CN110176138B - 一种路口级的主动交通诱导方法 - Google Patents

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CN110176138B CN201811110173.3A CN201811110173A CN110176138B CN 110176138 B CN110176138 B CN 110176138B CN 201811110173 A CN201811110173 A CN 201811110173A CN 110176138 B CN110176138 B CN 110176138B
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Abstract

本发明公开了一种路口级的主动交通诱导方法,包括路口级的主动交通诱导策略分析、判断车辆到达周期的交通状态、判断车速为合理车速的标准、根据车辆到达周期的交通状态和信号状态,实施对应的路口级主动交通诱导算法;通过路口级的主动交通诱导策略分析,确定了诱导范围为诱导区域和排队范围;然后设置了4个标准来判断车速是否为合理速度;接着当车辆进入诱导区域时,判断车辆到达周期的交通状态,即未饱和、准饱和、过饱和状态;最后根据不同的交通状态,以及车辆到达周期的信号状态,实施对应的路口级主动交通诱导算法,从而实现车辆进入路口时减少停车次数和等待时间。

Description

一种路口级的主动交通诱导方法
技术领域
本发明涉及诱导方法领域,具体涉及一种路口级的主动交通诱导方法。
背景技术
传统交通环境下,驾驶员对速度调整的决定来自于对车头间距、前车速度和临道交通条 件的主观判断。特别是当行驶的车辆到达交叉口范围时,驾驶员很难确定当前剩余有效绿灯 时间或有效红灯时间,以及等待的车队的长度。因此驾驶员无法通过合理调整车速,以期望 的效果通过交叉口。驾驶员所能获得的信息的缺乏是交叉口延误形成的一个重要因素。
如果可以在路口进行主动交通诱导,即对车辆行驶速度进行诱导,引导车辆合理地调整 行驶车速,那么可以使得车辆在经过交叉口时,不停车或者停车时间缩短,从而降低交叉口 延误,减少交通拥堵和环境污染,提升行车效率。
发明内容
有鉴于此,为解决上述现有技术中的问题,本发明提供了一种路口级的主动交通诱导方 法,旨在解决车辆在经过交叉口时,不停车或者停车时间缩短,从而降低交叉口延误,减少 交通拥堵和环境污染,提升行车效率的问题。
为了达到上述目的,本发明的技术方案如下。
一种路口级的主动交通诱导方法,包括以下步骤:
步骤1、路口级的主动交通诱导策略分析;
步骤2、判断车辆到达周期的交通状态;
步骤3、判断车速为合理速度的标准;
步骤4、根据车辆到达周期的交通状态和信号状态,实施对应的路口级主动交通诱导算 法。
进一步地,所述步骤1中包括以下步骤:
步骤11、前提条件分析,Rd表示诱导区域的长度,Rq表示排队范围的长度,当车辆进入诱导区域和排队范围后,与路测设备实时通信,向路测设备提供车辆的行驶信息,所述诱导区域为车速进行诱导调节的范围,即从停车线算起至上游长度为Rd的范围;所述排队范围的长度Rq为该时段车辆排队长度最大值的平均值,即从停车线算起至上游长度为Rq的范围,且满足Rq<Rd
步骤12、理想状态分析,当车辆到达交叉口时,交叉口车辆放行状态为绿灯畅行状态, 即交叉口饱和度为未饱和状态或准饱和状态时,车辆能够不停车通过交叉口,这种理想情况 出现在排队长度达到最大值以后与下一个周期的交叉口指示灯红灯持续时间开始之前。
进一步地,所述步骤2中包括以下步骤:
步骤21、通过公式求出交叉口饱和度,所述交叉口饱和度是交叉口各相位饱和度最大值, 公式为:
Figure BDA0001808884490000021
其中,x为交叉口饱和度,q为相位关键车流的流量,Q为通行能力;
步骤22、判断交叉口饱和度状态,所述交叉口饱和度分为未饱和状态、准饱和状态和过 饱和状态,当x小于1时,为未饱和状态;当x等于1时,为准饱和状态;当x大于1,为 过饱和状态;
步骤23、当交叉口饱和度为过饱和状态时,放行时间内无法清空累计时间内的累计车辆 和实时车辆,放行时间结束后剩余车辆将累计为下个周期的累计车辆,占用下个周期的放行 时间,所述放行时间为交叉口指示灯绿灯的持续时间,所述累计时间指的是交叉口指示灯红 灯的持续时间。
进一步地,所述步骤3中包括以下步骤:
步骤31、判断车速
Figure BDA0001808884490000022
是否超过了路段规定的限制车速Vlim,当路段没有规定限制车 速时,令Vlim=80km/h;
步骤32、判断加速度是否在合理范围[-aMAX,aMAX]之间,针对于不同车型,加速度的合理范围不同:小型车aMAX=5m/s2;中型车aMAX=4m/s2;大型车aMAX=3m/s2
步骤33、判断车速
Figure BDA0001808884490000031
是否能够被驾驶员接受,车速变化不能超过原始车速的60%;
步骤34、判断行驶条件是否允许速度的调整,车辆前面的车间距需要能够容许车辆加 速,如果车间距不能满足车速的需求,那么需要检测是否可以通过换道实现速度更新,若两 种情况都不允许,车速
Figure BDA0001808884490000032
视为不合理的诱导车速。
进一步地,所述步骤4中包括以下步骤:
步骤41、若到达周期的交通状态为未饱和状态、到达时刻的信号状态为有效绿灯时间时, 所述到达周期的状态为理想状态和非理想状态,需分别建立相应的诱导算法;否则执行步骤 42;
步骤42、若到达周期的交通状态为未饱和状态、到达时刻的信号状态为有效红灯时间时, 车辆i以初始速度v0行驶至排队范围边界,信号状态仍为有效红灯时间,需建立相应的路口 级主动交通诱导方法;否则执行步骤43;
步骤43、若到达周期的交通状态为过饱和状态时,到达交叉口的所有车辆都要经历停车, 才能通过交叉口,对于剩余队列里的车辆,等待时间还要包括下一个周期的有效红灯时间, 即为过饱和延误状态,需建立相应的路口级主动交通诱导方法。
进一步地,所述有效绿灯时间指的是一个信号周期内该信号相位能够利用的通行时间折 算为被理想利用时所对应的绿灯放行时间;所述有效红灯时间指的是一个信号周期内该信号 相位的红灯时间折算为理想停止时所对应的红灯放行时间。
进一步地,所述步骤41中包括:
所述理想状态为车辆i以初始速度v0行驶至排队范围队尾的时候,排队长度已经达到了 最大值,并且车辆能够在剩余的有效绿灯时间内通过停车线,则相应的诱导策略为:以初始 诱导速度
Figure BDA0001808884490000033
为v0,从诱导范围边界Rd到到达周期的排队长度最大值的位置
Figure BDA0001808884490000034
此 区间的诱导速度为原始速度v0;从
Figure BDA0001808884490000041
到停车线,仍然以速度v0行驶,或者以
Figure BDA0001808884490000042
为加速度, 逐渐加速到为
Figure BDA0001808884490000043
后匀速行驶;每一个诱导速度都对应一个诱导策略;
在理想状态下,算法步骤如下:
Figure BDA0001808884490000044
其中,
Figure BDA0001808884490000045
表示当车辆i以速度v0行驶至排队范围边界的时间;
Figure BDA0001808884490000046
表示第n 个信号周期为正常状态;
Figure BDA0001808884490000047
表示当车辆i行驶至最大排队长度的位置的时候, 排队长度已经达到了最大值,并开始消散;
Figure BDA0001808884490000048
表示车辆i到达停车线的 时间小于下一个周期的有效红灯的开始时间,其中tl表示车辆从最大排队长度的位置行驶到 停车线的时间,若
Figure BDA0001808884490000049
Figure BDA00018088844900000410
Figure BDA00018088844900000411
则tl由加速度
Figure BDA00018088844900000412
以及加速以后的速度
Figure BDA00018088844900000413
决定,所述
Figure BDA00018088844900000414
表示在第n个周期,车辆i到达最大排队区域位置后,需要加速或减速到的目标车速,
Figure BDA00018088844900000415
为对应的加速度,通过以下公式计算:
Figure BDA0001808884490000051
其中,v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符 合要求的
Figure BDA0001808884490000052
Figure BDA0001808884490000053
Figure BDA0001808884490000054
Figure BDA0001808884490000055
的值为NULL;
在公式(2)中,②为计算符合条件的诱导速度;③为加速距离的限制条件;④⑤⑥为合 理的诱导车速判断标准;⑦表示
Figure BDA0001808884490000056
取在a'所有解中的最小值;在该阶段中,加速度a'大于等 于0;
Figure BDA0001808884490000057
Figure BDA0001808884490000058
的值不为NULL,则
Figure BDA0001808884490000059
否则,不合符理想状态的条件,要按非理想状态处理;
Road(v0)>0表示速度v0能够符合交通条件的要求,Road(v0)≤0表示当前交通状态不符 合车速为v0的条件;Road(v0)定义为:
Figure BDA00018088844900000510
d+(i)(t)表示在t时刻,车辆i与前方相邻车辆的间距;d+(i)(T0)≥v0表示车辆i以速度v0在 本车道行驶需要具备的条件;
Figure BDA00018088844900000511
表示车辆i满足换道条件;
Figure BDA0001808884490000061
表示t时刻车辆i与相邻车道上前后相邻的车辆之间的间距,x可以是+或者-,+表示前 方,-表示后方;
Figure BDA0001808884490000062
为换道的动机条件,
Figure BDA0001808884490000063
为换道的安全条件;
当车辆i由于临近交叉口而不允许随意换道时,令不符合换道条件的相邻车道的
Figure BDA0001808884490000064
进一步地,所述步骤41中包括:
所述非理想状态为车辆i以速度v0行驶至排队范围队尾的时候,排队长度没有达到最大值, 则相应的诱导策略为使其到达时间符合到达周期的理想状态,相应的诱导策略为:以初始诱 导速度
Figure BDA0001808884490000065
Figure BDA0001808884490000066
从诱导范围边界到到达周期的排队长度最大值位置,以
Figure BDA0001808884490000067
为加速 度,逐渐加速或减速到
Figure BDA0001808884490000068
后匀速行驶;从排队长度最大值的位置到停车线,以
Figure BDA0001808884490000069
为加速度, 逐渐加速到
Figure BDA00018088844900000610
再匀速行驶;根据排队长度达到最大值的时间
Figure BDA00018088844900000611
与最大值的长度
Figure BDA00018088844900000612
计算 车辆i行驶至队尾时排队长度已达到最大值的诱导速度;若诱导速度存在,则建议车辆调整至 诱导速度,实现不停车通过交叉口;
在非理想状态下,算法步骤如下:
Figure BDA00018088844900000613
其中,
Figure BDA00018088844900000614
表示当车辆i以速度v0行驶至最大排队长度的位置的时候,排 队长度还没有达到最大值;
Figure BDA00018088844900000615
表示在车辆i进入到诱导区域以后,需要加速或减速到的目标 车速,
Figure BDA00018088844900000616
为对应的加速度;
Figure BDA00018088844900000617
表示在车辆i到达最大排队长度位置
Figure BDA00018088844900000618
后,需要加速到的目 标车速,
Figure BDA00018088844900000619
为对应的加速度;
所述
Figure BDA00018088844900000620
Figure BDA00018088844900000621
的值通过以下公式计算得到:
Figure BDA0001808884490000071
其中,vt'为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符 合要求的
Figure BDA0001808884490000072
Figure BDA0001808884490000073
Figure BDA0001808884490000074
Figure BDA0001808884490000075
的值为NULL;
在公式(5)中,②为理想状态的条件,即车辆i在第n个到达周期排队长度达到最大值 以后,到达最大排队长度位置;③④⑤⑥为合理的诱导车速限制条件;⑦表示
Figure BDA0001808884490000076
取在a'所有 解中,绝对值最小的解;
Figure BDA0001808884490000077
Figure BDA0001808884490000078
的值不为NULL,
Figure BDA0001808884490000079
的值通过以下公式计算得到:
Figure BDA00018088844900000710
其中v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;如果不存在符 合要求的
Figure BDA0001808884490000081
Figure BDA0001808884490000082
Figure BDA0001808884490000083
Figure BDA0001808884490000084
的值为NULL;
在公式(6)中,除去②,其它部分与公式(2)基本一致;在②中,
Figure BDA0001808884490000085
为车辆行驶至
Figure BDA0001808884490000086
的时间,
Figure BDA0001808884490000087
为车 辆从
Figure BDA0001808884490000088
行驶至停车线所需要花费的时间;
Figure BDA0001808884490000089
取符合条件的a'的最小值,
Figure BDA00018088844900000810
为对应的速度。
Figure BDA00018088844900000811
的含义与理想状态的函数Road()相同,即
Figure BDA00018088844900000812
表示速度
Figure BDA00018088844900000813
能够符合交通条件的要求;
Figure BDA00018088844900000814
定义为:
Figure BDA00018088844900000815
进一步地,所述步骤42中包括:
如果车辆i以原始速度v0行驶至排队范围边界时,信号状态为有效红灯时间时,那么诱导 方案包括:
方案一,如果到达周期的交通状态为非过饱和状态时,使其到达时间符合到达周期的理 想状态;
方案二,如果到达周期的交通状态的上一周期为非过饱和状态时,使其到达时间符合上 一周期的理想状态;
算法中需要计算车辆i行驶至排队范围队尾时,排队长度已经达到最大值的最佳速度和从 排队长度最大值位置行驶至停车线的最佳速度;如果两个最佳速度都存在,则建议车辆调整 至最佳速度,实现不停车通过交叉口;具体算法如下:
Figure BDA00018088844900000816
Figure BDA0001808884490000091
若第n个到达周期的交通状态为非过饱和状态,并且
Figure BDA0001808884490000092
Figure BDA0001808884490000093
均不为空,则执行方案一; 若第n-1周期为非过饱和状态,并且
Figure BDA0001808884490000094
Figure BDA0001808884490000095
均不为空,则执行方案二;若两个方案均可行, 则选择
Figure BDA0001808884490000096
Figure BDA0001808884490000097
中绝对值最小的加速度相应的方案;
Figure BDA0001808884490000098
Figure BDA0001808884490000099
的计算方法与公式(5)和(6)相同;
Figure BDA00018088844900000910
Figure BDA00018088844900000911
的计算方法与公式(5)和(6)类似,不同之处有如下几点:
在公式(5)中,式子②变为:
Figure BDA00018088844900000912
式子③变为:
Figure BDA00018088844900000913
在公式(6)中,式子②变为:
Figure BDA00018088844900000914
式子③变为:
Figure BDA00018088844900000915
进一步地,所述步骤43中包括:
当车辆i的到达周期的交通状态为过饱和状态时,则需要检测上一周期和下一周期是否 为过饱和周期;若相邻周期中,有正常状态周期,则将车辆i到达交叉口的周期调整至对应 周期的理想状态;若两个相邻周期都为正常状态,则诱导算法选取诱导速度相对于原始速度 改变最小的方案;
若连续3个到达周期的交通状态均为过饱和状态时,或者不存在相邻周期的理想状态诱 导速度,则诱导的目的变为避免车辆i进入本周期的剩余队列,防止车辆经历过饱和延误状 态,相应的诱导策略为:以初始诱导速度
Figure BDA0001808884490000101
Figure BDA0001808884490000102
对应的诱导策略是:从诱导 范围边界到距离停车线
Figure BDA0001808884490000103
位置的诱导策略为以
Figure BDA0001808884490000104
为加速度,逐渐加速或减速到
Figure BDA0001808884490000105
后匀速行驶,直到行驶至排队队尾;
诱导算法如下:
Figure BDA0001808884490000106
其中
Figure BDA0001808884490000107
表示在车辆i进入到诱导区域以后,为了不会进入剩余队列,需要加速或减速到的 目标车速,
Figure BDA0001808884490000108
为对应的加速度;定义第n个到达周期的排队波的波速为
Figure BDA0001808884490000109
所述诱导速度
Figure BDA00018088844900001010
通过以下公式计算:
Figure BDA0001808884490000111
其中,v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符 合要求的
Figure BDA0001808884490000112
Figure BDA0001808884490000113
Figure BDA0001808884490000114
的值为NULL;
在公式(10)中,
Figure BDA0001808884490000115
表示车 辆行驶至距离停车线
Figure BDA0001808884490000116
位置的时间,在第n个到达周期,并小于等于
Figure BDA0001808884490000117
从停车线到
Figure BDA0001808884490000118
的位置,是排队长度中非剩余队列的部分;
Figure BDA0001808884490000119
是排队 波从停车线传播到
Figure BDA00018088844900001110
位置的时间;如果车辆在排队长度达到
Figure BDA00018088844900001111
前到达排 队队列,那么可以避免过饱和延误状态。
与现有技术比较,本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的有益效果为:在交叉口进 行主动交通诱导,即对车辆行驶速度进行诱导,引导车辆合理地调整行驶车速,使得车辆在 经过交叉口时,有效降低交叉口停车数量与车辆在交叉口的平均等待时间,从而降低交叉口 延误,减少交通拥堵和环境污染,提升行车效率。
附图说明
图1为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的流程图。
图2为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的诱导算法流程图。
图3为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的交叉口结构图示意图。
图4为进入交叉口车辆交通状态(未饱和)情况图。
图5为进入交叉口车辆交通状态(准饱和)情况图。
图6为进入交叉口车辆交通状态(过饱和)情况图。
图7为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的交叉口仿真效果图。
图8为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的道路停车数量图。
图9为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的车辆平均等待时间图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的具体实施作进一步说明。需要指出的是,以 下若有未特别详细说明之过程或符号(如个别编程算法中常用的符号),均是本领域技术人 员可参照现有技术理解或实现的。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部 的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的流程图,包括以下步骤:
步骤1、路口级的主动交通诱导策略分析;
步骤2、判断车辆到达周期的交通状态;
步骤3、判断车速为合理速度的标准;
步骤4、根据车辆到达周期的交通状态和信号状态,实施对应的路口级主动交通诱导算 法。
优选的,所述步骤1中包括以下步骤:
步骤11、前提条件分析,当车辆进入诱导区域和排队范围后,与路测设备实时通信,向 路测设备提供车辆的行驶信息,如图3所示,为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的 交叉口结构图示意图,所述诱导区域Rd为车速进行诱导调节的范围,即从停车线算起至上 游的Rd点处,所述排队范围的长度Rq为该时段车辆排队长度最大值的平均值,即从停车线 算起至上游的Rq点处,且Rq<Rd
步骤12、理想状态分析,当车辆到达交叉口时,交叉口车辆放行状态为绿灯畅行状态, 即交叉口饱和度为未饱和状态或准饱和状态时,车辆能够不停车通过交叉口,这种理想情况 出现在排队长度达到最大值以后与下一个周期的交叉口指示灯红灯持续时间开始之前。
如图2所示,本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的诱导算法流程图,所述步骤2 中包括以下步骤:
步骤21、通过公式求出交叉口饱和度,所述交叉口饱和度是交叉口各相位饱和度最大值, 公式为:
Figure BDA0001808884490000131
其中,x为交叉口饱和度,q为相位关键车流的流量,Q为通行能力;
步骤22、判断交叉口饱和度状态,如图4、图5、图6所示,为进入交叉口车辆交通状态情况图,所述交叉口饱和度分为未饱和状态(图4)、准饱和状态(图5)和过饱和状态(图6),当x小于1时,为未饱和状态;当x等于1时,为准饱和状态;当x大于1,为过饱和 状态;
步骤23、当交叉口饱和度为过饱和状态时,放行时间内无法清空累计时间内的累计车辆 和实时车辆,放行时间结束后剩余车辆将累计为下个周期的累计车辆,占用下个周期的放行 时间,所述放行时间为交叉口指示灯绿灯的持续时间,所述累计时间指的是交叉口指示灯红 灯的持续时间。
优选的,参考图2,所述步骤3中包括以下步骤:
步骤31、判断车速
Figure BDA0001808884490000132
是否超过了路段规定的限制车速Vlim,当路段没有规定限制车 速时,令Vlim=80km/h;
步骤32、判断加速度是否在合理范围[-aMAX,aMAX]之间,针对于不同车型,加速度的合理范围不同:小型车aMAX=5m/s2;中型车aMAX=4m/s2;大型车aMAX=3m/s2
步骤33、判断车速
Figure BDA0001808884490000141
是否能够被驾驶员接受,车速变化不能超过原始车速的60%;
步骤34、判断行驶条件是否允许速度的调整,车辆前面的车间距需要能够容许车辆加 速,如果车间距不能满足车速的需求,那么需要检测是否可以通过换道实现速度更新,若两 种情况都不允许,车速
Figure BDA0001808884490000142
视为不合理的诱导车速。
优选的,参考图2,所述步骤4中包括以下步骤:
步骤41、若到达周期的交通状态为未饱和状态、到达时刻的信号状态为有效绿灯时间时, 所述到达周期的状态为理想状态和非理想状态,需分别建立相应的诱导算法;否则执行步骤 42;
步骤42、若到达周期的交通状态为未饱和状态、到达时刻的信号状态为有效红灯时间时, 车辆i以初始速度v0行驶至排队范围边界,信号状态仍为有效红灯时间,需建立相应的路口 级主动交通诱导方法;否则执行步骤43;
步骤43、若到达周期的交通状态为过饱和状态时,到达交叉口的所有车辆都要经历停车, 才能通过交叉口,对于剩余队列里的车辆,等待时间还要包括下一个周期的有效红灯时间, 即为过饱和延误状态,需建立相应的路口级主动交通诱导方法。
优选的,所述有效绿灯时间指的是一个信号周期内该信号相位能够利用的通行时间折算 为被理想利用时所对应的绿灯放行时间;所述有效红灯时间指的是一个信号周期内该信号相 位的红灯时间折算为理想停止时所对应的红灯放行时间。
优选的,所述步骤41中包括:
所述理想状态为车辆i以初始速度v0行驶至排队范围队尾的时候,排队长度已经达到了 最大值,并且车辆能够在剩余的有效绿灯时间内通过停车线,则相应的诱导策略为:以初始 诱导速度
Figure BDA0001808884490000143
为v0,从诱导范围边界Rd到到达周期的排队长度最大值的位置
Figure BDA0001808884490000144
此 区间的诱导速度为原始速度v0;从
Figure BDA0001808884490000151
到停车线,仍然以速度v0行驶,或者以
Figure BDA0001808884490000152
为加速度, 逐渐加速到为
Figure BDA0001808884490000153
后匀速行驶;每一个诱导速度都对应一个诱导策略;
在理想状态下,算法步骤如下:
Figure BDA0001808884490000154
其中,
Figure BDA0001808884490000155
表示当车辆i以速度v0行驶至排队范围边界的时间;
Figure BDA0001808884490000156
表示第n 个信号周期为正常状态;
Figure BDA0001808884490000157
表示当车辆i行驶至最大排队长度的位置的时候, 排队长度已经达到了最大值,并开始消散;
Figure BDA0001808884490000158
表示车辆i到达停车线的时间小于下一个周期的有效红灯的开始时间,其中tl表示车辆从最大排队长度的位置行驶到 停车线的时间,若
Figure BDA0001808884490000159
Figure BDA00018088844900001510
Figure BDA00018088844900001511
则tl由加速度
Figure BDA00018088844900001512
以及加速以后的速度
Figure BDA00018088844900001513
决定,所述
Figure BDA00018088844900001514
表示在第n个周期,车辆i到达最大排 队区域位置后,需要加速或减速到的目标车速,
Figure BDA00018088844900001515
为对应的加速度,通过以下公式计算:
Figure BDA0001808884490000161
其中,v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符 合要求的
Figure BDA0001808884490000162
Figure BDA0001808884490000163
Figure BDA0001808884490000164
Figure BDA0001808884490000165
的值为NULL;
在公式(2)中,②为计算符合条件的诱导速度;③为加速距离的限制条件;④⑤⑥为合 理的诱导车速判断标准;⑦表示
Figure BDA0001808884490000166
取在a'所有解中的最小值;在该阶段中,加速度a'大于等 于0;
Figure BDA0001808884490000167
Figure BDA0001808884490000168
的值不为NULL,则
Figure BDA0001808884490000169
否则,不合符理想状态的条件,要按非理想状态处理;
Road(v0)>0表示速度v0能够符合交通条件的要求,Road(v0)≤0表示当前交通状态不符 合车速为v0的条件;所述Road(v0)定义为:
Figure BDA00018088844900001610
d+(i)(t)表示在t时刻,车辆i与前方相邻车辆的间距。d+(i)(T0)≥v0表示车辆i以速度v0在 本车道行驶需要具备的条件。
Figure BDA00018088844900001611
表示车辆i满足换道条件;
Figure BDA0001808884490000171
表示t时刻车辆i与相邻车道上前后相邻的车辆之间的间距,x可以是+或者-,+表示前 方,-表示后方。
Figure BDA0001808884490000172
为换道的动机条件,
Figure BDA0001808884490000173
为换道的安全条件;
当车辆i由于临近交叉口而不允许随意换道时,令不符合换道条件的相邻车道的
Figure BDA0001808884490000174
优选的,所述步骤41中包括:
所述非理想状态为车辆i以速度v0行驶至排队范围队尾的时候,排队长度没有达到最大值, 则相应的诱导策略为使其到达时间符合到达周期的理想状态,相应的诱导策略为:以初始诱 导速度
Figure BDA0001808884490000175
Figure BDA0001808884490000176
从诱导范围边界到到达周期的排队长度最大值位置,以
Figure BDA0001808884490000177
为加速 度,逐渐加速或减速到
Figure BDA0001808884490000178
后匀速行驶;从排队长度最大值的位置到停车线,以
Figure BDA0001808884490000179
为加速度, 逐渐加速到
Figure BDA00018088844900001710
再匀速行驶;根据排队长度达到最大值的时间
Figure BDA00018088844900001711
与最大值的长度
Figure BDA00018088844900001712
计算 车辆i行驶至队尾时排队长度已达到最大值的诱导速度;若诱导速度存在,则建议车辆调整至 诱导速度,实现不停车通过交叉口;
在非理想状态下,算法步骤如下:
Figure BDA00018088844900001713
其中,
Figure BDA00018088844900001714
表示当车辆i以速度v0行驶至最大排队长度的位置的时候,排 队长度还没有达到最大值;
Figure BDA00018088844900001715
表示在车辆i进入到诱导区域以后,需要加速或减速到的目标 车速,
Figure BDA00018088844900001716
为对应的加速度;
Figure BDA00018088844900001717
表示在车辆i到达最大排队长度位置
Figure BDA00018088844900001718
后,需要加速到的目 标车速,
Figure BDA00018088844900001719
为对应的加速度;
所述
Figure BDA00018088844900001720
Figure BDA00018088844900001721
的值通过以下公式计算得到:
Figure BDA0001808884490000181
其中,vt'为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符 合要求的
Figure BDA0001808884490000182
Figure BDA0001808884490000183
Figure BDA0001808884490000184
Figure BDA0001808884490000185
的值为NULL;
在公式(5)中,②为理想状态的条件,即车辆i在第n个到达周期排队长度达到最大值 以后,到达最大排队长度位置;③④⑤⑥为合理的诱导车速限制条件;⑦表示
Figure BDA0001808884490000186
取在a'所有 解中,绝对值最小的解;
Figure BDA0001808884490000187
Figure BDA0001808884490000188
的值不为NULL,
Figure BDA0001808884490000189
的值通过以下公式计算得到:
Figure BDA00018088844900001810
其中v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量。若不存在符合 要求的
Figure BDA0001808884490000191
Figure BDA0001808884490000192
Figure BDA0001808884490000193
Figure BDA0001808884490000194
的值为NULL;
在公式(6)中,除去②,其它部分与公式(2)基本一致;在②中,
Figure BDA0001808884490000195
为车辆行驶至
Figure BDA0001808884490000196
的时间,
Figure BDA0001808884490000197
为车 辆从
Figure BDA0001808884490000198
行驶至停车线所需要花费的时间。
Figure BDA0001808884490000199
取符合条件的a'的最小值,
Figure BDA00018088844900001910
为对应的速度。
Figure BDA00018088844900001911
的含义与理想状态的函数Road()相同,即
Figure BDA00018088844900001912
表示速度
Figure BDA00018088844900001913
能够符合交通条件的要求。
Figure BDA00018088844900001914
定义为:
Figure BDA00018088844900001915
优选的,所述步骤42中包括:
若车辆i以原始速度v0行驶至排队范围边界时,信号状态为有效红灯时间时,那么诱导方 案包括:
方案一,若到达周期的交通状态为非过饱和状态时,使其到达时间符合到达周期的理想 状态;
方案二,若到达周期的交通状态的上一周期为非过饱和状态时,使其到达时间符合上一 周期的理想状态;
算法中需要计算车辆i行驶至排队范围队尾时,排队长度已经达到最大值的最佳速度和从 排队长度最大值位置行驶至停车线的最佳速度。若两个最佳速度都存在,则建议车辆调整至 最佳速度,实现不停车通过交叉口;具体算法如下:
Figure BDA00018088844900001916
Figure BDA0001808884490000201
若第n个到达周期的交通状态为非过饱和状态,并且
Figure BDA0001808884490000202
Figure BDA0001808884490000203
均不为空,则执行方案一; 若第n-1周期为非过饱和状态,并且
Figure BDA0001808884490000204
Figure BDA0001808884490000205
均不为空,则执行方案二;若两个方案均可行, 则选择
Figure BDA0001808884490000206
Figure BDA0001808884490000207
中绝对值最小的加速度相应的方案;
Figure BDA0001808884490000208
Figure BDA0001808884490000209
的计算方法与公式(5)和(6)相同;
Figure BDA00018088844900002010
Figure BDA00018088844900002011
的计算方法与公式(5)和(6)类似,不同之处有如下几点:
在公式(5)中,式子②变为:
Figure BDA00018088844900002012
式子③变为:
Figure BDA00018088844900002013
在公式(6)中,式子②变为:
Figure BDA00018088844900002014
式子③变为:
Figure BDA00018088844900002015
优选的,所述步骤43中包括:
当车辆i的到达周期的交通状态为过饱和状态时,则需要检测上一周期和下一周期是否 为过饱和周期;若相邻周期中,有正常状态周期,则将车辆i到达交叉口的周期调整至对应 周期的理想状态;若两个相邻周期都为正常状态,则诱导算法选取诱导速度相对于原始速度 改变最小的方案;
若连续3个到达周期的交通状态均为过饱和状态时,或者不存在相邻周期的理想状态诱 导速度,则诱导的目的变为避免车辆i进入本周期的剩余队列,防止车辆经历过饱和延误状 态,相应的诱导策略为:以初始诱导速度
Figure BDA0001808884490000211
Figure BDA0001808884490000212
对应的诱导策略是:从诱导 范围边界到距离停车线
Figure BDA0001808884490000213
位置的诱导策略为以
Figure BDA0001808884490000214
为加速度,逐渐加速或减速到
Figure BDA0001808884490000215
后匀速行驶,直到行驶至排队队尾;
诱导算法如下:
Figure BDA0001808884490000216
其中
Figure BDA0001808884490000217
表示在车辆i进入到诱导区域以后,为了不会进入剩余队列,需要加速或减速到的 目标车速,
Figure BDA0001808884490000218
为对应的加速度;定义第n个到达周期的排队波的波速为
Figure BDA0001808884490000219
所述诱导速度
Figure BDA00018088844900002110
通过以下公式计算:
Figure BDA0001808884490000221
其中,v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符 合要求的
Figure BDA0001808884490000222
Figure BDA0001808884490000223
Figure BDA0001808884490000224
的值为NULL;
在公式(10)中,
Figure BDA0001808884490000225
表示车 辆行驶至距离停车线
Figure BDA0001808884490000226
位置的时间,在第n个到达周期,并小于等于
Figure BDA0001808884490000227
从停车线到
Figure BDA0001808884490000228
的位置,是排队长度中非剩余队列的部分;
Figure BDA0001808884490000229
是排队波从停车线传播到
Figure BDA00018088844900002210
位置的时间;若车辆在排队长度达到
Figure BDA00018088844900002211
前到达排队队列,那么可以避免过饱和延误状态。
如图7所示,为本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的交叉口仿真效果图,道路1 为采用本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的交叉口,道路2为通常情况下的交叉口; 通过图8和图9可以明显得出,采用本发明的一种路口级的主动交通诱导方法的交叉口道路 1使车辆在经过交叉口时,不停车或者停车数量稳定;停车时间明显缩短。
综上所述,本发明的一种路口级的主动交通诱导方法一种路口级的主动交通诱导方法, 旨在解决车辆在经过交叉口时,不停车或者停车时间缩短,从而降低交叉口延误,减少交通 拥堵和环境污染,提升行车效率。

Claims (7)

1.一种路口级的主动交通诱导方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、路口级的主动交通诱导策略分析;
步骤2、判断车辆到达周期的交通状态;
步骤3、判断车速为合理速度的标准;
步骤4、根据车辆到达周期的交通状态和信号状态,实施对应的路口级主动交通诱导算法;
其中,所述步骤4中包括以下步骤:
步骤41、若到达周期的交通状态为未饱和状态、到达时刻的信号状态为有效绿灯时间时,所述到达周期的交通状态为理想状态和非理想状态,需分别建立相应的诱导算法;否则执行步骤42;
步骤42、若到达周期的交通状态为未饱和状态、到达时刻的信号状态为有效红灯时间时,车辆i以初始速度v0行驶至排队范围边界,信号状态仍为有效红灯时间,需建立相应的路口级主动交通诱导方法;否则执行步骤43;
步骤43、若到达周期的交通状态为过饱和状态时,到达交叉口的所有车辆都要经历停车,才能通过交叉口,对于剩余队列里的车辆,等待时间还要包括下一个周期的有效红灯时间,即为过饱和延误状态,需建立相应的路口级主动交通诱导方法;
所述步骤41中包括:
所述理想状态为车辆i以初始速度v0行驶至排队范围队尾的时候,排队长度已经达到了最大值,并且车辆能够在剩余的有效绿灯时间内通过停车线,则相应的诱导策略为:以初始诱导速度
Figure FDA0003572001160000011
为v0,从诱导范围边界Rd到到达周期的排队长度最大值的位置
Figure FDA0003572001160000012
此区间的诱导速度为原始速度v0;从
Figure FDA0003572001160000013
到停车线,仍然以速度v0行驶,或者以
Figure FDA0003572001160000014
为加速度,逐渐加速到
Figure FDA0003572001160000015
后匀速行驶;每一个诱导速度都对应一个诱导策略;
在理想状态下,算法步骤如下:
Figure FDA0003572001160000016
Figure FDA0003572001160000021
其中,
Figure FDA0003572001160000022
表示当车辆i以速度v0行驶至排队范围边界的时间,Rq为排队范围的长度,Rd为诱导区域;
Figure FDA0003572001160000023
表示第n个信号周期为正常状态;
Figure FDA0003572001160000024
表示当车辆i行驶至最大排队长度的位置的时候,排队长度已经达到了最大值,并开始消散;
Figure FDA0003572001160000025
表示车辆i到达停车线的时间小于下一个周期的有效红灯的开始时间,其中tl表示车辆从最大排队长度的位置行驶到停车线的时间,若
Figure FDA0003572001160000026
Figure FDA0003572001160000027
Figure FDA0003572001160000028
则tl由加速度
Figure FDA0003572001160000029
以及加速以后的速度
Figure FDA00035720011600000210
决定,所述
Figure FDA00035720011600000211
表示在第n个周期,车辆i到达最大排队区域位置后,需要加速或减速到的目标车速,
Figure FDA00035720011600000212
为对应的加速度,通过以下公式计算:
Figure FDA00035720011600000213
其中,v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符合要求的
Figure FDA0003572001160000031
Figure FDA0003572001160000032
Figure FDA0003572001160000033
Figure FDA0003572001160000034
的值为NULL,Vlim为限制车速;
在公式(2)中,②为计算符合条件的诱导速度;③为加速距离的限制条件;④⑤⑥为合理的诱导车速判断标准;⑦表示
Figure FDA0003572001160000035
取在a'所有解中的最小值;在理想状态下,加速度a'大于等于0;
Figure FDA0003572001160000036
Figure FDA0003572001160000037
的值不为NULL,则
Figure FDA0003572001160000038
否则,不合符理想状态的条件,要按非理想状态处理;
Road(v0)>0表示速度v0能够符合交通条件的要求,Road(v0)≤0表示当前交通状态不符合车速为v0的条件,Road(v0)定义为:
Figure FDA0003572001160000039
d+(i)(T0)≥v0表示车辆i以速度v0在本车道行驶需要具备的条件;
Figure FDA00035720011600000310
And
Figure FDA00035720011600000311
表示车辆i满足换道条件;
Figure FDA00035720011600000312
表示t时刻车辆i与相邻车道上前后相邻的车辆之间的间距,x可以是+或者-,+表示前方,-表示后方;
Figure FDA00035720011600000313
为换道的动机条件,
Figure FDA00035720011600000314
为换道的安全条件;
当车辆i由于临近交叉口而不允许随意换道时,令不符合换道条件的相邻车道的
Figure FDA00035720011600000315
所述步骤41中包括:
所述非理想状态为车辆i以速度v0行驶至排队范围队尾的时候,排队长度没有达到最大值,则相应的诱导策略为使其到达时间符合到达周期的理想状态,相应的诱导策略为:以初始诱导速度
Figure FDA00035720011600000316
Figure FDA00035720011600000317
从诱导范围边界到到达周期的排队长度最大值位置,以
Figure FDA00035720011600000318
为加速度,逐渐加速或减速到
Figure FDA00035720011600000319
后匀速行驶;从排队长度最大值的位置到停车线,以
Figure FDA00035720011600000320
为加速度,逐渐加速到
Figure FDA0003572001160000041
再匀速行驶;根据排队长度达到最大值的时间
Figure FDA0003572001160000042
与最大值的长度
Figure FDA0003572001160000043
计算车辆i行驶至队尾时排队长度已达到最大值的诱导速度;若诱导速度存在,则建议车辆调整至诱导速度,实现不停车通过交叉口;
在非理想状态下,算法步骤如下:
Figure FDA0003572001160000044
其中,
Figure FDA0003572001160000045
表示当车辆i以速度v0行驶至最大排队长度的位置的时候,排队长度还没有达到最大值;
Figure FDA0003572001160000046
表示在车辆i进入到诱导区域以后,需要加速或减速到的目标车速,
Figure FDA0003572001160000047
为对应的加速度;
Figure FDA0003572001160000048
表示在车辆i到达最大排队长度位置
Figure FDA0003572001160000049
后,需要加速到的目标车速,
Figure FDA00035720011600000410
为对应的加速度;
所述
Figure FDA00035720011600000411
Figure FDA00035720011600000412
的值通过以下公式计算得到:
Figure FDA00035720011600000413
其中,vt'为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符合要求的
Figure FDA0003572001160000051
Figure FDA0003572001160000052
Figure FDA0003572001160000053
Figure FDA0003572001160000054
的值为NULL;
在公式(5)中,②为理想状态的条件,即车辆i在第n个到达周期排队长度达到最大值以后,到达最大排队长度位置;③④⑤⑥为合理的诱导车速限制条件;⑦表示
Figure FDA0003572001160000055
取在a'所有解中,绝对值最小的解;
Figure FDA0003572001160000056
Figure FDA0003572001160000057
的值不为NULL,
Figure FDA0003572001160000058
的值通过以下公式计算得到:
Figure FDA0003572001160000059
其中v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符合要求的
Figure FDA00035720011600000510
Figure FDA00035720011600000511
Figure FDA00035720011600000512
Figure FDA00035720011600000513
的值为NULL;
在公式(6)中,除去②,其它部分与公式( 2) 基本一致;在②中,
Figure FDA00035720011600000514
为车辆行驶至
Figure FDA00035720011600000515
的时间,
Figure FDA00035720011600000516
为车辆从
Figure FDA00035720011600000517
行驶至停车线所需要花费的时间;
Figure FDA00035720011600000518
取符合条件的a'的最小值,
Figure FDA00035720011600000519
为对应的速度;
Figure FDA00035720011600000520
的含义与理想状态的函数Road()相同,即
Figure FDA00035720011600000521
表示速度
Figure FDA00035720011600000522
能够符合交通条件的要求;
Figure FDA00035720011600000523
定义为:
Figure FDA00035720011600000524
Figure FDA0003572001160000061
2.根据权利要求1所述的一种路口级的主动交通诱导方法,其特征在于,所述步骤1中包括以下步骤:
步骤11、前提条件分析,Rd表示诱导区域的长度,Rq表示排队范围的长度,当车辆进入诱导区域和排队范围后,与路测设备实时通信,向路测设备提供车辆的行驶信息,所述诱导区域为车速进行诱导调节的范围,即从停车线算起至上游长度为Rd的范围;所述排队范围的长度Rq为进入诱导区域后车辆排队长度最大值的平均值,即从停车线算起至上游长度为Rq的范围,且满足Rq<Rd
步骤12、理想状态分析,当车辆到达交叉口时,交叉口车辆放行状态为绿灯畅行状态,即交叉口饱和度为未饱和状态或准饱和状态时,车辆能够不停车通过交叉口,这种理想情况出现在排队长度达到最大值以后与下一个周期的交叉口指示灯红灯持续时间开始之前。
3.根据权利要求1所述的一种路口级的主动交通诱导方法,其特征在于,所述步骤2中包括以下步骤:
步骤21、通过公式求出交叉口饱和度,所述交叉口饱和度是交叉口各相位饱和度最大值,公式为:
Figure FDA0003572001160000062
其中,x为交叉口饱和度,q为相位关键车流的流量,Q为通行能力;
步骤22、判断交叉口饱和度状态,所述交叉口饱和度分为未饱和状态、准饱和状态和过饱和状态,当x小于1时,为未饱和状态;当x等于1时,为准饱和状态;当x大于1,为过饱和状态;
步骤23、当交叉口饱和度为过饱和状态时,放行时间内无法清空累计时间内的累计车辆和实时车辆,放行时间结束后剩余车辆将累计为下个周期的累计车辆,占用下个周期的放行时间,所述放行时间为交叉口指示灯绿灯的持续时间,所述累计时间指的是交叉口指示灯红灯的持续时间。
4.根据权利要求1所述的一种路口级的主动交通诱导方法,其特征在于,所述步骤3中包括以下步骤:
步骤31、判断车速
Figure FDA0003572001160000071
是否超过了路段规定的限制车速Vlim,当路段没有规定限制车速时,令Vlim=80km/h;
步骤32、判断加速度是否在合理范围[-aMAX,aMAX]之间,针对于不同车型,加速度的合理范围不同:小型车aMAX=5m/s2;中型车aMAX=4m/s2;大型车aMAX=3m/s2
步骤33、判断车速
Figure FDA0003572001160000072
是否能够被驾驶员接受,车速变化不能超过原始车速的60%;
步骤34、判断行驶条件是否允许速度的调整,车辆前面的车间距需要能够容许车辆加速,若车间距不能满足车速的需求,那么需要检测是否可以通过换道实现速度更新,若两种情况都不允许,车速
Figure FDA0003572001160000073
视为不合理的诱导车速。
5.根据权利要求1所述的一种路口级的主动交通诱导方法,其特征在于,所述有效绿灯时间指的是一个信号周期内该信号相位能够利用的通行时间折算为被理想利用时所对应的绿灯放行时间;所述有效红灯时间指的是一个信号周期内该信号相位的红灯时间折算为理想停止时所对应的红灯放行时间。
6.根据权利要求1所述的一种路口级的主动交通诱导方法,其特征在于,所述步骤42中包括:
若车辆i以原始速度v0行驶至排队范围边界时,信号状态为有效红灯时间时,那么诱导方案包括:
方案一,若到达周期的交通状态为非过饱和状态时,使其到达时间符合到达周期的理想状态;
方案二,若到达周期的交通状态的上一周期为非过饱和状态时,使其到达时间符合上一周期的理想状态;
算法中需要计算车辆i行驶至排队范围队尾时,排队长度已经达到最大值的最佳速度和从排队长度最大值位置行驶至停车线的最佳速度;若两个最佳速度都存在,则建议车辆调整至最佳速度,实现不停车通过交叉口;具体算法如下:
Figure FDA0003572001160000081
若第n个到达周期的交通状态为非过饱和状态,并且
Figure FDA0003572001160000082
Figure FDA0003572001160000083
均不为空,则执行方案一;若第n-1周期为非过饱和状态,并且
Figure FDA0003572001160000084
Figure FDA0003572001160000085
均不为空,则执行方案二;若两个方案均可行,则选择
Figure FDA0003572001160000086
Figure FDA0003572001160000087
中绝对值最小的加速度相应的方案;
Figure FDA0003572001160000088
Figure FDA0003572001160000089
的计算方法与公式(5)和(6)相同;
Figure FDA00035720011600000810
Figure FDA00035720011600000811
的计算方法与公式(5)和(6)类似,不同之处有如下几点:
在公式( 5) 中,式子②变为:
Figure FDA00035720011600000812
式子③变为:
Figure FDA00035720011600000813
在公式( 6) 中,式子②变为:
Figure FDA0003572001160000091
式子③变为:
Figure FDA0003572001160000092
7.根据权利要求1所述的一种路口级的主动交通诱导方法,其特征在于,所述步骤43中包括:
当车辆i的到达周期的交通状态为过饱和状态时,则需要检测上一周期和下一周期是否为过饱和周期;若相邻周期中,有正常状态周期,则将车辆i到达交叉口的周期调整至对应周期的理想状态;若两个相邻周期都为正常状态,则诱导算法选取诱导速度相对于原始速度改变最小的方案;
若连续3个到达周期的交通状态均为过饱和状态时,或者不存在相邻周期的理想状态诱导速度,则诱导的目的变为避免车辆i进入本周期的剩余队列,防止车辆经历过饱和延误状态,相应的诱导策略为:以初始诱导速度
Figure FDA0003572001160000093
Figure FDA0003572001160000094
对应的诱导策略是:从诱导范围边界到距离停车线
Figure FDA0003572001160000095
位置的诱导策略为以
Figure FDA0003572001160000096
为加速度,逐渐加速或减速到
Figure FDA0003572001160000097
后匀速行驶,直到行驶至排队队尾;
诱导算法如下:
Figure FDA0003572001160000098
其中
Figure FDA0003572001160000099
表示在车辆i进入到诱导区域以后,为了不会进入剩余队列,需要加速或减速到的目标车速,
Figure FDA00035720011600000910
为对应的加速度;定义第n个到达周期的排队波的波速为
Figure FDA00035720011600000911
所述诱导速度
Figure FDA00035720011600000912
通过以下公式计算:
Figure FDA0003572001160000101
其中,v't为临时速度变量,a'为临时加速度变量,t'为临时加速时间变量;若不存在符合要求的
Figure FDA0003572001160000102
Figure FDA0003572001160000103
Figure FDA0003572001160000104
的值为NULL;
在公式(10)中,
Figure FDA0003572001160000105
表示车辆行驶至距离停车线
Figure FDA0003572001160000106
位置的时间处在第n个到达周期,并小于等于
Figure FDA0003572001160000107
从停车线到
Figure FDA0003572001160000108
的位置,是排队长度中非剩余队列的部分;
Figure FDA0003572001160000109
是排队波从停车线传播到
Figure FDA00035720011600001010
位置的时间;若车辆在排队长度达到
Figure FDA00035720011600001011
前到达排队队列,那么可以避免过饱和延误状态。
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