CN115394097B - 一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法及应用 - Google Patents

一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法及应用，适用于交叉口为信号交叉口，且信号交叉口与上游基本路段通过道路纵坡路段相衔接，其步骤包括：1、确定车辆进入纵坡路段的限速值；2、确定限速牌的位置；3、判断是否需要在纵坡路段设置预信号灯；4、确定预信号灯的设置位置；5、判断当前信号周期T内预信号灯是否需要开启；6、计算预信号灯红灯和绿灯开始的时刻。本发明根据纵坡处凸形竖曲线和凹形竖曲线的长度来确定车辆在纵坡路段的限速值，保证了车辆上坡时的安全性；通过预信号灯来控制车辆在下游信号交叉口处的排队长度，避免了停车视距不足造成的追尾事故，提高了交通流运行的安全性。

Description

一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法及应用
技术领域
本发明属于道路交通安全领域，具体的说是一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法。
背景技术
车前的视野和视距对车辆在公路上安全和有效运行极为重要。车的速度和行车方向选择取决于驾驶者是否看清前方道路及周围环境，并有足够远的视距，以便准确控制方向，避开障碍物，保证行车安全。在道路纵坡路段，由于道路坡度的变化，在坡度变化处容易形成视野盲区，此时驾驶员的速度过快，就容易因为停车视距不足而造成车辆的追尾事故。因此需要根据纵坡路段凹形竖曲线和凸形竖曲线的长度来控制车辆进入坡度路段的速度。
当道路纵坡路段下游衔接信号交叉口时，由于车辆在道路纵坡路段视距不良，可能无法及时观察到下游信号交叉口的交通状况，当下游交叉口车辆排队过长时，后续的车辆从驶出后没有足够的停车视距造成的追尾事故，从而降低道路的交通安全性和通行效率。
发明内容
本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出了一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法及应用，以期确定车辆进入坡度路段的速度，保证车辆上坡时的完全性；同时控制车辆在下游信号交叉口处的排队长度，以避免交叉口处车辆排队过长而导致的追尾事故，从而能提高交通的通行效率。
本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：
本发明一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法，所述交叉口为信号交叉口，所述信号交叉口的进口道与上游基本路段通过道路纵坡路段相衔接；所述道路纵坡路段由凹形竖曲线、基本纵坡段和凸形竖曲线三部分组成；所述上游基本路段与所述基本纵坡段通过凹形竖曲线相连接，所述基本纵坡段与所述信号交叉口进口道通过凸形竖曲线相连接；所述凹形竖曲线与所述上游基本路段的衔接点为凹形竖曲线的起点，所述凹形竖曲线与所述基本纵坡段的衔接点为凹形竖曲线的终点；所述凸形竖曲线与所述基本纵坡段的衔接点为凸形竖曲线的起点，所述凸形竖曲线与所述信号交叉口进口道的衔接点为凸形竖曲线的终点；其特点在于，所述预信号灯管控方法包括以下步骤：
步骤1确定车辆在道路纵坡路段的限速值vlimit；
步骤1.1利用式(1)计算根据所述凹形竖曲线的长度Lao所确定的限速值vao；
Figure BDA0003824128920000021
式(1)中，Δ为坡度差；
步骤1.2利用式(2)和式(3)计算根据凸形竖曲线的长度Ltu所确定的限速值vtu；
Figure BDA0003824128920000022
Figure BDA0003824128920000023
式(2)和式(3)中，Dtu为限速值vtu下的停车视距，
Figure BDA0003824128920000024
为道路路面与轮胎之间的纵向摩阻系数，i为凸形竖曲线的道路纵坡度，S0为车辆最小安全距离；
步骤1.3利用式(4)确定车辆在道路纵坡路段的限速值vlimit；
vlimit＝min(vao,vtu)  (4)
步骤2若vlimit≥v0，则不需要设置限速牌，并令vlimit＝v0；
若vlimit＜v0，则利用式(5)计算距离l1，从而在道路纵坡路段的上游与道路纵坡路段的起点处距离为l1的位置设置限速牌；
Figure BDA0003824128920000025
式(5)中，a1为车辆的舒适减速度；
步骤3利用式(6)计算车辆在道路纵坡路段上的最大速度vmax；
vmax＝vlimit+Δv  (6)
式(6)中，Δv表示车辆在道路纵坡路段上速度的波动范围；
若vmax≤vtu，则表示不需要在道路纵坡路段设置预信号灯，并结束流程；
若vmax＞vtu，则表示需要在道路纵坡路段设置预信号灯，并执行步骤4；
步骤4若α2≥αmax，则在所述凹曲线的起点处设置预信号灯；
若α2＜αmax，则在所述凸曲线的起点处设置预信号灯；其中，α2为基本纵坡段的坡度值，αmax为车辆最大起步坡度值；
步骤5判断是否需要开启所述预信号灯；
步骤5.1利用式(7)、式(8)、式(9)分别计算车辆在限速值vlimit下的停车视距Dlimit、车辆在道路纵坡路段上最大速度vmax下的停车视距Dmax、车辆的停车视距差ΔD；
Figure BDA0003824128920000031
Figure BDA0003824128920000032
ΔD＝Dmax-Dlimit  (9)
步骤5.2获取所述信号交叉口的上游基本路段的交通流量Q以及所述信号交叉口当前信号周期T内的红灯时长RT；
步骤5.3利用式(10)计算所述信号交叉口当前信号周期T内的最大排队长度
Figure BDA0003824128920000033
Figure BDA0003824128920000034
式(10)中，lc为车辆长度，w为车辆停车排队时与前车的安全间距；
步骤5.4若
Figure BDA0003824128920000035
则在当前信号周期T内不开启所述预信号灯，并执行步骤7；若
Figure BDA0003824128920000036
则在当前信号周期T内开启所述预信号灯，并执行步骤6；
步骤6计算当前信号灯周期T内所述预信号灯中红灯和绿灯的开启时刻；
步骤6.1若l2≥ΔD，则执行步骤6.2、步骤6.3和步骤7；
若l2＜ΔD，则执行步骤6.4、步骤6.5和步骤7；
步骤6.2利用式(11)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口的红灯开启时刻之间的时间差tR，从而使所述预信号灯在所述信号交叉口的红灯开启时间tR后亮红灯，以提醒后续到达的车辆在所述预信号灯前排队等待；
Figure BDA0003824128920000037
步骤6.3利用式(12)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG1，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG1开启；
Figure BDA0003824128920000041
式(12)中，S为道路纵坡路段长度；a2为车辆的舒适加速度；
步骤6.4在当前信号周期T内，令所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口红灯开启时刻一致；
步骤6.5利用式(13)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG2，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG2开启；
Figure BDA0003824128920000042
步骤7令T+1赋值给T后，返回步骤5.2顺序执行。
本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述预信号灯管控方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述预信号灯管控方法的步骤。
与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：
1、本发明根据纵坡路段凹形竖曲线和凸形竖曲线的长度确定车辆进入道路纵坡时的限速值，保证了车辆上坡时的安全性；并利用舒适减速度计算车辆的减速距离将其作为限速牌的设置位置，保证了车辆在上坡时减速时的舒适性和安全性。
2、本发明时在道路纵坡路段起点处设置预信号灯，并动态根据道路纵坡路段终点至下游信号交叉口的距离l2、下游信号交叉口当前信号周期T内最大排队长度
Figure BDA0003824128920000043
和车辆的停车视距差ΔD之间的关系判断是否需要开启在道路纵坡路段起点处设置的预信号灯；避免了交叉口处车辆排队过长，导致后来的车辆从道路纵坡路段驶出后没有足够的停车视距造成的追尾事故。
3、本发明在需要开启预信号灯的情况下，根据道路纵坡路段终点至下游信号交叉口的距离l2和车辆的停车视距差ΔD之间的关系，分类型计算预信号灯的红灯和绿灯的开启时间，在保证交通安全性的情况下提高了交通效率。
附图说明
图1为本发明的总体流程图；
图2为本发明的场景示意图；
图3为发明的道路纵坡段纵截面图。
具体实施方式
本实施例中，如图2所示，一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法中的交叉口为信号交叉口，包含主信号灯；信号交叉口进口道与上游基本路段通过道路纵坡路段相衔接；道路纵坡路段由凹形竖曲线、基本纵坡段和凸形竖曲线三者组成；上游基本路段与基本纵坡段通过凹形竖曲线相连接，基本纵坡段与信号交叉口通过凸形竖曲线相连接；凹形竖曲线与上游基本路段衔接点为凹形竖曲线的起点，凹形竖曲线与基本纵坡段衔接点为凹形竖曲线的终点；凸形竖曲线与基本纵坡段衔接点为凸形竖曲线的起点，凸形竖曲线与信号交叉口进口道衔接点为凸形竖曲线的终点；
如图1所示，该预信号灯管控方法是按照以下步骤进行的：
步骤1如图3所示，根据纵坡处凹形竖曲线的长度Lao和凸形竖曲线长度Ltu来确定车辆在纵坡路段的限速值vlimit；
步骤1.1利用式(1)计算根据凹形竖曲线的长度Lao所确定的限速值vao；
Figure BDA0003824128920000051
式(1)中，Δ为坡度差；此时，Δ＝α2-α1，α2为基本纵坡的坡度值，α1为上游基本路段坡度值；
步骤1.2利用式(2)和式(3)求解根据凸形竖曲线长度Ltu所确定的限速值vtu；
Figure BDA0003824128920000052
Figure BDA0003824128920000053
式(2)和式(3)中，Dtu为限速值vtu下的停车视距，
Figure BDA0003824128920000054
为道路路面与轮胎之间的纵向摩阻系数，i为道路纵坡度，S0为最小安全距离；式(2)中坡度差Δ＝α3-α2，α3为交叉口处坡度值；
步骤1.3利用式(4)确定车辆在纵坡路段的限速值vlimit；
vlimit＝min(vao,vtu)  (4)
步骤2如图2所示，根据车辆在纵坡路段的限速值vlimit与车辆在上游基本路段的自由流速度v0之间的关系确定限速牌的位置；若vlimit≥v0，则不需要设置限速牌，并令vlimit＝v0；
若vlimit＜v0，则利用式(5)计算距离l1，从而在道路纵坡路段的上游与道路纵坡路段的起点处距离为l1的位置设置限速牌；
Figure BDA0003824128920000061
式(5)中，a1为车辆的舒适减速度；
步骤3根据车辆在道路纵坡路段上的最大速度vmax与凸形竖曲线长度Ltu所确定的限速值vtu之间的关系判断是否需要在道路纵坡路段设置预信号灯；
利用式(6)计算车辆在道路纵坡路段上的最大速度vmax；
vmax＝vlimit+Δv  (6)
式(6)中，Δv表示车辆在道路纵坡路段上速度的波动范围；
若vmax≤vtu，则表示不需要在道路纵坡路段设置预信号灯，并结束流程；
若vmax＞vtu，则表示需要在道路纵坡路段设置预信号灯，并执行步骤4；
步骤4若α2≥αmax，则在凹曲线起点处设置预信号灯；若α2＜αmax，则在凸曲线起点处设置预信号灯；其中，α2为基本纵坡段的坡度值，αmax为车辆最大起步坡度值；图2是将预信号灯设置在凹曲线起点处的场景示意图；
步骤5判断是否需要开启预信号灯；
步骤5.1利用式(7)、式(8)、式(9)分别计算车辆在限速值vlimit下的停车视距Dlimit、车辆在道路纵坡路段上最大速度vmax下的停车视距Dmax、车辆的停车视距差ΔD；
Figure BDA0003824128920000062
Figure BDA0003824128920000071
ΔD＝Dmax-Dlimit  (9)
步骤5.2获取信号交叉口的上游基本路段的交通流量Q以及信号交叉口当前信号周期T内的红灯时长RT；
步骤5.3利用式(10)计算信号交叉口当前信号周期T内的最大排队长度
Figure BDA0003824128920000072
Figure BDA0003824128920000073
式(10)中，lc为车辆长度，w为车辆停车排队时与前车的安全间距；
步骤5.4若
Figure BDA0003824128920000074
则在当前信号周期T内不开启预信号灯，并执行步骤7；若
Figure BDA0003824128920000075
则在当前信号周期T内开启预信号灯，并执行步骤6；
步骤6计算当前信号灯周期T内预信号灯中红灯和绿灯的开启时刻；
步骤6.1若l2≥ΔD，则执行步骤6.2、步骤6.3和步骤7；
若l2＜ΔD，则执行步骤6.4、步骤6.5和步骤7；
步骤6.2利用式(11)计算在当前信号周期T内预信号灯的红灯开启时刻与信号交叉口的红灯开启时刻之间的时间差tR，从而使预信号灯在信号交叉口的红灯开启时间tR后亮红灯，以提醒后续到达的车辆在预信号灯前排队等待；
Figure BDA0003824128920000076
步骤6.3利用式(12)计算在当前信号周期T内预信号灯的绿灯开启时刻与信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG1，并使预信号灯的绿灯相比信号交叉口绿灯提前时间tG1开启；
Figure BDA0003824128920000077
式(12)中，S为道路纵坡路段长度；a2为车辆的舒适加速度；
步骤6.4在当前信号周期T内，令预信号灯的红灯开启时刻与信号交叉口红灯开启时刻一致；
步骤6.5利用式(13)计算在当前信号周期T内预信号灯的绿灯开启时刻与信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG2，并使预信号灯的绿灯相比信号交叉口绿灯提前时间tG2开启；
Figure BDA0003824128920000081
步骤7令T+1赋值给T后，返回步骤5.2顺序执行。
本实施例中，一种电子设备，包括存储器以及处理器，该存储器用于存储支持处理器执行上述方法的程序，该处理器被配置为用于执行该存储器中存储的程序。
本实施例中，一种计算机可读存储介质，是在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。

Claims (3)

1.一种交叉口上游道路纵坡路段的预信号灯管控方法，所述交叉口为信号交叉口，所述信号交叉口的进口道与上游基本路段通过道路纵坡路段相衔接；所述道路纵坡路段由凹形竖曲线、基本纵坡段和凸形竖曲线三部分组成；所述上游基本路段与所述基本纵坡段通过凹形竖曲线相连接，所述基本纵坡段与所述信号交叉口进口道通过凸形竖曲线相连接；所述凹形竖曲线与所述上游基本路段的衔接点为凹形竖曲线的起点，所述凹形竖曲线与所述基本纵坡段的衔接点为凹形竖曲线的终点；所述凸形竖曲线与所述基本纵坡段的衔接点为凸形竖曲线的起点，所述凸形竖曲线与所述信号交叉口进口道的衔接点为凸形竖曲线的终点；其特征在于，所述预信号灯管控方法包括以下步骤：
步骤1确定车辆在道路纵坡路段的限速值vlimit；
步骤1.1利用式(1)计算根据所述凹形竖曲线的长度Lao所确定的限速值vao；
Figure FDA0004144389920000011
式(1)中，Δ为坡度差；
步骤1.2利用式(2)和式(3)计算根据凸形竖曲线的长度Ltu所确定的限速值vtu；
Figure FDA0004144389920000012
Figure FDA0004144389920000013
式(2)和式(3)中，Dtu为限速值vtu下的停车视距，
Figure FDA0004144389920000015
为道路路面与轮胎之间的纵向摩阻系数，i为凸形竖曲线的道路纵坡度，S0为车辆最小安全距离；
步骤1.3利用式(4)确定车辆在道路纵坡路段的限速值vlimit；
vlimit＝min(vao,vtu)                    (4)
步骤2若vlimit≥v0，则不需要设置限速牌，并令vlimit＝v0；v0表示上游基本路段的自由流速度；
若vlimit＜v0，则利用式(5)计算距离l1，从而在道路纵坡路段的上游与道路纵坡路段的起点处距离为l1的位置设置限速牌；
Figure FDA0004144389920000014
式(5)中，a1为车辆的舒适减速度；
步骤3利用式(6)计算车辆在道路纵坡路段上的最大速度vmax；
vmax＝vlimit+Δv                           (6)
式(6)中，Δv表示车辆在道路纵坡路段上速度的波动范围；
若vmax≤vtu，则表示不需要在道路纵坡路段设置预信号灯，并结束流程；
若vmax＞vtu，则表示需要在道路纵坡路段设置预信号灯，并执行步骤4；
步骤4若α2≥αmax，则在所述凹形竖曲线的起点处设置预信号灯；
若α2＜αmax，则在所述凸形竖曲线的起点处设置预信号灯；其中，α2为基本纵坡段的坡度值，αmax为车辆最大起步坡度值；
步骤5判断是否需要开启所述预信号灯；
步骤5.1利用式(7)、式(8)、式(9)分别计算车辆在限速值vlimit下的停车视距Dlimit、车辆在道路纵坡路段上最大速度vmax下的停车视距Dmax、车辆的停车视距差ΔD；
Figure FDA0004144389920000021
Figure FDA0004144389920000022
ΔD＝Dmax-Dlimit                           (9)
步骤5.2获取所述信号交叉口的上游基本路段的交通流量Q以及所述信号交叉口当前信号周期T内的红灯时长RT；
步骤5.3利用式(10)计算所述信号交叉口当前信号周期T内的最大排队长度
Figure FDA0004144389920000023
Figure FDA0004144389920000024
式(10)中，lc为车辆长度，w为车辆停车排队时与前车的安全间距；
步骤5.4若
Figure FDA0004144389920000025
则在当前信号周期T内不开启所述预信号灯，并执行步骤7；若
Figure FDA0004144389920000026
则在当前信号周期T内开启所述预信号灯，并执行步骤6；其中，l2为道路纵坡路段终点至下游信号交叉口的距离；
步骤6计算当前信号灯周期T内所述预信号灯中红灯和绿灯的开启时刻；
步骤6.1若l2≥ΔD，则执行步骤6.2、步骤6.3和步骤7；
若l2＜ΔD，则执行步骤6.4、步骤6.5和步骤7；
步骤6.2利用式(11)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口的红灯开启时刻之间的时间差tR，从而使所述预信号灯在所述信号交叉口的红灯开启时间tR后亮红灯，以提醒后续到达的车辆在所述预信号灯前排队等待；
Figure FDA0004144389920000031
步骤6.3利用式(12)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG1，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG1开启；
Figure FDA0004144389920000032
式(12)中，S为道路纵坡路段长度；a2为车辆的舒适加速度；
步骤6.4在当前信号周期T内，令所述预信号灯的红灯开启时刻与所述信号交叉口红灯开启时刻一致；
步骤6.5利用式(13)计算在当前信号周期T内所述预信号灯的绿灯开启时刻与所述信号交叉口的绿灯开启时刻之间的时间差tG2，并使所述预信号灯的绿灯相比所述信号交叉口绿灯提前时间tG2开启；
Figure FDA0004144389920000033
步骤7令T+1赋值给T后，返回步骤5.2顺序执行。
2.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
3.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1所述方法的步骤。
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