两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型及插入行人嵌套相位的判定方法技术

本发明专利技术提出一种两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型及插入行人嵌套相位的判定方法，解决现有交叉口行人和转弯车辆之间冲突，具体设计交叉口过街行人与通行车辆与信号灯信息交互的控制系统。在信号灯行人嵌套相位设置条件中，采用交通参与者总成本(包括冲突数和延误两部分)作为优化目标，提出行人嵌套相位总成本模型，考虑人车交互行为中机动车避让行人行为在不同城市、不同交叉口的差异性，从而在不同交通流量环境下给出是否设置行人嵌套相位的建议值，在保证通行安全与效率的同时，使得人与机动车能在交通运行成本最小的条件下通过交叉口，保证人与车通过交叉口的效率与安全性。与安全性。与安全性。

【技术实现步骤摘要】
两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型及插入行人嵌套相位的判定方法


[0001]本专利技术涉及只能交通系统
，尤其涉及两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型及插入行人嵌套相位的判定方法。

技术介绍

[0002]近年来国内倡导机动车避让行人，改变了人车交互条件，礼让行人仍处于自组织模式，人车混行交叉口的效率、安全尚需要合理的行人信号控制方法来提升。针对人车混合交通流信号控制策略，有传统的信号控制策略(TWC)、行人专用相位控制策略(EPP)行人信号提前控制策略(LPI)等，但是后两者主要以提升行人安全性能为主，对于疏散由于礼让行人堵塞的转弯车辆方面，效果有限。设置右转专用相位能在一定程度上缓解行人和右转车辆冲突，但是如果右转阶段红灯时间过长，将导致交通延误大大增加。
[0003]基于上述背景可见，在新的人车交互条件下，为兼顾安全和效率缓解不同交通环境的交叉口拥堵，亟需研究设计一个针对目前车让人的新型信号控制策略，以体现我国交通环境中以人为本的重要诉求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于考虑人车交互行为中机动车避让行人行为在不同城市、不同交叉口的差异性，从而在不同交通流量环境下给出是否设置行人嵌套相位的建议值，在保证通行安全与效率的同时，使得人与机动车能在交通运行成本最小的条件下通过交叉口，保证人与车通过交叉口的效率与安全性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提出一种两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，在两相位信号交叉口的行人绿灯中插入若干个短红灯时间；红灯时间内只有车辆通过，行人没有通行权；绿灯时间内车辆和行人都有通行权，车辆礼让行人。
[0006]所述行人嵌套相位优化模型的目标函数为最小化交通安全和效率总成本:
[0007]式中，是安全单位成本，是效率单位成本，N
NPP
为单位小时内行人嵌套相位交叉口人车冲突数，D
NPP
为行人嵌套相位信号交叉口人车总延误。
[0008]进一步的，所述行人嵌套相位优化模型的约束条件包括信号周期约束、车辆绿灯时间约束、行人嵌套绿灯时间约束和行人嵌套红灯时间约束。
[0009]进一步的，所述信号周期约束为：信号周期为行人红灯时间与各行人嵌套绿灯时间、行人嵌套红灯时间之和，信号周期满足设定的最小值C
min
和最大值C
max
范围：
[0010]C＝t
r
+∑
i
t
gi
+t
r
(i
‑
1)
[0011]C
min
≤C≤C
max
。
[0012]进一步的，所述车辆绿灯时间约束为：
[0013]车辆绿灯时间t
vg
应不小于最小绿灯时间
[0014][0015][0016]进一步的，所述行人嵌套绿灯时间约束为：
[0017]行人嵌套绿灯时间应能保证行人通过一半的人行横道保证行人过街安全，假定每次的行人嵌套绿灯时间相等，同时行人嵌套绿灯时间t
gi
应满足设定的最小值和最大值范围：
[0018][0019]t
g1
＝t
g2
＝
…
＝t
gi
[0020][0021]进一步的，所述行人嵌套红灯时间约束为：
[0022]行人嵌套红灯时间应能保证交叉口所能容纳左转的N
’
辆车顺利通过人行横道，假定每次插入的行人嵌套红灯时间相等，同时行人嵌套红灯时间t
ri
应满足设定的最小值和最大值范围：
[0023][0024]t
r1
＝t
r2
＝
…
＝t
ri
[0025][0026]进一步的，为了计算单位小时内行人嵌套相位交叉口人车冲突数N
NPP
，还包括行人嵌套相位人车冲突数模型的建立：
[0027]在传统十字交叉两相位信号交叉口，右转车不受信号控制影响，到达率采用实际到达率；左转车和行人受信号控制，需等待绿灯时间，其到达率采用进入交叉口的到达率；交叉口每个同行相位存在6个人车冲突点，包含4个右转车与行人冲突点和2个左转车与行人冲突点；用g
ij
表示i进口道j方向机动车流，g
NS
表示南北方向行人流，g
EW
表示东西方向行人流，得到传统两相位信号交叉口人车冲突点分布；
[0028]相位一左转车与行人冲突数N
l1
和右转车与行人冲突数N
l2
：
[0029][0030][0031]相位二与相位一人车冲突点分布相同，采用相同计算方式得到传统两相位交叉口单位小时内人车冲突总数：
[0032][0033]对于行人嵌套相位信号交叉口，人车冲突数计算如下：
[0034]行人嵌套相位信号交叉口的相位二、相位四、相位六冲突点分布与相位一冲突点分布相同，相位三和相位五由于插入嵌套红灯时间消除了人车冲突，因此得到单位小时内行人嵌套相位交叉口人车冲突数：
[0035][0036]进一步的，为了计算行人嵌套相位信号交叉口人车总延误D
NPP
，还包括行人嵌套相位延误模型的建立：
[0037]所述行人嵌套相位延误模型包括包括嵌入2个红灯时间的累积车辆曲线图和累积行人曲线图的建立：
[0038]机动车延误为将车辆到达率与驶离率视为常数，在一个周期内，累积车辆曲线图中车辆到达累积线与车辆驶离累积线所包围的图形面积：
[0039][0040]冲突延误方面，由于插入的行人嵌套绿灯时间消除了人车冲突，在该时段冲突延误为0；
[0041]行人嵌套相位下的行人延误为信号控制延误，延误为将行人到达率与消散率视为常数，在一个周期内，所述累积行人曲线图中行人到达累积线与车辆驶离累积线所包围的图形面积：
[0042][0043]最终得到行人嵌套相位信号交叉口人车总延误：
[0044][0045]本专利技术还提出一种插入行人嵌套相位的判定方法，包括以下步骤：
[0046]步骤一：在实际工程应用中，首先确定冲突与延误单位成本比、插入行人嵌套红灯时间个数；
[0047]步骤二：初始化系统中的各项参数，包括车头时距调整系数，设置行人嵌套相位前后行人波动系数、行人与右转机动车产生冲突的折减系数，信号周期时长、绿信比、行人专用时长、交叉口人行横道宽度、车道宽度、车道数、小汽车平均载客率、公交车平均载客率、左转车辆比例、公交车比例和行人重要系数；
[0048]步骤三：输入交叉口左转、直行、右转车流量、设置行人嵌套相位时和不设置行人
嵌套相位时的行人流量数据；
[0049]步骤四：分别计算设置行人嵌套相位前后，机动车内乘客延误、交叉口平均排队长度、机动车通过量、行人延误、总延误、人车冲突数，比较设置前后交叉口交本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，其特征在于，在两相位信号交叉口的行人绿灯中插入若干个短红灯时间；红灯时间内只有车辆通过，行人没有通行权；绿灯时间内车辆和行人都有通行权，车辆礼让行人。所述行人嵌套相位优化模型的目标函数为最小化交通安全和效率总成本:式中，是安全单位成本，是效率单位成本，N
NPP
为单位小时内行人嵌套相位交叉口人车冲突数，D
NPP
为行人嵌套相位信号交叉口人车总延误。2.根据权利要求1所述的两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，其特征在于，所述行人嵌套相位优化模型的约束条件包括信号周期约束、车辆绿灯时间约束、行人嵌套绿灯时间约束和行人嵌套红灯时间约束。3.根据权利要求2所述的两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，其特征在于，所述信号周期约束为：信号周期为行人红灯时间与各行人嵌套绿灯时间、行人嵌套红灯时间之和，信号周期满足设定的最小值C
min
和最大值C
max
范围：C＝t
r
+∑
i
t
gi
+t
r
(i
‑
1)C
min
≤C≤C
max
。4.根据权利要求2所述的两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，其特征在于，所述车辆绿灯时间约束为：车辆绿灯时间t
vg
应不小于最小绿灯时间应不小于最小绿灯时间应不小于最小绿灯时间5.根据权利要求2所述的两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，其特征在于，所述行人嵌套绿灯时间约束为：行人嵌套绿灯时间应能保证行人通过一半的人行横道保证行人过街安全，假定每次的行人嵌套绿灯时间相等，同时行人嵌套绿灯时间t
gi
应满足设定的最小值和最大值范围：t
g1
＝t
g2
＝
…
＝t
gi
6.根据权利要求2所述的两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，其特征在于，所述行人嵌套红灯时间约束为：行人嵌套红灯时间应能保证交叉口所能容纳左转的N
’
辆车顺利通过人行横道，假定每
次插入的行人嵌套红灯时间相等，同时行人嵌套红灯时间t
ri
应满足设定的最小值和最大值范围：t
r1
＝t
r2
＝
…
＝t
ri
7.根据权利要求1所述的两相位信号交叉口行人嵌套相位优化模型，其特征在于，为了计算单位小时内行人嵌套相位交叉口人车冲突数N
NPP
，还包括行人嵌套相位人车冲突数模型的建立：在传统十字交叉两相位信号交叉口，右转车不受信号控制影响，到达率采用实际到达率；左转车和行人受信号控制，需等待绿灯时间，其到达率采用进入交叉口的到达率；交叉口每个同行相位存在6个人车冲突点，包含4个右转车与行人冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉文，顾迪，赵靖，张雨迪，章程，姚佼，韩印，李文翔，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：