四路环形交叉口交通响应控制方法

摘要

本发明公开了一种四路环形交叉口交通响应控制方法，属于智能交通控制技术领域。其特征是引入“前置左转”和“后置左转”的概念，得到9项相位显示顺序的基本原则。建立了适用于灵活相位结构的技术架构，布设进口道需求检测器、环道排队检测器和环道出口检测器，采用车道独立检测方式采集车头时距和占用时间。定义了10种关键交通事件、3类逻辑规则。相位切换规则用以管理相位切换过程的持续时间、决定是否切断下一绿灯相位的红灯时间；死锁管理规则用以判定环道死锁状态、管理环道解锁进程；绿灯时间调整规则用以决定是否切断进口道相位的绿灯时间。本发明可以根据机动车交通需求的短时连续变化及时调整通行时间资源供给，有效应对环道死锁问题。

主权项

1.一种四路环形交叉口交通响应控制方法，包括相位结构设计和控制方法设计两个方面的内容，其特征在于：(一)相位结构设计(1)交通冲突点分布：将信号控制环形交叉口的交通冲突点划分为信号控制作用冲突点和优先规则作用冲突点；计算绿灯间隔时间时，仅需关注信号控制作用冲突点；(2)相位设置：采用“左转二次停车”控制模式的相位设置方法，具有4个进口道直行机动车相位、4个进口道左转机动车相位、4个环道相位和4个行人相位；(3)相位组合方案：典型的四路交通响应控制环形交叉口产生9种相位组合方案，它们是：方案1：由相位K1、K2、K5、K6、R1、R3、F1和F3构成；方案2：由相位K2、K6、R1、R3、F1和F3构成；方案3：由相位K2、K5、K6、R1、R3、F1和F3构成；方案4：由相位K1、K2、K6、R1、R3、F1和F3构成；方案5：由相位K3、K4、K7、K8、R2、R4、F2和F4构成；方案6：由相位K4、K8、R2、R4、F2和F4构成；方案7：由相位K4、K7、K8、R2、R4、F2和F4构成；方案8：由相位K3、K4、K8、R2、R4、F2和F4构成；方案9：由相位R1、R2、R3和R4构成；方案1～8称为常规相位组合方案，方案9称为清环相位组合方案；当环道临近“死锁”状态时，将启用“清环相位组合方案”；(4)相位显示顺序：针对进口道左转相位定义一种属性，即前置左转和后置左转；前置左转相位与同一进口的直行相位同步获得通行权，后置左转相位明显滞后于同一进口的直行相位获得通行权；通过剖析典型的四路交通响应控制环形交叉口可能产生的相位显示顺序，得到9项关于通行权更迭的基本规则：①可以独立延长或切断本向和对向的进口道左转相位的绿灯时间；②必须同时延长本向和对向的进口道直行相位的绿灯时间；③南北方向与东西方向之间进行通行权更迭时，必须同时切断进口道当前绿灯相位的绿灯时间；④若切断进口道直行相位的绿灯时间，其紧邻的环道相位将成为下一绿灯相位；⑤可以独立切断行人相位的绿灯时间；⑥环道相位应滞后于其顺时针方向紧邻的进口道直行相位切断绿灯时间；⑦若切断环道相位的绿灯时间，其紧邻的进口道相位以及与该环道相位互为冲突的行人相位将成为下一绿灯相位；⑧确认环道临近死锁状态后，当且仅当南北方向与东西方向之间进行通行权更迭时，允许启用清环相位组合方案；⑨环道临近死锁状态解除后，应按照常规相位显示顺序将通行权赋予南北方向或东西方向首先获得通行权的相位；(二)控制方法设计从进口道机动车相位最小绿灯时间计算方法、行人相位绿灯显示时间计算方法、检测器布设方法、相位切换规则、死锁管理规则和绿灯时间调整规则5个方面叙述；(1)进口道机动车相位最小绿灯时间计算方法利用公式(1)计算相位K的最小绿灯时间(Gmin_K)；保证行车安全的最小绿灯时间(Gmin_K，S)一般在2～15s内取值；保证一定数量排队车辆消散的最小绿灯时间(Gmin_K，QS)应分别使得进口道直行相位的排队头车顺利出环、进口道左转相位的排队头车顺利到达逆时针方向的第2条环道停车线；保证行人安全过街的最小绿灯时间(Gmin_K，P)取决于行人相位的最小绿灯显示时间(tmin_F)以及相关的绿灯间隔时间，且仅对进口道直行相位有效；${G\min }_K=\left\{\begin{array}{c}\max [{G\min }_{K,S},{G\min }_{K,\mathrm{QS}},{G\min }_{K,P}],K=K^{\prime }\\ \max [{G\min }_{K,S},{G\min }_{K,\mathrm{QS}}],K=K^{\prime \prime }\end{array}\right.---\left(1\right)$以相位K2为例，介绍Gmin_K，P的计算方法；Gmin_K2，P与t_F3的数值关系见公式(2)；引入相位F3的最小绿灯显示时间(tmin_F3)，可以利用公式(3)得到Gmin_K2，P的最小值；Gmin_K2，P＝t_F3+intg(R4，F3)+intg(F3，R4)-intg(R4，K2)-intg(K2，R4)     (2)Gmin_K2，P≥tmin_F3+intg(R4，F3)+intg(F3，R4)-intg(R4，K2)-intg(K2，R4)  (3)(2)行人相位绿灯显示时间计算方法得到相位K2的最小绿灯时间后，便可利用公式(4)计算相位F3的绿灯显示时间(t_F3)；若相位F3先于相位K2启亮绿灯，在相位K2的最小绿灯时间计算模块中计算t_F3，反之，在相位F3的绿灯显示时间计算模块中计算t_F3；t_F3＝G_K2+intg(R4，K2)+intg(K2，R4)-intg(R4，F3)-intg(F3，R4)   (4)(3)检测器布设方法：根据布设位置和功能定位的不同，将检测器划分为3种类型：进口道需求检测器、环道排队检测器和环道出口检测器，如表1所示：表1检测器布设方法(5)相位切换规则相位切换规则用以管理相位切换过程的持续时间、决定是否切断下一绿灯相位的红灯时间；典型的四路交通响应控制环形交叉口可能出现的相位切换过程，如表2所示；表2可能出现的相位切换过程根据相位切换对象的不同，将上述相位切换过程分为5类：(1)进口道直行相位至环道相位；(2)进口道左转和直行相位至环道相位；(3)环道相位至进口道直行相位；(4)环道相位至进口道左转相位；(5)环道相位至行人相位；每一类相位切换过程采用一套相位切换规则设计方法，每一种相位切换过程对应于一组相位切换规则；每个时间间隔Δt内，各组相位切换规则将被自上而下地顺序执行1次；(5)死锁管理规则死锁管理规则用以判定环道死锁状态、管理环道解锁进程，它涉及的关键交通事件包括：①任意2个出环机动车交织区的最外侧出环通道发生堵塞，即相应环道出口检测器的占有时间均大于某一阈值；②对于最外侧出环通道未发生堵塞的出环机动车交织区，出环车辆的通行可能受到最外侧环道排队车辆的阻滞，即相应最外侧环道排队检测器的占有时间大于某一阈值；③任意3个出环机动车交织区的最外侧出环通道畅通，即相应环道出口检测器的车头时距均大于某一阈值；④到达最大解锁服务时间；若关键交通事件1和2同时发生，认为环道临近死锁状态，令B_lock＝1；若关键交通事件3发生，认为环道解除死锁预警，令B_unlock＝1；死锁管理规则包括以下8项逻辑规则：规则1：若尚未启动环道解锁进程，执行规则2，反之，执行规则6；规则2：若B_lock＝1，执行规则3，反之，跳出本规则；规则3：若进口道相位显示绿灯，执行规则4，反之，执行规则5；规则4：若进口道当前绿灯相位均已到达最小绿灯时间，启动环道解锁进程，切断进口道当前绿灯相位的绿灯时间，激活相应的相位切换过程(将相应的相位切换过程的持续时间初值赋为Δt)，执行规则6，反之，跳出本规则；规则5：若(G_reR3＞0)&(G_reR1＞0)，令G_reR1＝G_reR3＝0，启动环道解锁进程，执行规则6，反之，令G_reR2＝G_reR4＝0，启动环道解锁进程，执行规则6；规则6：若u＜Umax，执行规则7，反之，执行规则8；规则7：若B_unlock＝1，执行规则8，反之，跳出本规则；规则8：若环道解锁进程启动前的上一绿灯相位来自于南北侧进口，令G_reR2＝G_reR4＝0，跳出本规则，反之，令G_reR1＝G_reR3＝0，跳出本规则；(6)绿灯时间调整规则绿灯时间调整规则用以决定是否切断进口道相位的绿灯时间；相位K(K∈K′，K″)到达最小绿灯时间后，影响其绿灯时间切断与否的关键交通事件包括：①相位K到达最大绿灯时间；②相位K不再要求延长绿灯时间，即进口道需求检测器的车头时距先后或同时大于某一阈值；③相位K逆时针方向第2个出环机动车交织区的最外侧出环通道堵塞，即相应环道出口检测器的占有时间大于某一阈值；④相位K逆时针方向第2个出环机动车交织区的出环车辆通行可能受到最外侧环道排队车辆的阻滞，即相应最外侧环道排队检测器的占有时间均大于某一阈值；⑤相位K逆时针方向第2个出环机动车交织区的出环车辆通行可能受到次外侧环道排队车辆的阻滞，即相应次外侧环道排队检测器的占有时间均大于某一阈值；⑥最内侧环道的车辆排队延伸至顺时针方向紧邻的环道停车线，即相应最内侧环道排队检测器的占有时间大于某一阈值；针对进口道直行和左转相位，分别设计绿灯时间调整规则；进口道直行相位的绿灯时间调整规则可以给出切断本相位绿灯时间的两项建议：立即切断或允许切断；根据进口道当前绿灯相位的运行状态以及切断进口道直行相位绿灯时间的建议，决定是否同时切断进口道当前绿灯相位的绿灯时间；进口道左转相位的绿灯时间调整规则可以直接决定是否切断本相位的绿灯时间。