CN114049762A - 高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控*** - Google Patents

高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***，涉及道路交通技术领域，该***基于布设在高架道路的入口匝道至最近一个下游匝道之间的高架道路区间内的广域雷达、埋设在高架道路的入口匝道内的地磁检测器以及布设在高架道路的入口匝道所在上游交叉口的交通检测设备采集检测的实时交通数据，利用密度聚类算法充分挖掘实时数据的时空资源以确定高架路段区间、入口匝道及上游交叉口的实时交通运行状态，尤其是车流量数据，继而控制上游交叉口的可变显示屏，以调节驶入高架道路的车流量，可以有效解决上游交叉口和高架道路的结合处形成的交通瓶颈点，提高整体通行效率。

Description

高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***
技术领域
本发明涉及道路交通技术领域，尤其是一种高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***。
背景技术
经过多年的快速城市化发展，我国各大中城市基础设施建设突飞猛进，城市道路网络不断加密，伴随着机动车数量的快速增加，现有道路难以满足百姓的通行需求，特别是我国大城市存在日益严重的交通拥堵问题，己经影响到城市的整体发展水平，缓解交通拥堵刻不容缓。很多城市采取建设立体交通的方式缓解城市交通拥堵，这种做法有一定效果，解决了一部分问题，使得交通拥堵问题在一定程度上得以改善，但是由于上高架道路缓慢及容易溢出等问题，交叉口和高架道路的结合处往往会成为交通瓶颈点，影响整体通行效率。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***，本发明的技术方案如下：
一种高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***，该***包括：布设在高架道路的入口匝道至最近一个下游匝道之间的高架道路区间内的广域雷达、埋设在高架道路的入口匝道内的地磁检测器、可变显示屏以及布设在高架道路的入口匝道所在上游交叉口的交通检测设备，可变显示屏安装在高架道路的入口匝道所在上游交叉口的地面道路的进口道处；控制中心连接广域雷达、地磁检测器、可变显示屏以及交通检测设备，控制中心的智能调控方法包括：
通过广域雷达获取高架道路区间内的车辆的实时车辆行驶信息；
通过入口匝道的地磁检测器获取入口匝道内等待驶入高架道路区间的车辆的实时车辆行驶信息；
通过交叉口的交通检测设备与地面道路中的车辆进行通信并获取上游交叉口的地面道路的车辆的实时车辆行驶信息；
对高架道路区间内、入口匝道内以及地面道路的车辆的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法基于车辆之间的时空分布特征进行聚类，分别确定高架道路区间内当前的车流量数据、入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据以及上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据；
基于入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据以及高架道路区间内当前的车流量数据和高架道路区间车流量阈值确定高架道路可驶入车流量数据；
根据上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据和高架道路可驶入车流量数据控制上游交叉口的各个可变显示屏的显示内容。
其进一步的技术方案为，上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据相对于高架道路可驶入车流量数据的比例越高，相应的可变显示屏显示的指示驶入高架道路方向的车道标识的数量越少。
其进一步的技术方案为，对高架道路区间内的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法基于车辆之间的时空分布特征进行聚类确定高架道路区间内当前的车流量数据，包括：
对高架道路区间内的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法进行聚类确定高架道路区间内每个车道内车辆的车头时距统计值，基于每个车道内车辆的车头时距统计值计算每个车道的车流量数据，由每个车道的车流量数据加权得到高架道路区间内当前的车流量数据。
其进一步的技术方案为，在由每个车道的车流量数据加权得到高架道路区间内当前的车流量数据时，高架道路区间最靠近入口匝道的车道的车流量数据的权重最大。
其进一步的技术方案为，控制中心还连接第三方平台，则当控制中心通过第三方平台的数据确定当前处于特殊调控场景时，控制上游交叉口的各个地面道路的进口道处的可变显示屏显示除指示驶入高架道路的车道标识之外的其他车道标识。
其进一步的技术方案为，第三方平台为第三方交管平台和/或第三方气象平台，当从第三方交管平台获取到高架道路区间处于交通管制状态时，和/或，当从第三方气象平台确定当前为预定天气状态时，确定当前处于特殊调控场景。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***，该***基于各类传感器采集检测的实时数据，利用密度聚类算法充分挖掘实时数据的时空资源以确定高架路段区间、入口匝道及上游交叉口的实时交通运行状态，尤其是车流量数据，继而控制上游交叉口的可变显示屏，以调节驶入高架道路的车流量，可以有效解决上游交叉口和高架道路的结合处形成的交通瓶颈点，提高整体通行效率。
附图说明
图1是本申请的交叉口信号智能调控***的***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***，请参考图1，该***针对高架道路的入口匝道处的全路段，包括入口匝道的上游交叉口、入口匝道、入口匝道至最近一个下游匝道之间的高架道路区间的路段。该交叉口信号智能调控***包括：布设在高架道路的入口匝道至最近一个下游匝道之间的高架道路区间内的广域雷达，广域雷达可以只设置一个，也可以沿着高架道路间隔分布。还包括埋设在高架道路的入口匝道内的地磁检测器，可以布置一个或多个。还包括可变显示屏，可变显示屏安装在高架道路的入口匝道所在上游交叉口的地面道路的进口道处，安装可变显示屏的地面道路的进口道至少包含一个受控于可变显示屏的指示标识的可变车道，如图1仅示出了高架道路的入口匝道的对向的地面道路的进口道处的可变显示屏，其余的未示出。还包括布设在高架道路的入口匝道所在上游交叉口的交通检测设备，该交通检测设备通常指的是路侧设备RSU。
控制中心连接广域雷达、地磁检测器、可变显示屏以及交通检测设备，控制中心可以通过信号控制机连接可变显示屏、也可以直连可变显示屏。控制中心的智能调控方法包括：
1、通过广域雷达获取高架道路区间内的车辆的实时车辆行驶信息，高架道路区间内的车辆的实时车辆行驶信息车头时距值，通过广域雷达获取到的每辆车的实时车辆行驶信息包括实时位置、实时车速、所在车道、与前车的车头时距等等。通过入口匝道的地磁检测器获取入口匝道内等待驶入高架道路区间的车辆的实时车辆行驶信息，通过地磁检测器获取到的每辆车的实时车辆行驶信息包括是否有车辆存在的信息。通过交叉口的交通检测设备与地面道路中的车辆进行通信并获取上游交叉口的地面道路的车辆的实时车辆行驶信息，该交通检测设备基于车联网技术与覆盖范围内的车辆上的车载设备进行通信，从而获取可以获取到车辆的包含位置和导航信息在内的各种实时车辆行驶信息，通过交通检测设备获取到的地面道路的车辆的实时车辆行驶信息包括目标行驶路径、位置、实时车速等。
2、对高架道路区间内的车辆的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法基于车辆之间的时空分布特征进行聚类确定高架道路区间内当前的车流量数据，对入口匝道内的车辆的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法基于车辆之间的时空分布特征进行聚类确定入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据，对地面道路的车辆的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法基于车辆之间的时空分布特征进行聚类确定上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据。
通过第一步的各类传感器获取到的实时数据是离散而繁杂的，很难直接应用，也很难反映车辆的行驶特征，因此本申请采用密度聚类算法(DBSCAN)基于车辆之间的时空分布特征对原始数据进行聚类，以得到所需的且可以使用的数据。此类算法假设聚类结构能够通过样本分布的紧密程度确定。通常情况下，密度聚类算法从样本密度的角度来考察样本之间的可连接性，并基于可连接样本不断扩展聚类簇以获得最终的聚类结果，DBSCAN算法先任选数据集中的一个核心对象为“种子”(seed),再由此出发确定相应的聚类簇，找出由其密度可达的样本生成聚类簇，直到所有核心对象均被访问过为止。
上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据包括上游交叉口驶入高架道路的所有动向的车流量，比如常见的针对十字路口来说，包括北左转车流量、西直行车流量、南右转车流量。
入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据包括上游交叉口与高架入口匝道连接段的滞存车辆数与入口匝道上的停留的车辆数。
在确定高架道路区间内当前的车流量数据时，对高架道路区间内的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法进行聚类确定高架道路区间内每个车道内车辆的车头时距统计值，基于每个车道内车辆的车头时距统计值计算每个车道的车流量数据，由每个车道的车流量数据加权得到高架道路区间内当前的车流量数据。
进一步的在一个实施例中，在由每个车道的车流量数据加权得到高架道路区间内当前的车流量数据时，高架道路区间最靠近入口匝道的车道的车流量数据的权重最大。这是因为最靠近入口匝道的车道是入口匝道汇入高架道路区间的车道，在高架道路区间的所有车道中最容易发生拥堵情况，因此采用这种计算方式。比如一个实施例提供的方法是，确定车道1、车道2和车道3的车流量数据，也即每小时的车辆数分别为ZZ1＝3600/NN1、ZZ2＝3600/NN2和ZZ3＝3600/NN3，而车道3最靠近入口匝道，则可以加权得到高架道路区间内当前的车流量数据为Z＝0.3*ZZ1+0.3*ZZ2+0.4*ZZ3，其中NN1、NN2、NN3分别是车道1、车道2和车道3内车辆的车头时距统计值。
3、基于入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据以及高架道路区间内当前的车流量数据和高架道路区间车流量阈值确定高架道路可驶入车流量数据。高架道路的从上游交叉口到下游匝道的全路段的车流量关系是，高架道路区间车流量阈值减去当前入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据以及高架道路区间内当前的车流量数据，即为上游交叉口的地面道路中还可以驶入的车流量数据。
4、根据上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据和高架道路可驶入车流量数据控制上游交叉口的各个可变显示屏的显示内容，具体的，上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据相对于高架道路可驶入车流量数据的比例越高，相应的控制可变显示屏显示的指示驶入高架道路方向的车道标识的数量越少，总体控制原则是，使得绿信时长内驶入高架道路的车流量数据不超过高架道路可驶入车流量数据，以免造成拥堵。由于不同路口也有不同车道划分情况和不同交通运行特性，也需要考虑交叉口的信号灯的配时方案，而且路口的多个可变显示屏可以有多种互相组合方式，所以本申请不给出具体的控制方式，但本领域技术人员可以根据实际交叉口的特性按照上述控制原则设定具体的控制方案。
在一个实施例中，本申请的控制中心还连接第三方平台，可选的，则当控制中心通过第三方平台的数据确定当前处于特殊调控场景时，控制上游交叉口的各个地面道路的进口道处的可变显示屏显示除指示驶入高架道路的车道标识之外的其他车道标识。也即在特殊调控场景下，禁止驶入高架道路。可选的，第三方平台为第三方交管平台和/或第三方气象平台，当从第三方交管平台获取到高架道路区间处于交通管制状态时，和/或，当从第三方气象平台确定当前为预定天气状态时，确定当前处于特殊调控场景。
本申请以如下一个实例进行说明：
(1)假设上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据<高架道路可驶入车流量数据，这种状态下，比如可以有如下几种设置方式：
假设上游交叉口的信号灯采用三相位控制，则可以考虑控制上游交叉口的对向的西进口的地面道路处的可变显示屏显示为：“左转直行共用、直行、直行、右转”，“左转、左转直行共用、直行、右转”，“左转、左转直行共用、直行、直行右转共用。三相位(东单放、西单放、南北合放)，且南右转不用灯控。
假设上游交叉口的信号灯采用四相位控制，则可以考虑控制上游交叉口的对向的西进口的地面道路处的可变显示屏显示为：“左转、直行、直行、右转”或“左转、直行、直行、直行右转共用”。四相位(东西直行、东西左转、南北直行、南北左转)，且南右转不受灯控。
由此也可以看出，实际可以有多种不同的具体控制方案。
(2)假设上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据≈高架道路可驶入车流量数据，这种状态下，当上游交叉口的信号灯采用四相位控制时，则可以考虑控制上游交叉口的对向的西进口的地面道路处的可变显示屏显示为：“左转、直行、直行、右转”。四相位(东西直行、东西左转、南北直行、南北左转)，且南右转受灯控(在东西直行、南北左转时禁行)。由此对比可以看出，相比于第一种情况，可以通过减少西进口的直行(也即驶入高架道路方向)的车道标识减少驶入高架道路的车辆，从而防止车辆积压至高架上匝道及高架路段。
(3)假设上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据>高架道路可驶入车流量数据，这种状态下，当上游交叉口的信号灯采用四相位控制时，则可以考虑控制上游交叉口的对向的西进口的地面道路处的可变显示屏显示为：“左转、左转、直行、右转”或“掉头左转合用、左转、直行、右转”。四相位(东西直行、东西左转、南北直行、南北左转)，且南右转灯控(在东西直行、南北左转时禁行)。相比于第二种情况，进一步减少了西进口的直行(也即驶入高架道路方向)的车道标识减少驶入高架道路的车辆。
另外考虑全天不同时段交通流量变化特征，在平峰时段和高峰时段，也可以配置具体的不同控制方案。且当遭遇特殊天气或突然紧急情况时，控制中心确定处于特殊调控场景，此时了可以设置西进口的地面道路处的可变显示屏显示为“左转、左转、右转、右转”或“掉头、左转、左转、右转”或“掉头、左转、右转、右转”，也即不显示直行的指示标识，实施紧急状态控制，暂缓进入高架道路。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高架道路入口匝道的交叉口信号智能调控***，其特征在于，所述***包括：布设在高架道路的入口匝道至最近一个下游匝道之间的高架道路区间内的广域雷达、埋设在高架道路的入口匝道内的地磁检测器、可变显示屏以及布设在高架道路的入口匝道所在上游交叉口的交通检测设备，所述可变显示屏安装在高架道路的入口匝道所在上游交叉口的地面道路的进口道处；控制中心连接所述广域雷达、地磁检测器、可变显示屏以及交通检测设备，所述控制中心的智能调控方法包括：
通过广域雷达获取高架道路区间内的车辆的实时车辆行驶信息；
通过入口匝道的地磁检测器获取入口匝道内等待驶入高架道路区间的车辆的实时车辆行驶信息；
通过交叉口的交通检测设备与地面道路中的车辆进行通信并获取上游交叉口的地面道路的车辆的实时车辆行驶信息；
对高架道路区间内、入口匝道内以及地面道路的车辆的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法基于车辆之间的时空分布特征进行聚类，分别确定高架道路区间内当前的车流量数据、入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据以及上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据；
基于入口匝道排队驶入高架道路区间的车流量数据以及高架道路区间内当前的车流量数据和高架道路区间车流量阈值确定高架道路可驶入车流量数据；
根据上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据和高架道路可驶入车流量数据控制所述上游交叉口的各个可变显示屏的显示内容。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，上游交叉口等待驶入高架道路的车流量数据相对于高架道路可驶入车流量数据的比例越高，相应的可变显示屏显示的指示驶入高架道路方向的车道标识的数量越少。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，对高架道路区间内的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法基于车辆之间的时空分布特征进行聚类确定高架道路区间内当前的车流量数据，包括：
对高架道路区间内的实时车辆行驶信息利用密度聚类算法进行聚类确定高架道路区间内每个车道内车辆的车头时距统计值，基于每个车道内车辆的车头时距统计值计算每个车道的车流量数据，由每个车道的车流量数据加权得到高架道路区间内当前的车流量数据。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，在由每个车道的车流量数据加权得到高架道路区间内当前的车流量数据时，高架道路区间最靠近入口匝道的车道的车流量数据的权重最大。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述控制中心还连接第三方平台，则当所述控制中心通过所述第三方平台的数据确定当前处于特殊调控场景时，控制上游交叉口的各个地面道路的进口道处的可变显示屏显示除指示驶入高架道路的车道标识之外的其他车道标识。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述第三方平台为第三方交管平台和/或第三方气象平台，当从第三方交管平台获取到高架道路区间处于交通管制状态时，和/或，当从第三方气象平台确定当前为预定天气状态时，确定当前处于特殊调控场景。
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