一种考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法

摘要

一种考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法，属于交通工程技术领域，解决了现有交叉口的当前交通信号相位与到达该交叉口的车流方向不同步的问题的解决办法存在的实际效果差和推广难度大的问题。所述控制方法：设置可变车速诱导标志对可变车速区域内的车辆进入车速约束，使在可接受时间区间内进入可变车速区域内的车辆不停车地通过下游交叉口。上游车辆驶出上游交叉口的时间区间为周期性时间区间。通过优化下游交叉口的定时信号配时方案，使下游交叉口的各个相位对应的可接受时间区间和周期性时间区间的重合区域之和最大。本发明所述的交叉口交通信号控制方法适用于提高交叉口的车辆通行效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种交叉口交通信号控制方法，属于交通工程技术领域。

背景技术

当车辆在路网内行驶时，经常会出现交叉口的当前交通信号相位与到达该交叉口的车流方向不同步的问题。该问题会迫使到达该交叉口的车辆停车以等待交通信号相位变为同步，进而导致交叉口处的车辆通行效率低下。

目前，学者们针对上述问题提出了一些解决办法，然而这些解决办法主要存在以下问题：

一、根据待车辆通过的交叉口的定时信号配时方案对车辆进行车速诱导，难以保证诱导车速落在合理的速度区间内，过高或过低的诱导车速很难得到交通参与者的认可，进而导致这些解决办法的推广难度大。

二、假定车速诱导处的车流为随机到达或者均匀到达，然而，实际上，因受上游交叉口的交通信号的控制，车速诱导处的车流为周期性到达。因此，这种假定与实际情况不相符，进而导致这些解决办法的实际效果差。

发明内容

本发明为解决现有交叉口的当前交通信号相位与到达该交叉口的车流方向不同步的问题的解决办法存在的实际效果差和推广难度大的问题，提出了一种考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法。

本发明所述的考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法是待控制交叉口的原始交通信号控制方案的优化方法，在待控制交叉口与其各个上游交叉口出口之间的道路的外侧均设置有可变车速诱导标志；

可变车速诱导标志位于其对应的上游交叉口出口的右前方；

可变车速诱导标志与待控制交叉口之间的道路为可变车速区域，可变车速诱导标志用于规定可变车速区域内的车速范围，在可接受时间区间内进入可变车速区域的车辆能够不停车地通过待控制交叉口；

所述交叉口交通信号控制方法包括：

步骤一、确定待控制交叉口的各个相位对应的可接受时间区间以及上游车辆进入可变车速区域的周期性时间区间；

步骤二、对所述原始交通信号控制方案进行优化，使待控制交叉口的各个相位对应的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和最大。

作为优选的是，可变车速诱导标志设置于距离对应上游交叉口出口L米的位置。

作为优选的是，L＝30。

作为优选的是，步骤一确定待控制交叉口的一个相位对应的可接受时间区间的方法包括：

步骤一一、确定所述相位的开启时刻t和绿灯时长T；

步骤一二、所述相位对应的两个可变车速诱导标志分别为第一可变车速诱导标志和第二可变车速诱导标志，确定第一可变车速诱导标志与待控制交叉口的停止线之间的道路的长度L₁，确定第二可变车速诱导标志与待控制交叉口的停止线之间的道路的长度L₂；

步骤一三、确定所述相位对应的两个可接受时间区间：

第一可接受时间区间为

第二可接受时间区间为

V_min为可变车速区域内所述相位下的最小车速，V_max为可变车速区域内所述相位下的最大车速。

作为优选的是，所述原始交通信号控制方案的确定方法为：根据待控制交叉口的各个方向的历史交通量，并采用定时信号配时方法确定待控制交叉口的原始交通信号控制方案，原始交通信号控制方案包括交通信号周期时长c和各个相位的相序。

作为优选的是，步骤二对所述原始交通信号控制方案进行优化的方式为：

调整交通信号周期的开启时刻和各个相位的相序。

作为优选的是，交通信号周期的开启时刻的调整范围为[t₀-0.2c,t₀+0.2c]，t₀为原始交通信号控制方案的交通信号周期的开启时刻。

作为优选的是，可接受时间区间和所述周期性时间区间的重合区域之和最大情形下的交通信号控制方案为最优交通信号控制方案；

在确定最优交通信号控制方案后，计算获得最优交通信号控制方案的交通信号周期的开启时刻与原始交通信号控制方案的交通信号周期的开启时刻的时间差；

并将所述时间差按照下游交叉口的各个相位绿灯时间的比例分配到该各个相位的绿灯时间中。

本发明所述的考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法，在合理的诱导车速约束下，通过优化下游交叉口的定时信号配时方案，使下游交叉口的各个相位对应的可接受时间区间和周期性时间区间的重合区域之和最大。在上游交通量不变的情况下，所述交叉口交通信号控制方法能够使更多的上游车辆在可接受时间区间内进入可变车速区域，进而不停车地通过下游交叉口，以提高下游交叉口的车辆通行效率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明所述的考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法进行更详细的描述，其中：

图1为实施例提及的可变车速诱导标志的布置示意图；

图2为实施例提及的南北直行相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域的计算示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明所述的考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法进一步说明。

实施例：下面结合图1和图2详细地说明本实施例。

本实施例所述的考虑上游交叉口交通信号控制方案并结合车速诱导的交叉口交通信号控制方法是待控制交叉口的原始交通信号控制方案的优化方法，在待控制交叉口与其各个上游交叉口出口之间的道路的外侧、距离对应上游交叉口出口L米的位置均设置有可变车速诱导标志；

可变车速诱导标志位于其对应的上游交叉口出口的右前方；

可变车速诱导标志与待控制交叉口之间的道路为可变车速区域，可变车速诱导标志用于规定可变车速区域内的车速范围，在可接受时间区间内进入可变车速区域的车辆能够不停车地通过待控制交叉口；

所述交叉口交通信号控制方法包括：

步骤一、确定待控制交叉口的各个相位对应的可接受时间区间以及上游车辆进入可变车速区域的周期性时间区间；

步骤二、对所述原始交通信号控制方案进行优化，使待控制交叉口的各个相位对应的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和最大。

本实施例所述的交叉口交通信号控制方法的工作原理是这样的：

通过设置可变车速诱导标志对上游车辆进行合理的车速约束。对于下游交叉口，也就是待控制交叉口，当其交通信号控制方案固定不变时，只有在一定的时间范围内到达可变车速诱导标志处的上游车辆才能够不停车地通过下游交叉口，将这个时间范围定义为可接受时间区间。另一方面，因上游交叉口采用周期性交通信号控制，上游车辆通过可变车速诱导标志处的时间为周期性时间区间。只有在可接受时间区间与周期性时间区间的重合时间区间内上游车辆才能在合理车速约束下不停车地通过下游交叉口。进一步地，为了使更多的上游车辆处于重合时间区间内，本实施例通过优化下游交叉口的交通信号控制方案的方式使重合时间区间，也就是可接受时间区间和周期性时间区间的重合区域达到最大，进而提升下游交叉口的车辆通行效率。

本实施例以十字交叉口南北方向直行相位为例，详细说明可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域的确定方法：

设南北方向直行的绿灯时长为T，南北两个方向的可变车速诱导标志与十字交叉口停止线的之间的道路的长度分别为L_s和L_n，当南北方向直行相位的开启时刻为t时，则南北两个方向可变车速诱导标志处的可接受时间区间分别为和其中，V_min为可变车速区域内南北方向直行相位下的最小车速，V_max为可变车速区域内南北方向直行相位下的最大车速。

设南北方向可变车速诱导标志处对应的周期性时间区间分别为[t₁,t₂]和[t₃,t₄]，后续车辆以c_s和c_n周期性区间到达，其中，c_s为南进口的上游交叉口信号周期时长，c_n为北进口的上游交叉口信号周期时长。南北直行相位两个方向的可接受时间区间与周期性时间区间确定之后，便可计算二者的重合区域。

设十字交叉口共设置有四个相位，分别为东西左转、东西直行、南北左转和南北直行，绿灯时长依次为27s、32s、22s和27s。南北两个方向可变车速诱导标志与十字交叉口的停止线之间的道路的长度分别为400m和380m，东西两个方向可变车速诱导标志与十字交叉口的停止线之间的道路的长度分别为390m和370m。假设路段限速值为60km/h，则最小诱导车速和最大诱导车速分别为30km/h和60km/h。

当南北直行相位开启时刻为90s时，则南北方向可变车速诱导标志处的可接受时间区间分别为[42,93]和[44,94]。设南北方向可变车速诱导标志处的周期性时间区间分别为[0,55]和[10,60]，且后续车辆以110s和100s周期性区间到达，则南北两个方向直行相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域分别为13s和16s，二者之和为29s。设东西方向可变车速诱导标志处的周期性时间区间分别为[10,65]和[-5,45]，且后续车辆以105s和95s周期性区间到达，则东西两个方向直行相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域分别为29s和45s，二者之和为74s。同理，东西左转相位和南北左转相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和分别为17s和79s。各个相位对应的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和为199s。

接下来对下游交叉口的交通信号控制方案进行优化：优化前的交通信号周期的开启时刻为t₀，交通信号周期开启时刻的优化范围为[t₀-0.2c,t₀+0.2c]。交通信号控制方案的优化过程如下：依次改变相位的放行次序，对每一种相序方案在[t₀-0.2c,t₀+0.2c]范围内调整交通信号周期的开启时刻，计算得到各个相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和，将重合区域之和最大的相位方案和交通信号周期开启时刻作为最终的优化结果。若重合区域之和最大的方案有多种，则选取调整时间最小且相序变化最小的方案作为优选方案。

接着以上述十字交叉口为例：十字交叉口有四个相位，八种相序方案。未优化前，假设原拟定的交通信号周期开启时刻为0s，交通信号周期时长为120s。现对每一种相序方案从-24s至24s调整信号周期的开启时刻，从中选取使可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和最大的相位方案和交通信号周期开启时刻作为最终的优化结果。

本实施例选取的最优交通信号控制方案如下：交通信号周期开启时刻调整为-24s，相序为东西左转、东西直行、南北直行和南北左转。东西直行相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和为27s，东西左转相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和为49s，南北直行相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和为79s，南北左转相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和为67s。优化后各相位的可接受时间区间与周期性时间区间的重合区域之和为222s，优于原方案的199s。

由于交通信号周期开启时刻的变动，会导致十字交叉口的下游交叉口的当前交通信号周期时长的改变，为此，需要将延长或缩短的时间按照下游交叉口的各个相位绿灯时间的比例分配到该各个相位的绿灯时间中。

交通信号周期开启时刻调整为-24s，故下游交叉口的当前交通信号周期的各个相位的绿灯时间分别减少6s、7s、5s和6s。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。