CN101923783A - 四路环形交叉***通响应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四路环形交叉***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。

Description

四路环形交叉***通响应控制方法

技术领域

本发明属于智能交通控制技术领域，涉及一种四路环形交叉***通响应控制方法，此类环形交叉口采用“左转二次停车”控制模式。

背景技术

四路环形交叉口的“左转二次停车”控制模式具有以下技术特征：通行空间方面，设置左转机动车专用进口道，将进口道停车线视作第一停车线，在环道一侧入环机动车交织区的上游位置设置第二停车线，大部分左转机动车通过第一停车线进入环道后，需在逆时针方向的第二条环道停车线后进入排队状态，待再次获得通行权后方可通过第二停车线；通行时间方面，安装进口道信号灯和环道信号灯，设置进口道左转机动车相位、进口道直行机动车相位和环道相位，从时间上分离入环机动车与环内机动车的交通冲突，本向和对向的进口道直行机动车相位的绿灯时间“同启、同断”，与进口道直行机动车相位相比，同一进口的左转机动车相位的绿灯时间可以“迟启”或“早断”。

环形交叉口信号控制方法涉及的术语主要包括以下6种：

①交通冲突区是指交叉口各个进口道的停车线双向延伸后形成的闭合区域。

②相位与信号灯组的意义相同，均指始终具有相同灯色显示的信号灯的逻辑组合。

③机动车相位的信号灯色及其显示顺序采用“绿灯→黄灯→红灯→绿灯”，行人相位的信号灯色及其显示顺序采用“绿灯→红灯→绿灯”。

④绿灯间隔时间是指互为冲突的两个相位中，当前绿灯相位的绿灯结束时刻与下一绿灯相位的绿灯启亮时刻的时间间隔。

⑤环道容量是指某个出环机动车交织区内，在对出环车辆通行无显著阻滞作用的前提下，环道停车线后能够容纳的最大排队车辆数。

⑥环道“死锁”状态表现为环形交叉口的所有入环和出环机动车交织区内，入环和出环车辆由于受到环道内车辆的阻挡均无法正常进出环道。

目前，四路信号控制环形交叉口普遍采用预设时间控制方法，通常根据各个进口方向机动车交通需求的历史数据划分若干控制时段，以环道容量为约束，采用非对称式方法为进口道机动车相位和环道相位分配绿灯时间，某一控制时段内，各个相位的绿灯显示时间保持不变。然而，此类方法无法根据机动车交通需求的短时连续变化自动调整通行时间资源供给，机动车交通需求高峰时段，在无人为干预的情况下，环道极有可能陷入死锁状态。一旦环道陷入死锁状态，节点上的局部交通拥堵将向相交道路上游快速扩散，逐渐演变成整个区域的全面交通拥堵。

发明内容

本发明提供了一种四路环形交叉***通响应控制方法。该方法面向采用“左转二次停车”控制模式的四路环形交叉口。本发明的技术方案中涉及的符号解释见下表1：符号解释。

K进口道相位标识，K∈K1，K2，...，K8

K′进口道直行相位标识，K′＝K2，K4，K6，or K8

K″进口道左转相位标识，K″＝K1，K3，K5，or K7

R环道相位标识，R∈R1，R2，R3，R4

F行人相位标识，F∈F1，F2，F3，F4

Z，Z′相位标识，Z∈K，R，F；Z′∈K，R，F；Z≠Z′

DBG(K′，K″)相位K″的后置时间，即相位K′与同一进口的相位K″的绿灯启亮时间差，秒

DEG(K′，R)相位K′与其逆时针方向紧邻的相位R的绿灯结束时间差DEG(K′，R)，DEG(K′，R)＞0

Gmax_K相位K的最大绿灯时间，秒

Gmin_K相位K的最小绿灯时间，秒

Gmin_K，S相位K保证行车安全的最小绿灯时间，秒

Gmin_K，P相位K保证行人安全过街的最小绿灯时间，秒

Gmin_K，QS相位K保证一定数量排队车辆消散的最小绿灯时间，秒

G_Z相位K的当前绿灯显示时间，秒

G_reR相位R的剩余绿灯显示时间，秒

H_no.检测器no.的车头时距，秒

intg(Z，Z′)相位Z至Z′的绿灯间隔时间，秒

O_no.检测器no.的占有时间，秒

S_Z相位Z的上一绿灯结束时刻至当前时刻的时间间隔，秒

T_Z-Z′相位Z至Z′的相位切换过程持续时间，秒

T_H车头时距阈值，秒

T_O占有时间阈值，秒

t_F相位F的绿灯显示时间，秒

tmin_F相位F的最小绿灯显示时间，秒

Umax最大解锁服务时间，秒

u当前解锁服务时间，秒

B_endK布尔量，B_endK＝1：允许切断相位K的绿灯时间

B_iendK布尔量，B_iendK＝1：立即切断相位K的绿灯时间

B_lock布尔量，B_lock＝1：环道临近死锁状态

B_unlock布尔量，B_unlock＝1：环道解除死锁状态

B_gapK布尔量，B_gapK＝1：相位K的进口道需求检测器的车头时距先后或同时大于某一阈值

X_K″布尔量，X_K″＝1：相位K″的属性为前置左转

本发明的技术方案可以从相位结构设计和控制方法设计2个方面进行叙述。

一、相位结构设计

(1)交通冲突点分布

四路无信号控制环形交叉口的交通冲突区存在大量的交通冲突点，它们分布在入环机动车交织区、出环机动车交织区和人行横道的内部，如图1-a所示。

“左转二次停车”控制模式下，随着环道信号灯和行人信号灯的引入，入环机动车交织区和人行横道内的交通主体须按照信号灯色通行，出环机动车交织区内的交通主体仍按照优先规则通行。因此，可以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，如图1-b所示。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

针对典型的四路交通响应控制环形交叉口，建立具有8个进口道机动车相位、4个环道相位和4个行人相位的相位结构。除右转机动车外，每股交通流均独立受控于一个专用相位，如图2所示，其中，单向实线箭头表示进口道相位，单向虚线箭头表示环道相位，双向虚线箭头表示行人相位。

(3)相位组合方案

相位组合方案用以描述一系列允许同步获得通行权的相位(或称并发相位)的组合关系，反映了一种稳定的通行时间资源供给状态。典型的四路交通响应控制环形交叉口可能产生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。行人相位跟随其顺时针方向紧邻的进口道直行相位获得通行权。受环道容量的限制，同一进口的左转和直行相位的通行时间资源供给可能存在较大差异，因此，将出现6种不包含或仅包含一个进口道左转相位的相位组合方案。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

相位切换过程是指通行权由当前绿灯相位更迭至下一绿灯相位的过渡过程。下一绿灯相位的绿灯启亮 时刻等于当前绿灯相位的绿灯结束时刻加上相关的绿灯间隔时间。相位显示顺序用以描述不同相位组合方案之间的更迭关系。覆盖一个信号周期的相位显示顺序中，应确保每个相位至少获得一次通行权。

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，如图4所示。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。进口道左转相位的属性以及同一进口的左转和直行相位的绿灯结束时间差对于实际出现的相位显示顺序具有重要影响。

相位显示顺序的基本规则用以描述可能出现的相位显示顺序中隐含的、关于通行权更迭的一般性规律。上述相位显示顺序的9项基本规则是：

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

四路环形交叉***通响应控制方法的基本思想可以概括为：交通主体的通行需求变化和通行时间资源供给的约束条件被描述为若干关键交通事件，通过将关键交通事件转化为一系列顺序执行的逻辑规则并融入到整个控制流程之中，即可根据信号运行状态和实时检测数据进行连续的逻辑判断，进而直接决定延长或切断当前绿灯相位的绿灯时间。

四路环形交叉***通响应控制方法的技术架构，如图5所示。该方法包括3类逻辑规则，即相位切换规则、死锁管理规则和绿灯时间调整规则。每个相位均有其专用的控制模块。进口道相位最小绿灯时间计算方法和行人相位绿灯显示时间计算方法作为2个独立的子模块，内嵌在进口道相位和行人相位的控制模块之中。要求在进口道停车线和环道停车线上游的适当位置布设环形线圈检测器，采用车道独立检测方式(即每组环形线圈的馈线独立接入检测器的检测单元)实时采集车头时距和占用时间数据。信号控制机执行此种控制方法的单位时间间隔Δt为1秒。

需在初始化模块中进行赋值的参数包括：

①进口道左转相位的属性；

②进口道相位的最大绿灯时间；

③进口道相位保证行车安全的最小绿灯时间；

④进口道相位保证一定数量排队车辆消散的最小绿灯时间；

⑤行人相位的最小绿灯显示时间；

⑥最大解锁服务时间；

⑦环形线圈检测器的车头时距阈值和占有时间阈值；

⑧进口道直行相位与同一进口的后置左转相位的绿灯启亮时间差；

⑨进口道直行相位与其逆时针方向紧邻的环道相位的绿灯结束时间差。

本发明的有益效果是：适用于灵活多变的相位结构，能够及时响应机动车交通需求的短时连续变化、有效应对环道死锁问题。

附图说明

图1-a是无信号控制四路环形交叉口的交通冲突点分布图。

图1-b是有信号控制四路环形交叉口的交通冲突点分布图。

图2是相位编号示意图。

图3是相位组合方案示意图。

图4是相位显示顺序示意图。

图5是四路环形交叉***通响应控制方法的技术架构图。

图6是Gmin_K2，P和t_F3的数值关系图。

图7是检测器的布设位置示意图。

图中：

入环机动车与行人冲突区

出环机动车与行人冲突区

入环机动车交织区

出环机动车交织区

●优先规则作用冲突点

信号控制作用冲突点

◆优先规则作用冲突点

绿灯

黄灯

红灯

进口道需求检测器

环道出口检测器

环道排队检测器

具体实施方式

本发明的具体实施方式可以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6个方面进行叙述。

首先，针对实施四路环形交叉***通响应控制方法的技术细节做出如下规定：

①采用RiLSA推荐的方法计算绿灯间隔时间。

②相位K″的后置时间，即相位K′与同一进口的相位K″的绿灯启亮时间差DBG(K′，K″)，取为正整数。

因此，相位K″的绿灯启亮时刻＝相位K′的绿灯启亮时刻+DBG(K′，K″)。

③将相位K′与其逆时针方向紧邻的相位R的绿灯结束时间差DEG(K′，R)取为正整数。因此，当相位K′的绿灯结束时，令相位R的剩余绿灯显示时间G_reR＝DEG(K′，R)。

实施例1

(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。

${G\min }_K=\left\{\begin{array}{c}\max [{G\min }_{K,S},{G\min }_{K,\mathrm{QS}},{G\min }_{K,P}],K=K^{\′}\\ \max [{G\min }_{K,S},{G\min }_{K,\mathrm{QS}}],K=K^{\′\′}\end{array}\right.---\left(1\right)$

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，如图6所示，数学表达见公式(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

“左转二次停车”控制模式下，大多数的入环左转车辆倾向于选择更加靠近环道停车线的位置停车等待，同一进口的入环直行机动车交通量对于左转机动车在环道内的运行特性具有显著影响：

①若入环直行机动车交通量较少，左转车辆入环后有足够的空间和时间换道至外侧环道，当最外侧和次外侧环道停车线后的车辆排队延伸至紧邻的出环机动车交织区内部时，将对出环车辆运行产生一定的阻滞作用。

②若入环直行机动车交通量较多，左转车辆入环后无足够的空间和时间换道至外侧环道，它们将首先跟随前车行进，待右侧的直行机动车流出现空当时进行车道变换，也有少数左转车辆选择强行换道至外侧环道。一旦内侧环道的左转车辆排队延伸至紧邻的入环机动车交织区上游，将对相交方向的入环左转车辆运行产生明显的阻滞作用。当最外侧和次外侧环道停车线后的车辆排队延伸至紧邻的出环机动车交织区边缘时，将对出环车辆运行产生明显的阻滞作用。

环形交叉***通响应控制策略的通行时间资源供给必须同时考虑进口道上游的机动车交通需求和环道容量的约束。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2所示。检测器的编号和具体布设位置，如图7所示。

表2检测器布设方法

(4)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3所示。

表3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。

以东进口一侧为例，分别介绍适用于上述5类相位切换过程的相位切换规则设计方法。

类型1：相位K6至相位R2的相位切换规则

规则1：若T_K6-R2＞0，令T_K6-R2＝T_K6-R2+Δt，执行规则2，反之，跳出本组规则。

规则2：若T_K6-R2≥intg(K6，R2)+Δt，执行规则3，反之，跳出本组规则。

规则3：若S_K1≥intg(K1，R2)+Δt，切断相位R2的红灯时间，令T_K6-R2＝0，跳出本组规则，反之，跳出本组规则。

类型2：相位K1和K6至相位R2的相位切换规则

规则1：若T_K1&K6-R2＞0，令T_K1&K6-R2＝T_K1&K6-R2+Δt，执行规则2，反之，跳出本组规则。

规则2：若T_K1&K6-R2≥max[intg(K1，R2)，intg(K6，R2)]+Δt，切断相位R2的红灯时间，令T_K1&K6-R2＝0，跳出本组规则，反之，跳出本组规则。

类型3：相位R2至相位K6的相位切换规则

规则1：若T_R2-K6＞0，令T_R2-K6＝T_R2-K6+Δt，执行规则2，反之，跳出本组规则。

规则2：若T_R2-K6≥intg(R2，K6)+Δt，执行规则3，反之，跳出本组规则。

规则3：若S_F2≥intg(F2，K6)+Δt，切断相位K6的红灯时间，令T_R2-K6＝0，跳出本组规则，反之，跳出 本组规则。

类型4：相位R2至相位K1的相位切换规则

规则1：若T_R2-K1＞0，令T_R2-K1＝T_R2-K1+Δt，执行规则2，反之，跳出本组规则。

规则2：若X_K1＝1，执行规则3，反之，执行规则5。

规则3：若T_R2-K1≥intg(R2，K1)+Δt，执行规则4，反之，跳出本组规则。

规则4：若S_F2≥intg(F2，K1)+Δt，切断相位K1的红灯时间，令T_R2-K1＝0，跳出本组规则，反之，跳出本组规则。

规则5：若intg(R2，K1)≥intg(R2，K6)+DBG(K1，K6)，执行规则3，反之，执行规则6。

规则6：若T_R2-K1≥intg(R2，K6)+DBG(K1，K6)+Δt，执行规则4，反之，跳出本组规则。

类型5：相位R2至相位F1的相位切换规则

规则1：若T_R2-F1＞0，令T_R2-F1＝T_R2-F1+Δt，执行规则2，反之，跳出本组规则。

规则2：若T_R2-F1≥intg(R2，F1)+Δt，切断相位F1的红灯时间，令T_R2-F1＝0，跳出本组规则，反之，跳出本组规则。

(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。

下文中，以东进口一侧为例，分别介绍适用于进口道直行相位(K6)和进口道左转相位(K1)的绿灯时间调整规则设计方法。

相位K6的绿灯时间调整规则包括以下7项逻辑规则：

规则1：若已经决定切断相位K6的绿灯时间，跳出本规则，反之，执行规则2。

规则2：若G_K6≥Gmax_K6，令B_iendK6＝B_endK6＝1，执行规则5，反之，执行规则3。

规则3：若B_gapK6＝1，令B_endK6＝1，执行规则5，反之，执行规则4。

规则4：若O_R44＞T_O，令B_endK6＝1，执行规则5，反之，跳出本规则。

规则5：若B_iendK6＝1，执行规则6，反之，执行规则7。

规则6：若进口道当前绿灯相位均已到达最小绿灯时间，同时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，令G_reR2＝DFG(K8，R2)，G_reR4＝DFG(K6，R4)，跳出本规则，反之，执行规则7。

规则7：若进口道当前绿灯相位均允许切断绿灯时间，同时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，令G_reR2＝DFG(K8，R2)，G_reR4＝DFG(K6，R4)，跳出本规则，反之，跳出本规则。

相位K1的绿灯时间调整规则包括以下5项逻辑规则：

规则1：若已经决定切断相位K1的绿灯时间，跳出本规则，反之，执行规则2。

规则2：若G_K1≥Gmax_K1，切断相位K1的绿灯时间，令B_endK1＝1，跳出本规则，反之，执行规则3。

规则3：若B_gapK1＝1，切断相位K1的绿灯时间，令B_endK1＝1，跳出本规则，反之，执行规则4。

规则4：若(O_R41≥T_O)&(O_R42≥T_O)，切断相位K1的绿灯时间，令B_endK1＝1，跳出本规则，反之，执行规则5。

规则5：若O_R43≥T_O，切断相位K1的绿灯时间，令B_endK1＝1，跳出本规则，反之，跳出本规则。

Claims (1)

1.一种四路环形交叉***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；

${G\min }_K=\left\{\begin{array}{c}\max [{G\min }_{K,S},{G\min }_{K,\mathrm{QS}},{G\min }_{K,P}],K=K^{\′}\\ \max [{G\min }_{K,S},{G\min }_{K,\mathrm{QS}}],K=K^{\′\′}\end{array}\right.---\left(1\right)$

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。

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