基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，具体提出了一种基于相位差渐进循环协调的信号控制策略，并将其与应急车辆优先信号控制策略相结合进行应急车辆优先信号控制，给出了应急车辆优先信号配时转换控制策略和动态相位差的计算方法。在由交叉路口组成的城市道路系统中，采用三种应急车辆的信号控制策略进行了微观仿真实验，结果表明，本发明专利技术提出的基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制策略通过对各交叉路口相位动态循环渐进微调后，再采用应急车辆优先信号控制策略进行控制，可以使应急车辆安全不停车地通过交叉路口，且达到了对非应急车辆影响最小的效果。

【技术实现步骤摘要】
基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法
本专利技术属于智能交通领域，涉及道路信号灯控制，具体涉及一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法。
技术介绍
应急车辆在道路上的行驶，会对附近车辆的正常运行造成非常大的影响，进而诱发交通拥堵或交通事故。应急车辆优先信号可有效降低应急车辆的救援响应时间，但可能会打断原有的信号协调，再加上信号控制器间缺乏信息共享，会对一般交通造成不必要的延误。如何既减少应急车辆的响应时间，又能最小化对一般交通的影响成为近几年来的研究热点。QinXL提出两个信号配时转换策略使应急车辆优先信号来减少响应时间并最小化应急操作对一般交通的影响。杨兆升等采用延长绿灯时间，缩短红灯时间和多相位协调模糊控制三种策略，基于RFID技术实现了单点信号的应急车辆优先控制以减小应急车辆在单交叉路口的延误时间。马超等基于多智能体研究多应急车辆在同一时间段内通过同一交叉路口的优先信号控制。谢秉磊等以应急车辆安全无延误通过交叉路口为第一模型，社会车辆排队最小为第二模型，建立了交叉路口优先信号转换和优化的方法。王吟松等采用DSRC设备研究了车辆与路侧设备相互通信的车路协同环境下紧急车辆的优先信号控制。蒋光胜等介绍了奥运中心区利用射频技术进行交叉路口公交优先和紧急车辆优先的控制逻辑和控制策略。虽然近年来对应急车辆优先信号控制的研究取得了一定的成就，但目前大多数应急车辆优先信号控制策略仍采用传统的单交叉路口“请求→决策→应答”的模式。该模式的缺点在于，在固定相位相序条件下，仅通过算法缩短红灯时间或延长绿灯时间来调整原有信号配时参数，会打断原有的信号协调；而且在该模式下，应急车辆通过交叉路口后需要算法复杂、数学计算量大、实用性较低的信号恢复过程。TengHH基于“请求→决策→应答”的模式的仿真测试结果表明，信号系统的协调被应急车辆优先打断后，需要4个周期左右的时间进行恢复，而且会增加4％至58％的交通延误。基于上述背景，Kamalanathsharma在信号交叉路口采用动态相位差来代替优先请求信号建立了应急车辆交通自适应优先系统，但未对路径较短的道路进行深入研究，应用于较短的道路时会产生协调紊乱，无法满足应急车辆优先通行的需求。目前大多数应急车辆优先信号控制策略仍采用传统的单交叉路口“请求→决策→应答”的模式。该模式的缺点在于，在固定相位相序条件下，仅通过算法缩短红灯时间或延长绿灯时间来调整原有信号配时参数，会打断原有的信号协调；而且在该模式下，应急车辆通过交叉路口后需要算法复杂、数学计算量大、实用性较低的信号恢复过程。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，针对应急车辆信号需要“绝对优先”的运行特性，使应急车辆安全不停车地通过交叉路口，同时在不使用复杂的信号恢复策略条件下，达到占用较少的相交相位绿灯时间的效果，对非应急车辆的影响降到最低。为了实现上述技术任务，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，其特征在于，该方法将应急车辆优先信号控制策略与相位差渐进循环协调控制策略相结合；具体包括以下步骤：步骤一，应急车辆发出应优先请求信号给第一个交叉路口的信号控制器，第一个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第一个交叉路口的信号灯进行配时，第一个交叉路口的信号控制器并将优先请求信号发送给第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；步骤二，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第一个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；步骤三，当应急车辆通过第一个交叉路口驶入下一路段，应急车辆将给第二个交叉路口发送优先请求信号，第二个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第二个交叉路口的信号灯进行配时，第二个交叉路口的信号控制器同时将优先请求信号发送给第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；第二个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第二个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；如此循环迭代，直至应急车辆到达目的地；所述的相位差渐进循环协调控制策略如下所述：当第i个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器收到优先请求信号后，计算第i个交叉路口下游的每个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差，并对第i个交叉路口下游的每个交叉路口的信号灯执行相位调整配时；第i+j个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差δ计算方法为式Ⅰ：式Ⅰ其中：Li+j为应急车辆距第(i+j)个交叉路口的距离；i＝1，2，...，n-1，j＝1，2，...，n-i，n表示第n个交叉路口；LEV为应急车辆队列的长度；VEV表示应急车辆的速度；Lq表示静态排队队列长度；Lm表示缓慢移动队列长度；Vq表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列中；当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，以第i个交叉路口的信号控制器采用应急车辆优先信号控制策略时的时刻作为第(i+j)个交叉路口排队队列长度Lq和移动队列长度Lm的计算起始时间点；交叉路口信号灯的周期为C，取δ'＝δ％C，当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，控制第(i+j)个交叉路口的信号灯与第i个交叉路口的信号灯之间的相位差为δ'。本专利技术还具有如下区别技术特征：所述的应急车辆优先信号控制策略如下所述：(A)若当前交叉路口信号灯为红灯，且剩余红灯时间tsr≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若tsr＞t'，则信号控制器提前(tsr-t')时间启亮绿灯；(B)若当前交叉路口信号灯为黄灯，判断剩余黄灯时间和红灯时间之和tsy+tr与t'的关系。若tsy+tr≤t'，则信号控制器无需调整交通灯配时，即可保证应急车辆顺利通过交叉路口；若tsy+tr＞t'，则信号灯需要提前(tsy+tr-t')时间启亮绿灯；(C)若当前交叉路口信号灯为绿灯，说明此时车辆队列正在消散，需要判断剩余绿灯时间tsg与应急车辆到达并通过交叉路口所需的时间t″之间的关系：若tsg≥t”，则无需调整交通灯配时，应急车辆即可在绿灯时间段内通过交叉路口；若tsg＜t”，则将t”与最大绿灯时间Gmax进行比较，若t”≤Gmax，则延长绿灯时间(t”-tsg)，若t”＞Gmax，则分配给当前交叉路口与应急车辆行驶方向垂直的相交相位最小绿灯时间Gmin，在下周期提前启亮当前交叉路口应急车辆行驶方向的绿灯；其中：tsr表示剩余红灯时间，tsy表示剩余黄灯时间，tsg表示剩余绿灯时间，tr表示红灯时间，Gmax最大绿灯时间；t′表示，信号灯为任意灯色都不影响应急车辆通行的时间，t′＝tn-tq-tsaf本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，其特征在于，该方法将应急车辆优先信号控制策略与相位差渐进循环协调控制策略相结合；具体包括以下步骤：步骤一，应急车辆发出应优先请求信号给第一个交叉路口的信号控制器，第一个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第一个交叉路口的信号灯进行配时，第一个交叉路口的信号控制器并将优先请求信号发送给第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；步骤二，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第一个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；步骤三，当应急车辆通过第一个交叉路口驶入下一路段，应急车辆将给第二个交叉路口发送优先请求信号，第二个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第二个交叉路口的信号灯进行配时，第二个交叉路口的信号控制器同时将优先请求信号发送给第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；第二个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第二个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；如此循环迭代，直至应急车辆到达目的地；所述的相位差渐进循环协调控制策略如下所述：当第i个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器收到优先请求信号后，计算第i个交叉路口下游的每个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差，并对第i个交叉路口下游的每个交叉路口的信号灯执行相位调整配时；第i+j个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差δ计算方法为式Ⅰ：δ=Li+jVEV-(Lq+LmVq+LEVVEV)]]>   式Ⅰ其中：Li+j为应急车辆距第(i+j)个交叉路口的距离；i＝1，2，...，n‑1，j＝1，2，...，n‑i，n表示第n个交叉路口；LEV为应急车辆队列的长度；VEV表示应急车辆的速度；Lq表示静态排队队列长度；Lm表示缓慢移动队列长度；Vq表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列中；当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，以第i个交叉路口的信号控制器采用应急车辆优先信号控制策略时的时刻作为第(i+j)个交叉路口排队队列长度Lq和移动队列长度Lm的计算起始时间点；交叉路口信号灯的周期为C，取δ'＝δ％C，当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，控制第(i+j)个交叉路口的信号灯与第i个交叉路口的信号灯之间的相位差为δ′。...

【技术特征摘要】
1.一种基于相位差渐进循环协调的应急车辆优先信号控制方法，其特征在于，该方法将应急车辆优先信号控制策略与相位差渐进循环协调控制策略相结合；具体包括以下步骤：步骤一，应急车辆发出应优先请求信号给第一个交叉路口的信号控制器，第一个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第一个交叉路口的信号灯进行配时，第一个交叉路口的信号控制器并将优先请求信号发送给第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；步骤二，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第一个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第一个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；步骤三，当应急车辆通过第一个交叉路口驶入下一路段，应急车辆将给第二个交叉路口发送优先请求信号，第二个交叉路口的信号控制器执行应急车辆优先信号控制策略对第二个交叉路口的信号灯进行配时，第二个交叉路口的信号控制器同时将优先请求信号发送给第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器；第二个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器接收到优先请求信号后，在第二个交叉路口下游的每个交叉路口，相位差渐进循环协调控制策略作为一个子进程被触发，第二个交叉路口下游的每个交叉路口的信号控制器将按照相位差渐进循环协调控制策略对每个信号灯进行动态循环渐进微调配时；如此循环迭代，直至应急车辆到达目的地；所述的相位差渐进循环协调控制策略如下所述：当第i个交叉路口下游的每个交叉路口的控制器收到优先请求信号后，计算第i个交叉路口下游的每个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差，并对第i个交叉路口下游的每个交叉路口的信号灯执行相位调整配时；第i+j个交叉路口与第i个交叉路口之间的相位差δ计算方法为式Ⅰ：其中：Li+j为应急车辆距第(i+j)个交叉路口的距离；i＝1，2，...，n-1，j＝1，2，...，n-i，n表示第n个交叉路口；LEV为应急车辆队列的长度；VEV表示应急车辆的速度；Lq表示静态排队队列长度；Lm表示缓慢移动队列长度；Vq表示排队队列的消散速度；当车辆速度小于10km/h时，将该车辆定义为缓慢移动车辆，加入到缓慢移动队列中；当应急车辆即将到达第i个交叉路口时，以第i个交叉路口的信号控制器采用应急车辆优先信号控制策略时的时刻作为第(i+j)个交叉路口排队队列长度Lq和移动队列长度Lm的计算起始时间点；交叉路口信号灯的周期为C，取δ'＝δ％C，...

【专利技术属性】
技术研发人员：安毅生，赵祥模，贺冰花，徐志刚，王润民，惠飞，郭迎，张晓航，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61