CN103280113B - 一种自适应的交叉口信号控制方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种自适应的交叉口信号控制方法

技术领域

本发明属于城市交通控制领域，具体涉及一种自适应的交叉口信号控制方法。

背景技术

交通信号控制以交叉口微观车流为控制对象，以相位和时间为尺度分配车辆在交叉口的路权，从时间上分离冲突车流，对交通流进行合理的引导和调度，达到减少交通事故，提高交通安全和运输效率的目的。

目前，国内外的交叉口信号控制方法主要有定时控制、感应控制和自适应控制三类，定时控制适合于交通量较大且交通分布均匀的交叉口；感应控制适合于交通量偏小，变化不均匀的交叉口，但交通量大时，无法根据交通需求来调整和优化信号状态以缓解交通拥堵；自适应控制是根据检测器送来的交通量数据，实时产生某种性能指标下的最佳配时方案，自动调节绿信比、周期长度及绿时差等信号配时参数，使信号配时与变化的交通流相适应，目前,SCOOT和SCATS是两种主流的城市交通信号灯自适应控制方法。SCATS***根据交通流变化情况，实时调整信号控制参数，但可选方案数量有限，执行每一方案时间长(十几分钟变化一次方案)，不具备反馈功能，且检测设备放在停车线前，无法检测车辆排队长度；SCOOT***实用性强，对配时参数能采用连续性微调整，但其相关的控制模型都是通过数学模型仿真出来的，数学模型越复杂，所需仿真时间就越长，可靠性和实时性之间会产生矛盾。此外,SCOOT和SCATS***都需要采集大量数据，建设成本高。

交叉口车辆排队长度是表征交通状态的一个重要指标，目前最优实时信号控制主要基于交叉口各进口车道排队长度进行求解。但是，计算排队长度较为复杂，通常依赖多个检测器或利用视频图像数据，实时图像处理的计算量非常大，价格昂贵，且易受天气影响，***的可靠性较差。现在大多数城市已铺设了感应线圈等设备来获取交通量，车辆占用时间，道路占用率，拥挤程度和排队长度等实时交通信息，但交叉口各方向的交通需求并不一定平衡，各进口车道的排队长度也不一定相等，特别是在交通量较大的情况下，检测器被队列中的某辆车长时间占用时，无法估计实时到达的车辆数和排队长度等信息，因而导致车辆排队长度计算精度不高，信号配时方案不精确。如果在每条车道上安装多个检测器，不仅对原有路面造成多处损坏，而且工程量大，安装不方便，工程的可行性和实施的操作性较低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明的目的在于一种自适应的交叉口信号控制方法，该方法通过上周期的交叉口车辆排队长度来实现交叉口信号控制。

一种自适应的交叉口信号控制方法，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，车辆检测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***，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 $\left\{\begin{array}{c}{T}_L=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_L}{Q_L+Q_S}\\ T_S=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_S}{Q_L+Q_S}\end{array}\right.$

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，T_G为次干道绿灯时间；

(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。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明的方法利用城市中已铺设的车辆检测器获取交通流数据，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，借助已有设备不增加施工成本，方便推广。

附图说明

图1是主次干道交叉口车辆检测器布局示意图。

图2是一个车道上车辆排队队列随时间变化的示意图。

图3是车辆排队队列消散过程中存在跃迁时刻T_C且有富余绿灯时间的队列随时间变化的示意图。

图4是车辆排队队列消散过程中存在跃迁时刻T_C但没有富余绿灯时间的队列随时间变化的示意图。

图5是车辆排队队列消散过程中不存在跃迁时刻T_C的队列随时间变化的示意图。

图6是主干道信号自适应控制流程图。

图7是次干道信号自适应控制流程图。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

需要说明的是本实施例给出的物理量的量纲均为本领域统一的标准量纲，本领域技术人员根据物理量即可知其量纲，因此下述内容不再一一给出。

需要说明的是一个周期为从红灯启亮时刻到绿灯熄灭时刻，根据现行交通规则，黄灯闪烁时停车线以内的车辆不能通行，因此本发明中黄灯的闪烁时长一并归到红灯时长里面，下述实施例中将不再考虑黄灯。

遵从上述技术方案，如图1所示，是主次干道交叉口车辆检测器布局示意图，图中东西方向为主干道，在距离交叉口La的直行道和左拐道上安装有车辆检测器，南北方向为次干道，在距离交叉口Ls处安装有车辆检测器。主干道设有左拐相位和直行相位，次干道直行和左拐由一个相位控制。交叉口处设有信号控制器，所有车辆检测器实施对交通量、检测器占用时间、空闲时间进行检测并传输给后台数据处理***。后台的实时数据处理***根据计算结果动态确定下一周期的信号配时方案，并传输给信号控制器。

由于主干道和次干道的车辆排队长度计算方法相同，因此下述方案以一条干道为例进行控制，检测器距离停车线的距离为L。

如图2所示是一个车道排队队列随时间变化的示意图，当红灯启亮后，车辆开始停车排队直至绿灯启亮时，排队队列开始消散，这样周而复始。当红灯时间段内没有出现跃迁时刻T_A点，说明队列长度Q＜L，反之，说明排队队列溢出检测器。根据到T_A时间段内的排队的车辆数n_L计算饱和情况下的车流密度：

k_j＝n_L/L

从绿灯启亮时刻到时刻T_B，队列以饱和流率驶出交叉口，队列的消散速度为：

$v=L/(T_B-T_G^n)$

如图3所示是排队队列消散过程中存在跃迁时刻T_C且有富余绿灯时间的队列随时间变化的示意图；图4所示是排队队列消散过程中存在跃迁时刻T_C但没有富余绿灯时间的队列随时间变化的示意图。根据T_C和的间隔计算若v_m＜v，则如图3存在富余绿灯时间；若v_m≥v，则如图4不存在富余绿灯时间。利用T_B和T_C时间段内通过车辆检测器的车辆数n计算该周期内的最大排队长度：

Q＝L+n/k_j

如图5所示是排队队列消散过程中不存在跃迁时刻T_C的队列随时间变化的示意图，时刻T_C不存在表明在有效绿灯时间结束时，检测器后面还有等待队列，此时将看作T_C，统计T_B和时间段内通过检测器的车辆数n_j，则队列长度为：

Q＞L+n_j/k_j

接下来，确定控制方案中的参数，由于一个交叉口信号周期不能过长或过短，若过短，则各相位切换频繁，车辆停车数增加且车辆频繁地起步和停车，若过长，则排队队列中车辆等待的时间就过长，因此在本方案中设最小绿灯时间G_min(一般为15s)，单位绿灯变更时间g_lay(3s)，主干道的最大总绿灯时间G_main(一般为80s)，次干道的最大绿灯时间G_minor(一般为45s)。

如图6所示是主干道信号自适应控制流程图，首先计算直行队列长度Q_S和左拐队列长度Q_L，然后按照以下步骤进行信号控制：

(1)若两队列的长度都小于L，则左拐相位和直行相位都分配最小绿灯时间，即T_g1＝T_g2＝G_min；

(2)若某一队列长度小于L，则该相位分配最小绿灯时间T_g1＝G_min，而另一队列的长度大于等于L，则确定此队列是否存在T_C：

(a)若存在跃迁时刻T_C，则根据T_C和的时间间隔计算该时间间隔内车辆通过L所需最小速度确定是否存在绿灯富余时间

a)若v_m＜v，存在绿灯富余时间则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，不存在绿灯富余时间则表示有剩余队列，若T_g2＜G_main-T_g1，则在原绿灯时长加单位绿灯变更时间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，则说明在绿灯时间结束时，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状态跃迁时刻T_C：

(a)若两者都存在跃迁时刻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；

(b)若一个存在跃迁时刻T_C，一个不存在，则存在跃迁时刻的相位按照步骤(2)的策略(a)执行绿灯延长或缩减得绿灯时长T_g1，另一相位的绿灯时间为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 $\left\{\begin{array}{c}{T}_L=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_L}{Q_L+Q_S}\\ T_S=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_S}{Q_L+Q_S}\end{array}\right..$

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。

如图7所示是次干道信号自适应控制流程图，次干道直行和左拐由一个相位控制，所以首先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。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

如图1中的十字交叉口，设置东西方向为主干道，车辆检测器距停车线的距离L_a＝80m，南北方向为次干道，车辆检测器距停车线的距离L_b＝60m，主干道最大总绿灯时长G_main为80s，次干道最大绿灯时长G_minor为45s，最小绿灯时长G_min为15s，单位绿灯变更时长g_lay为3s。

如表1所示为本实施例的从10:00:00开始所得到的信号灯的配时状态。

假设时刻为主干道的一个红灯开始时刻，在此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：直行道跃迁时刻点T_A9:59:10，直行道跃迁时刻T_B9:59:24，直行道跃迁时刻T_C9:59:30，直行绿灯开始时刻左拐绿灯开始时刻 至T_A时间内通过车辆检测器的当量车辆数n_L＝20，T_B至T_C时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝2，左拐道不存在跃迁时刻T_A、T_B、T_C。计算饱和车流密度：k_j＝n_L/L_a＝20/80＝0.25，队列消散速度和 $v_m=L_a/(T_{G,L}^0-T_C)=80/(44-30)=5.71m/s,$ 由于vm＜v，有富余绿灯时间，排队长度Q_S＝L_a+n_j/k_j＝80+2/0.25＝88m，因此下周期直行绿灯时长T_S＝T_S-g_lay＝30s-3s＝27s，左拐绿灯时长为T_L＝G_min＝15s。

而时刻为次干道的红灯开始时刻，在此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：绿灯开始时刻为10:00:00，绿灯时长T_G为30s，不存在跃迁时刻点T_A，因此下周期的绿灯时长为T_G＝G_min＝15s；

时刻为主干道另一个红灯开始时刻，在此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：直行绿灯开始时刻为10:00:31,不存在跃迁时刻点T_A，左拐红灯开始时刻为10:00:00,左拐跃迁时刻点T_A10:00:47，左拐跃迁时刻T_B10:01:08，左拐跃迁时刻T_C10:01:11，左拐绿灯开始时刻 至T_A时间内通过车辆检测器的当量车辆数n_L＝19，T_B至T_C时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝1。计算左拐车道饱和车流密度：k_j＝n_L/L_a＝19/80＝0.23，队列消散速度 $v=L_a/(T_B-T_{G,L}^1)=80/10=8m/s$ 和 $v_m=L_a/(T_{R,L}^2-T_C)=80/2=40m/s,$ 由于v_m□v没有富余绿灯时间，Q_L＝L_a+n_j/k_j＝80+1/0.23＝84m，因此下周期直行绿灯时长为T_S＝G_min＝15s，左拐绿灯时长为T_L＝T_L+g_lay＝15s+3s＝18s；

时刻为次干道另一个红灯开始时刻，在此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：红灯开始时间为10:00:31,跃迁时刻T_A为10:01:02，绿灯开始时刻为10:01:13,跃迁时刻T_B为10:01:21，跃迁时刻T_C为10:01:25，至T_A时间内通过车辆检测器的当量车辆数n_L＝14，T_B至T_C时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝3。计算车道饱和车流密度：k_j＝n_L/L_b＝14/60＝0.23，队列消散速度 $v=L_b/(T_B-T_G^1)=60/8=7.5m/s$ 和 $v_m=L_b/(T_{R,C}^2-T_C)=60/4=15m/s,$ 由于v_m＞v，没有富余绿灯时间，Q＝L_b+n_j/k_j＝60+3/0.23＝73m，因此下周期绿灯时长为T_G＝T_G+g_lay＝15s+3s＝18s；

时刻为主干道的又一红灯开始时刻，在此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：直行道的跃迁时刻T_A为10:01:20，绿灯开始时刻为10:01:28,跃迁时刻T_B为10:01:38，跃迁时刻T_C为10:01:42，至T_A时间内通过车辆检测器的当量车辆数n_L＝18，T_B至T_C时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝2。计算直行车道饱和车流密度：k_j＝n_L/L_a＝18/80＝0.225，队列消散速度和由于v_m□v，没有富余绿灯时间，因此直行排队长度Q_S＝L_a+n_j/k_j＝80+2/0.225＝88m；左拐道的跃迁时刻T_A为10:01:27,绿灯开始时刻为10:01:43，跃迁时刻T_B为10:01:55，不存在跃迁时刻T_C，至T_B时间内通过车辆检测器的当量车辆数n_L＝20，T_B至时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝4，计算左拐车道饱和车流密度：k_j＝n_L/L_a＝20/80＝0.25，队列消散速度因此左拐排队长度Q_L＞L_a+n_j/k_j＝80+4/0.25＝96m，因此下周期直行绿灯时长T_S＝T_S+g_lay＝15s+3s＝18s，左拐绿灯时长为T_L＝G_main-T_S＝80s-18s＝62s；

时刻为次干道的又一红灯开始时刻，此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：次干道的跃迁时刻T_A为10:01:45，绿灯开始时刻为10:02:01，跃迁时刻T_B为10:02:10，不存在跃迁时刻T_C，至T_B时间内通过车辆检测器的当量车辆数n_L＝14，T_B至时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝11，计算上周期车道饱和车流密度：k_j＝n_L/L_b＝14/60＝0.23，排队长度Q＞L_b+n_j/k_j＝60+11/0.23＝108m，在有效绿灯结束时，车辆检测器后仍有队列，因此下周期的绿灯时长为T_G＝G_minor＝45s；

时刻为主干道的再一个红灯开始时刻，此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：直行道跃迁时刻T_A为10:02:03，绿灯开始时刻为10:02:19，跃迁时刻T_B为10:02:30，不存在跃迁时刻T_C，至T_B时间内通过车辆检测器的当量车辆数n_L＝19，T_B至时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝14，计算上周期直行车道饱和车流密度：k_j＝n_L/L_a＝19/80＝0.2375，排队长度Q_S＞L_a+n_j/k_j＝80+14/0.2375＝139m；左拐道跃迁时刻T_A为10:02:29，绿灯开始时刻为10:02:37，跃迁时刻T_B为10:02:55，不存在跃迁时刻T_C，至T_B内通过检测器的当量车辆数n_L＝20，T_B至内通过车辆检测器的当量车辆数n_j＝27，计算上周期左拐车道饱和车流密度：k_j＝n_L/L_a＝20/80＝0.25排队长队Q_L＞L_a+n_j/k_j＝80+27/0.25＝188m在有效绿灯结束时，两车道的检测器后都仍有队列，因此下周期直行绿灯时长为

$T_S=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_S}{Q_S+Q_L}=80s\×\frac{139m}{139m+180m}=35s,$ 左拐绿灯时长为

$T_L=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_L}{Q_S+Q_L}=80s\×\frac{188m}{139m+188m}=45s;$

时刻为次干道的再一个红灯开始时刻，此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：车道跃迁时刻此刻T_A为10:03:05，绿灯开始时刻为10:03:39，跃迁时刻T_B为10:03:50，跃迁时刻T_C为10:03:58，至T_B时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_L＝14，T_B至T_C时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝8，计算上周期车道饱和车流密度为k_j＝n_L/L_b＝14/60＝0.23，队列长度Q＝L_b+n_j/k_j＝60+8/0.23＝94m，队列消散速度 $v=L_b/(T_B-T_G^3)=60/11=5.45m/s,$ 队列完全消散，又v_m＜v，有富余绿灯时间，则下周期的绿灯时长T_G＝T_G-g_lay＝45s-3s＝42s；

时刻为主干道的一个红灯开始时刻，此刻统计获取上周期的车辆检测器数据和信号灯相位变换数据如：直行道跃迁时刻T_A为10:03:50，绿灯开始时刻为10:04:59，跃迁时刻T_B为10:04:35，跃迁时刻T_C为10:04:40，至T_B时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_L＝20，T_B至T_C通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝2，计算上周期的直行道饱和车流密度k_j＝n_L/L_a＝20/80＝0.25，队列消散速度队列完全消散，又 $v_m=L_a/(T_{G,L}^4-T_C)=80/19=4.21m/s,$ v_m＜v，有富余绿灯时间，排队长度Q_S＝L_a+n_j/k_j＝80+2/0.25＝88m；左拐道的跃迁时刻T_A为10:04:38，绿灯开始时刻为10:04:59，跃迁时刻T_B为10:05:20，不存在跃迁时刻T_C，至T_B时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_L＝21，T_B至时间内通过车辆检测器的当量车辆数为n_j＝20，计算上周期左拐道饱和车流密度k_j＝n_L/L_a＝21/80＝0.26，排队长度Q_L＞L_a+n_j/k_j＝80+20/0.26＝157m，在有效绿灯结束时，检测器后仍有队列，因此下周期的直行绿灯时长T_S＝T_S-g_lay＝36s-3s＝33s，左拐绿灯时长为T_L＝G_main-T_S＝80s-33s＝47s。

表1从10:00:00开始所得到的信号灯的配时状态

时段	信号灯状态	时长(s)
			10:00:00-10:00:30	主干道直行、左拐都红灯，次干道绿灯	30
10:00:31-10:00:57	主干道直行绿灯、左拐红灯，次干道红灯	27
			10:00:58-10:01:12	主干道直行红灯、左拐绿灯，次干道红灯	15
10:01:13-10:01:27	主干道直行、左拐都红灯，次干道绿灯	15
			10:01:28-10:01:42	主干道直行绿灯、左拐红灯，次干道红灯	15
10:01:43-10:02:00	主干道直行红灯、左拐绿灯，次干道红灯	18
			10:02:01-10:02:18	主干道直行、左拐都红灯，次干道绿灯	18
10:02:19-10:02:36	主干道直行绿灯、左拐红灯，次干道红灯	18
			10:02:37:10:03:38	主干道直行红灯、左拐绿灯，次干道红灯	62
10:03:39-10:04:23	主干道直行、左拐都红灯，次干道绿灯	45
			10:04:24-10:04:58	主干道直行绿灯、左拐红灯，次干道红灯	35
10:04:59-10:05:44	主干道直行红灯、左拐绿灯，次干道红灯	45
			10:05:45-10:06:26	主干道直行、左拐都红灯，次干道绿灯	42
10:06:27-10:06:59	主干道直行绿灯、左拐红灯，次干道红灯	33
			10:07:00-10:07:47	主干道直行红灯、左拐绿灯，次干道红灯	47

Claims (1)

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，车辆检测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***，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 $\left\{\begin{array}{c}{T}_L=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_L}{Q_L+Q_S}\\ T_S=G_{\mathrm{main}}\×\frac{Q_S}{Q_L+Q_S}\end{array}\right.$

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，T_G为次干道绿灯时间；

(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。