CN106920403A - 一种基于阵列雷达的单点自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于阵列雷达的单点自适应信号控制方法，主要涉及交叉***通信号自适应控制领域。本发明通过新型阵列雷达检测器能检测进口道内车辆位置、速度的特点，实现单个路***通状态的动态预测和信号优化，方案包括：确定信号基础方案；根据阵列雷达检测交叉口初始排队长度，计算初始绿灯时间；采集各个进口道车辆信息，预测达到停车线的时间，判定车辆通过停车线的状态；计算各个车辆延误和停车次数；确定相位切换决策。本发明采用阵列雷达技术，可以对单个路口各个进口道的实时交通状态进行准确检测，进行自适应控制，提升交叉口道路交通的运行效率和服务水平。

Description

一种基于阵列雷达的单点自适应控制方法

技术领域

本发明涉及单个交叉口的交通信号控制方法，具体涉及利用阵列雷达数据进行单点自适应控制。

背景技术

城市交通问题日益突出，在交叉口尤为明显，在低峰时绿灯利用率不高，高峰时交叉口拥堵严重。目前单点控制有固定方案控制、多时段控制、感应控制和自适应控制，传统的方法一般对上游断面检测器预测停车线上游需求，根据某个交通参数的变化设定阈值来进行优化，存在一定的盲目性。此发明提出一种基于阵列雷达检测器的单点控制，通过对交叉口各进口道的运行状态实时检测来进行自适应控制。

发明内容

本发明要实现的单个交叉口的自适应信号控制，利用阵列雷达检测数据实时检测交叉口运行状态，计算交叉口所有车辆延误和停车次数，进行相位是否切换决策，从而提高交叉口的通行效率。

本发明包括如下步骤：

c1.根据交叉口各相位流量确定交叉口基础方案，包括相序相位结构。

c2.通过阵列雷达检测器，采集各进口道车辆运行信息，检测排队车辆构成，确定优化时的初始绿灯时间。

c3.当前优化相位在初始绿灯结束前，检测各进口道车辆运行状态，预计车辆达到情况，计算车辆延误和停车次数。

c4.假设当前优化相位绿灯切换延长1s，重新计算车辆延误和停车次数，若减小则推迟切换绿灯相位时间，否则切换绿灯相位。

c5.每过时间间隔T＝1s后重复2-4步骤；切换下一绿灯相位时，和上一优化相位方法一样。

步骤c1的过程包括：

c11、调查交叉口基础信息，得到交叉口各进口道的渠化、交通流信息。

c12、根据渠化和交通流信息确定交叉口相位结构和切换顺序。

步骤c2的过程包括：

c21、阵列雷达检测红灯结束时刻的排队车辆构成。

c22、计算排队消散时间：

式中t_r为排队消散时间，为进口道i停车线上游属于类型j车辆的车辆数，Hdw_j为类型j车辆饱和消散车头时距。

c23、确定初始绿灯时间g₀:

g₀＝max[t_r,g_min]

式中，g₀为初始绿灯时间，g_min为保证行人和机动车安全的最小绿灯时间。

步骤c3的过程包括：

c31、优化相位渠化段内车辆延误和停车次数计算

对于交叉口优化相位的单个车辆，到停车线时可能遇到以下情形为当前相位为绿灯，下一相位为红灯。

车辆预计到达停车线的行驶时间t_i：

当t_i≤g_s，车辆i将不停车通过交叉口，其延误和停车次数均为0。

当T≥t_i≥g_s，车辆i到达停车线时为红灯需进入排队，则在预测时间窗内停车次数为1次，考虑车辆加入排队时排队车辆构成。

l＝∑s_jN_j

式中，N_j为在车辆i前加入排队的第j类型车辆数，s_j为第j类型车辆停车时车头间距，l为车辆i加入排队时的排队长队。

则延误为：

其中d_a为减速延误，取2-4s。

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会到达停车线，暂不考虑。

c32、非优化相位渠化段内车辆延误和停车次数计算

车辆状态可分为行驶状态和排队状态两种：

排队车辆停车次数均为1，延误计算如下：

行驶车辆停车次数和延误计算如下：

此时停车线上游存在排队，排队长度为l_t，车辆i预计到达进口道排队队尾的行驶时间t_i为

式中，N_j为在车辆i前加入排队的第j类型车辆数，包括已经处于排队状态的车辆。

当下一个相位该进口道转化为绿灯时，车辆i前方车辆预计消散时间为：

情形1：当前相位为红灯，下一相位为绿灯，即为下一个优化相位。此时，假设当前相位延长单位绿灯延长时间，则改相位的红灯剩余时间为g_s。

当t_i≤g_s+t_L<T，车辆i在时间窗T内加入排队，并在下一相位绿灯时间内通过，此时在T内停车次数为1，延误为：

d_i＝t_L+g_s-t_i+d_a

当T>t_i>g_s+t_L，车辆i将在下一相位绿灯时间不停车通过交叉口，其延误和停车次数都为0。

当t_i<T且g_s+t_L≥T，车辆i在本时间窗内加入排队，直到本时间窗结束。此时在时间窗T内排队次数为1次，延误为：

d_i＝T-t_i+d_a

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会到加入排队或到达停车线，暂不考虑。

情形2：当前相位为红灯，下一相位仍为红灯；

当t_i<T，，车辆i到达排队队尾后一直排队到本时间窗结束，在本时间窗内停车次数为1，延误为：

d_i＝T-t_i+d_a

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会加入排队，暂不考虑。

c33、渠化段外的车辆延误和停车次数计算

预计车辆i到达停车线时在不同相位下的延误和停车次数，计算方法和上述相同。判断车辆所在车道，根据历史数据计算车辆在车道k属于相位j的概率的车辆i的延误和停车次数计算如下：

d_ij,S_ij：车辆i属于相位j时的延误和停车次数。

c34、实际工程中，绿灯延长时间一秒级为单位，决策间隔也以秒为单位，计算延长当前相位绿灯时间和切换的PI值的大小比较。

其中PI为交叉口关于延误与停车次数的指标，α与β为延误和停车次数的加权次数，N为交叉口相位数，j表示相位，i表示车辆。

本发明的有益效果：本发明基于阵列雷达检测器对单个交叉口各进口道的交通状态进行实时检测，根据交叉口停车线上游实际交通需求实施单点自适应控制，提高交叉口通行效率。

附图说明

图1为基于阵列雷达单点自适应控制流程图；

图2为优化相位车辆到达停车线可能遇到的情况示意图；

图3为非优化相位车辆达到停车线可能遇到情况示意图1；

图4为非优化相位车辆达到停车线可能遇到情况示意图2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细阐述，如图1所示，本发明的具体步骤如下：

c1、确定交叉口相位相许

根据交叉口的渠化和交通流状态，确定交叉口的相位结构和放行顺序，有左转专用道的及左转车流量较大时设左转相位。

c2、确定初始绿灯时间

阵列雷达可以在红灯结束时刻根据车辆的位置和速度，推算排队车辆构成，考虑不同车道的排队长队可能不同，取最大值。

c3计算车辆延误和停车次数

c31、优化相位渠化段内车辆延误和停车次数计算

对于交叉口优化相位的单个车辆，到停车线时可能遇到以下情形为当前相位为绿灯，下一相位为红灯，见图2。

车辆预计到达停车线的行驶时间t_i为

当t_i≤g_s，车辆i将不停车通过交叉口，其延误和停车次数均为0；

当T≥t_i≥g_s，车辆i到达停车线时为红灯需进入排队，则在预测时间窗内停车次数为1次，考虑车辆加入排队时排队车辆构成。

l＝∑s_jN_j

式中，N_j为在车辆i前加入排队的第j类型车辆数，s_j为第j类型车辆停车时车头间距，l为车辆i加入排队时的排队长队。

则延误为：

其中d_a为减速延误，取2-4s。

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会到达停车线，暂不考虑。

c32、非优化相位渠化段内车辆延误和停车次数计算

车辆状态可分为行驶状态和排队状态两种：

排队车辆停车次数均为1，延误计算如下：

行驶车辆停车次数和延误计算如下：

此时停车线上游存在排队，排队长度为l_t，车辆i预计到达进口道排队队尾的行驶时间t_i为

式中，N_j为在车辆i前加入排队的第j类型车辆数，包括已经处于排队状态的车辆。

当下一个相位该进口道转化为绿灯时，车辆i前方车辆预计消散时间为

情形1，见图3：当前相位为红灯，下一相位为绿灯，即为下一个优化相位。此时，假设当前相位延长单位绿灯延长时间，则改相位的红灯剩余时间为g_s

当t_i≤g_s+t_L<T，车辆i在时间窗T内加入排队，并在下一相位绿灯时间内通过，此时在T内停车次数为1，延误为

d_i＝t_L+g_s-t_i+d_a

当T>t_i>g_s+t_L，车辆i将在下一相位绿灯时间不停车通过交叉口，其延误和停车次数都为0。

当t_i<T且g_s+t_L≥T，车辆i在本时间窗内加入排队，直到本时间窗结束。此时在时间窗T内排队次数为1次，延误为

d_i＝T-t_i+d_a

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会到加入排队或到达停车线，暂不考虑。

情形2，见图4：当前相位为红灯，下一相位仍为红灯；

当t_i<T，车辆i到达排队队尾后一直排队到本时间窗结束，在本时间窗内停车次数为1，延误为

d_i＝T-t_i+d_a

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会加入排队，暂不考虑。

c33、渠化段外的车辆延误和停车次数计算

预计车辆i到达停车线时在不同相位下的延误和停车次数，计算方法和上述相同。判断车辆所在车道，根据历史数据计算车辆在车道k属于相位j的概率的车辆i的延误和停车次数计算如下：

c34、实际工程中，绿灯延长时间一秒级为单位，决策间隔也以秒为单位，计算延长当前相位绿灯时间和切换的PI值的大小比较。

c4当前优化相位延长后在时间间隔1s后决策还需延长时，需和最大绿灯时间进行比较，若超过最大绿灯时间则直接切换绿灯相位。

c5，后续相位优化方法和当前相位优化方法相同，到达初始绿灯时间后计算交叉口若延长绿灯时间，反之切换绿灯相位。

Claims (1)

1.一种基于阵列雷达的单点自适应控制方法，包括在各进口道安装阵列雷达检测器，每个交叉口安装信号机和信号灯，各设备间信号依次连接；其特征在于：该方法是基于面检测交叉口车辆运行状态，具体是：

步骤c1.确定交叉口基础方案，包括相序相位结构；

步骤c2.通过阵列雷达检测器，采集各进口道车辆信息，检测排队车辆构成，确定优化时的初始绿灯时间；

步骤c3.当前优化相位在初始绿灯结束前，检测各进口道车辆运行状态，预计车辆达到情况，计算车辆延误和停车次数；

步骤c4.假设当前优化相位绿灯切换延长1s，重新计算车辆延误和停车次数，若减小则推迟切换绿灯相位时间，否则切换绿灯相位；

步骤c5.每过时间间隔T＝1s后重复步骤c2-c4；切换下一绿灯相位时，和上一优化相位方式一样；

步骤c1的过程包括：

c11、调查交叉口基础信息，得到交叉口各进口道的渠化、交通流信息；

c12、根据渠化和交通流信息确定交叉口相位结构和切换顺序；

步骤c2的过程包括：

c21、阵列雷达检测红灯结束时刻的排队车辆构成；

c22、计算排队消散时间：

$t_r=max\&lsqb;\underset{j}{\&Sigma;}{N}_j^1*{\mathrm{Hdw}}_j,...,\underset{j}{\&Sigma;}{N}_j^i*{\mathrm{Hdw}}_j\&rsqb;$

式中t_r为排队消散时间，为进口道i停车线上游属于类型j车辆的车辆数，Hdw_j为类型j车辆饱和消散车头时距；

c23、确定初始绿灯时间g₀:

g₀＝max[t_r,g_min]

式中，g₀为初始绿灯时间，g_min为保证行人和机动车安全的最小绿灯时间；

步骤c3的过程包括：

c31、优化相位渠化段内车辆延误和停车次数计算

对于交叉口优化相位的单个车辆，到停车线时可能遇到以下情形为当前相位为绿灯，下一相位为红灯；

车辆预计到达停车线的行驶时间t_i为

$t_i=\frac{y_i}{v_i}$

当t_i≤g_s，车辆i将不停车通过交叉口，其延误和停车次数均为0；

当T≥t_i≥g_s，车辆i到达停车线时为红灯需进入排队，则在预测时间窗内停车次数为1次，考虑车辆加入排队时排队车辆构成；

l＝∑s_jN_j

式中，N_j为在车辆i前加入排队的第j类型车辆数，s_j为第j类型车辆停车时车头间距，l为车辆i加入排队时的排队长队；

则延误为：

$d_i=T-\frac{y_i-l}{v_i}+d_a$

其中d_a为减速延误；

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会到达停车线，暂不考虑；

c32、非优化相位渠化段内车辆延误和停车次数计算

车辆状态可分为行驶状态和排队状态两种：

排队车辆停车次数均为1，延误计算如下：

行驶车辆停车次数和延误计算如下：

此时停车线上游存在排队，排队长度为l_t，车辆i预计到达进口道排队队尾的行驶时间t_i为

$t_i=\frac{y_i-l}{v_i},l={\mathrm{\&Sigma;s}}_j{N}_j$

式中，N_j为在车辆i前加入排队的第j类型车辆数，包括已经处于排队状态的车辆；

当下一个相位该进口道转化为绿灯时，车辆i前方车辆预计消散时间为

$t_L=\underset{j}{\&Sigma;}{N}_j*{\mathrm{Hdw}}_j$

情形1：当前相位为红灯，下一相位为绿灯，即为下一个优化相位；此时，假设当前相位延长单位绿灯延长时间，则改相位的红灯剩余时间为g_s；

当t_i≤g_s+t_L<T，车辆i在时间窗T内加入排队，并在下一相位绿灯时间内通过，此时在T内停车次数为1，延误为

d_i＝t_L+g_s-t_i+d_a

当T>t_i>g_s+t_L，车辆i将在下一相位绿灯时间不停车通过交叉口，其延误和停车次数都为0；

当t_i<T且g_s+t_L≥T，车辆i在本时间窗内加入排队，直到本时间窗结束；此时在时间窗T内排队次数为1次，延误为

d_i＝T-t_i+d_a

当t_i≥T，车辆i在本时间窗内不会到加入排队或到达停车线，暂不考虑；

情形2：当前相位为红灯，下一相位仍为红灯；

当t_i<T时，车辆i到达排队队尾后一直排队到本时间窗结束，在本时间窗内停车次数为1，延误为

d_i＝T-t_i+d_a

当t_i≥T，时，车辆i在本时间窗内不会加入排队，暂不考虑；

c33、渠化段外的车辆延误和停车次数计算

预计车辆i到达停车线时在不同相位下的延误和停车次数，计算方式和上述相同；判断车辆所在车道，根据历史数据计算车辆在车道k属于相位j的概率的车辆i的延误和停车次数计算如下：

$d_i={\mathrm{\&Sigma;p}}_k^j*d_{ij},S_i={\mathrm{\&Sigma;p}}_k^j*S_{ij}$

式中，d_ij,S_ij为车辆i属于相位j时的延误和停车次数

c34、实际工程中，绿灯延长时间一秒级为单位，决策间隔也以秒为单位，计算延长当前相位绿灯时间和切换的PI值的大小比较；

$PI{|}_{g_s=0}=\underset{j=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}({\mathrm{\&alpha;}}_j\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{d}_i+{\mathrm{\&beta;}}_j\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{S}_i)$

$PI{|}_{g_s=1}=\underset{j=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}({\mathrm{\&alpha;}}_j\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{d}_i+{\mathrm{\&beta;}}_j\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{S}_i)$

其中PI为交叉口关于延误与停车次数的指标，α与β为延误和停车次数的加权次数，N为交叉口相位数，j表示相位，i表示车辆。