本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)交叉口交通流隨機波動的交通信號控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

信號交叉口固定相位方案因其對向交通流到達的波動性和隨機性，往往導致交叉口進口道時空資源利用不均衡、部分交叉口時空資源閑置，制約了交叉口通行能力的提升。以圖1所示交叉口為例進行說明，當東西方向直行相位中東進口交通量大于西進口時，西進口的時空資源往往得不到充分利用，在放行完西進口交通流時，交叉口內(nèi)一半的空間(即下半部分空間)基本處于閑置狀態(tài)，而現(xiàn)有信號控制技術(shù)尚不能使南進口的候駛車輛提前進入待駛區(qū)，導致整個交叉口時空資源未能得到充分利用?；诖?，提出本方法來提升交叉口的時空資源利用效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)交叉口交通流隨機波動的交通信號控制系統(tǒng)及方法，以提高交叉口的時空資源利用效率，從而達到提高交叉口通行能力的目標。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種自適應(yīng)交叉口交通流隨機波動的交通信號控制系統(tǒng)，包括交通流檢測器、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、車道信號燈和多個LED誘導屏，交通流檢測器與數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理及控制模塊連接，數(shù)據(jù)處理及控制模塊分別與車道信號燈、多個LED誘導屏連接，LED誘導屏安裝在面向每個進口道的信號燈桿上，首先，交通流檢測器實時采集交叉口各進口車道左轉(zhuǎn)和直行車流的到達信息；其次，交通流檢測器將采集到的交通流數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)傳送給數(shù)據(jù)處理及控制模塊；最后，數(shù)據(jù)處理及控制模塊對接收到的交通流數(shù)據(jù)進行數(shù)值運算和邏輯判斷，當判斷得出某個進口道的左轉(zhuǎn)或直行飽和車流消失時，數(shù)據(jù)處理及控制模塊立即發(fā)出控制命令經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)改變車道信號燈燈色，結(jié)束該進口左轉(zhuǎn)或直行車流的放行，并通過LED誘導屏發(fā)布提示信息引導其他進口的候駛車輛進入待駛區(qū)，以提高交叉口的時空資源利用效率。

本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：采用如上所述的交通信號控制系統(tǒng)得出的一種自適應(yīng)交叉口交通流隨機波動的交通信號控制方法，步驟如下：

步驟一：設(shè)置左轉(zhuǎn)與直行待駛區(qū)

在交叉口內(nèi)布置左轉(zhuǎn)和直行待駛區(qū)，其中，左轉(zhuǎn)與直行待駛區(qū)不能重疊，待駛區(qū)的位置不能影響下一相位車輛的通行；

步驟二：交通流檢測器檢測位置的確定

當檢測器檢測到某進口左轉(zhuǎn)或直行方向飽和車流消失時，應(yīng)立即結(jié)束該進口道左轉(zhuǎn)或直行方向車流的放行，因此交通流檢測器的檢測位置應(yīng)確保檢測到的飽和車流中最后一輛車能夠在黃燈期間順利通過進口道停車線，需滿足以下關(guān)系：

L_D≤V×(A+t_S)

式中L_D——交通流檢測器檢測位置距停車線的最大距離(m)；

V——綠燈期間車輛通過停車線的平均速度(m/s)；

A——黃燈時間(s)；

t_S——飽和車頭時距(s)；

此外，為了確保每個信號周期檢測器均能檢測到飽和車流，進口道信號周期內(nèi)正常的排隊長度也是檢測器檢測位置需要考慮的一個因素，要求交通流檢測器的檢測位置應(yīng)小于正常的排隊長度，以平均車頭間距為6米，每信號周期進口道某相位車流的排隊長度計算如下：

L_Q＝6.0Q(1-r)c/(3600n)

式中L_Q——定周期信號控制條件下進口道某相位的車輛排隊長度(m)；

Q——該進口平峰時段某相位小時到達交通量(veh/h)；

c——定周期信號控制條件下的周期時長(s)；

n——該進口道某相位包含的車道數(shù)；

r——定周期信號控制條件下該進口道某相位的綠信比；

考慮到車流到達的隨機性和波動性，取計算排隊長度的一半作為交通流檢測器檢測位置的設(shè)置依據(jù)，能保證每信號周期交通流檢測器均能檢測到飽和車流；

取上述兩條件的最小值作為檢測器設(shè)置位置的最終結(jié)果，即：

L＝min(L_D,0.5L_Q)

式中L——交通流檢測器檢測位置距停車線的距離(m)；

L_D——確保檢測到的飽和車流最后一輛車在黃燈期間能順利通過停車線的最大距離(m)；

L_Q——進口道某相位正常車輛排隊長度(m)；

步驟三：相位放行次序

為充分利用左轉(zhuǎn)待駛區(qū)和直行待駛區(qū)的車輛存儲功能，無論南北方向還是東西方向，每個信號周期先放行左轉(zhuǎn)相位，再運行直行相位；步驟四：飽和車流判斷

飽和車流通過交叉口的車頭時距為3±0.5s，當交通流檢測器4s以內(nèi)仍沒檢測到有后續(xù)到達車輛時，即為該進口方向飽和車流消失；步驟五：交叉口交通信號控制邏輯

5.1、機動車交通信號

各進口道左轉(zhuǎn)或直行車流的最短綠燈時間必須保證檢測器檢測位置至停車線之間的排隊車輛能順利通過交叉口，各進口道左轉(zhuǎn)或直行車流的最短綠燈時間參照以下模型確定：

g_min＝3×([L/6]+1)

即以檢測器檢測位置至停車線之間能夠停放的車輛數(shù)為基數(shù)，L除以6取整數(shù)加1，每輛車按3s計算所需的最短綠燈時間，在最短綠燈時間運行完畢后，才開啟飽和車流的檢測；

(5.1.1)南北進口左轉(zhuǎn)車放行時，南北進口直行車進入待駛區(qū)；當檢測到南或北進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，北或南進口直行車與左轉(zhuǎn)車同時放行；當北或南進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，南北進口直行車同步放行；

(5.1.2)南北進口直行車放行時，當檢測到南或北進口直行車無飽和車流時，停止該方向直行車放行；此時東或西進口的左轉(zhuǎn)和直行車可進入待駛區(qū)，北或南進口直行車仍然放行；當檢測到北或南進口直行車無飽和車流時，結(jié)束南北方向直行相位，進入東西方向左轉(zhuǎn)相位；

(5.1.3)東西進口左轉(zhuǎn)車放行時，東西進口直行車進入待駛區(qū)；當檢測到東或西進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，西或東進口直行車與左轉(zhuǎn)車同時放行；當西或東進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，東西進口直行車同步放行；

(5.1.4)東西進口直行車放行時，當檢測到東或西進口直行車無飽和車流時，停止該方向直行車放行；此時北或南進口的左轉(zhuǎn)和直行車可進入待駛區(qū)，西或東進口直行車仍然放行；當檢測到西或東進口直行車無飽和車流時，結(jié)束東西方向直行相位，進入南北方向左轉(zhuǎn)相位，完成一個信號周期的車流組織；后續(xù)信號周期的車流組織以此類推。

5.2、行人與非機動車交通信號

(5.2.1)南進口直行車開始放行時，由南向北的行人與非機動車交通信號開啟；南進口直行車放行結(jié)束時，由南向北的行人與非機動車交通信號關(guān)閉；

(5.2.2)北進口直行車開始放行時，由北向南的行人與非機動車交通信號開啟；北進口直行車放行結(jié)束時，由北向南的行人與非機動車交通信號關(guān)閉；

(5.2.3)東進口直行車開始放行時，由東向西的行人與非機動車交通信號開啟；東進口直行車放行結(jié)束時，由東向西的行人與非機動車交通信號關(guān)閉；

(5.2.4)西進口直行車開始放行時，由西向東的行人與非機動車交通信號開啟；西進口直行車放行結(jié)束時，由西向東的行人與非機動車交通信號關(guān)閉；

步驟六：附屬交通設(shè)施的要求

在面向每個進口道的信號燈桿上安裝LED誘導屏，安裝位置應(yīng)確保每個進口道等候的頭車能清晰看見LED誘導屏顯示的信息，其由數(shù)據(jù)處理及控制模塊控制，用來提示左轉(zhuǎn)車、直行車在合適的時間進入待駛區(qū)。

本發(fā)明屬提高了交叉口的時空資源利用效率，從而達到提高交叉口通行能力的目標。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的交叉口設(shè)計示意圖。

圖2 LED誘導屏顯示信息圖。

具體實施方式

下面根據(jù)說明書附圖舉例對本發(fā)明做進一步說明：

實施例1

一種自適應(yīng)交叉口交通流隨機波動的交通信號控制系統(tǒng)，包括交通流檢測器、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、車道信號燈和多個LED誘導屏，交通流檢測器與數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理及控制模塊連接，數(shù)據(jù)處理及控制模塊分別與車道信號燈、多個LED誘導屏連接，LED誘導屏安裝在面向每個進口道的信號燈桿上，首先，交通流檢測器實時采集交叉口各進口車道左轉(zhuǎn)和直行車流的到達信息；其次，交通流檢測器將采集到的交通流數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)傳送給數(shù)據(jù)處理及控制模塊；最后，數(shù)據(jù)處理及控制模塊對接收到的交通流數(shù)據(jù)進行數(shù)值運算和邏輯判斷，當判斷得出某個進口道的左轉(zhuǎn)或直行飽和車流消失時，數(shù)據(jù)處理及控制模塊立即發(fā)出控制命令經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)改變車道信號燈燈色，結(jié)束該進口左轉(zhuǎn)或直行車流的放行，并通過LED誘導屏發(fā)布提示信息引導其他進口的候駛車輛進入待駛區(qū)，以提高交叉口的時空資源利用效率。

實施例2

下面結(jié)合圖1-2舉例對本發(fā)明作進一步說明。采用實施例1所述的交通信號控制系統(tǒng)得出的一種自適應(yīng)交叉口交通流隨機波動的交通信號控制方法，步驟如下

步驟一：設(shè)置左轉(zhuǎn)與直行待駛區(qū)

在交叉口內(nèi)布置左轉(zhuǎn)和直行待駛區(qū)。其中，左轉(zhuǎn)與直行待駛區(qū)不能重疊，待駛區(qū)的位置不能影響下一相位車輛的通行，具體設(shè)置情況見圖1所示。

步驟二：交通流檢測器檢測位置的確定

當交通流檢測器檢測到某進口左轉(zhuǎn)或直行方向飽和車流消失時，應(yīng)立即結(jié)束該進口道左轉(zhuǎn)或直行方向車流的放行。因此交通流檢測器的檢測位置應(yīng)確保檢測到的飽和車流中最后一輛車能夠在黃燈期間順利通過進口道停車線，需滿足以下關(guān)系：

L_D≤V×(A+t_S)

式中L_D——交通流檢測器檢測位置距停車線的最大距離(m)；

V——綠燈期間車輛通過停車線的平均速度(m/s)；

A——黃燈時間(s)。

t_S——飽和車頭時距(s)。

設(shè)車輛通過進口道停車線的平均速度為36km/h、黃燈時間為3s、飽和車頭時距3s，則交通流檢測器檢測位置距停車線的最大距離L_D＝36000/3600×(3+3)＝60m。

此外，為了確保每個信號周期交通流檢測器均能檢測到飽和車流，進口道信號周期內(nèi)正常的排隊長度也是交通流檢測器檢測位置需要考慮的一個因素，要求交通流檢測器的檢測位置應(yīng)小于正常的排隊長度。以平均車頭間距6米為例，每信號周期進口道某相位車流的排隊長度估算如下：

L_Q＝6.0Q(1-r)c/(3600n)

式中L_Q——定周期信號控制條件下進口道某相位的車輛排隊長度(m)；

Q——該進口平峰時段某相位小時到達交通量(veh/h)；

c——定周期信號控制條件下的周期時長(s)；

n——該進口道某相位包含的車道數(shù)；

r——定周期信號控制條件下該進口道某相位的綠信比。

考慮到車流到達的隨機性和波動性，取估算排隊長度的一半作為交通流檢測器檢測位置的設(shè)置依據(jù)，能保證每信號周期交通流檢測器均能檢測到飽和車流。如某進口平峰時段直行車流交通量為800veh/h，直行車道2條，定周期信號控制條件下周期時長100s、該直行相位的綠信比為0.3，則估算的直行車流排隊長度為L_Q＝6.0×800×(1-0.3)×100/(3600×2)＝46m。

取上述兩條件的最小值作為交通流檢測器設(shè)置位置的最終結(jié)果，即：

L＝min(L_D,0.5L_Q)

式中L——交通流檢測器檢測位置距停車線的距離(m)；

L_D——確保檢測到的飽和車流最后一輛車在黃燈期間能順利通過停車線的最大距離(m)；

L_Q——進口道某相位正常車輛排隊長度(m)。

根據(jù)上述假設(shè)，該相位交通流檢測器的最終檢測位置距停車線L＝min(60,0.5×46)＝23m。

步驟三：相位放行次序

為充分利用左轉(zhuǎn)待駛區(qū)和直行待駛區(qū)的車輛存儲功能，無論南北方向還是東西方向，每個信號周期先放行左轉(zhuǎn)相位，再運行直行相位。步驟四：飽和車流判斷

國內(nèi)飽和車流通過交叉口的車頭時距一般為3±0.5s(單車道)，當檢測器4s以內(nèi)仍沒檢測到有后續(xù)到達車輛時，即可認為該進口方向飽和車流消失。

步驟五：交叉口交通信號控制邏輯

1、機動車交通信號

各進口道左轉(zhuǎn)或直行車流的最短綠燈時間必須保證檢測器檢測位置至停車線之間的排隊車輛能順利通過交叉口。各進口道左轉(zhuǎn)或直行車流的最短綠燈時間可參照以下模型確定：

g_min＝3×([L/6]+1)

即以檢測器檢測位置至停車線之間可停放的車輛數(shù)為基數(shù)，L除以6取整數(shù)加1，每輛車按3s計算所需的最短綠燈時間。如第二步確定的交通流檢測器檢測位置距停車線23m，則該相位所需的最短綠燈時間為12s。在最短綠燈時間運行完畢后，才開啟飽和車流的檢測。

(1)南北進口左轉(zhuǎn)車放行時，南北進口直行車進入待駛區(qū)；當檢測到南或北進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，北或南進口直行車與左轉(zhuǎn)車同時放行；當北或南進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，南北進口直行車同步放行；

(2)南北進口直行車放行時，當檢測到南或北進口直行車無飽和車流時，停止該方向直行車放行；此時東或西進口的左轉(zhuǎn)和直行車可進入待駛區(qū)，北或南進口直行車仍然放行；當檢測到北或南進口直行車無飽和車流時，結(jié)束南北方向直行相位，進入東西方向左轉(zhuǎn)相位；

(3)東西進口左轉(zhuǎn)車放行時，東西進口直行車進入待駛區(qū)；當檢測到東或西進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，西或東進口直行車與左轉(zhuǎn)車同時放行；當西或東進口左轉(zhuǎn)車無飽和車流時，停止該方向左轉(zhuǎn)車放行，東西進口直行車同步放行；

(4)東西進口直行車放行時，當檢測到東或西進口直行車無飽和車流時，停止該方向直行車放行；此時北或南進口的左轉(zhuǎn)和直行車可進入待駛區(qū)，西或東進口直行車仍然放行；當檢測到西或東進口直行車無飽和車流時，結(jié)束東西方向直行相位，進入南北方向左轉(zhuǎn)相位，完成一個信號周期的車流組織；后續(xù)信號周期的車流組織以此類推。

2、行人與非機動車交通信號

(1)南進口直行車開始放行時，由南向北的行人與非機動車交通信號開啟；南進口直行車放行結(jié)束時，由南向北的行人與非機動車交通信號關(guān)閉；

(2)北進口直行車開始放行時，由北向南的行人與非機動車交通信號開啟；北進口直行車放行結(jié)束時，由北向南的行人與非機動車交通信號關(guān)閉；

(3)東進口直行車開始放行時，由東向西的行人與非機動車交通信號開啟；東進口直行車放行結(jié)束時，由東向西的行人與非機動車交通信號關(guān)閉；

(4)西進口直行車開始放行時，由西向東的行人與非機動車交通信號開啟；西進口直行車放行結(jié)束時，由西向東的行人與非機動車交通信號關(guān)閉。

步驟六：附屬交通設(shè)施的要求

在面向每個進口道的信號燈桿上安裝LED誘導屏，安裝位置應(yīng)確保每個進口道等候的頭車能清晰看見LED誘導屏顯示的信息，其由數(shù)據(jù)處理及控制模塊控制，用來提示左轉(zhuǎn)車、直行車在合適的時間進入待駛區(qū)，見圖2所示。