一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法技术

本发明专利技术公开了一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，包括：步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机；步骤20)实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。该控制方法可预防和缓解城市信号交叉口出现的过饱和交通现象。

【技术实现步骤摘要】
一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法
本专利技术涉及道路信号交叉口自组织控制方法，具体来说，涉及一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法。技术背景目前，城市的过饱和交通已由交通问题上升为一个全民关注的社会问题，正越来越严重地影响着经济社会发展和民生改善。过饱和交通是指交叉口到达交通量大于通行能力的状态。它的演化过程可以形象地表述为在以信号周期为轮转单位的前提下，排队车辆数逐渐增加的过程，最先形成进口区域其他转向车道在绿灯时间无车辆可放的饥饿现象，进而造成交叉口绿灯信号被红灯化，最终促使交叉口死锁。受限于信号控制机制和检测器性能，现有信号控制技术无法应对过饱和交通带来的挑战。过饱和交通产生的本质原因在于局部通行能力与通行需求不相匹配，若交叉口的信号控制方式不科学，导致交通分布过度集中，在交通平峰期也会触发局部交叉口陷入过饱和。信号交叉口处的交通溢流、交通滞留和交叉口死锁是诱发过饱和交通的三个重要致因，也是我国城市过饱和交通状态所呈现的基本特征。实现过饱和交通提前预防以及过饱和交通加速缓解，成为本领域技术人员面临的一就技术问题。
技术实现思路
技术问题：本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，该控制方法能够动态识别出三种过饱和交通特征，基于自组织信号控制疏导过饱和交通流，实现过饱和交通的事前预防和主动控制，以加速缓解过饱和交通。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，包括以下步骤：步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机，用于采集信息；步骤20)根据检测线圈和摄像机采集的信息，实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；所述过饱和交通现象包括交通溢流、交通滞留或交叉口死锁；步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。作为优选例，所述步骤10)包括以下步骤：步骤101)将两相邻信号交叉口之间的区域依次划分为一交叉口内部区域、出口区域、路段区域、进口区域和另一交叉口内部区域；步骤102)从城市网络矢量地图上提取待控制交叉口的几何参数，所述几何参数包括进口区域的长度Lapproach、出口区域的长度Ldeparture、交叉口内部区域的长度Llength和交叉口内部区域的宽度Lwidth；步骤103)获取待控制交叉口进口区域的车辆数λapproach和出口区域的车辆数λdeparture；其中，进口区域的车辆数λapproach包括进口区域的直行车辆数λTapproach、进口区域的右转车辆数λRapproach和进口区域的左转车辆数λLapproach；步骤104)在交叉口进口区域，以20米为间隔，连续布设Ni个检测线圈；在交叉口内部区域，以10米为间隔，沿纵向和横向共布设Nk个检测线圈；在路段区域中间位置，布设1个检测线圈；当车辆进入进口区域时，检测线圈记录车辆速度vi和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为ti(T)，右转车占用检测线圈的时间为ti(R)，左转车占用检测线圈的时间为ti(L)；当车辆驶过路段区域检测线圈时，记录车辆速度vr和占用检测线圈的时间tr；当车辆进入交叉口内部区域时，检测线圈记录车辆速度vk和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为tk(T)，右转车占用检测线圈的时间为tk(R)，左转车占用检测线圈的时间为tk(L)；获取交叉口的信号周期C；其中，其中，ceil表示向下取整数。作为优选例，所述的步骤103)包括：将摄像机架设在受控信号交叉口路边，使摄像机的拍摄范围覆盖该交叉口的进口区域和出口区域，且拍摄到交通高峰期车辆的行驶过程；将拍摄的视频导入软件AdobePremiere中，获取进口区域的直行车辆数λTapproach、进口区域的右转车辆数λRapproach、进口区域的左转车辆数λLapproach和出口区域的车辆数λdeparture。作为优选例，所述步骤20)中，判断道路是否出现过饱和交通现象，包括：当进口区域拓宽的左转车道上所有Ni个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用检测线圈时间ti(L)都大于信号周期C，则左转车道完全被排队车辆占用，该交叉口的左转交通流向发生交通溢流；当进口区域拓宽的左转车道上所有Ni个检测线圈检测到的车辆速度都为零，进口区域的左转车辆数λLapproach为零，同时进口区域的直行车辆数λTapproach大于零，则左转车辆被前方直行排队车辆阻挡，无法驶入左转专用道，该交叉口的直行交通流向发生交通溢流；当路段区域和进口区域入口处布设的检测线圈检测到的车辆速度均为零，且车辆占用线圈时间tr、ti(T)、ti(R)均大于信号周期C，则该路段区域前方完全被排队滞留车辆占用，该交叉口发生交通滞留；当交叉口内部区域布设的Nk个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用线圈时间tk(T)、tk(R)、tk(L)均大于信号周期C，则交叉口内部区域被车辆完全占据，该交叉口死锁。作为优选例，所述步骤30)包括：步骤301)根据信号交叉口的交通组织和渠化形式，将不冲突的交通流向组合成交通相位集合ψn；步骤302)根据步骤103)获取的交叉口进口区域的车辆数λapproach和步骤104)中检测线圈记录的车辆占用检测线圈的时间，按照式(1)计算交通相位集合ψn中每个交通流向f的通行需求D(f)：其中，f表示直行T、左转L或者右转R；步骤303)按照步骤302)计算的通行需求，进行自组织信号控制，并返回步骤20)，直至不再出现过饱和交通现象时，结束自组织信号控制。作为优选例，所述步骤303)中，对于交叉口发生交通溢流现象时：根据交通相位集合ψn中每个交通流向的通行需求，加权平均获得每个交通相位的通行需求，并释放通行需求最大的交通相位；如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的左转交通流向出现溢流，左转排队阻挡直行车辆进入直行专用道，则截断当前放行交通相位中与该左转交通流向冲突的直行交通流，将该左转交通流向和同进口的直行交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该左转交通流向的车辆排队消散；如果步骤20)检测到当前放行交通相位中的直行交通流向出现溢流，直行排队阻挡左转车辆进入左转专用道，则截断当前放行交通相位中与该直行交通流向冲突的左转交通流，将该直行交通流向和同进口的左转交通相流向组成相位，予以绿灯放行，加速该直行交通流向的车辆排队消散。作为优选例，所述步骤303)中，对于交叉口发生交通滞留的交通流向f，实施交叉口排队监管机制，将该交通流向纳入交通滞留控制集合Ω中，构建交通滞留控制方案π，如式(2)所示：若交通滞留控制集合Ω为非空集合，则开启绿灯，对Ω中的交通流向放行；若Ω中含有多个交通流向，则选择排队车辆数最大的交通流向放行；若交通滞留控制集合Ω为空集，则选择通行需求最高的交通流向放行。作为优选例，所述步骤303)中，对于出现交叉口死锁现象，首先根据式(3)判断出口区域是否还有车辆的储车空间：λdeparture*Lvel>Ldeparture式(3)式中，Lvel表示车辆长度；如果出口区域车辆数λd本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机，用于采集信息；步骤20)根据检测线圈和摄像机采集的信息，实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；所述过饱和交通现象包括交通溢流、交通滞留或交叉口死锁；步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。

【技术特征摘要】
1.一种城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤10)在含有信号交叉口的道路上设置检测线圈，并在交叉口旁设置摄像机，用于采集信息；步骤20)根据检测线圈和摄像机采集的信息，实时判断道路是否出现过饱和交通现象；如果判断没有出现过饱和交通现象，则按照固定信号控制车辆通行；如果判断交叉口出现过饱和交通现象，则进入步骤30)；所述过饱和交通现象包括交通溢流、交通滞留或交叉口死锁；步骤30)将固定信号控制切换到自组织信号控制，释放拥堵车辆，消除过饱和交通。2.按照权利要求1所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述步骤10)包括以下步骤：步骤101)将两相邻信号交叉口之间的区域依次划分为一交叉口内部区域、出口区域、路段区域、进口区域和另一交叉口内部区域；步骤102)从城市网络矢量地图上提取待控制交叉口的几何参数，所述几何参数包括进口区域的长度Lapproach、出口区域的长度Ldeparture、交叉口内部区域的长度Llength和交叉口内部区域的宽度Lwidth；步骤103)获取待控制交叉口进口区域的车辆数λapproach和出口区域的车辆数λdeparture；其中，进口区域的车辆数λapproach包括进口区域的直行车辆数λTapproach、进口区域的右转车辆数λRapproach和进口区域的左转车辆数λLapproach；步骤104)在交叉口进口区域，以20米为间隔，连续布设Ni个检测线圈；在交叉口内部区域，以10米为间隔，沿纵向和横向共布设Nk个检测线圈；在路段区域中间位置，布设1个检测线圈；当车辆进入进口区域时，检测线圈记录车辆速度vi和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为ti(T)，右转车占用检测线圈的时间为ti(R)，左转车占用检测线圈的时间为ti(L)；当车辆驶过路段区域检测线圈时，记录车辆速度vr和占用检测线圈的时间tr；当车辆进入交叉口内部区域时，检测线圈记录车辆速度vk和占用检测线圈的时间，直行车占用检测线圈的时间为tk(T)，右转车占用检测线圈的时间为tk(R)，左转车占用检测线圈的时间为tk(L)；获取交叉口的信号周期C；其中，其中，ceil表示向下取整数。3.按照权利要求2所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述的步骤103)包括：将摄像机架设在受控信号交叉口路边，使摄像机的拍摄范围覆盖该交叉口的进口区域和出口区域，且拍摄到交通高峰期车辆的行驶过程；将拍摄的视频导入软件AdobePremiere中，获取进口区域的直行车辆数λTapproach、进口区域的右转车辆数λRapproach、进口区域的左转车辆数λLapproach和出口区域的车辆数λdeparture。4.按照权利要求1所述的城市过饱和交通流自组织信号控制方法，其特征在于，所述步骤20)中，判断道路是否出现过饱和交通现象，包括：当进口区域拓宽的左转车道上所有Ni个检测线圈检测到的车辆速度都为零，且车辆占用检测线圈时间ti(L)都大于信号周期C，则左转车道完全被排队车辆占用，该交叉口的左转交通流向发生交通溢流；当进口区域拓宽的左转车道上所有Ni个检测线圈检测到的车辆速度都为零，进口区域的左转车辆数λLapproach为零，同时进口区域的直行车辆数λTapproach大于零，则左转车辆被前方直行排队车辆阻挡，无法驶入左转专用道，该交叉口的直行交通流向发生交通溢流；当路段区域和进口区域入口处布设的检测线圈检测到的车辆速度均为零，且车辆占用线圈时间tr、ti(T)、ti(R)均大于信号周...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳忠，江航，蒋琳，麻永建，杨德民，顾超然，饶明雷，翟菲菲，
申请(专利权)人：河南省城乡规划设计研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41