CN108898855B - 路口信号相位方案绿灯时长配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种路口信号相位方案绿灯时长配置方法，基于车道的交通流数据及饱和车头时距，整合计算得到路口各通行方向的最低绿时需求，并基于信号相位方案求解出相位阶段最低绿时需求的最优解；该方法，针对信号方案各相位阶段绿灯时长配置问题，基于路口检测器设备获取的交通流数据和饱和车头时距信息对各单位时间段内进口道各车道周期最低绿时需求进行计算，并根据渠化和灯组信息确定各通行方向的最低绿时需求，进一步依据时间段内对应的信号相位方案对各信号相位阶段的最短绿灯时长求解，从而配置出固定式信号相位方案，并为感应式信号相位方案的配置提供支撑依据，有效提高信号方案的配置效率，缓解路***通拥堵状况。

Description

路口信号相位方案绿灯时长配置方法

技术领域

本发明涉及一种路口信号相位方案绿灯时长配置方法。

背景技术

交通信号控制通过交通信号灯来达到对交通流进行时间分离和控制的目的，一般需要对信号相位和配时进行设计。传统的信号相位方案基于交叉口各进口道到达交通的流向和流量确定定时信号相位方案，但随着城市交通的快速发展，一天内交通量不断变化，定时配时的方案导致停车次数和延误不断增加，于是分时段交通信号方案以及交通感应控制应用而生。

现阶段交通信号相位方案的配置基于交通流数据配置5-6套定时或感应式信号方案并根据需求进行调度，其中的信号方案中绿灯时长均是由有经验的人员根据交通流量比例和车辆延误数据配置。而随着城市道路交通的发展，交叉口路况复杂，传统根据交通流量确定多套信号配时方案的做法灵活性差，无法适应于现阶段的信号控制管理，急需根据交叉***通需求对信号方案中绿灯时间进行优化调整配置，同时随着停车断面检测器、电子警察等前段检测设备的逐渐普及，大量交通流数据、车头时距等过车数据均可以为信号方案配置提供数据支撑。

目前针对交通信号方案配置已有部分算法研究，如专利CN 201710148697.0 提出通过停车线断面的过车时刻数据计算交叉口运行的信号方案，具体包括信号周期时长、有效绿灯时长等；专利CN 201510606687.8提出一种异质交通状态的交叉口信号优化控制方法，根据各进口道的交通特征以及各相位饱和度原则优化信号参数，实现交叉口通行能力最大化利用。在对信号相位方案中绿灯时长的研究中，已有专利CN 201711082059.X提出一种基于时变论域的十字路***通信号灯的智能控制方法，根据绿灯方向相位上最大排队长度动态调整红绿灯周期长度和绿灯时长；专利CN 201310143437.6提出一种交通信号配时方法，使用分段式信号配时与相位选择，并利用线性规划优化绿灯时间；专利CN201611023279.0 提出一种基于通行需求平衡的交叉口相位时间分配方法，根据各车道的绿时需求对相位最短绿灯时间进行分配。

综上所述，可以看出目前针对交通信号方案以及周期内信号相位绿灯时长已有较多的研究，但是现有的研究大多针对现阶段实时交通流量对下一周期绿灯时长进行优化调整，而基于历史交通流数据和饱和车头时距数据对固定周期最短绿灯时长的配置研究较少，专利CN 201611023279.0虽根据绿时需求分配相位时长，但分配方式仅根据交通需求比例，未能将需求精细化车道。

发明内容

本发明针对日趋复杂的交通路况，基于交通流数据和已知的交通信号方案，将信号配时精细化到车道，实现精细化的阶段绿灯时长配置，提高了交通信号方案各阶段绿灯时长配置效率。

本发明的技术解决方案是：

一种路口信号相位方案绿灯时长配置方法，基于各车道的交通流数据及饱和车头时距，整合计算得到路口各通行方向的最低绿时需求，并基于信号相位方案求解出相位阶段最低绿时需求的最优解；包括以下步骤，

S1、路口基础信息采集，对路口渠化信息、灯组信息、检测器信息以及路口可设常用通行相位进行采集，确定路***通信号控制车道信息；

S2、信号相位方案提取，获取单位时间段内检测器采集数据，提取对应的信号相位方案；

S3、计算各车道单位时间内周期最低绿时需求，基于步骤S2获取的检测器采集数据以及提取的信号相位方案，对每个车道信号周期内最低绿时需求进行计算：

式中，T_j为各车道的周期最低绿时需求，j为车道编号；Q为单位时间段内车道的交通流量；

为单位时间段内车道的平均饱和车头时距；T为单位时间段； C为配置的周期时长；S为车道饱和度，即车辆按饱和流状态通行时对最低绿时需求进行求解；

S4、确定各通行方向单位时间内周期最低绿时需求，根据路口灯组信息以及可设置的常用信号相位确定各进口道的通行方向，并根据各方向归纳计算出周期内最低绿时需求T_j′；

S5、确定信号相位各阶段最短绿灯时长，基于步骤S2确定的信号配时方案确定本信号方案周期内各通行阶段的最低绿灯时长，从而根据交通管理需求确定出各阶段最短绿灯时长。

进一步地，步骤S1具体为，

S11、采集路口渠化信息，包括路口的路口形状、待转区、人行横道、分隔带、车道数、车道宽度，并按进口道及车道数目进行编号，确定车道编号为j；

S12、根据路口渠化信息对灯组信息进行采集，同时列出路口可设置的常用放行相位i；

S13、绑定路口各进口道检测器并确定其检测车道区域，并接入路口进口道各车道上交通流量和饱和车头时距数据。

进一步地，步骤S2具体为，

S21、获取调度计划中配置的初始信号相位方案，包括方案开始时间、结束时间、信号周期时长C和信号相位方案相序，确定各通行相位阶段的绿灯时长为T_i；

S22、确定单位时间段，获取单位时间段内历史交通流量和平均饱和车头时距，并提取出单位时间段内对应的初始信号相位方案。

进一步地，步骤S4中，对于多条同方向车道，取车道最大绿时需求数值为该方向的周期最低绿时需求；对于混合车道根据混合车道的混合方向、路口特征以及进口道车流数据对车流量进行拆分。

进一步地，对于混合车道，具体为，提取混合车道过车数据中的号牌信息，将混合车道的过车数据与下游进口道号牌数据比对确定混合车道的车辆流向，即确定混合车道车流比例。

进一步地，步骤S5中，根据交通管理需求确定出各阶段最短绿灯时长：

式中，c为各信号阶段的绿时总和时长；C为设定的信号相位方案周期时长； T_i为各通行相位阶段的绿灯时长；T_j′为进口道各通行方向周期最低绿时需求。

进一步地，步骤S5中，若信号相位阶段为多个通行方向，则信号相位阶段的最低绿时需求T_i应大于等于多个通向方向的最大最低绿时需求

，若通行方向对应多个信号相位阶段，则多个信号相位阶段最低绿时需求之和∑T_i应大于等于多个信号相位共同通行方向的最低绿时需求T_j′。

本发明的有益效果是：该种路口信号相位方案绿灯时长配置方法，针对信号方案各相位阶段绿灯时长配置问题，基于路口检测器设备获取的交通流数据和饱和车头时距信息对各单位时间段内进口道各车道周期最低绿时需求进行计算，并根据渠化和灯组信息确定各通行方向的最低绿时需求，进一步依据时间段内对应的信号相位方案对各信号相位阶段的最短绿灯时长求解，从而配置出固定式信号相位方案，并为感应式信号相位方案的配置提供支撑依据，同时可基于前一日的交通流数据对当日信号方案进行调整，有效提高信号方案的配置效率，缓解路***通拥堵状况。

附图说明

图1是本发明实施例路口信号相位方案绿灯时长配置方法的流程示意图。

图2是实施例中十字路口的渠化示意图。

图3是实施例根据车检器得到各车道的交通流量的示意图。

图4是实施例中信号相位方案的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

实施例的一种路口信号相位方案绿灯时长配置方法，通过获取路口渠化、信号灯组、通行相位、检测器设备采集的交通流及饱和车头时距数据，提取单位时间段内配置的信号相位方案，计算出各车道单位时间段内周期最低绿时需求，并根据渠化和灯组信息分配到各通行方向，从而在信号相位阶段的基础上求解出各阶段最低绿时需求，确定各信号阶段的最短绿灯时长，为固定式信号方案配置和感应式信号方案配置提供支撑数据，有效提高信号相位方案配置效率

一种路口信号相位方案绿灯时长配置方法，如图1，基于各车道的交通流数据及饱和车头时距，整合计算得到路口各通行方向的最低绿时需求，并基于信号相位方案求解出相位阶段最低绿时需求的最优解，具体方法如下：

S1：路口基础信息采集，对路口渠化信息、灯组信息、检测器信息以及路口可设常用通行相位进行采集，确定路***通信号控制车道信息。

S11：采集路口渠化信息，包括路口的路口形状、待转区、人行横道、分隔带、车道数、车道宽度等参数，并按进口道及车道数目进行编号，确定车道编号为j。一般情况下，一个十字路口具有东南西北四个进口道，其东进口道具有三个车道，则东进口道三车道分别为11、12及13。

S12：根据路口渠化信息对灯组信息进行采集，同时列出路口可以设置的常用放行相位i。一般情况下，十字路口常见的放行相位包括：南北左转、北向通行、南向通行、南北通行、东西左转、东向通行、西向通行、东西通行、南北直行、东西直行、南北直右、东西直右等；

S13：绑定路口各进口道检测器并确定其检测车道区域，并接入路口进口道各车道上交通流量和饱和车头时距数据。

S2：信号相位方案提取，获取单位时间段内检测器采集数据，提取对应的信号相位方案。

S21.获取调度计划中配置的初始信号相位方案，包括方案开始时间、结束时间、信号周期时长C和信号相位方案相序，确定各通行相位阶段的绿灯时长为T_i。

S22.确定单位时间段，获取单位时间段内历史交通流量和平均饱和车头时距，并提取出单位时间段内对应的初始信号相位方案。

S3：计算各车道单位时间内周期最低绿时需求，基于步骤S2获取的数据以及提取的信号相位方案，对每个车道信号周期内最低绿时需求进行计算，

式中：T_j为各车道的周期最低绿时需求，j为车道编号；Q为单位时间段内车道的交通流量；

为单位时间段内车道的平均饱和车头时距；T为单位时间段，一般以秒s为单位；C为配置的周期时长，一般以秒s为单位；S为车道饱和度，一般情况下为1，即车辆按饱和流状态通行时对最低绿时需求进行求解。

S4：确定各通行方向单位时间内周期最低绿时需求，根据路口灯组信息以及可设置的常用信号相位确定各进口道的通行方向，并根据各方向归纳计算出周期内最低绿时需求T_j′。

其中对于多条同方向车道，取车道最大绿时需求数值为该方向的周期最低绿时需求，对于混合车道根据混合车道的混合方向、路口特征以及进口道车流数据对车流量进行拆分。一般情况下，提取混合车道过车数据中的号牌信息，将混合车道的过车数据与下游进口道号牌数据比对确定混合车道的车辆流向，即确定混合车道车流比例，如一路口存在直行车道及直行和右转混合车道，直行方向为主要通行方向，同时提取出该路口直行和右转混合车道的过车号牌信息以及下游路口进口道各车道的过车号牌数据并对比，确定直行车辆数目，从而拆分直行和混合车流所占比例。

S5：确定信号相位各阶段最短绿灯时长，基于步骤S2确定的信号配时方案确定本信号方案周期内各通行阶段的最低绿灯时长，从而根据交通管理需求确定出各阶段最短绿灯时长，具体公式如下：

式中：c为各信号阶段的绿时总和时长；C为设定的信号相位方案周期时长； T_i为各通行相位阶段的绿灯时长；T_j′为进口道各通行方向周期最低绿时需求；

其中，若信号相位阶段为多个通行方向，则信号相位阶段的最低绿时需求T_i应大于等于多个通向方向的最大最低绿时需求

，若通行方向对应多个信号相位阶段，则多个信号相位阶段最低绿时需求之和∑T_i应大于等于多个信号相位共同通行方向的最低绿时需求T_j′。如路口信号相位存在东向通行及东西直行相位阶段的，则两阶段最低绿时需求之和应该大于东向直行最低绿时需求，同时东向通行阶段应大于东向左转及东向右转最大的最低绿时需求。

实施例的一个具体示例如下：某十字路口，东西进口道均为三车道(左转、直行、右转)，南进口道为左转、直行及直右三车道，北进口道为左转、直行及右转四车道，具体渠化如图2所示。

根据调度计划和交通流量，对各时间段内信号方案进行基础配置，该路口初始信号方案调度计划如下表所示：

为满足路口车辆通行需求，以晚高峰下午18:15-18:30时间段为本次实施例的案例数据，此时信号方案周期时长为114s，方案详情为东向通行(22s)+西向通行(34s)+南北直行(24s)+南北左转(22s)，根据车检器得到各车道的交通流量，详见图3。

根据车检器得到平均饱和车头时距为2.5-2.7(各进口道的平均饱和车头时距数值不等)，假设饱和度为1分别对各车道周期时间段内绿时需求进行计算。进一步根据专利所述对进口道各方向的最低绿时需求进行计算，具体各数值如下表所示：

18:15-18:30时间段内信号方案为东向通行+西向通行+南北直行+南北左转，依次假设各阶段为T_i，并根据所述的方法对该时间段最短绿灯时长求最优，公式如下：

Min c＝T₁+T₂+T₃+T₄

因各相位阶段时长应取整，则各阶段信号相位最短绿灯时长如下：

信号阶段	最短绿灯时长(s)
		东向通行	22
西向通行	37
		南北直行	22
南北左转	26

同时周期内剩余的7s时间可配置到各阶段的黄灯时长中，具体信号相位方案可如图4所示，其中各相位阶段间隔时长较短，可适当对本相位的周期总时长进行增加。

Claims (7)

1.一种路口信号相位方案绿灯时长配置方法，其特征在于：基于车道的交通流数据及饱和车头时距，整合计算得到路口各通行方向的最低绿时需求，并基于信号相位方案求解出相位阶段最低绿时需求的最优解；包括以下步骤，

S1、路口基础信息采集，对路口渠化信息、灯组信息、检测器信息以及路口可设常用通行相位进行采集，确定路***通信号控制车道信息；

S2、信号相位方案提取，获取单位时间段内检测器采集数据，提取对应的信号相位方案；

S3、计算各车道单位时间内周期最低绿时需求，基于步骤S2获取的检测器采集数据以及提取的信号相位方案，对每个车道信号周期内最低绿时需求进行计算：

式中，T_j为各车道的周期最低绿时需求，j为车道编号，n为车道总数；Q为单位时间段内车道的交通流量；

为单位时间段内车道的平均饱和车头时距；T为单位时间段；C为配置的周期时长；S为车道饱和度，即车辆按饱和流状态通行时对最低绿时需求进行求解；

S4、确定各通行方向单位时间内周期最低绿时需求，根据路口灯组信息以及可设置的常用信号相位确定各进口道的通行方向，并根据各方向归纳计算出周期内最低绿时需求T_j′；

S5、确定信号相位各阶段最短绿灯时长，基于步骤S2确定的信号配时方案确定本信号方案周期内各通行阶段的最低绿灯时长，从而根据交通管理需求确定出各阶段最短绿灯时长。

2.如权利要求1所述的路口信号相位方案绿灯时长配置方法，其特征在于：步骤S1具体为，

S11、采集路口渠化信息，包括路口的路口形状、待转区、人行横道、分隔带、车道数、车道宽度，并按进口道及车道数目进行编号，确定车道编号为j；

S12、根据路口渠化信息对灯组信息进行采集，同时列出路口可设置的常用放行相位i；

S13、绑定路口各进口道检测器并确定其检测车道区域，并接入路口进口道各车道上交通流量和饱和车头时距数据。

3.如权利要求1所述的路口信号相位方案绿灯时长配置方法，其特征在于：步骤S2具体为，

S21、获取调度计划中配置的初始信号相位方案，包括方案开始时间、结束时间、信号周期时长C和信号相位方案相序，确定各通行相位阶段的绿灯时长为T_i；

S22、确定单位时间段，获取单位时间段内历史交通流量和平均饱和车头时距，并提取出单位时间段内对应的初始信号相位方案。

4.如权利要求1-3任一项所述的路口信号相位方案绿灯时长配置方法，其特征在于：步骤S4中，对于多条同方向车道，取车道最大绿时需求数值为该方向的周期最低绿时需求；对于混合车道，根据混合车道的混合方向、路口特征以及进口道车流数据对车流量进行拆分。

5.如权利要求4所述的路口信号相位方案绿灯时长配置方法，其特征在于：对于混合车道，具体为，提取混合车道过车数据中的号牌信息，将混合车道的过车数据与下游进口道号牌数据比对确定混合车道的车辆流向，即确定混合车道车流比例。

6.如权利要求1所述的路口信号相位方案绿灯时长配置方法，其特征在于：步骤S5中，根据交通管理需求确定出各阶段最短绿灯时长：

式中，c为各信号阶段的绿时总和时长；C为设定的信号相位方案周期时长；T_i为各通行相位阶段的绿灯时长；T_j′为进口道各通行方向周期最低绿时需求。

7.如权利要求6所述的路口信号相位方案绿灯时长配置方法，其特征在于：步骤S5中，若信号相位阶段为多个通行方向，则信号相位阶段的最低绿时需求T_i应大于等于多个通向方向的最大最低绿时需求

，若通行方向对应多个信号相位阶段，则多个信号相位阶段最低绿时需求之和∑T_i应大于等于多个信号相位共同通行方向的最低绿时需求T_j′。

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