CN101789181A - 基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于交通信号控制领域，具体涉及一种基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法，根据车辆进入交叉口的在线或者离线交通信息建立车辆到达交叉口的到达分布模型，根据车辆驶出停车线的交通特征获得车流的消散分布，推断排队长度及车辆启动时刻。结合已建立的车辆到达分布模型和驶出停车线的车流量，推断车辆到达分布，使车流消散分布和车流到达分布具有相同车辆数，避免前后检测断面检测到的车流量不一致问题，以驶出检测区域车流量为基准解决了车辆换道导致的误差，进而避免了累积误差。本发明依据单截面检测器的检测范围将停车延误分为单截面检测器可以直接获得的停车延误和超出单截面检测范围的停车延误。本发明实施容易，精度高、实时性强等特点。

Description

基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法

技术领域

本发明属于交通信号控制技术领域，具体涉及一种基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法。

背景技术

智能交通***为解决日益严重的交通问题提供了一系列行之有效的方法，受到交通界的一致认同和重视，交通信号控制***是智能交通***中最为重要的组成部分之一。而停车延误作为交通信号控制***中一个关键的交叉***通特征参数，无论是对于交叉口实时信号控制优化还是对于交叉***通状态的评价都有至关重要的意义。停车延误指车辆在信号交叉口受到信号控制的影响导致停车的时间损失。尽管国内外众多学者对停车延误的获取作了大量研究，但到目前为止还没有提出一套可以直接应用于工程的停车延误实时测定方法。

传统的交通延误获取方法主要有：人工获取方法、传统理论模型推算法及检测器技术获取方法等。人工获取停车延误方法具有成本较高、样本量少、实时性差、数据精度受限等缺陷，结果不能实时反映交叉口停车延误，无法满足实时交通信号控制方案的优化和交叉***通状况的在线评价。另一方面，在交通理论的基础上，先前的学者提出了基于交通流理论的延误计算方法，如Webster延误模型，但是这些理论大多基于稳态交通理论，获取的停车延误评价间隔较大，难以满足实时交通信号控制及交叉口实时评价需求。

近年来随着检测技术的广泛应用，提出了基于视频检测器、地感线圈检测器、微波检测器为主要检测方式的停车延误获取技术，按照应用原理分类大致可以分为两类：一类是基于全程跟踪方法，另一类是基于检测截面的方法。

基于全程跟踪方法，其原理是：1)对视频录像进行坐标转换及全局标定、背景更新、图像二值化、斑块板块分析等处理；2)设置远端和近端两个车辆检测区域实现车辆的触发与检测，对检测到的车辆进行跟踪，记下车辆停车时刻和车辆启动时刻；3)前后两个时刻进行相减，由此得到车辆通过交叉口的停车延误。这种方法要求摄像机的安装位置较高，检测范围需要覆盖整个交叉口，由于城市道路安装条件的限制，这种技术难以推广。

基于检测截面的方法，依据检测截面的多少可以分为单检测截面、双检测截面和多检测截面。传统的单检测截面获取停车延误的方法是将检测器的位置在停车线的上游即大概离停车线50米的位置，依据车辆通过检测器的速度来推断车辆的停车时刻，通过信号配时方案推断车辆启动时刻，启动时刻减去停车时刻获得停车延误；传统的双检测截面获取停车延误的方法是在传统单检测截面方法的基础上在停车线位置增加了一个检测截面，通过这个截面获取车辆离开检测区域的时刻，进而推断车辆启动时刻，启动时刻减去停车时刻获得停车延误；传统的多检测截面获取停车延误的方法是在检测区域布设多组检测器，通过多个检测器获得的检测信息判断车辆在检测区域停下的时刻及启动的时刻。

这三种方法的假设条件是车辆到达和离开检测区域服从先进先出的原则，或者是通过前后检测器的车辆数守恒的原则，即车辆在某个车道或某个车道组停下一定会从本车道或车道组驶出，不考虑车辆换到其他车道或者车道组的情况。因此在实际应用中以上传统的基于检测截面的方法遇到了如下问题：1)在实际交叉口车辆很容易出现换道行为，导致传统的三种基于检测截面的方法检测精度下降；2)检测器不能达到100％的精度，一旦检测器线圈或者虚拟检测线圈出现误差很容易导致前后车辆对应不上或者前后车辆总数无法守恒的情况，从而进一步降低了传统的双截面和多截面停车延误获取方法的精度；3)前面两类误差导致检测***出现累积，使得检测精度急剧下降；4)当排队车辆较多且超出检测截面范围时，这三种基于检测截面的方法都无法对停车延误进行测定。

综上所述，现有检测技术在提取停车延误遇到的主要问题是：

1.城市道路设施的布置要求限制了高空全程跟踪方法的推广及应用。

2.传统的基于截面的停车延误实时检测方法是以车辆先进先出或前后检测截面流量守恒为假设条件的，现实道路中存在车辆进入检测区域后换道、前后检测器自身存在的检测误差，导致前后检测截面车流量难以匹配，使得检测精度下降；同时这些误差诱发整个检测***出现累积误差，累积误差使得检测精度急剧下降；另外当排队车辆超过检测范围时，传统的基于检测截面的方法将无法获得所有车辆的停车延误。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法。

本发明提出的基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法，具体步骤如下：

首先，根据车辆进入交叉口的交通特征建立车辆达到交叉口的到达分布模型，其中交通特征包括车流量、车辆到达时刻、车辆速度、车辆减速度和车辆类型；

其次，根据车辆驶出停车线的交通特征获得车流的消散分布，推断排队长度及车辆启动时刻，其中交通特征包括车辆离开时刻、车头时距、车辆长度、车辆速度和车辆加速度；

然后，依据已经建立的车辆到达分布模型和驶出停车线的车流量，推断车辆的到达时刻分布，使得车流消散分布和车流到达分布具有相同车辆数，有效的避免了前后检测断面检测到的流量不一致导致的问题，同时以驶出检测区域车流量为基准解决车辆换道导致的误差，进而避免每周期的累积误差；

最后，将停车延误分为两部分：第一部分为单截面检测器可以直接检测获得的停车延误，如第一辆车的停车延误或前几辆车的停车延误；第二部分为超出单截面直接检测区的停车延误，当车辆停在单截面检测器检测范围以外时结合车流到达分布及车流消散分布，推断车辆停车延误；两部分延误相加再除以车辆数，即得到每辆车的平均停车延误。

本发明中，所述车辆到达交叉口的分布模型包括了离线到达分布模型和在线车辆到达分布模型，当上游交叉口可提供实时信息时，可以采用在线车辆到达分布模型；当无法在线获得上游车流信息时，可采用离线车辆到达分布模型，离线车辆到达模型可通过前期实测调查获得。

本发明中，所述车流的消散分布通过在线停车检测器获得的车辆驶出停车线的信息推断获得。在线获取的车辆信息有：车辆通过停车线的时刻、车辆类型及速度。

本发明中，所述单截面检测器可以采用地感线圈检测器、视频检测器或雷达检测器等中一至多种检测器。

本发明针对传统理论模型算法无法满足实时应用需求的不足，针对现有实时停车延误提取技术难以解决车辆换道带来误差的缺陷，针对双检测器或多检测器存在检测误差导致前后数据难以匹配的难题，提出一种新的基于单截面检测器的停车延误测定技术。本发明利用单检测器，检测器位置在停车线附近，离停车线前后5米范围，依据车辆通过单截面检测器的车头时距及车辆速度推断排队长度，进而确定车流的到达分布推算车辆停车时刻，通过车辆离开单截面检测器的交通特征推断车辆启动时刻，启动时刻减去停车时刻得到车辆停车延误。本发明提供了一种在复杂道路交通情况下也能适用的新方法，具有数据获取方便、实施容易、精度高及最大化利用现有交通设施且应用成本低的特点。

附图说明

图1是本发明的交叉口检测器布置示意图。

图2是本发明的基于单截面的信号交叉口停车延误测定方法的技术路线图。

图3是本发明根据车辆车头时距推断排队长度的示意图。

图4是本发明根据车辆点速度推断排队长度的示意图。

图5是本发明获取的一个周期停车延误分布图。

具体实施方式

本研究是在总结以往实时获取停车延误技术不足的基础上，提出基于车辆交通特征及单截面检测器的实时车辆停车延误获取的新方法。下面结合附图2对本发明的具体实施方式作详细说明，本实施实例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例，另外需要说明的是本发明中提到的检测器，包括了地感线圈检测器、视频检测器、雷达检测器等多种检测器，并不限于某种特定的检测器。

实施例1：本测定方法用于某地一信号控制交叉口北进口道，近端检测截面为四车道，其中包含三条直行车道，一条左转车道。

基于单截面的车辆停车延误获取方法的技术方案路线如附图2所示，所要求的输入设备包括：1、在延误计算车道的停车线前的车流检测器；2、信号控制机的配时信息。推测流程包括检测器布设、车流到达特征信息获取、车流到达分布模型的建立、车流消散特征信息获取、车流消散分布模型建立及排队长度推断、车流到达分布推算、停车延误生成七个过程，具体实施步骤如下：

一、检测器布设

本发明采用的是单截面检测器方法获取停车延误，检测器的布设位置如附图1所示，单截面检测器放置在停车线附近，可以是单检测截面也可以是单检测区域，可以是传统的地感线圈也可以是视频检测器，检测器放置在停车线附近根据实际交通情况可以是停车线前后5米范围，在实际应用中一般放置在停车线前1米的位置如图1所示，确保检测器能感应到第一辆车或前几辆车的停车时刻及启动时刻。

二、车流到达特征信息获取

获取到达特征信息指车流到达交叉口的交通信息，如车流量、车辆到达时刻、车辆速度、车头时距、车辆类型等特征信息，传统检测方法在提取停车延误时只提取了车辆进入检测区域的时刻。车辆到达信息获取方式在本发明中更为多样化，包括了离线车辆到达信息和在线车辆到达信息，离线车辆到达信息指历史车辆到达信息，当在线车辆到达检测器或者检测区域无法提供实时信息时，可以用离线车辆到达信息，离线车辆到达信息可以通过前期调查获得。这种离线信息和在线信息相互结合的方式可以在最大程度上获得车辆到达分布特征信息，同时这也是本发明和传统检测技术在获取停车延误时明显的不同，传统检测技术在获取停车延误时只应用了在线车辆进入检测区域的时刻这一信息。

三、车流到达分布模型的建立

根据已经获得的车辆到达特征信息和交叉口信号控制方案，运用车辆减速模型推断车辆停车时刻，从而得到车辆的到达分布模型。本发明涉及两种推断车辆到达分布的方法。方法一，当只设置了停车检测器或者停车检测区域时，本发明利用停车检测器或者检测区获得第一辆车或前几辆车停车时刻，结合红灯时刻及交通流量推断车辆的到达分布，同时可以使用车辆离线到达信息修正车辆到达分布模型，离线达到信息可以来自于人工调查数据、离线视频采集信息等；方法二，当拥有前后两个或多个检测器或者检测截面时，通过车辆的在线到达信息估计车辆的到达分布。

四、车流消散特征信息获取

车辆离开检测区域时，通过检测器可以获取车辆数、车辆离开时刻、车辆速度、车辆长度等信息，而传统的通过检测技术获取停车延误的提取方法，只记录车辆离开检测器的时刻，本发明侧重于通过车辆离开停车线的车头时距、车辆速度、车辆长度特征推断车辆是否排过队，从而获得排队长度。主要的方法是依据排过队的车辆其车头时距和车辆速度相对于没有排过队的车辆要大，结合车辆类型对车头时距和车辆速度设定阈值可以判断出车辆是否排过队。图3是通过车辆经过停车线的车头时距推断车辆是否排过队，车头时距的阈值为3s，这里的车头时距指的是上一辆车尾和下一辆车头之间的时间间隔，图4是通过车辆经过停车线的点速度推断车辆是否排过队，排过队的车辆经过停车线速度相对较低，没有排过队的车辆速度相对较高，在示例中设定的点车速阈值为20Km/h，注意车辆点速度阈值的设定要结合交叉口的实际交通状况而定，在本发明在推断排队长度时综合考虑了车辆通过停车线的车头时距分布特征和点速度分布特征。

五、车流消散分布获取

根据单截面检测器获得的车辆离开时刻、车头时距、车辆速度及推断的排队长度等信息结合车辆加速模型获得车流消散分布。主要的方法是依据第四步推断的排过队的车辆通过单检测器的速度、加速度推断车辆启动时刻，进而获得车流消散分布。其中加速度的获取方法为：依据检测到的车辆长度将车辆分类，通过离线调查获得每种类型车辆通过交叉口的启动加速度。

六、车流到达分布推算

依据通过停车线附近检测器的交通流量并结合第三步已经建立的车辆到达分布模型，对车辆到达分布进行推算，以离开检测区域的交通流量为基准，使到达车辆数和离去车辆数相同且其车辆到达分布能反映现实情况，同时能够消除因为车辆换道及检测器误差导致的累积误差。

七、停车延误生成

停车延误的生成包括两个部分，第一部分是单截面检测器所能感应到的停车延误，根据单截面的位置及检测器范围大小可以检测到第一辆和前几辆车的停车时刻和启动时刻，进而获得这部分车辆的停车延误，第二部分是超出单截面检测范围的停车延误，由于本发明采用的是单截面检测方法，检测器区域外的车辆停车延误通过第六步获得的车辆消散分布得到车辆启动时刻和第七步获得的车辆到达分布得到车辆停车时刻，将车辆启动时刻减去车辆到达时刻得到了车辆的停车延误，如图5所示。

Claims (4)

1.一种基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法，其特征在于具体步骤如下：

首先，根据车辆进入交叉口的交通特征建立车辆达到交叉口的到达分布模型，其中交通特征包括车流量、车辆到达时刻、车辆速度、车辆减速度和车辆类型；

其次，根据车辆驶出停车线的交通特征获得车流的消散分布，推断排队长度及车辆启动时刻，其中交通特征包括车辆离开时刻、车头时距、车辆长度、车辆速度和车辆加速度；

然后，依据已经建立的车辆到达分布模型和驶出停车线的车流量，推断车辆的到达分布，使得车流消散分布和车流到达分布具有相同车辆数，避免前后检测断面检测到的流量不一致导致的问题，同时以驶出检测区域车流量为基准解决车辆换道导致的误差，进而避免每周期的累积误差；

最后，将停车延误分为两部分，第一部分为单截面检测器可以直接获得的停车延误，如第一辆车的停车延误或前几辆车的停车延误；第二部分为超出单截面检测范围的停车延误，当车辆停在单截面检测器检测范围以外时结合推断出来的车流到达分布及车流消散分布，推断车辆停车延误；两部分延误相加再除以车辆数，即得到每辆车的平均停车延误。

2.根据权利要求1所述的基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法，其特征在于所述车辆达到交叉口的分布模型包括了离线到达信息和在线车辆到达信息，当在线车辆到达单截面检测器或检测区域无法提供实时信息时，采用离线车辆到达信息，离线车辆到达信息通过前期调查获得。

3.根据权利要求1所述的基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法，其特征在于所述车流的消散分布通过在线停车检测器获得的车辆驶出停车线的信息推断获得；在线获取的车辆信息有：车辆通过停车线的时刻、车辆类型及速度。

4.根据权利要求1所述的基于单截面检测器的信号交叉口停车延误测定方法，其特征在于所述单截面检测器采用地感线圈检测器、视频检测器或雷达检测器中一至多种检测器。

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