一种自适应的交叉口信号控制方法

摘要

本发明属于城市交通控制领域，提供了一种自适应的交叉口信号控制方法，该方法通过安装车辆监测器来检测车辆数，获得车辆排队长度，通过上周期的交叉口车辆排队长度来确定下周期的信号控制策略。利用城市中已铺设的车辆检测器获取交通流数据并计算各车道的排队长度，根据排队长度的不同比例动态调整下一周期的信号配时方案。该方法以周期为单位进行配时方案的计算，运算量小，且能达到交叉口信号根据车流密度实现自适应控制的目的。此外，该方法算法简单，对硬件和工程量要求较低，方便推广。

主权项

1.一种自适应的交叉口信号控制方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：步骤一，在交叉口每个车道上安装1个车辆检测器，车辆传感器和停车线的距离记为L，每个车辆检测器用于采集各相位第n周期的红灯启亮时刻第n周期的绿灯启亮时刻第n+1周期的红灯启亮时刻每个车辆通过车辆检测器时的占用时间t_o、车辆检测器的空闲时间间隔t_f及通过检测器的车辆数n；所述的相位包括直行队列所在的直行相位和左拐队列所在的左拐相位；一个周期为从红灯启亮时刻到绿灯熄灭时刻，记G_min为最小绿灯时间，记g_lay为单位绿灯延长或缩短时间，记G_main为主干道的最大总绿灯时间；步骤二，在一个周期有效绿灯时间结束时，车辆检测器将检测数据传输给后台数据处理系统，分析该周期中交通状态的变化，找出车辆检测器特征状态的跃迁时刻T_A、T_B和T_C；T_A是红灯启亮后车辆v₁开始长时间占用车辆检测器的状态跃迁时刻，T_A时刻后，车辆检测器被车辆v₁长时间占用，时刻T_A可用来确定该相位车道是否存在较长的车辆队列；T_B是绿灯启亮后车辆v₁驶离车辆检测器的跃迁时刻，在绿灯启亮后，T_B时刻前，停车线前的车辆陆续以饱和流率驶离交叉口，但通过检测器的车辆数为0，在T_B之后，车辆以最大通行流率通过车辆检测器，车辆检测器的占用时间和间隔时间降低；T_C是车辆排队队列中最后一辆车v₂通过车辆检测器的状态跃迁时刻，确定队列最后一辆车v₂的依据是：排队队列中连续车辆通过检测器时间隔时间较小，当一辆车与其跟随车通过检测器的时间间隔大于阈值A，说明跟随车不在此排队队列中；根据目前交通调查数据统计结果得到阈值A的取值为3s；步骤三，采用从时刻到T_A时刻时间段内通过检测器的车辆数n_L计算饱和情况下的车流密度k_j，则k_j＝n_L/L；采用从时刻到T_B时刻时间段和停车线到车辆检测器间的距离L计算车辆排队队列的消散速度v，则进而通过T_B和T_C时间段内通过检测器的车辆数n_j计算该周期内的最大排队长度Q；（1）若不存在T_A时刻，则Q＜L；（2）若存在T_A时刻，则进一步确定T_C时刻；（a）若存在T_C时刻，则Q=L+n_j/k_j；（b）若不存在T_C时刻，则将下周期红灯启亮时刻作为跃迁时刻T_C，统计T_B和时间段内通过检测器的车辆数n_j，则Q＞L+n_j/k_j；步骤四，调整主干道的信号控制策略，具体过程如下所述：分别按照步骤三的方法计算直行队列长度Q_S和左拐队列长度Q_L；（1）若两队列的长度都小于L，则左拐相位时间和直行相位时间都分配最小绿灯时间，即T_g1＝T_g2＝G_min；（2）若只有某一队列长度小于L，则该队列所在的相位分配最小绿灯时间T_g1＝G_min，而另一个长度大于等于L的队列则需要确定此队列是否存在跃迁时刻T_C：（a）若存在跃迁时刻T_C，则根据T_C和计算该时间间隔内车辆通过L所需最小速度v_m，则有确定是否存在绿灯富余时间：a）若v_m＜v，则存在绿灯富余时间，将原绿灯时长减掉单位绿灯变更时间g_lay，即T_g2＝T_g2-g_lay；b）若v_m≥v，则不存在绿灯富余时间，即表示有剩余队列，若T_g2＜G_main-T_g1，则在原绿灯时长加g_lay，即T_g2＝T_g2+g_lay，若T_g2＝G_main-T_g1，则T_g2＝T_g2；（b）若不存在跃迁时刻T_C，则表示在绿灯时间结束时，检测器上游还有排队队列，则该相位的绿灯时长为T_g2＝G_main-T_g1；（3）若两队列的排队长度都大于等于L，则确定各队列是否存在跃迁时刻T_C，则有：（a）若两者都存在时刻T_C，则确定各相位是否有富余绿灯时间，按照步骤（2）的策略（a）执行绿灯延长或缩减得绿灯时长T_g1和T_g2，其中：T_g1+T_g2≤G_main；（b）若一个队列存在时刻T_C，另一个不存在时刻T_C，则存在时刻T_C的相位按照步骤（2）的策略（a）执行绿灯延长或缩减得绿灯时长T_g1，不存在时刻T_C的相位的绿灯时间为T_g2＝G_main-T_g1；（c）若两者都不存在跃迁时刻T_C，则根据Q_S和Q_L的长度比例分配左拐相位和直行相位的绿灯时间，即$\left\{\begin{array}{c}{T}_L=G_{\mathrm{main}}\times \frac{Q_L}{Q_L+Q_S}\\ T_S=G_{\mathrm{main}}\times \frac{Q_S}{Q_L+Q_S}\end{array}\right.$其中：T_L是左拐相位的绿灯时长，T_S是直行相位的绿灯时长，Q_S是直行相位队列长度，Q_L是左拐相位队列长度。步骤五，调整次干道的信号控制策略，具体过程如下所述：次干道直行和左拐由一个相位所控制，记G_minor为次干道的最大绿灯时间，G_min为最小绿灯时间，g_lay为单位绿灯延长或缩短时间，首先按照步骤三的方法计算次干道的排队长度Q；（1）若队列长度Q＜L，则分配最短绿灯时间T_g＝G_min；（2）若队列长度Q≥L，则确定是否存在跃迁时刻T_C，则有：（a）若存在跃迁时刻T_C，则根据T_C和计算该时间间隔内车辆通过L所需最小速度v_m，则有确定是否存在绿灯富余时间：a）若v_m＜v，则存在绿灯富余时间，则T_g＝T_g-g_lay；b）若v_m≥v，则不存在绿灯富余时间，即表示有剩余队列，若T_g＜G_minor，则T_g＝T_g+g_lay，若T_g＝G_minor，则T_g＝T_g；（b）若不存在跃迁时刻T_C，则T_g＝G_minor。