一种城市区域交通过饱和交通策略控制方法

摘要

本发明提供一种城市交通过饱和交通策略控制方法，通过不同检测器的设置，来直接或间接来缓解交通路口的过饱和状况。检测器包括相对检测器和绝对检测器，通过对车辆数的检测，来计算车辆的排队长度，进而根据车辆的排队长度来控制绿灯时间，下游路口利用相关联的关系，通过上游路口检测器检测的数据来计算车辆通过下一个路口需要的有效绿灯时间，进而来优化下游的绿灯时间。通过一个方向举例，其它方向也根据各个方向的检测器来测量计算，通过相同的方法来确定整个路口的绿灯时间及优化，最终起到缓解整个路口的过饱和状态，使路口发挥更大的作用，让道路利用率增大，起到缓解交通压力的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通信号控制技术领域。

背景技术

目前，随着中国经济持续高速增长，特别是近年来城市汽车拥有量正以极快的速度增长，汽车保有量的急剧增长使城市道路更为拥堵，特别是大城市中心地区的交叉口大多处于饱和或超饱和状态。交通拥挤的加剧，不仅会造成巨大的经济损失，能源浪费，污染环境，如果发展严重，可能会导致城市功能的瘫痪。交通拥挤也会加剧交通事故的增多，而交通事故的发生又会加剧交通拥堵，形成恶性循环，交通拥堵已经成为制约经济发展的瓶颈，对城市过饱和交通状况的研究是十分必要的。

目前运行中的交通控制系统除了单点控制外，在协调控制方面，主要包括如下几类：基于时间的协调控制；联网控制系统；交通调节控制系统；交通响应控制系统；交通自适应控制系统。典型的代表系统如SCOOT、SCATS、OPAC、 RHODES、SPOT/UTOPIA、VS-PLUS、MOVA、SMART NETS/TUC等。我国城市年均新增及更新的城市交通信号控制路口都在万台信号机的规模，同时，我国的企业界也逐步形成了一些有代表性的交通信号控制系统，如南京莱斯城市交通控制系统、海信Hicon交通信号控制系统、上海交大的舒达城市交通自适应控制系统等，在我国的城市道路交通管理中发挥着越来越重要的作用。而上述技术都存在过饱和交通策略控制的不足。

本发明采用了相对检测器和绝对检测器，并通过相应的控制规则和控制方法来控制，在双重控制的情况下，来提高道路的利用率，进而来缓解交通拥堵。

发明内容

为解决上述技术问题，公开一种过饱和交通策略控制方法，该方法通过安装两个相对检测器和一个绝对检测器，通过相应的控制规则和相应的控制方法来防止路口溢流的产生。其中路口一通过相应的控制方法运用与上游路口的关联控制进而来达到对过饱和路口的优化和控制效果。路口二通过两个相对检测器和一个绝对检测器，两个相对检测器包括直行检测器a和左转检测器b，确定检测器的触发条件，每个检测器需要用各自的最小绿饱和流率到达车辆排队长度来计算。绝对检测器c放在出口最近处。具体采用如下技术方案：

该方法包括如下步骤：

(1)选取两个相邻的十字路口，记为路口一和路口二，在路口二的西出口安装检测器，检测器包括两个相对检测器和一个绝对检测器；

(2)确定相对检测器的位置，相对检测器包括直行检测器a和左转检测器b，通过用最小绿灯时间和饱和流率的乘积来求可允许通过的最大车辆数C_n，据此并结合车辆长度l和车间距c来计算可允许的最大车辆排队长度L_maxn，所求的最大车辆排队长度即为检测器距路口的长度L'_n。

则相对检测器位置的确定公式为

C_n＝S_n*g_min>

L_{max>＝Cn*(l+c)}

L′_n＝L_max>

其中C_n为可允许通过的最大车辆数，S_n为饱和流率，g_{min>为最小绿灯时间， Lmax>为路口二可允许的最大车辆排队长度，l—为车辆长度，c—为车间距；L′n为检测器的实际安装位置距路口二的长度。}

1)确定直行检测器a位置，此时n＝1.

其中C₁为路口二东进口直行可允许通过的最大车辆数，S₁为路口二东进口直行饱和流率，g_{min>为路口二东进口直行最小绿灯时间，Lmax>为路口二可允许的最大东进口直行车辆排队长度，l—为车辆长度，c—为车间距；最终得到则直行检测器a的安装位置L′1为直行检测器距路口二的距离。}

2)确定左转检测器b位置，此时n＝2.

其中C₂分别为路口二南进口左转可允许通过的最大车辆数，S₂为路口二南进口左转饱和流率,g_{min>为路口二南进口左转最小绿灯时间，Lmax>为路口二可允许的最大南进口左转车辆排队长度,l—为车辆长度，c—为车间距；最终得到左转检测器b的安装位置L′2为左转检测器距路口二的距离。}

(3)确定绝对检测器的位置，绝对检测器c的安放位置为路口二出口处；

(4)确定路口控制器的控制策略及优化，当检测器被占据时，则表明检测到的实际排队长度大于允许的最大排队长度；优化通过计算有效绿灯时间来实现，计算有效绿灯时间的公式为：

L_n＝c_n*(l+c)

g_e>＝Ln/uw

其中g_{e>—为检测器排队长度需要的有效绿灯时间，Ln—为检测器检测到的实际排队长度，cn—为检测器检测到的实际车辆数，uw—为路口一东进口消散波波速，uf—为畅行速度，u—为路口一东进口的运行速度；l—为车辆长度，c—为车间距；}

1)当直行检测器a，左转检测器b，绝对检测器c三个检测器均未被占据时

控制策略为：路口二东进口直行，南进口左转，北进口右转的车辆均放绿灯，继续通行；路口一继续保持原状态通行；不用优化。

2)当只有直行检测器a被占据时，此时n＝1.

控制策略为：路口二东进口直行放红灯，禁止通行，南进口左转，北进口右转的车辆均放绿灯，继续通行。优化步骤为：路口一根据直行检测器a检测到的实际车辆数c₁来计算实际的排队长度L₁,再通过实际排队长度L₁和消散波波速u_w来计算路口一所需的有效绿灯时间g_e1来进行优化。

3)当直行检测器和左转检测器均被占据时，此时n＝2。

控制策略为：路口二东进口直行和南进口左转放红灯，禁止通行，北进口右转的车辆均放绿灯，继续通行.优化步骤为：路口一根据左转检测器b检测到的实际车辆数c₂来计算实际的排队长度L₂，再通过实际排队长度L₂和消散波波速u_w来计算路口一所需的有效绿灯时间g_e2来进行优化。

4)当三个检测器均被占据时，此时n＝3.

控制策略为：路口二东进口直行，南进口左转和北进口右转均放红灯，禁止通行。优化步骤为：路口一根据绝对检测器c检测到的实际车辆数c₃来计算实际的排队长度L₃，再通过实际排队长度L₃和消散波波速u_w来计算路口一所需的有效绿灯时间g_e3来进行优化。

本发明具有如下有益的技术效果：

1、发明适用于任意两个相邻的十字交叉路口，对路口没有特定的限制，适用于任何的相邻的两个相邻的十字路口，可应用于不同城市的路口。

2、通过相对检测器和绝对检测器的设置，通过相对检测器和绝对检测器的检测数据，来进行对信号灯的控制，进而来控制车辆的通行，可以最高效的控制车辆的运行，可以防止溢流的产生，有效的解决过饱和交通的控制问题。

3、路口一通过与上游的关联控制，可优化路口的控制效果。

附图说明

图1是技术方案图。

图2是路口及检测器分布图。

图3是相对检测器具体位置示意图。

图4是绝对检测器具体位置示意图。

图5是控制策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图针对发明内容部分所采用的技术方案进行详细说明，主要步骤如下：

Step 1：首先选取两个相邻的十字路口，命名为路口一和路口二，以路口二的西出口为例研究，并在路口二的西出口安装检测器。其中检测器包括两个相对检测器和一个绝对检测器。

Step 2：确定相对检测器的位置。通过设置检测器，确定触发条件，相对检测器可包括直行检测器a和左转检测器b。通过用最小绿灯时间和饱和流率的乘积来求可允许通过的最大车辆数C_n，据此并结合车辆长度l和车间距c来计算可允许的最大车辆排队长度L_maxn，所求的最大车辆排队长度即为检测器距路口的长度L'_n。

相对检测器位置的确定公式为

C_n＝S_n*g_min>

L_{max>＝Cn*(l+c)}

L′_n＝L_max>

其中C_n——可允许通过的最大车辆数，

S_n——饱和流率，

g_{min>——最小绿灯时间，}

L_{max>——路口二可允许的最大车辆排队长度，}

l——车辆长度，

c——车间距，

L′_n——检测器的实际安装位置距路口二的长度。

1)确定直行检测器a位置，此时n＝1.

其中C₁为路口二东进口直行可允许通过的最大车辆数，S₁为路口二东进口直行饱和流率，g_{min>为路口二东进口直行最小绿灯时间，Lmax>为路口二可允许的最大东进口直行车辆排队长度，l—为车辆长度，c—为车间距；最终得到则直行检测器a的安装位置L′1为直行检测器距路口二的距离。}

2)确定左转检测器b位置，此时n＝2.

其中C₂分别为路口二南进口左转可允许通过的最大车辆数，S₂为路口二南进口左转饱和流率,g_{min>为路口二南进口左转最小绿灯时间，Lmax>为路口二可允许的最大南进口左转车辆排队长度,l—为车辆长度，c—为车间距；最终得到左转检测器b的安装位置L′2为左转检测器距路口二的距离。}

Step 3：确定绝对检测器的位置，绝对检测器c的安放位置为放在出口的最近处。之所以将绝对检测器c放在出口的最近出，是因为这样绝对检测器c可以同时检测到东进口直行，南进口左转，北进口右转的所有车辆，可以综合保证通过路口二车辆的过饱和。

有利于将总的车辆数据传送到信号机，便于对信号灯对汇入西出口的车辆的总体控制，防止由于进入路口的车辆过多而造成车辆的溢流现象。同时也对相对检测器起到了进一步保证的作用，使相对检测器更安全。

Step 4：确定路口控制器的控制策略及优化。

假设1.如果检测器被占据为1，检测器不被占据为0.例如直行检测器被占据即a＝1,左转检测器不被占据即b＝0,绝对检测器被占据即c＝1.

假设2.当检测器被占据时，则表明检测到的实际排队长度L_n大于允许的最大排队长度L_{max>。例如，直行检测器被占据，则表明路口二直行检测器a检测到的车辆的实际排队长度达到允许东进口直行车辆进入的最大排队长度。}

假设3.实际排队长度L_n根据公式计算L_n＝C′_n*(l+c)计算。

确定路口控制器的控制策略及优化，当检测器被占据时，则表明检测到的实际排队长度大于允许的最大排队长度；优化通过计算有效绿灯时间来实现，计算有效绿灯时间的公式为：

L_n＝c_n*(l+c)

g_e>＝Ln/uw

其中g_{e>—为检测器排队长度需要的有效绿灯时间，Ln—为检测器检测到的实际排队长度，cn—为检测器检测到的实际车辆数，uw—为路口一东进口消散波波速，uf—为畅行速度，u—为路口一东进口的运行速度；l—为车辆长度，c—为车间距。}

(1)当直行检测器a,左转检测器b，绝对检测器c三个检测器均未被占据时，即a＝0，b＝0，c＝0时，此时，路口二东进口直行，南进口左转，北进口右转都可以继续放行车辆。

当a＝0,b＝0,c＝0时，路口二允许东进口直行，南进口左转，北进口右转车辆进入，且东进口直行，南进口左转，北进口右转的排队长度均未达到允许的最大值。

控制策略：

路口二：东进口直行，南进口左转，北进口右转的车辆均可放绿灯，继续通行。

路口一：继续保持原状态通行即可，不用特殊优化。

优化：此时路口一不用特殊优化，不会拥堵，继续保持通行即可。

(2)当只有直行检测器a被占据时即a＝1，b＝0，c＝0时，此时，路口二东进口直行设置红灯，禁止通行；南进口左转，北进口右转都可以继续放绿灯，继续放行车辆。

当a＝1,b＝0,c＝0时，路口二允许东进口直行车辆进入的实际排队长度达到允许进入的最大值，则让东进口直行变成红灯，禁止路口二东进口直行的车辆进入。此时南进口左转和北进口右转的车辆的排队长度还均未达到允许的最大值。可允许南进口左转，北进口右转的车辆进入。

控制策略：

路口二：东进口直行放红灯，禁止通行，南进口左转，北进口右转的车辆均可放绿灯，继续通行。

路口一：可根据直行检测器检测到的实际排队长度L₁来计算路口一的有效绿灯时间来进行优化，具体优化步骤见优化1.

优化1：根据直行检测器a检测到的实际排队长度L₁来确定路口一东进口所需的有效绿灯时间；

L₁＝c₁*(l+c)

g_e>＝L1/uw

其中g_e1——为直行检测器排队长度需要的有效绿灯时间，

L₁——为直行检测器a检测到的实际排队长度，

c₁——为直行检测器a检测到的实际车辆数，

u_w——为路口一东进口消散波波速，

u_f——为畅行速度，

u——为路口一东进口的运行速度,

l——为车辆长度，

c——为车间距；

根据直行检测器a检测到的实际排队长度L₁和路口一东进口消散波波速u_w，来计算路口一东进口直行检测器排队长度所需要的有效绿灯时间g_e1。进而来优化路口一的排队进而来缓解路口一过饱和带来的影响，逐渐使路口一变的通畅。进而来优化对路口一的控制，最终优化路口一的放行模式。

(3)当直行检测器和左转检测器均被占据时即a＝1，b＝1，c＝0时，此时，路口二东进口直行，南进口左转均设置红灯，禁止通行；，北进口右转可以继续放绿灯，继续放行车辆。

当a＝1,b＝1,c＝0时，路口二允许东进口直行和南进口左转车辆进入的实际排队长度均达到允许进入的最大值，则让东进口直行和南进口左转均变成红灯，禁止路口二东进口直行和南进口左转的车辆进入。此时北进口右转的车辆的排队长度还未达到允许的最大值。可允许南进口左转，北进口右转的车辆进入。

控制策略：

路口二：东进口直行和南进口左转放红灯，禁止通行，北进口右转的车辆均可放绿灯，继续通行。

路口一：路口一可根据左转检测器检测到的实际排队长度L₂来计算路口一的有效绿灯时间来进行优化，具体优化步骤见优化2.

优化2：根据左转检测器b检测到的实际排队长度L₂来确定路口一东进口所需的有效绿灯时间；

L₂＝c₂*(l+c)

g_e>＝L2/uw

其中g_e2——为左转检测器b排队长度需要的有效绿灯时间，

L₂——为左转检测器b检测到的实际排队长度，

c₂——为左转检测器b检测到的实际车辆数，

u_w——为路口一东进口消散波波速，

u_f——为畅行速度，

u——为路口一东进口的运行速度；

l——为车辆长度，

c——为车间距；

根据左转检测器b检测到的实际排队长度L₂和路口一东进口消散波波速，来计算路口一东进口直行检测器排队长度所需要的有效绿灯时间g_e2。进而来优化路口一的排队进而来缓解路口一过饱和带来的影响，逐渐使路口一变的通畅。进而来优化对路口一的控制，最终优化路口一的放行模式。

(4)当三个检测器均被占据时即a＝1，b＝1，c＝1时，此时，东进口直行，南进口左转，北进口右转三个方向都变红灯，均都禁止通行。

当a＝1,b＝1,c＝1时，路口二允许东进口直行，南进口左转和北进口右转三个方向车辆进入的实际排队长度均达到允许进入的最大值，则让三个方向均变成红灯，禁止路口二三个方向的车辆进入。

控制策略：

路口二：东进口直行，南进口左转和北进口右转均放红灯，禁止通行。

路口一：路口一可根据绝对检测器检测到的实际排队长度L₃来计算路口一的有效绿灯时间来进行优化，具体优化步骤见优化3.

优化3：根据绝对检测器c检测到的实际排队长度L₃来确定路口一东进口所需的有效绿灯时间；

L₃＝c₃*(l+c)

g_e>＝L3/uw

其中g_e3——为绝对检测器c排队长度需要的有效绿灯时间，

L₃——为绝对检测器c检测到的实际排队长度，

c₃——为绝对检测器c检测到的实际车辆数，

u_w——为路口一东进口消散波波速，

u_f——为畅行速度，

u——为路口一东进口的运行速度；

l——为车辆长度，

c——为车间距；

根据绝对检测器c检测到的实际排队长度L₃和路口一东进口消散波波速u_w来计算路口一东进口直行检测器排队长度所需要的有效绿灯时间g_e3。进而来优化路口一的排队进而来缓解路口一过饱和带来的影响，逐渐使路口一变的通畅。进而来优化对路口一的控制，最终优化路口一的放行模式。