一种服务于车辆优先通行的信号控制方法技术

本发明专利技术公开一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，以提高绿灯利用率为优化目标，根据车辆的实时定位数据感知车辆在路口的优先需求，根据路口各流向的实时流量与排队长度等运行动态分析配时方案与交通需求的匹配度，在不改变周期、相序的前提下提高非优先流向的绿时利用率，并使优先车辆通行相位能够最大程度延长以保障特殊车辆减少排队时长、优先通过路口，有效降低了特殊车辆优先通行对社会车辆正常通行的影响，同时，为克服现有优先方法中方案突变对社会车辆通行的影响，通过预测特殊车辆的路口到达时间，提前两个周期进行配时微调，使路口信号方案缓和过渡，能够有效提高路口信号机实施优先控制的鲁棒性，且降低了特殊优先控制的实施成本。优先控制的实施成本。优先控制的实施成本。

【技术实现步骤摘要】
一种服务于车辆优先通行的信号控制方法


[0001]本专利技术涉及道路交通控制
，尤其是涉及一种服务于车辆优先通行的信号控制方法。

技术介绍

[0002]交通信号优先，是面向公共交通、应急救援、特勤任务等场景的特殊交通管控手段，与常规交通信号控制协同构建面向城市道路复杂交通场景的交通管控服务体系。目前的优先控制一般根据优先车辆类型，分为公交优先和应急/特勤优先。主流的公交优先控制方法包括公交专用道/优先道改建、公交专用信号灯布设、公交车载射频芯片与路侧检测设备安装等基础设施、设备部署，以公交车实时定位触发信号机相位切换与锁定，从而为公交车提供时空优先路权。该管控方式在保障公交车辆通行效率提升方面取得成效，但在道路基础设施改建、硬件设备升级等方面也需要巨大投入，在公交线路密集的路口频繁地优先控制对路口正常通行秩序产生干扰，存在左转待转区、直行待行区的路口施行难度较大，对公交通过频率不高的路口造成一定程度的道路资源浪费。因此，此类优先控制方法仅适用于城市公交这种线路固定、车次固定、优先需求量较大的车辆，在应急救援、特勤任务等偶发性强、车辆优先等级需求高的优先控制场景下，难以实施。因此，针对应急/特勤车辆，一般施行另一套优先控制策略，根据车辆的实时定位情况，在其驶入路口前为车辆提前清空前方车道排队，并锁定其通行相位，以保证车辆绝对优先通行，满足此类车辆较高等级的优先需求。
[0003]因公交、应急、特勤等不同类型优先控制特性不同，在实施中需要分别构建一套优先控制系统，并与信号优先控制系统对接联动，存在实施成本高、降低信号控制稳定性的缺陷。
[0004]目前，专利号“CN109035781A”提出了一种基于路口流向需求的多目标交通信号方案优化配置方法，通过采用整数规划模型对相位绿时、周期时长、饱和度进行多目标优化，使得单个路口的常规信号控制方案优化(不区分路口驶入车辆类型，仅针对路口总体的机动车通行需求)，取得的技术效果是能够在多个流向饱和、过饱和的信控路口实现绿信比按需分配，以缓解路口饱和、过饱和问题。并没有解决服务于特殊车辆优先控制的单个路口非常规信号优化(只有在特殊车辆驶入路口才进行)的问题。
[0005]专利号“CN111429721A”提出一种基于排队消散时间的路口交通信号方案优化方法，也提及将绿时空放时长应用于信号优化中，但在该技术方案也是仅针对常规方案的优化，流向绿时空放时长是基于各流向流量作为绿时需求修正的判定指标与依据，将各相位的空放时长单独考虑，单独应用于具体相位的绿时需求修正，修正中采用固定的修正参数，并未解决服务于特殊车辆优先控制的单个路口非常规信号优化问题。
[0006]专利号“CN108364486B”提出的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法，公开了两种优先方式：绿灯延长与红灯早断(即提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯)。优先策略为增加优先相位的绿灯时长。优先方法为：绿灯延长方式，通过计算当前
信号周期内可调剂的时间来确定相位允许的最大绿灯晚熄时长；红灯早断方式，通过计算下一个公交车辆所在周期的最大绿灯早启时长，这两个关键的配时优化参数均是根据相位饱和度最大值与当前的饱和度差值进行计算。该优化方法仅在单一周期内通过额外增加公交车辆通行相位的绿灯时长来进行方案优化。
[0007]因此，目前常见的信号优先控制方法大多采用绿灯延长、红灯早断、相位插入等控制方式，以满足特定车辆的优先需求为首要目标，在车辆到达的信号控制周期可能存在周期延长、相序调整、其他流向放行时长骤减等突发性的方案变化，对其他流向社会车辆的通行影响产生直接影响，因此在绝对的信号优先控制与降低对社会车辆的通行干扰两个方面始终存在难以协调的矛盾。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，制定了一套单点实时优化策略，在提高绿灯利用率的总体目标下，一方面保障路口信号机稳定控制、降低信号优化对各类车辆正常通行的干扰，另一方面又能最大程度响应特殊车辆的优先需求，且实现公交、特勤、救援等各类特殊车辆的优先控制的兼容。能够有效提高路口信号机实施优先控制的鲁棒性，且降低了特殊优先控制的实施成本。
[0009]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1，获取信号控制方案、路口进口道实时运行数据，其中信号控制方案通过数据接口与路口信号机进行对接实现数据同步，路口进口道实时运行数据通过与车辆检测系统对接获得，以T为自适应优化间隔，计算各流向的绿时需求与各相位的空放时长；
[0011]步骤2，检测是否存在预设的车辆优先任务，若存在，转入步骤3；若不存在，则以绿时与交通需求的最大适配为目标根据相位空放时长对各相位的绿时进行自适应调整；
[0012]步骤3，存在车辆优先控制任务，则根据任务预设的优先线路，确定沿线所有信号控制路口；根据线路走向以及信号控制方案，确定车辆在各路口的优先相位p
o
；
[0013]步骤4，通过数据接口接入车辆GPS数据，实时更新车辆位置，动态计算车辆与其优先路线中下游最接近的信号控制路口的行驶距离δ，若δ满足位置条件，则进入步骤5，否则，循环步骤4，持续跟踪车辆位置，直至满足该位置条件触发后续条件判断；
[0014]步骤5，根据实时同步的下游路口信号控制方案，预估车辆到达时刻的路口放行相位p
f
；若放行相位与优先相位一致，则无需进行路口方案优化，进入步骤1；否则，进行针对优先车辆的路口优先优化，根据车辆到达时与其最临近的优先相位和到达相位的先后关系以及所在周期分布情况，分别采取不同的相位绿灯时长调整方法，将步骤1计算获得的空放时长分配给优先相位，达到减少特殊车辆排队等待时间，优先通行的目的；
[0015]步骤6，周期C之后的周期方案恢复至原方案；恢复以T为间隔的自适应优化模式。
[0016]进一步地，步骤1中，计算各流向的绿时需求的计算公式为式中j为路口进口道流向序号，由进口道渠化确定，D
j
为流向j绿时需求，Q
j
为流向j排队车辆数，h
s
为饱和车头时距，为流向j最小绿灯时长；流向的最小绿灯时长可根据流向对应的相位最小绿灯时长确定，即其中k为含有流向j的相位序号，为相位k的
最小绿灯时长；计算各相位的空放时长的计算公式为式中g
k
为相位k的绿灯时长，D
j
为相位k对应的各流向绿时需求，β
k
≤0时表示路口为饱和/过饱和状态，β
k
＞0时表示路口为存在绿灯时间的浪费。
[0017]进一步地，步骤2中，自适应调整的具体方法为：
[0018]若则实施方案优化，相位k的绿灯时长更新为g
k
'＝g
k
‑
β
k
，g
k
’...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1，获取信号控制方案、路口进口道实时运行数据，其中信号控制方案通过数据接口与路口信号机进行对接实现数据同步，路口进口道实时运行数据通过与车辆检测系统对接获得，以T为自适应优化间隔，计算各流向的绿时需求与各相位的空放时长；T的取值需考虑实时运行数据采集间隔，一般取值为5min或15min；步骤2，检测是否存在预设的车辆优先任务，若存在，转入步骤3；若不存在，则以绿时与交通需求的最大适配为目标根据相位空放时长对各相位的绿时进行自适应调整；步骤3，存在车辆优先控制任务，则根据任务预设的优先线路，确定沿线所有信号控制路口；根据线路走向以及信号控制方案，确定车辆在各路口的优先相位p
o
；步骤4，通过数据接口接入车辆GPS数据，实时更新车辆位置，动态计算车辆与其优先路线中下游最接近的信号控制路口的行驶距离δ，若δ满足位置条件，则进入步骤5，否则，循环步骤4，持续跟踪车辆位置，直至满足该位置条件触发后续条件判断；步骤5，根据实时同步的下游路口信号控制方案，预估车辆到达时刻的路口放行相位p
f
；若放行相位与优先相位一致，则无需进行路口方案优化，进入步骤1；否则，进行针对优先车辆的路口优先优化，根据车辆到达时与其最临近的优先相位和到达相位的先后关系以及所在周期分布情况，分别采取不同的相位绿灯时长调整方法，将步骤1计算获得的空放时长分配给优先相位，达到减少特殊车辆排队等待时间，优先通行的目的；步骤6，周期C之后的周期方案恢复至原方案，恢复以T为间隔的自适应优化模式。2.根据权利要求1所述的一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，其特征在于：步骤1中，计算各流向的绿时需求的计算公式为式中j为路口进口道流向序号，由进口道渠化确定，D
j
为流向j绿时需求，Q
j
为流向j排队车辆数，h
s
为饱和车头时距，为流向j最小绿灯时长；流向的最小绿灯时长可根据流向对应的相位最小绿灯时长确定，即其中k为含有流向j的相位序号，为相位k的最小绿灯时长；计算各相位的空放时长的计算公式为式中g
k
为相位k的绿灯时长，D
j
为相位k对应的各流向绿时需求，β
k
≤0时表示路口为饱和/过饱和状态，β
k
＞0时表示路口为存在绿灯时间的浪费。3.根据权利要求1所述的一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，其特征在于：步骤2中，自适应调整的具体方法为：若则实施方案优化，相位k的绿灯时长更新为g
k
'＝g
k
‑
β
k
，g
k
’
为优化后的k相位绿灯时长，为相位k最大绿灯时长；若相位k的绿灯时长更新为若相位k的绿灯时长更新为4.根据权利要求1所述的一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，其特征在于：步骤4中，位置条件包括：若D
min
≤δ≤D
max
，根据路段的平均行程速度计算车辆到达下游最接近信号控制路口的行程时间，预估其路口到达时刻t
arrival
，其中，D
min
、D
max
为触发信号控制优化的行驶距离阈
值，其数值根据路口的交通运行模式、自适应优化间隔T的时长进行设置；同时，停止对下游最接近的信号控制路口自适应优化；进入步骤5；若D
min
≤δ≤D
max
不满足，则循环步骤4，持续跟踪车辆位置，直至满足该位置条件触发后续条件判断。5.根据权利要求1所述的一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，其特征在于：步骤5中，预估车辆到达时刻的路口放行相位p
f
的步骤是：步骤5
‑
1，根据路口信号控制方案的相序配置情况，确定车辆达到时放行相位p
f
后一个最近邻的优先相位p
o
的绿灯开启时刻g
start
和绿灯时长G
o...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长青，
申请(专利权)人：台州市公安局交通警察局，
类型：发明
国别省市：