CN102682613A - 一种子路段绿波诱导分流协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种子路段绿波诱导分流协调控制方法，属于道路交通信号控制领域。其内容是：在两交叉口之间任一车行方向的路段上每隔一百多米安装一组交通信号灯，然后将这些路段内信号灯与出口处信号灯实行统一协调控制。路段内各信号灯之间的距离相对于各交叉口之间的距离大大缩小，从而让原本在路口附近才能被观察到的“绿波带”相关信息在路段内任何位置都可被掌握。无论车辆是刚驶入路段时还是受到干扰后，驾驶员都可以知道自己是否还处于“绿波带”中，从而决定是否需要调整速度以使自己能够进入“绿波带”中行驶。这样形成的“绿波带”只与出口处信号灯有关，无需像现有的“绿波带”一样在一条道路上各交叉口信号灯之间实行统一协调控制。

Description

一种子路段绿波诱导分流协调控制方法

技术领域

本发明涉及道路交通信号控制领域，特别是涉及一种在两交叉口之间的路段内实行绿波协调控制诱导分流车辆的方法。

背景技术

本发明通俗来讲属于一种新型的“绿波带”技术。所谓“绿波带”，实际上是“信号灯多点协调控制技术”的形象化说法，即在一个区域或一条道路上实行统一的信号灯协调控制，将纳入控制范围的信号灯全部链接起来，通过计算机对各信号灯的信号配时方案加以协调控制，使车流在干道上行驶的过程中，在各交叉口连续遇到一个接一个的绿灯，畅通无阻地通过沿途所有交叉路口。由于从司机的视觉看，前方绿灯好似绿色波浪滚滚而来，于是这一技术也被形象地称为“绿波带”。虽然“绿波带”有着提高道路通行能力、防止拥堵激波产生、减少等红灯时间、省油环保减少配件磨损等诸多优点，但是“绿波带”技术的广泛推广却困难重重，这是因为要想在某一道路上实行“绿波带”须满足一定的条件：首先，实行“绿波带”的道路上所有交叉口的信号周期要一致，这在一条道路上的几个交叉口之间来实现比较容易，但是规模一旦扩展到要对某个区域内许多道路上的所有交叉口的信号进行统一协调控制就会非常困难；其次，实行“绿波带”的道路交通秩序要比较好，没有过多的干扰绿波车辆正常行驶的因素，因为绿波车辆一旦被干扰会很容易失去在“绿波带”中通行的时机；最后，适用“绿波带”的各路口，其交通流量需大致接近。鉴于以上原因，可知现有的“绿波带”技术几乎不可能在交通状况日益复杂的城市道路中大范围推广，必须要改变现有的“绿波带”技术，才能使其得以大范围推广。

下面来具体分析一下为什么实行“绿波带”必须满足以上某些限定条件。我们知道推行“绿波带”的目标是要实现车辆在到达交叉口时总是遇到绿灯，现有技术实现这一目标的方法是：首先要限定绿波车辆以固定的速度在道路上行驶，以使得绿波车辆在任意两交叉口之间行驶所花费的时间大致恒定；然后再通过调节各交叉口的信号配时方案，使得各交叉口处绿灯亮起的时间与绿波车辆到达交叉口的时间相吻合，最终实现车辆在到达各交叉口时总是遇到绿灯。由于现有方法必须对各交叉口的信号配时方案进行协调控制才能实现“绿波带”，而协调控制中又必须要求各交叉口的信号周期要一致，这正是妨碍“绿波带”技术推广的一个重要因素。

妨碍“绿波带”技术推广的另一个因素是，绿波车辆一旦被干扰就很可能错过“绿波带”的绿波通行时间，因为绿波车辆在路段内行驶时不能掌握“绿波带”相关信息，只知道必须按照绿波速度行驶才能保持在“绿波带”中，一旦被干扰延误当然就不能保证自己还处于“绿波带”中了。

从以上的分析可知，正是现有的“绿波带”技术本身，造成了妨碍“绿波带”技术推广因素的产生，只有从根本上改变现有的“绿波带”技术，才能使“绿波带”技术的大范围推广成为可能。

发明内容

针对于背景技术中提到的两个妨碍“绿波带”技术推广的因素，本发明循着以下思路构想出了其解决的方法。

首先，既然在一个区域内大量的交叉口之间实现统一的信号协调控制非常困难，那么我们是否可以放弃在各交叉口之间实行统一的信号协调控制呢？当然这样的做法意味着，车辆虽然有可能在某个路段上暂时处于“绿波带”中行驶到达路口时遇到了绿灯，但其在进入下一个路段后就不一定仍能处于“绿波带”中了。要想车辆重新进入“绿波带”中行驶，就必须通过某种方法让驾驶员知道，其当前如按照绿波速度行驶到达前方路口时遇到的是否为绿灯，以便驾驶员能够据此判断出自己是否仍处于“绿波带”中，然后根据具体情况不断调整车速，以求在抵达路口前能够进入“绿波带”中。这样一来即便不对各交叉口的信号配时方案进行协调控制，也能通过让车辆在行驶的过程中不断调整速度，以使其到达交叉口的时间反过来去主动适应各交叉口的绿灯亮起时间，从而最终实现在各交叉口处总是碰到绿灯的目标。

其次，对于绿波车辆害怕干扰的问题，如果我们通过某种方法让绿波车辆在被干扰后能及时知道，其当前如按照绿波速度行驶到达前方路口时遇到的是否为绿灯，以便驾驶员能够据此判断出自己是否仍处于“绿波带”中，然后根据具体情况不断调整车速，以求在抵达路口前能够重回“绿波带”中。这样一来绿波车辆不就无须过分担忧受到干扰后会错失“绿波带”了吗？

本发明正是基于以上两方面构想，通过某种方法让驾驶员在任意时刻都能掌握，其当前如按照绿波速度行驶到达前方路口时信号灯将会显示的交通指示信息，进而采取措施来使自己进入并最终保持在“绿波带”中行驶直到路口。具体来说就是：在两交叉口之间任一车行方向的路段上每隔一百多米安装一组交通信号灯，然后将这些路段内信号灯与出口处信号灯实行统一协调控制。路段内各信号灯之间的距离相对于各交叉口之间的距离大大缩小，从而让原本在路口附近才能被观察到的“绿波带”相关信息在路段内任何位置都可被掌握。无论车辆是刚驶入路段时还是受到干扰后，驾驶员都可以知道自己是否还处于“绿波带”中，从而决定是否需要调整速度以使自己能够进入“绿波带”中行驶。这样形成的“绿波带”只与出口处信号灯有关，无需像现有的“绿波带”一样在一条道路上各交叉口信号灯之间实行统一的协调控制。

下面通过具体的步骤来阐述本发明所述的方法：

1.、按照一定的方法在路段内设立特定的子路段信号灯。

选定某一单向道路或者双向道路任一车行方向上两交叉口之间的路段为要实施绿波协调控制的路段，在距离路段出口停车线50～100米处设立一组交通信号灯，然后每隔100～200米设立一组交通信号灯，直到距离入口斑马线50～100米处设立最后一组交通信号灯。之所以选择每隔100～200米设立一组交通信号灯，其原因是：1).在多数天气情况下距信号灯100米远时已经能看清其上的内容，没有必要再过密设置；2).过密设置会使得成本过高；3).过密设置会使得驾驶员每隔几秒就要注意一下信号灯，从而导致驾驶员精神疲劳；4).信号灯杆间距如果过于稀疏超过200米又恐不能及时为车辆提供绿波带信息。

如果定义路段内被交通信号灯分隔开的一段段的小路段为子路段，则可定义这些路段内设立的交通信号灯为子路段信号灯，同时设定与任意子路段信号灯i紧邻的两个子路段中，靠近车行方向出口一侧的为其对应子路段i。

每一组子路段信号灯都应包括：左转箭头灯、直行箭头灯、右转箭头灯、左转信号倒计时器、直行信号倒计时器、右转信号倒计时器以及子路段绿波速度显示器，其中子路段绿波速度显示器显示的速度为其对应子路段上的绿波速度。为了不产生误解，左转箭头灯和左转信号倒计时器应该相互紧邻放置，直行箭头灯和直行信号倒计时器应该相互紧邻放置，右转箭头灯和右转信号倒计时器应该相互紧邻放置，子路段绿波速度显示器应该距离其他信号灯较远一些放置。

2、初步确定各子路段上的绿波速度。

如果出入口处两交叉口之间实行了绿波协调控制，则各子路段上的绿波速度应与两交叉口实行绿波协调控制所采用的绿波速度相同；如果出入口处两交叉口之间没有实行绿波协调控制，则应根据路段入口与出口车流量最大相位的起始时刻时间差，以及路段的总长度，初步计算出各子路段的绿波速度；如果计算出的绿波速度高于路段最高限速或者低于20千米每小时的最低速度，则应在路段最高限速与最低速度之间重新选择一个速度作为各子路段的绿波速度。

2、确定各子路段信号灯的信号配时方案。

根据距离出口的远近来命名各子路段信号灯，距离出口最近的应命名为子路段信号灯1，距离出口最远的应命名为子路段信号灯n，n为路段内子路段信号灯的数量。设定子路段信号灯1的信号配时方案与出***叉口的信号配时方案内容相同，但起始时间要提前一段时间，即存在一个相位差O₁，其中O₁可由下式表示：

式中d₁为子路段1的长度，v₁为子路段1的绿波速度，在根据公式计算出相位差O₁后，便可由出***叉口的信号配时方案得出子路段信号灯1的信号配时方案；对于任意一组子路段信号灯i，其信号配时方案都应和子路段信号灯j(j＝i-1)的信号配时方案内容相同，但起始时间要提前一段时间，即存在一个相位差O_i，其中O_i可由下式表示：

式中d_i为子路段i的长度，v_i为子路段i的绿波速度，在根据公式计算出相位差O_i后，便可由子路段信号灯1的信号配时方案推算出其他子路段信号灯的信号配时方案。通过这一步所述的方法便可根据出***叉口信号配时方案来生成各子路段信号灯的信号配时方案，从而将所有子路段信号灯与出***叉口的信号灯统一协调控制起来。

4、驾驶员根据子路段信号灯上的信息判断车辆是否处于“绿波带”中。

自路段入口或路边任意位置驶入路段内机动车道上的车辆，通过观察其前方最近一组子路段信号灯自行判断其是否处于“绿波带”中，判断的方法是：要在出口处左转的某一车辆在路段上行驶时，驾驶员通过观察其前方最近一组子路段信号灯的左转箭头灯的颜色以及左转信号倒计时器上的时间，再结合车辆与前方子路段信号灯之间的大概目测距离以及车辆当前速度，如果大致判断出其驶经此组子路段信号灯正下方时左转箭头灯为绿灯，则可认定其处于“绿波带”中，如为红灯则不处于“绿波带”中；要在出口处直行的某一车辆在路段上行驶时，驾驶员通过观察其前方最近一组子路段信号灯的直行箭头灯的颜色以及直行信号倒计时器上的时间，再结合车辆与前方子路段信号灯之间的大概目测距离以及车辆当前速度，如果大致判断出其驶经此组子路段信号灯正下方时直行箭头灯为绿灯，则可认定其处于“绿波带”中，如为红灯则不处于“绿波带”中；要在出口处右转的某一车辆在路段上行驶时，驾驶员通过观察其前方最近一组子路段信号灯的右转箭头灯的颜色以及右转信号倒计时器上的时间，再结合车辆与前方子路段信号灯之间的大概目测距离以及车辆当前速度，如果大致判断出其驶经此组子路段信号灯正下方时右转箭头灯为绿灯，则可认定其处于“绿波带”中，如为红灯则不处于“绿波带”中。从上面所述的方法中不难发现：不仅是某一车流方向的车辆而是所有车流方向的车辆，都能从各子路段信号灯上找到自己所需方向的“绿波带”的相关信息，且可以据之判断自己是否处于自己所需方向的“绿波带”中。

5、将路段上的机动车道分为绿波车道和待波车道，用于分流处于“绿波带”中的绿波车辆和不处于“绿波带”中的非绿波车辆，以消除非绿波车辆对绿波车辆的干扰。绿波车道只允许绿波车辆以各子路段上的绿波速度长时间在其上通行，待波车道则允许任何车辆在最高限速内以任意速度在其上行驶。之所以要将机动车道分为绿波车道和待波车道，是因为在路段入口处同一时间驶入的车辆并不都处于其所需“绿波带”中，发现自己不处于其所需“绿波带”中的非绿波车辆一般不会按照绿波速度来行驶，从而对周围想要按照绿波速度行驶的绿波车辆产生干扰，所以需要设置待波车道将不处于“绿波带”中的非绿波车辆分流到其上行驶。

需要补充一下的是，对于那些出口处信号灯的信号周期只有两个相位(一个相位所有车辆都放行，另一个相位所有车辆都禁行)的路段，则不宜将机动车道分为绿波车道和待波车道。这是因为在入口处同一时间驶入的车辆，要么都处于自己所需的“绿波带”中，要么都不处于自己所需的“绿波带”中，这样的话就不会有车辆想要减速离开“绿波带”，待波车道也就没有了存在的必要。虽然没有待波车道后，进入路段时同时都不处于“绿波带”中的车辆会选择减速从处于“绿波带”中的车辆前方进入“绿波带”，这会使得处于“绿波带”中的车辆不得不减速为其让位，但和增加一条不能绿波通行的待波车道相比，前者对道路通行效率的影响要小一些。

6、非绿波车辆借助待波车道等待自己所需的“绿波带”并最终进入“绿波带”中。

在绿波车道上行驶的车辆通过观察其前方最近一组子路段信号灯，如果判断自己未处于其所需“绿波带”中时，应该立即变道至待波车道上慢速行驶，等待前方最近一组子路段信号灯上自己所需方向的绿灯亮起；在待波车道上行驶的车辆通过观察其前方最近一组子路段信号灯，如果判断自己已经处于其所需的“绿波带”中时，则应该在不影响绿波车道内车辆正常行驶的前提下，重新变道驶入绿波车道内。这样一来进入路段后发现自己不处于其所需“绿波带”的车辆，便也可以通过上述方法在待波车道上等到自己所需的“绿波带”并驶入其中，最终实现在出口处遇到绿灯。

至此本发明所述的协调控制方法按照前面几个步骤，已基本可以使得任意时刻进入路段的任何车辆，在出***叉口处都能够实现绿波通行。

路段内车道的设置还可以包括以下特征。待波车道应紧邻非机动车道设置，如果路段内机动车道有四条或四条以上时，在一条待波车道承受不住过多的非绿波车辆在其上行驶的情况下，则可视实际情况设置两条与非机动车道紧邻的待波车道。绿波车道和待波车道都应起始于入口斑马线处，并在出口附近的分流车道起始处截止。由于大部分车辆都能够在出口处绿波通行，只有少数车辆会在分流车道上停车等红灯，所以出口附近的分流车道应该设置为：对应每个车流分流方向应有且只有一条专属分流车道，其余出口处车道则设为公共放行车道，各车流分流方向车辆只允许在其对应的专属分流车道上停车等红灯，如果没有车辆在其上停车等红灯时，各专属分流车道可放行任何当前出口放行方向的车辆；公共放行车道不允许车辆在其上等红灯，可放行任何当前出口放行方向的车辆。

各子路段绿波速度的大小还应该根据天气情况、道路周边环境复杂程度、突发事件等实际情况来综合实时确定。其中道路周边环境是指公交车站、学校校门、电影院出入口、交叉口附近等人流车流比较复杂密集的场所，在这些场所附近的子路段的绿波速度应当比其他子路段的绿波速度低一些。路段出入口附近子路段的绿波速度也应当低于其他子路段的绿波速度，一来是因为出入口路况复杂降低车速可以保证安全，二来是因为刚从入口进入路段内的车辆有许多需要变道进入待波车道，降低车速可以使车辆变道更安全。

子路段绿波速度显示器还可以包括以下特征。子路段绿波速度显示器还可以通过显示数字颜色的变化给予前方一公里内道路拥堵状况的提示，绿色代表前方路段通畅、黄色代表前方路段较为拥堵、红色代表前方路段非常拥堵。子路段绿波速度显示器还可以通过频繁小范围内变动绿波速度的方法，提示绿波车辆之间应该适当减少前后间距，以尽量容纳更多的车辆进入绿波车道。

本发明所述的协调控制方法，还可以与自适应信号控制***相结合以提高其效能。具体方法是在某些子路段信号灯杆正下方的绿波车道上安装车辆检测器，用于记录驶经其上的绿波车辆数，并根据记录的数据实时调整各子路段信号灯的信号配时方案。如果在任意子路段信号灯i附近安装有车辆检测器，那么在其信号配时方案某一相位的绿灯时间内：如果检测到的绿波车辆数高于或等于此相位绿灯时间内可以容纳的绿波车辆数上限时，则应实时增加出***叉口信号配时方案中对应相位绿灯时间的长度，相应的所有子路段信号灯信号配时方案也随之变化；如果检测到在此相位绿灯时间内有超过某一设定长度的时间内没有车辆经过，则应实时减少出***叉口信号配时方案中对应相位绿灯时间的长度，相应的所有子路段信号灯信号配时方案也随之变化。

由于非绿波车辆在刚进入路段不久后都变道至待波车道上了，在绿波车道上检测到的同一“绿波带”内的车辆在到达出口时仍保持在同一个“绿波带”内不会离散，因而车辆检测器检测到的数据最终产生的误差就比车辆会离散时产生的误差小，***对信号配时方案的调整就会更精确。同时由于各子路段信号灯能够实时地将信号配时方案变动的信息(例如某一车流方向“绿波带”结束的时间被提前或者推迟)传达给正在道路上行驶的车辆，使得这些车辆能及时地按照新的信号配时方案做出调整。具体来说如果某一车流方向的绿波车队一旦被检测出已经饱和，计算机将此车流方向“绿波带”结束的时间推迟，相应的后面一个车流方向“绿波带”的起始时间也被推迟，此时子路段信号灯就能够及时将这些信号配时方案变动信息传达给路段上的所有车辆，后面那个车流方向的绿波车队便可及时地减速，给待波车道上想要进入其前方车流方向“绿波带”的车辆留出空间。同理如果两绿波车队之间空隙过大，计算机据此作出的调整方案也可以及时地被传达给路段上所有的车辆，使得过大的空隙能够及时地被缩小，从而让道路空间的利用率有了进一步的提高。所以本发明所述的协调控制方法在与自适应信号控制***相结合后，确实提高了自适应信号控制***的效能。

子路段信号灯杆上还可以再安装上视频监控设备，使之能够及时发现并记录路段上发生的干扰绿波车辆正常行驶的行为。

当出口方向交叉口禁止左转时，子路段信号灯组可以不包括左转箭头灯及左转信号倒计时器；当出口方向交叉口禁止直行时，子路段信号灯组可以不包括直行箭头灯及直行信号倒计时器；当出口方向交叉口禁止右转时，子路段信号灯组可以不包括右转箭头灯及右转信号倒计时器。

本发明与现有技术相比，具有如下几方面的优点和有益效果：

1、增加了“绿波带”的适应性。

1)由于本发明所述的协调控制方法只涉及出***叉口信号灯与各子路段信号灯之间的协调控制，与入***叉口无关，所以也就无需要求出***叉口和入***叉口采用的信号周期要一致。任意一条干道路段只要与一个由交通信号灯控制的交叉口相连，就可以采用本发明所述的方法实现所有车辆在路口总是遇到绿灯的目标。

2)可以适应复杂的交通环境，消除干扰因素对绿波车辆的影响。待波车道就像一个吸尘器，将任何不按照绿波速度行驶的车辆都限制在待波车道上行驶。待波车道上的车辆想要进入绿波车道，必须按照不得干扰绿波车道上车辆正常行驶的规则来变道，如果有车辆不按规则变道干扰到了绿波车辆的正常行驶，可以通过安装在各子路段信号灯杆上的视频监控设备监督记录其违规行为。即便在少数情况下绿波车辆被干扰到了，驾驶员也能及时地根据前方最近的子路段信号灯上显示的实时“绿波带”相关信息，不断调整车速以使其能恢复到在“绿波带”中行驶。另外如果某些子路段周边道路环境比较复杂，还可以通过降低此子路段绿波速度的方法，使得绿波车辆能够以较安全的速度通过路况复杂的路段。所以说本发明所述的协调控制方法相较于现有的“绿波带”技术，能够极大地提高绿波车辆对复杂交通环境的适应能力。

3)可以适应复杂的天气变化，碰到大雾、大雪等需要车辆以低速安全行驶的情况，只需简单地调低所有子路段信号灯显示的绿波速度即可。

2、提高了实行“绿波带”道路的通行能力。

1)不仅是某一车流方向的车辆，而是所有车流方向的车辆都可以在实施“绿波带”的道路上绿波通行，除了少数直到出口停车线也没等到自己所需“绿波带”的车辆，大部分车辆都可以在出***叉口遇到自己所需的绿灯。

2)增加了路段出口处可放行车道数。由于很少会有车辆在出口分流车道上停车等红灯，所以许多时候路段出口处所有车道都可以放行当前路口允许放行的车辆，即便有车辆在出口附近分流车道上停车等红灯，最多也只会占用两条车道。

3)当路口某车流方向绿灯亮起时，与其相对应的绿波车队也正好到达路口停车线附近，如果没有车辆在分流车道上停车等红灯，那么在绿灯亮起的两三秒内就会有车辆开始连续快速地通过路口。相对于现有的等红灯车辆在看到绿灯亮起时才起步加速缓慢通过路口的方式，本发明所述的协调控制方法能在大多数情况下节省因车辆起步而浪费的绿灯通行时间，从而提高了路口处的通行能力。

4)还可以与自适应信号控制***相结合提高其效能。首先，可以提高其信号调整方***性，因为在“绿波带”内的绿波车流不会发生离散，当非绿波车辆都变道到待波车道后，在绿波车道上检测到的同一“绿波带”内的车辆在到达出口时还是会保持在“绿波带”内不会离散，因而车辆检测器检测到的数据最终产生的误差就比车辆会离散时产生的误差小，***对信号配时方案的调整就会更精确。其次，在保证精确性的基础上，由于能够实时地通过各子路段信号灯将信号配时方案变动信息传达给正在道路上行驶的车辆，使其能够及时地按照新的信号配时方案做出调整，饱和的绿波车队可以及时扩容，两绿波车队之间过大的空隙也可以及时地缩小，从而使得道路空间的利用率有了进一步的提高。

5)子路段绿波速度显示器通过颜色的变化给予前方一公里内道路拥堵状况的提示，驾驶员可以根据提示选择绕道，从而起到预先疏导车流缓解交通拥堵的作用，提高了区域内道路的整体通行能力。

6)子路段绿波速度显示器通过频繁小范围内变动绿波速度的方法，提示绿波车辆之间应该适当减少前后间距，以尽量容纳更多的车辆进入绿波车道。在极端情况下，从减小平均车头时距入手，也是一种增加道路通行能力的方法。

3、增加了“绿波带”的安全性。待波车道上的车速一般都比较慢，公交车靠站、路人上出租车等路边行为会更安全。由于在各车流方向“绿波带”内行驶的绿波车辆会各自形成绿波车队，绿波车队内车辆之间的距离会比较近，行人不会冒险从连续的绿波车辆之间穿行。

4、采用了本发明所述的协调控制方法的路段，车辆在路口等红灯的情况会大大减少，从而节省了起步时的燃油消耗，即经济又节能环保。

附图说明

图1是采用本发明所述协调控制方法的路段t＝0时刻的平面示意图。

图2是实施例1中所述车辆A～H在图1所示路段上行驶的时距图。

图2是图1所示路段增加一个岔路口后t＝100时刻的平面示意图。

图4是实施例1中所述车辆A～H在图3所示路段上行驶的时距图。

图5是子路段信号灯杆上各信号灯具体安装位置示意图。

图6是各子路段信号灯信号配时方案及出***叉口信号配时方案，根据车辆检测器7测得的子路段信号灯3上相位1绿灯时间内车辆分布情况作出的调整。

图7是各子路段信号灯信号配时方案及出***叉口信号配时方案，根据车辆检测器6测得的子路段信号灯2上相位1绿灯时间内车辆分布情况作出的调整。

图8是本发明所述协调控制方法的原理流程图。

图1～7中：1.出***叉口信号灯；2.子路段信号灯1；3.子路段信号灯2；4.子路段信号灯3；5.子路段信号灯4；6.车辆检测器；7.车辆检测器；8.绿波车道；9.待波车道；10.子路段1；11.子路段2；12.子路段3；13.子路段4；15.周期1相位1绿灯起始时刻线；16.周期1相位1绿灯结束时刻线；17.周期1相位2绿灯起始时刻线；18.周期1相位2绿灯结束时刻线；19.周期1相位3绿灯起始时刻线；20.周期1相位3绿灯结束时刻线；21.周期1相位4绿灯起始时刻线；22.周期1相位4绿灯结束时刻线；23.周期2相位1绿灯起始时刻线；24.周期2相位1绿灯结束时刻线；25.横穿马路的行人；27.左转箭头灯；28.左转信号倒计时器；29.直行箭头灯；30.直行信号倒计时器；31.右转箭头灯；32.右转信号倒计时器；33.子路段绿波速度显示器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步阐释，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例中表述的范围。

实施例1

如图1所示在某东西向主干道上，选择自西向东车行方向两交叉口之间的一段400米长的路段作为研究对象，则路段西侧的交叉口为入***叉口，路段东侧的交叉口为出***叉口。在距离出口停车线50米处设立子路段信号灯1，其与出口停车线之间的一段50米长的路段即为子路段1；在距离出口停车线150米处设立子路段信号灯2，其与子路段信号灯1之间的一段100米长的路段即为子路段2；在距离出口停车线250米处设立子路段信号灯3，其与子路段信号灯2之间的一段100米长的路段即为子路段3；最后在距离出口停车线350米处设立子路段信号灯4，其与子路段信号灯3之间的一段100米长的路段即为子路段4。

在所有子路段信号灯设立好后，通过以下步骤将这些子路段信号灯与出***叉口信号灯全部链接起来，用计算机将他们的信号配时方案加以协调控制，从而形成“绿波带”。

第一步要确定“绿波带”的绿波速度。从图1中我们可以看出各子路段上的道路周边环境基本相同，各子路段的绿波速度应该是一致的。又由于只知道出***叉口的信号配时方案，入***叉口信号配时方案未知，同时天气情况未知，动态路况也未知，不能根据这些因素来确定绿波速度的大小，所以在本实施例中为便于计算将各子路段的绿波速度都定为10米/秒，即36千米/小时。

第二步要确定子路段信号灯1的信号配时方案。要实现绿波协调控制，子路段信号灯1的信号配时方案与出***叉口的信号配时方案内容应相同，但起始时间要提前一段时间，即存在一个相位差O₁，其中O₁可由下式表示：式中d₁为子路段1的长度50米，v₁为子路段1的绿波速度10米/秒。经计算可得O₁＝5秒。在出***叉口信号配时方案已知的情况下，可以得出子路段信号灯1的信号配时方案。

第三步再确定其他子路段信号灯的信号配时方案。要实现绿波协调控制，对于任意子路段信号灯i的信号配时方案，都应和子路段信号灯j(j＝i-1)的信号配时方案内容相同，但起始时间要提前一段时间，即存在一个相位差O_i，其中O_i可由下式表示：式中d_i为子路段i的长度，均为100米，v_i为子路段i的绿波速度，均为10米/秒。经计算可得O₂＝10秒，O₃＝10秒，O₄＝10秒。在子路段信号灯1的信号配时方案已知的情况下，可以分别得出其他子路段信号灯的信号配时方案。

通过以上三步确定了各子路段信号灯的信号配时方案后，车辆已基本可以在路段上实现绿波通行。但并不是所有刚从图1中入口处进入路段的车辆都会处于其所需的“绿波带”中，为了不让非绿波车辆干扰绿波车辆的正常通行，特将图1中最外侧紧邻非机动车道的那一条机动车道设定为待波车道，将不处于“绿波带”中的车辆分流到其上行驶，另外两条机动车道则设为绿波车道，只允许车辆以绿波速度在其上行驶。

至此本发明所述的“子路段绿波带”便已基本建立，接下来通过具体分析车辆在路段上的行驶情况，来说明本发明所述的协调控制方法是如何诱导车辆实现绿波通行的。

出***叉口的信号相位方案如图1中所示，各相位时长如图2中所示，选定某一时刻为t＝0秒时刻，此时刻出***叉口信号灯的信号正好处于相位3的起始时刻，假定此时的信号周期为周期0，那么其后的周期为周期1、周期2。根据前面第二步、第三步的计算结果，可以求得各子路段信号灯的信号配时方案，如图2所示。

如图2所示自t＝0秒时刻起有8辆车A～H从入口处驶入路段，这8辆车A～H的驶入时间和欲在出口处驶出的方向分别是：车A在t＝2秒时驶入，欲在出口处直行；车B在t＝10秒时驶入，欲在出口处左转；车C在t＝22秒时驶入，欲在出口处右转；车D在t＝30秒时驶入，欲在出口处直行；车E在t＝43秒时驶入，欲在出口处右转；车F在t＝55秒时驶入，欲在出口处直行；车G在t＝64秒时驶入，欲在出口处直行；车H在t＝80秒时驶入，欲在出口处右转。

图2中曲线AA’代表的是A车在路段内行驶的时间距离关系图，假设所有车辆刚驶入时速度都为24千米/小时，可以看出A车除了在刚驶入路段时车速较慢(斜率越高车速越慢)外，大部分时间都是以匀速36千米/小时的绿波速度在行驶。这是因为A车刚一驶入路段就通过观察子路段信号灯4发现直行箭头灯是绿灯，自己正好处在所需的直行绿波带中，只要按照子路段绿波速度显示器显示的速度36千米/小时行驶就可以在出口处碰上直行绿灯。在子路段信号灯4处之所以有一个比较明显的速度变化，是因为A车驾驶员开始调整速度前需要一定的反应时间，所以在经过子路段信号灯4时他才开始调整速度，而此时他发现直行信号倒计时器已经走了四五秒。如果他立刻就按绿波速度行驶，到达出口时也会落后于出口处的直行绿灯亮起时间四五秒；如果他用高于绿波速度的速度行驶，则能在处于“绿波带”中行驶的前提下，相较于立刻就按绿波速度行驶早一点到达出口。因此A车在子路段4上的速度是48千米/小时，这比之前的24千米/小时快许多，所以会有明显的速度变化。当A车驶经子路段信号灯3时发现直行箭头灯也刚刚转绿，他已经处于“绿波带”的最前端了，于是A车将速度降为36千米/小时，并在接下来的行程中一直保持绿波速度行驶直到出口。

图2中曲线CC’代表的是C车在路段内行驶的时间距离关系图，因为C车也是一驶入路段就发现自己处于其想要的右转绿波带中，所以C车在路段上的具体行驶情况与A车大致相同，因此曲线CC’与曲线AA’也非常相似。

图2中曲线BB’代表的是B车在路段内行驶的时间距离关系图，B车在出口处的驶出方向是左转，当他驶入路段时却发现前方的子路段信号灯4的左转箭头灯是红灯，于是驾驶员判断自己并没有处于其所需的左转绿波带中。于是B车开始减速同时变道至待波车道上，以12千米/小时的速度在待波车道上慢速行驶，慢速行驶的过程在图2中的表现就是曲线BB’在子路段信号灯4附近的斜率相较于其他地方高出许多。由于相位1后面紧跟的相位2就允许车辆左转，所以当B车行驶到子路段4中段时就发现前方的子路段信号灯3上的左转箭头灯变为了绿灯。驾驶员判断自己现在已经处于左转绿波带中了，于是准备从待波车道重新变道回绿波车道内。

但是从图2中的圆圈14处特别圈示出的曲线BB’和曲线CC’发生的相交情况来看，如果B车和C车在此时同时都在绿波车道行驶(不考虑有两条绿波车道)，两车会发生碰撞，为避免碰撞B车只能暂时保持在待波车道内，等C车驶过再变道入绿波车道。同时必须注意的是，由于C车已经处于“绿波带”的最前端，如果B车事先驶入绿波车道内，并在C车前方以减速的方式挤占C车位置进入“绿波带”，这种行为会干扰到绿波车辆C的正常行驶，是不被允许的。所以圆圈14处B车正确的处理方法只能是在C车从绿波车道上驶过后才开始变道，然后以绿波速度紧跟在C车后面行驶直到出口，两车之间的车头时距大概为2秒。

图2中曲线DD’代表的是D车在路段内行驶的时间距离关系图，D车在出口处的驶出方向是直行，当他驶入路段时却发现前方的子路段箭头灯4的直行信号灯是红灯，于是驾驶员判断自己并没有处在其所需的直行绿波带中。于是D车开始减速同时变道至待波车道上，以12千米/小时的速度在待波车道上行驶。我们看到D车在待波车道上行驶了很久才等到了自己所需的直行绿波带，而且此时的信号周期已经是周期2了。如图2所示D车变道入绿波车道的过程也不得干扰绿波车辆F、G的正常行驶，在变道入绿波车道后跟在F车、G车后加入绿波车队，最终以绿波速度行驶直到出口。

图2中曲线EE’、曲线FF’、曲线GG’分别代表的是E车、F车、G车在路段内行驶的时间距离关系图，其行驶过程和B车、D车也基本相似：都是发现自己并没有处在自己所需的“绿波带”中，于是都变道至待波车道上慢速行驶，等到发现又处于自己所需的“绿波带”中时，再变道回绿波车道内。他们重新驶入绿波车道的行为也不得影响绿波车道内绿波车辆的正常行驶。最终E车在其所需的右转绿波带内以绿波速度行驶到了出口，F车和G车在其所需的直行绿波带内以绿波速度行驶到了出口。

图2中曲线HH’代表的是H车在路段内行驶的时间距离关系图，H车的行驶方式和其他车都不同。刚进入路段时子路段信号灯4的右转信号灯还是绿灯，但是右转倒计时器所剩的时间只有一秒了，很快他便发现子路段信号灯4的右转信号灯变为了红灯，自己不再处于其所需的右转绿波带中了。但是他并没有减速变道至待波车道内行驶，而是在绿波车道内加速行驶，以最高限速60千米/小时的速度追赶上了在前方不远处的右转绿波带。当然H车这种在绿波车道上追赶自己所需“绿波带”的做法，是在满足特定条件的情况下才是可行的。首先要满足H车和其所需的“绿波带”之间没有任何其他车辆阻碍，这一点从图2中可以看出在整个H车追赶右转绿波带的过程中，位于其前方的D、F、G车都还在待波车道上行驶；其次还要满足H车与其所需“绿波带”的末端(即当“绿波带”内的绿波车队饱和时，车队的尾车所处的位置)相距不是太远，这一点从在t＝80秒时子路段信号灯4的右转箭头灯还是绿灯就能看出，此时H车与右转绿波带末端的距离不超过50米，还可以从H车到达子路段信号灯4正下方时相位4才结束5秒得出相似的结论。所以H车驾驶员才会做出追赶前方右转绿波带的决定，如不追赶他就必须在待波车道内等上较长时间才能等到下一个右转绿波带。如图2所示，H车在子路段3上就追赶上了右转绿波带，但是他仍处于右转绿波带的末端，在前方没有其他车辆的情况下H车依然保持60千米/小时的速度在绿波车道上行驶，以求能在仍处于“绿波带”中行驶的前提下，相较于立刻就按绿波速度行驶更早到达出口。

至此，通过对图2中8辆车A～H在图1所示路段上行驶所产生的时距图的分析，可知本发明所述的协调控制方法是能够给予任何进入路段的车辆以足够的“绿波带”信息提示，从而使得其在路段内行驶的过程中就能找到并驶入自己所需“绿波带”中。

实施例2

本实施例要讨论的是在复杂路况条件下，本发明所述的协调控制方法是否还能够保障绿波车辆在“绿波带”中行驶。

图3中所示的路段是图1中路段在t＝100秒时实时路况的平面图，所不同的是在子路段2上多出了一个岔路口，并且此时刻在子路段3上有一个横穿马路行人25，他会干扰的到F车、G车的正常行驶。

由于岔路口处干扰绿波车辆正常行驶的因素增多，所以应适当降低子路段2上的绿波速度以减少干扰因素带来的影响。具体措施正如图4所示，将子路段信号灯2和子路段信号灯1信号配时方案之间的相位差调整为O₂＝15秒，那么子路段2的绿波速度

千米/小时，式中子路段2的长度d₂＝100米。绿波车辆如果以24千米/小时的速度在子路段2上行驶，可以在一定程度上减少岔路口干扰因素带来的影响。如果路段上的绿波速度是由路段入口与出口车流量最大相位的起始时刻时间之差来决定的，那么绿波车辆从入口行驶到出口的总时间就是固定的。为了保证总时间不变，绿波车辆在子路段2上行驶时间多用了5秒，那么在其他子路段上行驶的总时间就应该少用5秒。具体措施正如图4所示，将子路段信号灯3和子路段信号灯2信号配时方案之间的相位差O₂变更为7.5秒，子路段信号灯4和子路段信号灯3信号配时方案之间的相位差O₃也变更为7.5秒，那么子路段3上的绿波速度

千米/小时，子路段4上的绿波速度千米/小时，式中子路段3的长度d₃＝100米、子路段4的长度d₄＝100米。通过以上方法，我们就可以在保证路段内总的绿波通行时间不变的前提下，通过微调各个子路段的绿波速度，来减少复杂道路周边环境对绿波车辆的正常行驶产生的影响。

如图3所示，在t＝100秒时子路段3中段有一辆自行车25在横穿马路，此时G车和F车刚好驶经此地，结果受到了干扰车速急剧下降，等到两车恢复正常行驶时，已经被耽误了十几秒，图3中圆圈26特别圈示处正是这一幕在时距图上的具体表现。但是由于有子路段信号灯的提示，两车在被干扰前就行驶在了直行绿波带的前端，即便被干扰后耽误了十几秒还是仍处于“绿波带”中，两车如果继续按绿波速度行驶在出口处碰到的还是绿灯。只不过他们到达子路段信号灯2时发现直行倒计时器剩余的时间已经不多，他们已处在了直行绿波带的末端，于是在前方没有其他车辆阻碍的情况下，两车果断采用60千米/小时的速度在绿波带中行驶，以求能在仍处于“绿波带”中行驶的前提下，相较于立刻就按照绿波速度行驶更早到达出口。

从本实施例中我们可以看出：1.由于子路段绿波速度显示器可以变更绿波速度，因而在复杂路况条件下，可以通过降低路况复杂路段的子路段绿波速度的方法，有效减少干扰因素对绿波车辆产生的影响；2.即便绿波车辆真的被干扰到了，子路段信号灯也可以及时给被干扰车辆提供其所需的“绿波带”相关信息，使得被干扰车辆能够及时对行驶状态进行调整，以求尽快恢复到“绿波带”中行驶。

实施例3

本实施例阐述的是：本发明所述的协调控制方法，是如何与自适应信号控制***相结合以提高其效能的。具体来说是各子路段信号灯如何根据车辆检测器采集的实时车流状况来实时变更其信号配时方案的，以及这种实时变更如何对绿波车辆的行驶产生实时影响的。

如图1所示，当车辆检测器7在检测到A车驶过后，在设定的时长8秒的时间段内没有再检测到其他车辆经过，计算机根据这一情况实时调整了所有子路段信号灯及出***叉口信号灯的信号配时方案。如图6所示，各子路段信号灯的信号相位1的结束时间都提前4秒，各子路段信号灯的信号相位2的起始时间也都提前了4秒。当车辆检测器6在检测到A车驶过后，在设定的时长8秒的时间段内也没有再检测到其他车辆经过，计算机根据这一情况再一次实时调整了所有子路段信号灯及出***叉口信号灯的信号配时方案。如图7所示，各子路段信号灯的信号相位1的结束时间又都提前4秒，各子路段信号灯的信号相位2的起始时间也又都提前了4秒。

如图6、7所示，两次信号配时方案的调整只对相位2内的B车和C车产生了影响。第一次调整的时间大概是t＝30秒时，B车和C车刚好行驶在子路段4的中段，当注意到子路段信号灯3上其所需“绿波带”的起始时间提前了4秒时，两车开始加速按照60千米/小时的速度在绿波车道上行驶，以使自己能够保持在“绿波带”的前端行驶。如果没有如图7所示的第二次调整，图6中的B车和C车在行驶到子路段信号灯2处时就基本处于“绿波带”的前端了，接下来的行程只需按绿波速度36千米/小时行驶即可。然而如图7所示在t＝40秒时发生了第二次调整，B车和C车刚好行驶在子路段3的中段，当注意到子路段信号灯2上其所处的“绿波带”的起始时间又提前了4秒时，B车和C车决定继续按照60千米/小时的速度行驶，直到在子路段信号灯1处判断其已处于绿波带的前端，最终两车以36千米/小时的绿波速度行驶到了出口。

通过上述分析我们发现：本发明所述的协调控制方法，是能够与自适应信号控制***相结合，使得A车和C车之间过大的空隙能够及时地被缩小，从而让道路空间的利用率有了进一步的提高。

Claims (10)

1.一种子路段绿波诱导分流协调控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)按照一定的方法在路段内设立特定的子路段信号灯并确定其相关参数：选定某一单向道路或者双向道路任一车行方向上两交叉口之间的路段为要实施绿波协调控制的路段，在距离路段出口停车线50～100米处设立一组交通信号灯，然后每隔100～200米设立一组交通信号灯，直到距离入口斑马线50～100米处设立最后一组交通信号灯；如果定义路段内被交通信号灯分隔开的一段段的小路段为子路段，则可定义这些路段内设立的交通信号灯为子路段信号灯，同时设定与任意子路段信号灯i紧邻的两个子路段中，靠近车行方向出口一侧的为其对应子路段i；每一组交通信号灯都包括：左转箭头灯、直行箭头灯、右转箭头灯、左转信号倒计时器、直行信号倒计时器、右转信号倒计时器以及子路段绿波速度显示器，其中子路段绿波速度显示器显示的速度为其对应子路段上的绿波速度；

(2)初步确定各子路段上的绿波速度：如果出入口处两交叉口之间实行了绿波协调控制，则各子路段上的绿波速度应与两交叉口实行绿波协调控制所采用的绿波速度相同；如果出入口处两交叉口之间没有实行绿波协调控制，则应根据路段入口与出口车流量最大相位的起始时刻时间差，以及路段的总长度，初步计算出各子路段的绿波速度；如果计算出的绿波速度高于路段最高限速或者低于20千米每小时的最低速度，则应在路段最高限速与最低速度之间重新选择一个速度作为各子路段的绿波速度；

(3)确定各子路段信号灯的信号配时方案：根据距离出口的远近来命名各子路段信号灯，距离出口最近的应命名为子路段信号灯1，距离出口最远的应命名为子路段信号灯n，n为路段内子路段信号灯的数量；设定子路段信号灯1的信号配时方案与出***叉口的信号配时方案内容相同，但起始时间要提前一段时间，即存在一个相位差O₁，其中O₁可由下式表示：

式中d₁为子路段1的长度，v₁为子路段1的绿波速度，在根据公式计算出相位差O₁后，便可由出***叉口的信号配时方案得出子路段信号灯1的信号配时方案；对于任意一组子路段信号灯i，其信号配时方案都应和子路段信号灯j的信号配时方案内容相同，其中j＝i-1，但起始时间要提前一段时间，即存在一个相位差O_i，其中O_i可由下式表示：

式中d_i为子路段i的长度，v_i为子路段i的绿波速度，在根据公式计算出相位差O_i后，便可由子路段信号灯1的信号配时方案推算出其他子路段信号灯的信号配时方案；

(4)自路段入口或路边任意位置驶入路段车道上的车辆，通过观察其前方最近一组子路段信号灯自行判断其是否处于“绿波带”中，判断的方法是：要在出口处左转的某一车辆在路段上行驶时，驾驶员通过观察其前方最近一组子路段信号灯的左转箭头灯的颜色以及左转信号倒计时器上的时间，再结合车辆与前方子路段信号灯之间的大概目测距离以及车辆当前速度，如果大致判断出其驶经此组子路段信号灯正下方时左转箭头灯为绿灯，则可认定其处于“绿波带”中，如为红灯则不处于“绿波带”中；要在出口处直行的某一车辆在路段上行驶时，驾驶员通过观察其前方最近一组子路段信号灯的直行箭头灯的颜色以及直行信号倒计时器上的时间，再结合车辆与前方子路段信号灯之间的大概目测距离以及车辆当前速度，如果大致判断出其驶经此组子路段信号灯正下方时直行箭头灯为绿灯，则可认定其处于“绿波带”中，如为红灯则不处于“绿波带”中；要在出口处右转的某一车辆在路段上行驶时，驾驶员通过观察其前方最近一组子路段信号灯的右转箭头灯的颜色以及右转信号倒计时器上的时间，再结合车辆与前方子路段信号灯之间的大概目测距离以及车辆当前速度，如果大致判断出其驶经此组子路段信号灯正下方时右转箭头灯为绿灯，则可认定其处于“绿波带”中，如为红灯则不处于“绿波带”中；

(5)将路段上的机动车道分为绿波车道和待波车道，用于分流处于“绿波带”中的绿波车辆和不处于“绿波带”中的非绿波车辆，绿波车道只允许绿波车辆以各子路段上的绿波速度长时间在其上通行，待波车道则允许任何车辆在最高限速内以任意速度在其上行驶；

(6)在绿波车道上行驶的车辆通过观察其前方最近一组子路段信号灯，如果判断自己未处于其所需“绿波带”中时，应该立即变道至待波车道上慢速行驶，等待前方最近一组子路段信号灯上自己所需方向的绿灯亮起；在待波车道上行驶的车辆通过观察其前方最近一组子路段信号灯，如果判断自己已经处于其所需的“绿波带”中时，则应该在不影响绿波车道内车辆正常行驶的前提下，重新变道驶入绿波车道内。

2.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，步骤(5)所述的待波车道应紧邻非机动车道设置，如果路段内机动车道有四条或四条以上时，在一条待波车道承受不住过多的非绿波车辆在其上行驶的情况下，则可视实际情况设置两条与非机动车道紧邻的待波车道。

3.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，步骤(5)所述的绿波车道和待波车道都应起始于入口斑马线处，并在出口附近的分流车道起始处截止。

4.根据权利要求3所述的协调控制方法，其特征在于，所述的出口附近分流车道的具体设置情况是：对应每个车流分流方向应有且只有一条专属分流车道，其余出口处车道则设为公共放行车道，各车流分流方向车辆只允许在其对应的专属分流车道上停车等红灯，如果没有车辆在其上停车等红灯时，各专属分流车道可放行任何当前出口放行方向的车辆；公共放行车道不允许车辆在其上等红灯，可放行任何当前出口放行方向的车辆。

5.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，步骤(2)所述的各子路段绿波速度的大小还应该根据天气情况、道路周边环境复杂程度、突发事件等实际情况来综合实时确定。

6.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，步骤(1)所述的子路段绿波速度显示器还可以通过显示数字颜色的变化给予前方道路拥堵状况的提示，绿色代表前方路段通畅、黄色代表前方路段较为拥堵、红色代表前方路段非常拥堵。

7.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，步骤(1)所述的子路段绿波速度显示器还可以通过频繁小范围内变动绿波速度的方法，提示绿波车辆之间应该适当减少前后间距。

8.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，还可以在某些子路段信号灯杆正下方的绿波车道上安装车辆检测器，用于记录驶经其上的绿波车辆数，并根据记录的数据实时调整各子路段信号灯的信号配时方案，如果在任意子路段信号灯i附近安装有车辆检测器，那么在其信号配时方案某一相位的绿灯时间内：如果检测到的绿波车辆数高于或等于此相位绿灯时间内可以容纳的绿波车辆数上限时，则应实时增加出***叉口信号配时方案中对应相位绿灯时间的长度，相应的所有子路段信号灯信号配时方案也随之变化；如果检测到此相位绿灯时间内有超过某一设定长度的时间内没有车辆经过，则应实时减少出***叉口信号配时方案中对应相位绿灯时间的长度，相应的所有子路段信号灯信号配时方案也随之变化。

9.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，步骤(1)所述的信号灯杆上还应再安装上视频监控设备。

10.根据权利要求1所述的协调控制方法，其特征在于，当出口方向交叉口禁止左转时，步骤(3)所述的信号灯组可以不包括左转箭头灯及左转信号倒计时器；当出口方向交叉口禁止直行时，步骤(3)所述的信号灯组可以不包括直行箭头灯及直行信号倒计时器；当出口方向交叉口禁止右转时，步骤(3)所述的信号灯组可以不包括右转箭头灯及右转信号倒计时器。

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