(qǐng)求記錄，如果沒有該相位的請(qǐng)求記錄，要判斷是不是待定相位，如果不是待定相位，該相位執(zhí)行最短綠燈時(shí)間的控制方案；如果是待定相位，回到判斷下一相位是否是感應(yīng)相位；3)如果有該相位的請(qǐng)求記錄，則進(jìn)入感應(yīng)相位方案優(yōu)化的第一步驟。
5.按照權(quán)利要求2所述的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，其特征在于所述的感應(yīng)相位方案優(yōu)化還包括下列步驟1)判斷出下一相位是有發(fā)出請(qǐng)求的感應(yīng)相位，在結(jié)束上一相位時(shí)，信號(hào)機(jī)給該相位一個(gè)內(nèi)置的最短綠燈時(shí)間，同時(shí)清除請(qǐng)求標(biāo)識(shí)；2)信號(hào)機(jī)要判斷是否到請(qǐng)求時(shí)間段了，如果沒到，則回到判斷是否到請(qǐng)求時(shí)間段了，直至到請(qǐng)求時(shí)間段為止；3)信號(hào)機(jī)同時(shí)要判斷檢測(cè)器是否有故障，若檢測(cè)器處于故障狀態(tài)，要判斷執(zhí)行最短綠燈時(shí)間是否結(jié)束，是，結(jié)束其通行權(quán)，如果不是，則回到判斷執(zhí)行最短綠燈時(shí)間是否結(jié)束；4)信號(hào)機(jī)要不斷的判斷檢測(cè)器是否有請(qǐng)求發(fā)出，若無(wú)請(qǐng)求發(fā)出，判斷該相位的綠燈時(shí)間是否結(jié)束，是結(jié)束，才更換通行權(quán)，如不是結(jié)束，回到判斷檢測(cè)器是否有故障；5)如檢測(cè)器有請(qǐng)求發(fā)出，判斷該相位綠燈顯示時(shí)間是否大于最大綠燈時(shí)間，如果是，立刻終止該相位的通行權(quán)，相位綠燈結(jié)束；6)若綠燈時(shí)間小于最大綠燈時(shí)間，延長(zhǎng)一次該相位的綠燈時(shí)間，清除此請(qǐng)求標(biāo)識(shí)，回到判斷檢測(cè)器是否有故障，如此反復(fù)的判斷檢測(cè)器的狀態(tài)和是否有請(qǐng)求記錄來(lái)確定感應(yīng)相位的控制方案。
6.按照權(quán)利要求1所述的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，其特征在于所述的單點(diǎn)優(yōu)化控制方式還包括下列步驟1)確定交叉口周期時(shí)長(zhǎng)；a)根據(jù)流量信息脫機(jī)設(shè)置交叉口相位相序方案，并存儲(chǔ)在信號(hào)機(jī)內(nèi)；b)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中戰(zhàn)略檢測(cè)器檢測(cè)15分鐘的路段小時(shí)流量和時(shí)間占有率、感應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)得到15分鐘小時(shí)流量、各個(gè)相位的飽和流量、飽和時(shí)間占有率、交通強(qiáng)度模型參數(shù)α值；c)計(jì)算各個(gè)相位的交通強(qiáng)度和交叉口交通強(qiáng)度；d)根據(jù)交叉口的相位數(shù)、交通強(qiáng)度周期時(shí)長(zhǎng)關(guān)系表4至表7，從信號(hào)機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)讀取相應(yīng)的交叉口周期時(shí)長(zhǎng)C；2)確定相位綠燈時(shí)間，a)計(jì)算各個(gè)相位流量比及交叉口總流量比；b)計(jì)算相位的有效綠燈時(shí)間；c)計(jì)算相位的綠燈顯示時(shí)間；3)判斷機(jī)動(dòng)車流和自行車流共存于一個(gè)相位時(shí)有否自行車專用車道，如果沒有自行車專用車道，信號(hào)機(jī)執(zhí)行經(jīng)過(guò)單點(diǎn)優(yōu)化得到的初始方案；4)如果有自行車專用車道，判斷機(jī)動(dòng)車流和自行車流共存于一個(gè)相位時(shí)機(jī)動(dòng)車流是不是關(guān)鍵車流，如果機(jī)動(dòng)車流不是關(guān)鍵車流，信號(hào)機(jī)執(zhí)行經(jīng)過(guò)單點(diǎn)優(yōu)化得到的初始方案；5)如果機(jī)動(dòng)車流是關(guān)鍵車流，信號(hào)機(jī)內(nèi)部還需進(jìn)入計(jì)算自行車流綠燈提前截止時(shí)間的步驟，來(lái)最終確定自行車流的信號(hào)控制方案。
7.按照權(quán)利要求6所述的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，其特征在于所述的自行車流綠燈提前截止時(shí)間程序還包括下列步驟1)觸發(fā)直行自行車流提前截止時(shí)間程序后按下列步驟進(jìn)行a)信號(hào)機(jī)調(diào)用各相位直行自行車流從停車線到交叉口各個(gè)沖突區(qū)的距離；b)信號(hào)機(jī)調(diào)用直行自行車流平均行駛速度；c)信號(hào)機(jī)調(diào)用直行自行車流從停車線到交叉口沖突區(qū)的時(shí)間內(nèi)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛平均通過(guò)數(shù)；d)統(tǒng)計(jì)單位右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛對(duì)直行自行車輛的平均延誤時(shí)間；e)調(diào)用直行自行車流沖突的下一相位左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離；f)調(diào)用左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均行駛速度；g)調(diào)用機(jī)動(dòng)車流綠燈前損失時(shí)間；h)執(zhí)行直行自行車流的綠燈提前截止時(shí)間優(yōu)化程序；i)輸出直行自行車流的綠燈提前截止時(shí)間；2)觸發(fā)左轉(zhuǎn)自行車流提前截止時(shí)間程序后按下列步驟進(jìn)行a)信號(hào)機(jī)調(diào)用各相位左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到交叉口各個(gè)沖突區(qū)的距離；b)信號(hào)機(jī)調(diào)用左轉(zhuǎn)自行車流平均行駛行駛速度；c)信號(hào)機(jī)調(diào)用左轉(zhuǎn)自行車流從停車線到交叉口沖突區(qū)的時(shí)間內(nèi)右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛平均通過(guò)數(shù)；d)統(tǒng)計(jì)單位右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛對(duì)左轉(zhuǎn)自行車輛的平均延誤時(shí)間；e)調(diào)用左轉(zhuǎn)自行車流沖突的下一相位直行機(jī)動(dòng)車流從停車線到?jīng)_突區(qū)的行駛距離；f)調(diào)用直行機(jī)動(dòng)車流頭車從停車線到?jīng)_突區(qū)的平均行駛速度；g)調(diào)用機(jī)動(dòng)車流綠燈前損失時(shí)間；h)執(zhí)行左轉(zhuǎn)自行車流的綠燈提前截止時(shí)間優(yōu)化程序；i)輸出左轉(zhuǎn)自行車流的綠燈提前截止時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用計(jì)算機(jī)程序的單個(gè)交叉口混合交通信號(hào)的控制方法，步驟為采用檢測(cè)器與機(jī)動(dòng)車輛換算系數(shù)標(biāo)定方法的計(jì)算機(jī)程序統(tǒng)計(jì)機(jī)動(dòng)車相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)，采用檢測(cè)器與自行車換算系數(shù)標(biāo)定方法的計(jì)算機(jī)程序統(tǒng)計(jì)自行車相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)；采用數(shù)據(jù)處理程序統(tǒng)計(jì)交叉口各進(jìn)口道混合交通流小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)車的車輛數(shù)；由信號(hào)機(jī)判斷選擇是單點(diǎn)定時(shí)控制方式、單點(diǎn)感應(yīng)控制方式或是單點(diǎn)優(yōu)化控制方式，進(jìn)而執(zhí)行各種控制方式下的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化方案。該方法考慮了我國(guó)混合交通的實(shí)際特征，提高了混合交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)精度，彌補(bǔ)了在“準(zhǔn)飽和”狀態(tài)下周期優(yōu)化模型失效的缺陷，提高了交叉口的安全性，克服了最大綠燈時(shí)間不變導(dǎo)致交叉口綠燈利用效率不高的影響。
文檔編號(hào)G08G1/07GK101042805SQ200710055390
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者王殿海, 曲昭偉, 李志慧, 宋現(xiàn)敏, 陳永恒, 姜景玲 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)