CN110047299A - 交叉口机动车交通信号动态调配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了交叉口机动车交通信号动态调配方法，基于信号灯组优化控制逻辑，通过以单个信号灯组作为控制单元，根据不同方向的机动车通行需求动态形成不同的绿灯放行组合，突破了传统固定相位放行方式的限制，更适用于我国交叉口普遍存在的机动车交通流分布不均衡的应用场景；同时能够根据机动车的动态交通流量和排队长度实时调整每个信号灯组的绿灯放行时间，在有效调节当前放行交通流绿灯通行时间的同时兼顾调控了交叉口其他待行方向的排队长度，全面提升机动车交通流控制效率的同时有效减少了交叉口各个通行方向的停车延误。

Description

交叉口机动车交通信号动态调配方法

技术领域

本发明涉及交通信号控制技术领域，具体是一种基于信号灯组优化控制逻辑的交叉口机动车交通信号动态调配方法。

背景技术

我国城市道路交叉口大多存在机动车交通流分布不均衡、到达随机性大且复杂多变的通行情况，传统的机动车交通信号控制方式是以信号相位作为基本控制单元，特别是对称放行的相位组合应用较为普遍，即将控制交叉口对向机动车交通流的两个或多个信号灯组合成一个信号相位，使交叉口对向机动车交通流同步获得绿灯时间。这种控制方式对机动车交通流放行存在较大限制，不能根据交叉口不同通行方向、不同车道的机动车实际交通流量和排队长度的大小，实时生成不同的信号相位和配时方案，以动态适应交叉口分布不均衡且到达随机性大的机动车交通流通行需求，容易造成交叉口某个或多个通行方向的绿灯时间空放以及不必要的红灯等待时间增加，不利于进一步提升交叉口的通行效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种交叉口机动车交通信号动态调配方法，基于信号灯组优化控制逻辑，突破以信号相位作为基本控制单元的传统控制思路，改以单个信号灯组作为独立控制单元，通过信号灯组的优化控制逻辑算法解决现有交叉口信号控制方式不灵活、动态调配能力不足的问题，以进一步有效提升交叉口机动车交通信号的控制效率。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种交叉口机动车交通信号动态调配方法，基于信号灯组优化控制逻辑，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)、将控制交叉口不同通行方向的每个机动车信号灯组分别作为独立控制个体或单元，将每个机动车信号灯组与由其控制放行的机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应机动车交通流流量数据的机动车检测器进行一一关联；

(2)、每个信号灯组通过与其相关联的机动车检测器，每秒实时监控所控制放行的机动车交通流的通行需求和排队长度；

(3)、为避免下一个放行交通流的头车和与其相冲突的上一个放行交通流的尾车在交叉口内部发生冲突，通过绿灯间隔矩阵建立相冲突信号灯组之间的冲突关系，即计算相冲突信号灯组之间的绿灯间隔时间；

(4)、根据已建立的相冲突信号灯组之间的冲突关系，建立与每个机动车交通流相关联的信号灯组绿灯放行规则和优化控制逻辑，并根据每个机动车交通流的通行需求和排队长度每秒动态调整与其相关联的信号灯组本身的绿灯启亮时刻和持续时间；

(5)、每个信号灯组每秒根据与其相关联的机动车检测器所获取的机动车交通流流量数据，通过已建立的信号灯组绿灯放行规则和优化控制逻辑，实现基于交叉口机动车交通流实际通行需求的不同绿灯放行组合和绿灯持续放行时间的动态调配。

所述的交叉口机动车交通信号动态调配方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，相冲突信号灯组之间的绿灯间隔时间，即控制上一个放行交通流的信号灯组与控制下一个放行交通流的信号灯组之间的绿灯间隔时间A的计算公式如下：

A＝Y+R

其中，Y为交叉口放行的交通流所对应信号灯组绿灯关闭后黄灯的启亮时间，R为交叉口放行的交通流所对应信号灯组黄灯关闭后，为保证该放行的交通流的尾车通过交叉口，其他信号灯组仍全部保持为红灯的时间。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

1、本发明通过以单个信号灯组作为控制单元，根据不同方向的机动车通行需求动态形成不同的绿灯放行组合，突破了传统固定相位放行方式的限制，更适用于我国交叉口普遍存在的机动车交通流分布不均衡的应用场景。

2、本发明能够根据机动车的动态交通流量和排队长度实时调整每个信号灯组的绿灯放行时间，在有效调节当前放行交通流绿灯通行时间的同时兼顾调控了交叉口其他待行方向的排队长度，全面提升机动车交通流控制效率的同时有效减少了交叉口各个通行方向的停车延误。

附图说明

图1为本发明中十字交叉口信号灯组与相关联的机动车交通流、机动车检测器的对应关系图。

图2为本发明中十字交叉口机动车信号灯组绿灯间隔矩阵示意图。

图3为本发明中十字交叉口各方向机动车信号灯组绿灯放行规则示意图。

图4为本发明中十字交叉口机动车信号灯组优化控制逻辑示意图。

图5为本发明中十字交叉口不同机动车交通流的绿灯放行组合示意图。

具体实施方式

一种交叉口机动车交通信号动态调配方法，基于信号灯组优化控制逻辑，具体包括以下步骤：

(1)、将控制交叉口不同通行方向的每个机动车信号灯组分别作为独立控制个体或单元，将每个机动车信号灯组与由其控制放行的机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应机动车交通流流量数据的机动车检测器进行一一关联；

(2)、每个信号灯组通过与其相关联的机动车检测器，每秒实时监控所控制放行的机动车交通流的通行需求和排队长度；

(3)、为避免下一个放行交通流的头车和与其相冲突的上一个放行交通流的尾车在交叉口内部发生冲突，通过绿灯间隔矩阵建立相冲突信号灯组之间的冲突关系，即计算相冲突信号灯组之间的绿灯间隔时间；

相冲突信号灯组之间的绿灯间隔时间，即控制上一个放行交通流的信号灯组与控制下一个放行交通流的信号灯组之间的绿灯间隔时间A的计算公式如下：

A＝Y+R

其中，Y为交叉口放行的交通流所对应信号灯组绿灯关闭后黄灯的启亮时间，R为交叉口放行的交通流所对应信号灯组黄灯关闭后，为保证该放行的交通流的尾车通过交叉口，其他信号灯组仍全部保持为红灯的时间；

(4)、根据已建立的相冲突信号灯组之间的冲突关系，建立与每个机动车交通流相关联的信号灯组绿灯放行规则和优化控制逻辑，并根据每个机动车交通流的通行需求和排队长度每秒动态调整与其相关联的信号灯组本身的绿灯启亮时刻和持续时间；

(5)、每个信号灯组每秒根据与其相关联的机动车检测器所获取的机动车交通流流量数据，通过已建立的信号灯组绿灯放行规则和优化控制逻辑，实现基于交叉口机动车交通流实际通行需求的不同绿灯放行组合和绿灯持续放行时间的动态调配。

以下结合附图对本发明作进一步的说明，以标准十字交叉口为例：

如图1所示，标准十字交叉口有12股不同的机动车交通流，用a_i表示，i＝1,2,…,12。其中，a₉至a₁₂为右转交通流，按照交通规则主动避让与其冲突的行人、非机动车交通流和与其在出口合流的机动车交通流，一般情况下可不受信号控制，予以忽略考虑。a₁至a₈分别代表交叉口北直、东直、南直、西直、北左、东左、南左、西左行驶方向的机动车交通流，对应的信号灯组SG1至SG8分别代表控制交叉口北直、东直、南直、西直、北左、东左、南左、西左通行方向的信号灯组。机动车信号灯组分别作为独立控制个体或单元，每个信号灯组与其控制放行的机动车交通流以及获取流量数据的机动车检测器进行一一关联，图中虚线连接表示了机动车信号灯组、机动车交通流和机动车检测器的一一对应关系。每个机动车信号灯组关联的机动车检测器一般有两处，一处设置在交叉口停车线后约3米处，记为DEi，i＝1,2,…,8，称为请求检测器，其作用一是在红灯等待时间内检测停车线后是否有车辆停车等待，若有则向关联的信号灯组发出绿灯请求，二是在绿灯放行时间内检测停车线附近是否有车辆连续通过，若有则向关联的信号灯组发出绿灯延时请求；另一处设置在交叉口停车线后约120米处(根据交叉口实际情况而定)，记为DEi1，i＝1,2,…,8，称为排队检测器，其作用一是在红灯等待时间内检测其占有时间是否达到阀值，若是则向关联的信号灯组发出有车辆排队信息，需要及时放行绿灯释放排队，二是在绿灯放行时间内检测其是否有车辆连续通过，若是则向关联的信号灯组发出绿灯延时请求。其中，检测器可以采用线圈、地磁、视频和微波等多种不同类型的检测器，线圈与地磁检测器敷设于道路路面上对道路车流进行检测；视频与微波检测器架设在交叉口的信号灯或电子警察杆件上，通过正对道路路面设置检测区域的方式对道路车流进行检测。

如图2所示，绿灯间隔矩阵的行表示离开交叉口的机动车交通流所关联的信号灯组，列表示进入交叉口的机动车交通流所关联的信号灯组，矩阵中各个数值为两个冲突信号灯组之间的绿灯间隔时间，由绿灯间隔时间计算公式计算得出。绿灯间隔矩阵中的机动车信号灯组冲突关系由其关联的机动车交通流流向冲突情况而形成。其中，信号灯组1与信号灯组2、4、6、7、8冲突，信号灯组2与信号灯组1、3、5、7、8冲突，信号灯组3与信号灯组2、4、5、6、8冲突，信号灯组4与信号灯组1、3、5、6、7冲突，信号灯组5与信号灯组2、3、4、6、8冲突，信号灯组6与信号灯组1、3、4、5、7冲突，信号灯组7与信号灯组1、2、4、6、8冲突，信号灯组8与信号灯组1、2、3、5、7冲突。

如图3所示，机动车信号灯组绿灯放行规则如下：

(1)、东直行信号灯组SG2绿灯持续时间结束时，判断西左转信号灯组SG8是否有绿灯请求，若是则西左转信号灯组SG8获得绿灯通行权，SG8完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；若否则南、北直行信号灯组SG1、SG3获得绿灯通行权，SG1、SG3完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；

(2)、西直行信号灯组SG4绿灯持续时间结束时，判断东左转信号灯组SG6是否有绿灯请求，若是则东左转信号灯组SG6获得绿灯通行权，SG6完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；若否则南、北直行信号灯组SG1、SG3获得绿灯通行权，SG1、SG3完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；

(3)、东左转信号灯组SG6绿灯持续时间结束时，南、北直行信号灯组SG1、SG3获得绿灯通行权，SG1、SG3完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；

(4)、西左转信号灯组SG8绿灯持续时间结束时，南、北直行信号灯组SG1、SG3获得绿灯通行权，SG1、SG3完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；

(5)、南直行信号灯组SG3绿灯持续时间结束时，判断北左转信号灯组SG5是否有绿灯请求，若是则北左转信号灯组SG5获得绿灯通行权，SG5完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；若否则东、西直行信号灯组SG2、SG4获得绿灯通行权，SG2、SG4完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；

(6)、北直行信号灯组SG1绿灯持续时间结束时，判断南左转信号灯组SG7是否有绿灯请求，若是则南左转信号灯组SG7获得绿灯通行权，SG7完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；若否则东、西直行信号灯组SG2、SG4获得绿灯通行权，SG2、SG4完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；

(7)、南左转信号灯组SG7绿灯持续时间结束时，东、西直行信号灯组SG2、SG4获得绿灯通行权，SG2、SG4完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯；

(8)、北左转信号灯组SG5绿灯持续时间结束时，东、西直行信号灯组SG2、SG4获得绿灯通行权，SG2、SG4完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯。

如图4所示，机动车信号灯组优化控制逻辑如下：

(1)、设当前放行的信号灯组为SGi，i＝1,2,…,8，其最小绿灯持续时间Gi_min结束后，判断紧邻下一个待放行信号灯组SGj(j＝1,2,…,8)关联的排队检测器占有时间是否达到阀值，若否则判断SGi关联的请求检测器和排队检测器的绿灯延长时间Hi₁和Hi₂是否达到阀值，若是则SGi立即关闭绿灯，若否则SGi一直持续开放绿灯至最大绿灯时间Gi_max后再关闭绿灯；

(2)、若SGj关联的排队检测器占有时间达到阀值，则继续判断信号灯组SGi关联的排队检测器占有时间是否达到阀值，若是则SGi继续开放绿灯至Gi₂后再关闭绿灯；若是则SGi立即关闭绿灯；

(3)、SGi关闭绿灯后，SGj获得绿灯通行权，SGj完成绿灯间隔时间过渡后启亮绿灯。然后继续紧邻下一个待放行信号灯组的循环判断。

如图5所示，信号灯组每秒读取与其关联的机动车检测器数据，通过已建立的信号灯组绿灯放行规则和优化控制逻辑，根据交叉口机动车交通流的实际通行需求情况自动形成不冲突信号灯组的绿灯放行组合，并动态地调配信号灯组的绿灯持续放行时间，达到不空放多余绿灯，不等待不必要红灯的应用效果。其中，动态生成的机动车绿灯放行组合有16组，分别是北直行、南直行、东直行、西直行、北左转、南左转、东左转、西左转、南北直行、北直行与北左转、南直行与南左转、南北左转、东西直行、东直行与东左转、西直行与西左转和东西左转。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方案进行描述，并非对本发明的保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种交叉口机动车交通信号动态调配方法，基于信号灯组优化控制逻辑，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)、将控制交叉口不同通行方向的每个机动车信号灯组分别作为独立控制个体或单元，将每个机动车信号灯组与由其控制放行的机动车交通流以及设置在交叉口停车线后方并用于获取相对应机动车交通流流量数据的机动车检测器进行一一关联；

(2)、每个信号灯组通过与其相关联的机动车检测器，每秒实时监控所控制放行的机动车交通流的通行需求和排队长度；

(3)、为避免下一个放行交通流的头车和与其相冲突的上一个放行交通流的尾车在交叉口内部发生冲突，通过绿灯间隔矩阵建立相冲突信号灯组之间的冲突关系，即计算相冲突信号灯组之间的绿灯间隔时间；

(4)、根据已建立的相冲突信号灯组之间的冲突关系，建立与每个机动车交通流相关联的信号灯组绿灯放行规则和优化控制逻辑，并根据每个机动车交通流的通行需求和排队长度每秒动态调整与其相关联的信号灯组本身的绿灯启亮时刻和持续时间；

(5)、每个信号灯组每秒根据与其相关联的机动车检测器所获取的机动车交通流流量数据，通过已建立的信号灯组绿灯放行规则和优化控制逻辑，实现基于交叉口机动车交通流实际通行需求的不同绿灯放行组合和绿灯持续放行时间的动态调配。

2.根据权利要求1所述的交叉口机动车交通信号动态调配方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，相冲突信号灯组之间的绿灯间隔时间，即控制上一个放行交通流的信号灯组与控制下一个放行交通流的信号灯组之间的绿灯间隔时间A的计算公式如下：

A＝Y+R

其中，Y为交叉口放行的交通流所对应信号灯组绿灯关闭后黄灯的启亮时间，R为交叉口放行的交通流所对应信号灯组黄灯关闭后，为保证该放行的交通流的尾车通过交叉口，其他信号灯组仍全部保持为红灯的时间。