CN106683449A - 车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法 - Google Patents

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张珊
周斌
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Abstract

本发明提供一种车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，实时获取检测区域内车辆运行状态信息；黄灯时间分析：当前相位剩余绿灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的黄灯时间进行分析和优化；绿灯时间结束后，当前相位进入黄灯时间；全红时间分析：当前相位剩余黄灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的全红时间进行分析和优化；黄灯时间结束后，当前相位进入红灯时间。本方法在车路协同环境下获得每台车辆的实时位置和速度信息，动态优化绿灯间隔时间，在保障安全情况下，使车辆减少停车延误，从而提高道路的通行效率并减少环境污染。

Description

车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法
技术领域
本发明属于智能交通安全控制领域，具体涉及一种车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法。
背景技术
对于信号控制交叉口一个相位的机动车而言，信号灯色的变化遵循绿灯—黄灯—红灯—绿灯的顺序依次更迭，循环运转。绿灯间隔时间是指相互冲突的两股交通流从失去通行权的上一股交通流绿灯结束时刻到得到通行权的下一股交通流的绿灯开始时刻之间的时间间隔，设置绿灯间隔时间的作用是避免下一相位绿灯头车与上一相位末通过交叉口的尾车在交叉口范围内交通冲突点处相撞。它由两相邻相位间的黄灯时间与全红时间之和组成，即
T＝A+AR
式中T为绿灯间隔时间，A为黄灯时间，AR为全红时间。传统的绿灯间隔时间是黄灯时间和全红时间的总和，为了保障交通安全，按照固定车流量来计算确定的，存在一定的时间浪费，在一定程度上降低了通行效率。
针对上述问题，国内外研究人员提出了车路协同环境下的交通控制***来进行信号公知，在提高交叉口通行效率、降低交叉***通事故方面取得了一定的效果，但也存在一些不足。现的方法虽然加强了驾驶员和交通信号机之间的联系，但是忽略了可能发生的交通冲突对交通安全和通行效率的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，使车辆减少停车延误，以提高道路的通行效率并减少环境污染。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、实时获取检测区域内车辆运行状态信息；其中检测区域包括从位于进口车道的检测起止线开始到通过路口的区域；
S2、黄灯时间分析：当前相位剩余绿灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的黄灯时间进行分析和优化；绿灯时间结束后，当前相位进入黄灯时间；
S3、全红时间分析：当前相位剩余黄灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的全红时间进行分析和优化；黄灯时间结束后，当前相位进入红灯时间；全红时间指当前相位黄灯结束至下一相位绿灯开始的时间间隔；
S4、红灯时间结束，进入绿灯时间；
S5、当前相位结束，下一相位循环S1至S4；
所述S2中对黄灯时间进行分析和优化的具体方法为：
2.1、判断在检测区域内有无车辆在***默认黄灯时间内有车辆既不能在停止线内安全停下，也不能在黄灯结束前通过停止线，若没有，则按***默认黄灯时间设置黄灯时间；
2.2、当在***默认黄灯时间内有车辆既不能在停止线内安全停下，也不能在黄灯结束前通过停止线时，称这些车辆为两难车辆，对两难车辆按以下公式计算所需黄灯时间：
A为车辆所需的黄灯时间，单位s；t0为驾驶员看到黄灯所需的反应时间，为预设值，单位s；v为车辆的实时车速，采集得到，单位m/s；a为车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；g为坡度，为预设常数；
计算所有两难车辆所需黄灯时间进行向上取整得到约束时间，然后选取小于预设的最大黄灯时间Amax的最大约束时间，作为优化后的黄灯时间；
所述S3中对全红时间进行分析和优化的具体方法为：
设当前相位车辆行驶路线与下一相位绿灯车辆行驶路线的交点为冲突点；设当前相位黄灯熄灭前最后一刻有一车辆通过停止线，设该车辆为当前冲突车辆；
分别计算当前冲突车辆行驶至冲突点的时间ta，和下一相位绿灯第一辆车辆行驶至冲突点的时间tb，单位均为s；那么全红时间为ta-tb后向上取整。
按上述方法，所述的2.1按以下方法具体判断：当位于检测区域内的所有车辆均满足下述不等式时，按***默认黄灯时间设置黄灯时间；
Sn为车辆距离停止线的距离，单位m；Ln为车身长度，为预设值，单位m；t0为驾驶员看到黄灯所需的反应时间，为预设值，单位s；vn为车辆的实时车速，采集得到，单位m/s；an为车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；A为默认黄灯时间，为预设值，单位s；
不满足上述不等式的车辆均为两难车辆。
按上述方法，所述的当前冲突车辆行驶至冲突点的时间ta的计算方法具体为：ta＝(Sa+La)/va；Sa为当前冲突车辆所通过的停止线到冲突点的路程，单位m；La为车身长度，为预设值，单位m；va为当前冲突车辆的车速，采集得到，单位m/s。
按上述方法，所述的下一相位绿灯第一辆车辆行驶至冲突点的时间tb的计算方法具体为：
若下一相位绿灯第一辆车辆停在停止线处，由静止起步加速通过交叉口，则其中Sb为下一相位绿灯第一辆车辆所在停止线到冲突点之间的路程，单位m；ab为下一相位绿灯第一辆车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；
若下一相位绿灯第一辆车辆保持一定速度通过停止线，驶向冲突点，则tb＝Sb/vb；其中Sb为下一相位绿灯第一辆车辆所在停止线到冲突点之间的路程，单位m；vb为下一相位绿灯第一辆车辆的速度，采集得到，单位m/s。
按上述方法，所述的S3中，若冲突点为大于1个，则计算每个冲突点对应的全红时间，取最大值。
按上述方法，所述的S3中，预设默认全红时间和最大全红时间，当计算出的全红时间小于默认全红时间，则设定全红时间为默认全红时间；当计算出的全红时间大于最大全红时间，则设定全红时间为最大全红时间。
按上述方法，所述的检测起止线与所在进口道的停止线之间的距离为150m。
用于实现所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法的信号辅助***，其特征在于：它包括设置在车辆内的智能车载设备、位于路侧的路侧信号机、以及交通信号灯；位于检测区域内的智能车载设备用于将采集到的本车车辆状态信息发送给路侧信号机；路侧信号机用于根据采集到的检测区域内所有车辆的车辆状态信息计算相位的黄灯时间和全红时间，并发送给交通信号灯予以显示。
本发明的有益效果为：本方法在车路协同环境下获得每台车辆的实时位置和速度信息，动态优化绿灯间隔时间，在保障安全情况下，使车辆减少停车延误，从而提高道路的通行效率并减少环境污染，在提高交叉口通行效率、降低交叉***通事故方面可以取得良好的效果。
附图说明
图1为交通控制***设置图。
图2为全红时间交通冲突预测示意图。
图3为本发明一实施例的方法流程图。
图中：1-路侧信号机，2-检测区域，3-停止线，4-检测起止线，5-交通信号灯，6-冲突点，7-当前冲突车辆，8-下一相位绿灯第一辆车辆。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，如图3所示，它包括以下步骤：
S1、实时获取检测区域内车辆运行状态信息；其中检测区域包括从位于进口车道的检测起止线开始到通过路口的区域；
S2、黄灯时间分析：当前相位剩余绿灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的黄灯时间进行分析和优化；绿灯时间结束后，当前相位进入黄灯时间；
S3、全红时间分析：当前相位剩余黄灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的全红时间进行分析和优化；黄灯时间结束后，当前相位进入红灯时间；全红时间指当前相位黄灯结束至下一相位绿灯开始的时间间隔；
S4、红灯时间结束，进入绿灯时间；
S5、当前相位结束，下一相位循环S1至S4。
所述S2中对黄灯时间进行分析和优化的具体方法为：
2.1、判断在检测区域2内有无车辆在***默认黄灯时间内有车辆既不能在停止线3内安全停下，也不能在黄灯结束前通过停止线3，若没有，则按***默认黄灯时间设置黄灯时间。按以下方法具体判断：当位于检测区域2内的所有车辆均满足下述不等式时，按***默认黄灯时间设置黄灯时间；
Sn为车辆距离停止线3的距离，单位m；Ln为车身长度，为预设值，单位m，通常取6m；t0为驾驶员看到黄灯所需的反应时间，为预设值，单位s，通常为1s；vn为车辆的实时车速，采集得到，单位m/s；an为车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；A为默认黄灯时间，为预设值，单位s，通常为2s；
不满足上述不等式的车辆均为两难车辆。
2.2、当在***默认黄灯时间内有车辆既不能在停止线内安全停下，也不能在黄灯结束前通过停止线3时，称这些车辆为两难车辆，对两难车辆按以下公式计算所需黄灯时间：
A为车辆所需的黄灯时间，单位s；t0为驾驶员看到黄灯所需的反应时间，为预设值，单位s，通常取1s；v为车辆的实时车速，采集得到，单位m/s；a为车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；g为坡度，为预设常数，用小数表示；
计算所有两难车辆所需黄灯时间进行向上取整得到约束时间，然后选取小于预设的最大黄灯时间Amax的最大约束时间，作为优化后的黄灯时间。
为了保证安全，实际应用中Amax通常取第85百分位车速v85对应的黄灯时间，即
由于在黄灯期间，还有一部分车辆接着绿灯信号继续通过停止线，为了防止该车辆与下一相位绿灯第一辆车辆发生碰撞，必须设置一定的全红时间，全红时间指本相位黄灯末至下一相位绿灯初的时间间隔。所述S3中对全红时间进行分析和优化的具体方法为：
如图2所示，设当前相位车辆行驶路线与下一相位绿灯车辆行驶路线的交点为冲突点6；设当前相位黄灯熄灭前最后一刻有一车辆通过停止线3，设该车辆为当前冲突车辆7；
分别计算当前冲突车辆7行驶至冲突点的时间ta，和下一相位绿灯第一辆车辆8行驶至冲突点的时间tb，单位均为s；那么全红时间为ta-tb后向上取整。
所述的当前冲突车辆7行驶至冲突点的时间ta的计算方法具体为：ta＝(Sa+La)/va；Sa为当前冲突车辆7所通过的停止线3到冲突点的路程，单位m；La为车身长度，为预设值，单位m；va为当前冲突车辆7的车速，采集得到，单位m/s。
所述的下一相位绿灯第一辆车辆8行驶至冲突点6的时间tb的计算方法具体为：
若下一相位绿灯第一辆车辆8停在停止线3处，由静止起步加速通过交叉口，则其中Sb为下一相位绿灯第一辆车辆8所在停止线3到冲突点6之间的路程，单位m；ab为下一相位绿灯第一辆车辆8的实时加速度，采集得到，单位m/s2；
若下一相位绿灯第一辆车辆8保持一定速度通过停止线3，驶向冲突点6，则tb＝Sb/vb；其中Sb为下一相位绿灯第一辆车辆8所在停止线3到冲突点6之间的路程，单位m；vb为下一相位绿灯第一辆车辆8的速度，采集得到，单位m/s。
由于交叉口可能存在多个进口道，所以当车辆通过交叉口时，可能会与不同的车辆发生多个冲突，车辆需要在下一相位绿灯第一辆车辆前通过所有冲突点6。所述的S3中，若冲突点6为大于1个，则计算每个冲突点6对应的全红时间，取最大值。
所述的S3中，预设默认全红时间和最大全红时间，当计算出的全红时间小于默认全红时间，则设定全红时间为默认全红时间，本实施例中默认全红时间取0s；当计算出的全红时间大于最大全红时间，则设定全红时间为最大全红时间，最大全红时间是为了避免因***故障或计算原因导致的过大的全红时间而设置，本实施例中取10s。
本实施例中，所述的检测起止线4与所在进口道的停止线3之间的距离为150m。
用于实现所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法的信号辅助***，如图1所示，它包括设置在车辆内的智能车载设备、位于路侧的路侧信号机1、以及交通信号灯5；位于检测区域2内的智能车载设备用于将采集到的本车车辆状态信息发送给路侧信号机1；路侧信号机1用于根据采集到的检测区域2内所有车辆的车辆状态信息计算相位的黄灯时间和全红时间，并发送给交通信号灯5予以显示。
本实施例中，智能车载设备包括：信息采集模块，用于通过GPS(全球定位***)技术采集并处理得到本车车辆实时的车辆状态信息，车辆状态信息包括车辆位置信息、车辆所在车道信息、车辆速度、加速度信息；车载无线通信模块，采DSRC技术(专用短程通信技术)，将采集到的信息发送给路侧信号机。
路侧信号机包括：信息通信模块，利用DSRC通信方式接收道路上的交通流信息；智能分析模块，根据检测区域中车辆实时的车辆状态信息以及车身长度信息，计算出实时的绿灯间隔配时方案，包括当前优化黄灯时间以及全红时间，并动态调整交通信号灯配时方案。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、实时获取检测区域内车辆运行状态信息；其中检测区域包括从位于进口车道的检测起止线开始到通过路口的区域；
S2、黄灯时间分析：当前相位剩余绿灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的黄灯时间进行分析和优化；绿灯时间结束后，当前相位进入黄灯时间；
S3、全红时间分析：当前相位剩余黄灯时间小于1s时，根据检测区域内的车辆运行状态信息，对接下来的全红时间进行分析和优化；黄灯时间结束后，当前相位进入红灯时间；全红时间指当前相位黄灯结束至下一相位绿灯开始的时间间隔；
S4、红灯时间结束，进入绿灯时间；
S5、当前相位结束，下一相位循环S1至S4；
所述S2中对黄灯时间进行分析和优化的具体方法为：
2.1、判断在检测区域内有无车辆在***默认黄灯时间内有车辆既不能在停止线内安全停下，也不能在黄灯结束前通过停止线，若没有，则按***默认黄灯时间设置黄灯时间；
2.2、当在***默认黄灯时间内有车辆既不能在停止线内安全停下，也不能在黄灯结束前通过停止线时，称这些车辆为两难车辆，对两难车辆按以下公式计算所需黄灯时间：
A = t 0 + v 2 a + 19.6 g
A为车辆所需的黄灯时间，单位s；t0为驾驶员看到黄灯所需的反应时间，为预设值，单位s；v为车辆的实时车速，采集得到，单位m/s；a为车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；g为坡度，为预设常数；
计算所有两难车辆所需黄灯时间进行向上取整得到约束时间，然后选取小于预设的最大黄灯时间Amax的最大约束时间，作为优化后的黄灯时间；
所述S3中对全红时间进行分析和优化的具体方法为：
设当前相位车辆行驶路线与下一相位绿灯车辆行驶路线的交点为冲突点；设当前相位黄灯熄灭前最后一刻有一车辆通过停止线，设该车辆为当前冲突车辆；
分别计算当前冲突车辆行驶至冲突点的时间ta，和下一相位绿灯第一辆车辆行驶至冲突点的时间tb，单位均为s；那么全红时间为ta-tb后向上取整。
2.根据权利要求1所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：所述的2.1按以下方法具体判断：当位于检测区域内的所有车辆均满足下述不等式时，按***默认黄灯时间设置黄灯时间；
S n > v n t 0 + v n 2 2 a n S n + L n < v n A 0 + 1 2 a n ( A 0 - t 0 ) 2
Sn为车辆距离停止线的距离，单位m；Ln为车身长度，为预设值，单位m；t0为驾驶员看到黄灯所需的反应时间，为预设值，单位s；vn为车辆的实时车速，采集得到，单位m/s；an为车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；A为默认黄灯时间，为预设值，单位s；
不满足上述不等式的车辆均为两难车辆。
3.根据权利要求1所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：所述的当前冲突车辆行驶至冲突点的时间ta的计算方法具体为：ta＝(Sa+La)/va；Sa为当前冲突车辆所通过的停止线到冲突点的路程，单位m；La为车身长度，为预设值，单位m；va为当前冲突车辆的车速，采集得到，单位m/s。
4.根据权利要求1所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：所述的下一相位绿灯第一辆车辆行驶至冲突点的时间tb的计算方法具体为：
若下一相位绿灯第一辆车辆停在停止线处，由静止起步加速通过交叉口，则其中Sb为下一相位绿灯第一辆车辆所在停止线到冲突点之间的路程，单位m；ab为下一相位绿灯第一辆车辆的实时加速度，采集得到，单位m/s2；
若下一相位绿灯第一辆车辆保持一定速度通过停止线，驶向冲突点，则tb＝Sb/vb；其中Sb为下一相位绿灯第一辆车辆所在停止线到冲突点之间的路程，单位m；vb为下一相位绿灯第一辆车辆的速度，采集得到，单位m/s。
5.根据权利要求1或4所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：所述的S3中，若冲突点为大于1个，则计算每个冲突点对应的全红时间，取最大值。
6.根据权利要求1或4所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：所述的S3中，预设默认全红时间和最大全红时间，当计算出的全红时间小于默认全红时间，则设定全红时间为默认全红时间；当计算出的全红时间大于最大全红时间，则设定全红时间为最大全红时间。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法，其特征在于：所述的检测起止线与所在进口道的停止线之间的距离为150m。
8.用于实现权利要求1所述的车路协同环境下交通控制***绿灯间隔时间动态调整方法的信号辅助***，其特征在于：它包括设置在车辆内的智能车载设备、位于路侧的路侧信号机、以及交通信号灯；位于检测区域内的智能车载设备用于将采集到的本车车辆状态信息发送给路侧信号机；路侧信号机用于根据采集到的检测区域内所有车辆的车辆状态信息计算相位的黄灯时间和全红时间，并发送给交通信号灯予以显示。
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