一种实时动态的交叉口信号控制设计的方法及系统技术方案

一种实时动态的交叉口信号控制设计的方法，包括获取交叉口当前信号周期内的进入各个车道每一辆车的车辆信息，并以此实时计算当前车流量，然后根据实时车流量计算下一信号周期的最佳周期时长和各个相位的绿灯分配，以实时适应道路环境的变化及减少道路车辆的总延误时间。一种实时动态的交叉口信号控制设计系统，包括AVI装置和中央处理器，所述中央处理器与交叉口信号灯控制机有通信连接；所述AVI装置包括：读写器，用以阅读车辆的射频标签；数据传输单元，用以向中央处理器传输数据。本发明专利技术能够实时动态地调整交叉口信号控制，提高交叉口车辆的通行效率，实现城市交通道路资源的合理配置。

A real-time and dynamic design method and system of intersection signal control

【技术实现步骤摘要】
一种实时动态的交叉口信号控制设计的方法及系统
本专利技术属于交通信号控制
，涉及交叉口信号控制设计的方法及系统。
技术介绍
随着我国汽车保有量的不断增多，交通拥堵的现象也在不断加剧，而交叉口则是交通拥堵的瓶颈地带，因此，提高交叉口的通行能力便是缓解交通拥堵的一个关键。对交叉口进行信号控制能使车流有序通行，减少交叉口冲突的产生，有效提高交叉口的通行能力。现有的交叉口信号控制大多还是静态配时控制，即根据在一定时间内统计到的各路口历史车流量数据来确定最佳相位周期，并按照每个路口的车流量占总车流量的比率来为每个相位分配绿灯时长，且在确定最佳相位周期后，以此周期固定不变地重复显示。这种交叉口信号控制方式是为静态配时控制，而当外在环境发生变化时，这种静态配时控制方法不能及时做出合理的调整和优化，这就影响了道路的通行效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实时动态的交叉口信号控制设计的方法及系统，用以实时调整信号控制策略，提高道路资源的利用率。为了达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种实时动态的交叉口信号控制设计的方法，获取交叉口当前信号周期内的进入各个车道每一辆车的车辆信息，并以此实时计算当前车流量，然后根据实时车流量计算下一信号周期的最佳周期时长和各个相位的绿灯分配，以实时适应道路环境的变化及减少道路车辆的总延误时间。进一步，包括以下步骤：(1)在各进口道的设定位置及交叉口处，安装AVI装置和中央处理器；(2)AVI装置将一个信号周期内获取的通过车辆信息传输给中央处理器，用以计算当前周期内的实时进口道车流量；(3)在中央处理器内部，根据所述步骤(2)中计算所得的实时进口道车流量，进行各车道组的流率比分析并确定各相位的关键车流；(4)根据所述步骤(3)中计算得到的各车道组流率比以及各相位的关键车流等数据，采用Webster信号周期计算方法，确定下一个周期的最佳信号周期长度；(5)根据各相位的关键车道组流率比，为下个周期的各个相位分配绿灯时长；(6)将计算所得的各相位绿灯时长与预设最小绿灯时长比较，取较小值作为下周期各相位绿灯时长；(7)将计算得到的最佳周期和各相位绿灯时长发送给交叉口信号控制机；(8)当前周期结束，交叉口信号控制机按所得的最佳周期和各相位绿灯时长进行信号控制，并在周期开始时重复步骤(2)至(7)。可选地，所述步骤(1)中的AVI装置在车辆经过时，能识别车辆的车载射频标签，车载射频标签上有车辆类型信息、车辆状态以及车主信息等必要信息。可选地，所述步骤(2)中通过AVI装置反馈的数据计算进口道实时车流量的方法按下述原则进行：以小汽车为单位通行量，根据车辆占用的道路面积大小乘以不同的折算系数来确定各进口道车流量，而折算系数则可以在我国的《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)中查阅得到，再将左转和右转车流量等统一转化成等效直行车流量，这里的等效直行车流量是指当左转车流或右转车流在通过车道的时间内，直行车能通过车道的流量，其可通过左转或右转车流量乘以相应的直行当量系数可得，而直行当量系数同样可以通过查阅《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)可得。可选地，所述步骤(3)中的流率比分析是指：车道组的实际交通量或设计交通量与该车道的饱和流率的比值。可选地，所述的饱和流率，按以下基本公式计算：其中：Si为进口车道i的饱和流率，pcu/h；S0为进口道基本饱和流率，pcu/h，在无法获取实测数据时可取值1900pcu/h；N为车道组i所包含的车道数；fi为进口道各类校正系数，可通过查阅美国《道路通行能力手册》(HighwayCapacityManual,2000)推荐的校正系数模型得到。可选地，所述步骤(4)中的关键车道组是指：对于同一相位来说，通常会有多个车道组的交通流在此相位内同时获得通行权，虽然这些车道组在同一相位，但是一般而言，不同车道组的流率比并不相同，而其中流率比最大的车道组对于最佳信号周期以及各相位绿灯时长的确定才最为关键，因此，我们把同一相位下的流率比最大的车道组称做关键车道组。可选地，所述步骤(4)中的Webster信号周期计算方法按以下公式计算：其中：C为最佳信号周期，s；Y为周期内所有相位的关键车道组的流率比之和；L为信号总损失时间，可按下式计算：其中：l为启动损失时间，实测获得，无实测数据时可取3s；Ii为第i相位末的绿灯间隔时间，通常由黄灯时间加上全红时间组成，s；Ai为第i相位末的黄灯时间，实际使用时一般设置为2～3s。可选地，所述步骤(5)中的各个相位分配绿灯时长方法按以下公式计算：其中：gE,j为第j相位的有效绿灯时间；yj为第j相位的实时关键车道组流率比。可选地，所述步骤(6)中的预设最小绿灯时长是满足行人过街时间验算的各相位最短绿灯时间。可选地，所述的满足行人过街时间验算的各相位最短绿灯时间按以下公式计算：其中：gmin为最短绿灯时间，s；LP为行人过街道长度，m；vP为行人过街步行速度，m/s；I为绿灯间隔时间，s。本专利技术还提供一种实现上述方法的实时动态的交叉口信号控制设计系统；进一步，所述系统包括AVI装置和中央处理器，所述中央处理器与交叉口信号灯控制机有通信连接；所述AVI装置包括：读写器，用以阅读车辆的射频标签；数据传输单元，用以向中央处理器传输数据。所述中央处理器包括下述单元：存储器，用于存储AVI装置所传输的车辆信息、计算所需系数以及计算结果等；信号周期计算模块，其可根据存储器里存储的车辆信息以及计算系数来计算最佳信号周期以及各相位绿灯时长；数据传输装置，用以建立与AVI装置以及交叉口信号控制机的相互通信。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术可以通过进口道旁设置的AVI装置获取交叉口当前信号周期内的进入各个车道每一辆车的车辆信息，并以此实时计算当前车流量，然后根据实时车流量计算下一信号周期的最佳周期时长和各个相位的绿灯分配。本专利技术考虑了当交叉口道路环境发生变化时，各相位的车道组流量也会相应发生变化，并依此提出了上述实时动态的交叉口信号控制设计方法，以实时适应道路环境的变化，通过优化交叉口信号配时，减少了道路车辆的总延误时间，并提升了道路车辆的行驶速度和运输效率，实现了有限道路资源的优化配置。附图说明图1为本专利技术进行实时动态的交叉口信号控制设计的流程图。图2为本专利技术实施例中该交叉口信号控制设计系统的结构框架。图3为本专利技术实施例中该交叉口处道路状况及AVI装置布设示意图。图4为本专利技术实施例中该交叉口处四相位示意图。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术提出一种实时动态的交叉口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于：获取交叉口当前信号周期内的进入各个车道每一辆车的车辆信息，并以此实时计算当前周期内车流量，然后根据实时车流量计算下一信号周期的最佳周期时长和各个相位的绿灯分配，以实时适应道路环境的变化及减少道路车辆的总延误时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于：获取交叉口当前信号周期内的进入各个车道每一辆车的车辆信息，并以此实时计算当前周期内车流量，然后根据实时车流量计算下一信号周期的最佳周期时长和各个相位的绿灯分配，以实时适应道路环境的变化及减少道路车辆的总延误时间。


2.根据权利要求1所述的实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在各进口道的设定位置及交叉口处，安装AVI装置和中央处理器；
(2)所述AVI装置将一个信号周期内获取的通过车辆信息传输给中央处理器，用以计算当前周期内的实时进口道车流量；
(3)在中央处理器内部，根据所述步骤(2)中计算所得的实时进口道车流量，进行各车道组的流率比分析并确定各相位的关键车流；
(4)根据所述步骤(3)中计算得到的各车道组流率比以及各相位的关键车流等数据，采用Webster信号周期计算方法，计算下一个周期的最佳信号周期长度；
(5)根据各相位的关键车道组流率比，为下个周期的各个相位分配绿灯时长；
(6)将计算所得的各相位绿灯时长与预设最小绿灯时长比较，取较小值作为下周期各相位绿灯时长；
(7)将计算得到的最佳周期和各相位绿灯时长发送给交叉口信号控制机；
(8)当前周期结束，交叉口信号控制机按所得的最佳周期和各相位绿灯时长进行信号控制，并在周期开始时重复步骤(2)至(7)。


3.根据权利要求2所述的实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的AVI装置在车辆经过时，能识别经过车辆的车载射频标签，所述车载射频标签上记载有必要信息。


4.根据权利要求3所述的实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于：所述必要信息包括车辆类型信息、车辆状态信息、车主信息。


5.根据权利要求2所述的实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过AVI装置反馈的数据计算进口道实时车流量的方法按下述原则进行：
以小汽车为单位通行量，根据车辆占用的道路面积大小乘以不同的折算系数来确定各进口道车流量，所述折算系数可依据我国的《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)中的规定，再将左转和右转车流量统一转化成等效直行车流量；
所述等效直行车流量是指当左转车流或右转车流在通过车道的时间内，直行车能通过车道的流量，其可通过左转或右转车流量乘以相应的直行当量系数可得，而直行当量系数同样可以通过查阅上述《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)获得。


6.根据权利要求2所述的实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的流率比是指：车道组的实际交通量或设计交通量与该车道组的饱和流率的比值。


7.根据权利要求6所述的实时动态的交叉口信号控制设计的方法，其特征在于，所述的饱和流率，按以下基本公式计算：



其中：Si为进口车道i的饱和流率，pcu/h；
S0为进口道基本饱和流率，pcu/h，在无法获取实测数据时可取值1900pcu/h；
N为车道组i所包含的车道数；
fi为进口道各类校正系数，可依据美国《道路通行能力手册》(HighwayCapacit...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小宁，王轲，闫黄，孙立军，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31