一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，采集道路和信号配时数据，布设溢流检测器与虚拟信号投影装置，检测上下游路段车流排队波到达检测器的时刻以及波速，预测车流最大排队长度；判断最大排队长度是否会达到溢流排队长度阈值，若预测会达到溢流状态，根据采集的信号配时数据判断溢流检测器检测时上游路段的车流状态，确定虚拟投影装置停滞位置；计算并调整虚拟信号装置投影放行信号时刻，以投影拦行信号的状态，以一定速度在轨道上沿着车辆行进方向行驶至停车线处，使车流以相同速度跟随行驶。本发明专利技术的新增预信号可在不影响交叉口主信号正常运行的基础上，有效避免溢流的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法
本专利技术涉及城市智能交通控制领域，尤其涉及一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法。
技术介绍
随着国家经济的快速发展，人民生活水平得到改善，人们的出行次数与机动车拥有量大幅度增长，给城市交通系统带来巨大的压力，随之衍生出来的交通拥堵、交通事故、环境污染等问题，给人民的生产与生活造成严重的不良影响。交通溢流是指由于交叉路口的瓶颈影响，使得驶入路段的车辆数量大于驶出路段的车辆数量而形成排队，随着时间的演化，滞留在路段上的车辆数逐渐增多，当车辆排队超出路段长度时，部分车辆占据上游交叉口，形成交通溢流现象。交通溢流是引发城市交通拥堵的罪魁祸首之一，如果没有快速解决，溢流就会沿着各个方向迅速蔓延，使大范围路网的道路都处于拥堵状态，甚至会造成城市交通系统的大面积瘫痪，严重影响城市居民的日常生活。因此，合理有效地解决交通溢流，缓解城市交通拥堵，成为城市交通发展变革的首要目标。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，本专利技术通过在上游路段布设可移动虚拟预信号的方式，结合本专利技术提供的虚拟信号控制方法，充分发挥虚拟投影信号优势，动态调整上游路段流入下游路段的车流量与车流流速，在保证实施效果与较低延误的条件下，高效完成交通溢流的预协调，最大限度地降低交叉口锁死的概率，提高交通运行水平，缓解交通拥堵，促进整个城市交通系统的和谐畅通。为了更清楚的说明技术方案，进行如下的解释和说明：虚拟信号投影装置包括信号控制器、灯杆、可灵活转动的投影器以及设置在路侧的轨道，信号控制器与溢流检测器连接，灯杆与投影器在装有步进电机的轨道上行驶；投影器投影形式为3D全息投影，此投影器形成立体的“减速”、“停”与“行”三种虚拟信号图像，利用人双眼的视觉差达到所需效果。需要实施拦行指令时，按一定间隔投影“减速”与“停”两种红色虚拟信号图像，警示驾驶员在“减速”信号前开始减速，在“停”信号前停滞等待；需要实施放行指令时，单独投影“行”绿色虚拟信号图像，提醒驾驶员启动车辆，此放行指令投影在“停”虚拟信号投影位置。“减速”与“停”虚拟信号投影间距由下式获得：式中：La为“减速”与“停”虚拟信号投影间距；为路段3车辆的平均行驶车速；ai,min为车辆安全制动的最小减速度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，包括以下步骤：(1)采集道路和信号配时数据，布设溢流检测器与虚拟信号投影装置，检测上下游路段车流排队波到达检测器的时刻以及波速，预测车流最大排队长度；(2)判断最大排队长度是否会达到溢流排队长度阈值，若预测会达到溢流状态，根据采集的信号配时数据判断溢流检测器检测时上游路段的车流状态，确定虚拟投影装置停滞位置；(3)计算并调整虚拟信号装置投影放行信号时刻，以投影拦行信号的状态，以一定速度在轨道上沿着车辆行进方向行驶至停车线处，使车流以相同速度跟随行驶。所述步骤(1)中，采集数据包括道路平面设计、信号配时数据，以及上下游路段多时段车流排队波、释放波和离去波波速数据。所述步骤(1)中个，溢流检测器用于检测上下游路段车流排队波到达检测器的时刻以及波速，预测车流最大排队长度，溢流检测器安装位置需在保证检测精度的原则上尽量靠近停车线，以便有充分时间实现溢流的预协调。所述步骤(1)中，溢流检测器预测下游路段第n个信号周期的车流最大排队长度Lmax，设置路段长度L为溢流阈值，若Lmax＞L，则视为会发生溢流，需要启用虚拟信号投影装置进行溢流预协调，若Lmax≤L，则视为不会发生溢流，无需进行溢流的预协调。所述步骤(2)中，根据采集的信号配时数据判断溢流检测器检测时上游路段的车流状态，若检测时刻对应上游交叉口信号灯色为红，对应车流为排队波，虚拟信号投影器停滞位置与交叉口停车线的距离由下式获得：Lc＝L-Lb-Ld式中：Lc为虚拟信号投影器停滞位置与交叉口停车线的距离；L为路段长度；Ld为虚拟信号投影器灯杆与“停”虚拟信号投影字幕间隔。所述步骤(2)中，若溢流检测器检测时刻对应交叉口信号灯色为绿，对应车流为排队波与释放波，虚拟信号投影器停滞位置与交叉口停车线的距离由下式获得：式中：ω5为上游路段车流释放波波速；为上游交叉口第n个信号周期信号灯绿灯启亮时刻。所述步骤(3)中，虚拟信号控制放行至第n+1个周期红灯启亮时间间隔内的放行车流需要满足，既不会因为车流时距过短在造成停车延误，也不会因为车流时距过长造成交叉口时空资源的浪费，使溢流预协调后车流运行整体延误达到最小；同时需满足上游交叉口第n+1个信号周期红灯启亮前在下游路段有足够的空间停滞，否则仍然会造成溢流；还需满足溢流协调后的上游路段车流最大排队长度不大于路段长度，防止溢流预协调实施后上游路段溢流。进一步的，若虚拟信号投影放行信号图像时刻无法满足上述任意一项条件，则需调整虚拟信号放行信号投影时刻，以避免溢流的发生。所述步骤(3)中，虚拟信号投影放行信号图像时刻由下式获得：式中：为虚拟信号装置投影放行信号图像时刻；为下游交叉口第n+1个信号周期信号灯红灯启亮时刻；为下游路段车流由释放波转变为离去波的临界时刻；ω3为下游路段车流离去波波速，为下游交叉口第n个信号周期信号灯绿灯启亮时刻；为下游交叉口第n个信号周期信号灯红灯启亮时刻；为上游交叉口第n个信号周期信号灯绿灯启亮时刻。所述步骤(3)中，为保证溢流预协调后上游路段不会发生溢流，上游路段的最大排队长度需满足下式：式中：Lmax2为第n+1信号周期的上游路段车流最大排队长度；Le为溢流检测器距上游交叉口停车线距离；为溢流检测器检测到车流排队波到达检测器的时刻；为溢流检测器检测到车流释放波到达检测器的时刻；S为上游路段长度，为车流释放波传到虚拟信号投影装置时刻。所述步骤(3)中，虚拟信号装置以投影拦行信号的状态，以一定速度在轨道上沿着车辆行进方向行驶至停车线处，使车流以相同速度跟随行驶，虚拟信号装置在延长后的放行信号投影时刻释放车流。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)相比于改变信号配时与上下游交叉口相位差的的传统溢流协调方式，本专利技术的新增预信号可在不影响交叉口主信号正常运行的基础上，有效避免溢流的产生；2)本专利技术借鉴冲击波理论，采用虚拟信号灯，动态控制上游车流流速与输入量，可以有效防止路口进入过饱和状态，缓解交通拥堵；3)可移动的虚拟信号灯消除了增设预信号后造成的车流二次启动延误，大大减少了新增信号带来的不利影响，保证了溢流协调的高效性；4)虚拟信号灯采用3D全息投影技术，相比于传统实体信号灯，警示效果更为强烈，并且对色盲色弱等视障碍人群有极大的益处。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为溢流预协调方法流程图；图2为溢流预协调实施方式示意图；图3(a)为未实施溢流预协调的单一信号周期内相邻交叉口冲击波形图；图3(b)-图3(f)为溢流预协调后不同情况下单一信号周期内相邻交叉口冲击波形图；图4(a)、图4(b)为交叉口溢流预协调前后延误变化示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，其特征是：包括以下步骤：(1)采集道路和信号配时数据，布设溢流检测器与虚拟信号投影装置，检测上下游路段车流排队波到达检测器的时刻以及波速，预测车流最大排队长度；(2)判断最大排队长度是否会达到溢流排队长度阈值，若预测会达到溢流状态，根据采集的信号配时数据判断溢流检测器检测时上游路段的车流状态，确定虚拟投影装置停滞位置；(3)计算并调整虚拟信号装置投影放行信号时刻，以投影拦行信号的状态，以一定速度在轨道上沿着车辆行进方向行驶至停车线处，使车流以相同速度跟随行驶。

【技术特征摘要】
1.一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，其特征是：包括以下步骤：(1)采集道路和信号配时数据，布设溢流检测器与虚拟信号投影装置，检测上下游路段车流排队波到达检测器的时刻以及波速，预测车流最大排队长度；(2)判断最大排队长度是否会达到溢流排队长度阈值，若预测会达到溢流状态，根据采集的信号配时数据判断溢流检测器检测时上游路段的车流状态，确定虚拟投影装置停滞位置；(3)计算并调整虚拟信号装置投影放行信号时刻，以投影拦行信号的状态，以一定速度在轨道上沿着车辆行进方向行驶至停车线处，使车流以相同速度跟随行驶。2.如权利要求1所述的一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，其特征是：所述步骤(1)中，采集数据包括道路平面设计、信号配时数据，以及上下游路段多时段车流排队波、释放波和离去波波速数据。3.如权利要求1所述的一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，其特征是：所述步骤(1)中个，溢流检测器用于检测上下游路段车流排队波到达检测器的时刻以及波速，预测车流最大排队长度，溢流检测器安装位置需在保证检测精度的原则上尽量靠近停车线，以便有充分时间实现溢流的预协调。4.如权利要求1所述的一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，其特征是：所述步骤(1)中，溢流检测器预测下游路段第n个信号周期的车流最大排队长度Lmax，设置路段长度L为溢流阈值，若Lmax＞L，则视为会发生溢流，需要启用虚拟信号投影装置进行溢流预协调，若Lmax≤L，则视为不会发生溢流，无需进行溢流的预协调。5.如权利要求1所述的一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，其特征是：所述步骤(2)中，根据采集的信号配时数据判断溢流检测器检测时上游路段的车流状态，若检测时刻对应上游交叉口信号灯色为红，对应车流为排队波，虚拟信号投影器停滞位置与交叉口停车线的距离由下式获得：Lc＝L-Lb-Ld式中：Lc为虚拟信号投影器停滞位置与交叉口停车线的距离；L为路段长度；Ld为虚拟信号投影器灯杆与“停”虚拟信号投影字幕间隔。6.如权利要求1所述的一种基于可移动虚拟信号的交通溢流预协调方法，其特征是：所述步骤(2)中，若溢流检测器检测时刻对应交叉口信号灯色为绿，对应车流为排队波与释放波，虚拟信号投影器停滞位置与交叉口停车线的距离由下式获得：式中：ω5为上游路段车流释放波波速；为上游交叉口第n个信号周期信号灯绿灯启亮时刻。7.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：白翰，张桐，谢豆豆，赵景春，崔娜，于乐美，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东,37