一种基于需求-供给双波动的交叉口信号设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于需求

【技术实现步骤摘要】
一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法


[0001]本专利技术涉及交通管理与控制领域，更具体地说，涉及一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国经济技术水平快速发展，城镇化水平不断提高，作为城市运行最基础的城市交通得到全面提升，城市交通的巨大进步让人们的日常活动、社会经济等方方面面都有巨大的改善。但是，凡事有利则有弊，快速发展的城市交通，城市机动车数量不断上升，使得城市交通变得更加拥堵，据统计我国城市在高峰时段交通拥堵的数量约66.7％；交通拥堵在我国一些大城市更加严重，城市部分区域交通甚至处于或接近瘫痪状态，尤其是在道路交叉口处的拥堵占据了很大比例，交叉口处的拥堵成为整个城市交通堵塞的重要部分，50
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80％的城市交通问题发生在交叉口以及交叉口的邻近区域，另外机动车在信号交叉口消耗时间约占在城市内总延误时间的33％，而其中绝大部分的延误时间都是由交叉口的信号控制延误引起的。再者，我国每年由于发生交通拥堵所造成的损失达到5
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8％，这些损失不仅严重影响经济的发展，还会成为城市进步的瓶颈。
[0003]针对城道路交叉口的缓堵措施，国内外有很多学者和专家进行了大量的研究和实践，从交叉口优化设计，如交通控制、交通组织等方面深入挖掘，进而改善交通拥堵状况。在信号控制设计方面，从最初的传统四相位的固定式配时设计，到后来的分时段信号控制，再到动态交通信号控制，交叉口信号优化设计越来越具有科技性和及时性，更加贴合实际需求，在一定程度上提升了交叉口运行效率。但是以上各类信号控制方案的设计和提出，还存在不足之处，主要体现在：
[0004]1)固定式信号控制方案设计局限性较大，不能适应交通流随时间变化的规律和需求，容易造成资源浪费和拥堵。
[0005]2)分时段信号控制方案设计虽然能满足交通流量随时间变化而变化带来的交叉口动态调整信号控制的要求，但是信号调整过于粗略，不够精细化，宏观上可以带来交叉口运行的秩序优化，但在交通流信息瞬息万变的背景下，还是会造成因流量不断的变化使得发生局部严重拥堵。
[0006]3)动态交通信号控制设计的思路目前大多数是基于实时检测交通流量数据信息，计算信号配时参数，实时调整信号控制方案，从而实现交叉口信号控制的动态化调整。交通流在不断的变化被大家利用来进行信号控制设计，然而不可否认的是，作为供给方的交叉口通行能力在实际中也在不断的波动，这点往往在信号控制设计时被忽略。

技术实现思路

[0007]1.要解决的技术问题
[0008]针对现有技术中在动态信号控制设计时，缺乏综合考虑交通供给和需求双重波动对交叉口信号控制的影响，仅仅考虑需求的实时变化而建立的交通信号控制模型具有局限
性。因而，本专利技术在同时考虑交通流量变化以及交叉口通行能力波动的双重影响下，进行交叉口动态信号控制方案设计，得到更加符合交叉口实际条件的信号控制方案，有助于交叉口更加高效稳定运行，节约时间与空间资源，缓解拥堵。
[0009]2.技术方案
[0010]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0011]一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，具体步骤如下：
[0012]步骤S1：通过前端智能化流量信息采集设备，实时获取交叉口的流量数据以及进口道停止线处的车头时距数据。
[0013]步骤S2：通过实时获取的交通流量数据以及车头时距数据，判定推理交叉口处于的运行状态。
[0014]步骤S3：结合S2的判断交叉口运行状态，建立算法模型，计算符合实际的信号配时参数，下发给信号机，以适应流量
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通行能力的波动对交叉口的影响。
[0015]步骤S1具体包括：
[0016]步骤S11，通过前端智能化流量信息采集设备，实时获取交叉口各进口道转向流量q
ij
(i表示交叉口岔口数，i∈{1,2,...N}，N为正整数；j∈{1,2,3}，1表示左转，2表示直行，3表示右转)，并形成数据集保存。考虑到本专利技术的计算和数据需求，需要对前端流量检测设备检测到的流量数据进行处理，采用不同时间粒度下的分进口道转向流量：q
ij
(辆/周期、辆/5min、辆/15min等)，时间粒度的划分可视具体需求而定。
[0017]步骤S12，同时获取此时可的各个进口道停止线处的车头时距数值h
ij
(i,j表示的含义与上相同)，并形成数据集保存。
[0018]步骤S13，对S12中的车头时距数值h
ij
的获取进行处理，获取各个进口道各转向的饱和车头时距及饱和流率。
[0019]经过统计，得到每条车道停车线处的车头时距。统计中，根据HCM及其他学者研究表明，排队车辆在绿灯初期，车辆从停止到启动会有启动延误，这样会造成前四辆车车头时距大于饱和车头时距，所以为了消除绿灯初期车辆起动延误对饱和流率的影响，本专利技术在涉及到饱和车头时距确定时，规定从绿灯开始后通过停止线的第五辆车作为饱和车头时距得计算开始点。同时，为消除个别驾驶人精力不集中导致的异常数据的影响，将车头时距观测值按大小排序，剔除末尾个别过大的车头时距值以及去除观测数据中非正常值计算均值，如式：
[0020][0021]式中：M—单周期车辆数；N—舍弃样本个数，N＝[M
×
α]；α为截尾百分数，取α＝10％。
[0022]根据HCM计算饱和流率的方法由下式表示：
[0023][0024]式中：s0表示车道饱和流率(veh/h)；表示饱和车头时距(s)。
[0025]另外，若在此时间段内样本量较小，无法通过计算获取饱和车头时距和饱和流率，
则只需将记录下的各个车头时距数值保留作为下部的分析评判，此时不用计算饱和流率。
[0026]步骤S2具体包括：
[0027]步骤S21，结合步骤S11、S13得到的交通流量以及车头时距数据，对交叉口运行状态进行判断，具体可以分为一下几种状态：
[0028](1)交叉口运行流畅，没有拥堵的状态。
[0029]当交叉口个别进口道交通流量较大，但交叉口进口道流量检测设备检测到的流量数据不大，且车头时距数值较大且没有规律的波动，进口道总体处于畅通状态；其他进口道流量较小且车头时距数值较大没有规律的波动。此时交叉口运行畅通，但是各个进口道状态不均匀，出现某一个或几个进口道流量较小，其他进口道流量较大，交叉口总通行能力大于总需求流量，供大于求，能够提供较好的资源供机动车通行。
[0030](2)交叉口运行处于缓行状态，介于畅通和拥堵状态之间。
[0031]此时，流量检测设备检测到各个进口道流量数值较大，但是机动车流量呈间断性稳定的到达交叉口，此时在每个间断到达的车流车头时距低于(1)中的数值且波动较小，基本稳定在一定范围内；另外，在绿灯相位末尾，车辆到达交叉口，离散程度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过前端流量信息采集设备，实时获取交叉口的交通流量数据以及进口道停止线处的车头时距数据；步骤S2：通过实时获取的交通流量数据以及车头时距数据，判定交叉口处于的运行状态；步骤S3：结合步骤S2判定出的交叉口运行状态，建立交叉口信号算法模型，计算符合实际的信号配时参数，下发给信号机执行信号控制方案。2.根据权利要求1所述的一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：步骤S11：通过前端流量信息采集设备，实时获取交叉口各进口道转向流量q
ij
，其中i表示交叉口岔口数，j∈{1,2,3}，1表示左转，2表示直行，3表示右转；步骤S12：同时获取各个进口道的车头时距数值h
ij
，形成数据集并保存；步骤S13：对步骤S12中的车头时距数值h
ij
进行处理，获取各个进口道各转向的饱和车头时距及饱和流率。3.根据权利要求2所述的一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，所述步骤S13中，确定饱和车头时距时，将车头时距观测值按大小排序，剔除末尾个别车头时距值以及去除观测数据中非正常值计算均值，按下式计算：式中：M—单周期车辆数；N—舍弃样本个数，N＝[M
×
α]；α为截尾百分数，取α＝10％；根据HCM计算饱和流率的方法由下式表示：式中：s0表示车道饱和流率，表示饱和车头时距。4.根据权利要求1所述的一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：步骤S21：结合步骤S11、S13得到的交通流量以及车头时距数据，对交叉口运行状态进行判断；步骤S22：根据步骤S21中对于交叉口运行状态的判断，结合不同的运行状态下的交通流量数据以及车头时距数值，分别建立符合不同交通运行状态的信号设计方法模型。5.根据权利要求4所述的一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，步骤S21中，所述交叉口运行状态分别为：交叉口运行流畅，没有拥堵的状态；交叉口运行处于缓行状态，介于畅通和拥堵状态之间；交叉口处于拥堵饱和状态。6.根据权利要求5所述的一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，步骤S22中，建立状态模型时，从流量和车头时距自进口道绿灯时间开始时实时检测，其界定值定义为：(1)当进口道流量q
ij
≤q1，且车头时距数值>h1，且呈现无规则波动时判定进口道处于畅通状态；
(2)当进口道流量q1≤q
ij
≤q2，且车头时距数值呈现在两个区间范围波动，区间一为部分车头时距数值<h2；区间二为部分车头时距数据>h1，且呈现无规则波动时判定上述情况为交叉口处于缓行状态；(3)当进口道流量q2≤q
ij
，且车头时距数值<h2，则判定进口道流量大，发生拥堵，车流以较长的排队队列行驶出进口道。7.根据权利要求1所述的一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：步骤S31：当交叉口进口道流量检测设备获取的流量数据低于步骤S22中状态(1)所规定的流量限值时判定交叉口处于畅通状态，对交叉口信号设计进行调整；步骤S32：当流量检测设备检测到各个进口道机动车流量和车头时距数值在步骤S22中状态(2)所规定的范围时，判定交叉口处于缓行状态，对交叉口信号设计进行调整；步骤S33，当流量检测设备检测到各个进口道机动车流量和车头时距数值在步骤S22中状态(3)所规定的范围时，判定交叉口处于拥堵状态，对交叉口信号设计进行调整。8.根据权利要求7所述的一种基于需求
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供给双波动的交叉口信号设计方法，其特征在于，所述步骤S31对应的信号控制方案为：1)根据交叉口各个岔口宽度W
i
，计算东西、南北四个方向所需最短行人过街时长t
i
，其中i表示交叉口岔口数，从东西两个岔口行人过街时长数值中选取较大的数值作为南北直行相位时长：t
S,N
＝max(t
W
,t
E
)，t
W
,t
E
为东、西岔口行人过街所需时间；从南北两个岔口行人过街时长数值中选取较大的数值作为东西直行相位时长：t
E,W
＝max(t
N
,t
S
)，t
N
,t
S
为南北岔口行人过街最小时间；以近5个周期中左...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁神健，秦忱忱，吴磊，代宗，程佑邦，姚璐，
申请(专利权)人：安徽百诚慧通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：