申请/专利权人：安徽百诚慧通科技股份有限公司

申请日：2020-12-17

公开（公告）日：2023-01-24

公开（公告）号：CN112669628B

主分类号：G08G1/08

分类号：G08G1/08;G08G1/081;G08G1/01

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.01.24#授权;2021.05.04#实质审查的生效;2021.04.16#公开

摘要：本发明公开了一种基于需求‑供给双波动的交叉口信号设计方法，属于交通管理与控制领域。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的问题，本发明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。

主权项：1.一种基于需求-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qij，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hij，形成数据集并保存；步骤S13：对步骤S12中的车头时距数值hij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；确定饱和车头时距时，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，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；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；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；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；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qij≤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≤qij≤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为交叉口处于缓行状态；3当进口道流量q2≤qij，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；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；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Wi，计算东西、南北四个方向所需最短行人过街时长ti，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：tS,N＝maxtW,tE，tW,tE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：tE,W＝maxtN,tS，tN,tS为南北岔口行人过街最小时间；以近5个周期中左转相位中平均每相位通过停止线的车辆数与饱和车头时距的乘积：gei＝hij*qij，gei表示第i个岔口的绿灯相位时长，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；此时交叉口周期时长m表示左转相位数，n表示交叉口信号总相位数，lk表示第k相位的损失时间；2根据实时检测的流量数据qij，且交叉口在畅通状态下，交通流近似接近自由流，此时进口道饱和流率sij接近设计饱和流率s0，计算交叉口最短周期时长yk是第k相位的关键流量比；lk为第k相位的损失时间；3对计算得到的Cp、Cmin进行比较，若Cp大于Cmin，则该交叉口周期时长取值Cp，各相位绿灯时长取值参考1中计算所得；若Cp小于Cmin，则该交叉口周期调整为Cmin，再通过各个相位的关键流量比yk计算得到每个相位的绿灯时长gk；对各个相位有效绿灯时长进行约束：gk,mingek，式中，gk,min指的是第k相位的最短绿灯时间；gek指的是第k相位的有效绿灯时长；4将计算得到的信号配时方案下发到信号控制机，实现路口的信号方案更新；所述步骤S32对应的信号控制方案为：1车头时距取值按步骤S13中的计算方法：若本周期内样本数不足导致车头时距计算误差大，则追溯近5min内所有周期内的车头时距计算值，再取平均值：K为计算的周期数；2计算各个进口道饱和流率： 式中，采用1式的计算，即采用最近一个周期的样本量，1式不能计算得到的前提下，采用2式的计算方法，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；3依次计算交叉口每个进口道小时当量机动车流量qhij＝qij*12，再计算各个进口道流量比yij＝qhijsij，再确定每个进口道的关键流量比yk＝maxyij，并求和所有的关键流量比Y＝∑yk；4计算信号总损失时间Ls为启动损失时间，I为绿灯间隔时间，A为黄灯时间；5计算交叉口此时的最佳周期时长C＝1.5L+51-Y；6计算各个相位有效绿灯时间7将每个相位的有效绿灯时间gek按照相位相序排列组合，形成信号相位设计方案下发到信号机，执行此信号控制方案；所述步骤S33对应的信号控制方案为：1通过前端流量检测设备实时获取到达进口道流量数据Qij以及在每个绿灯相位结束后该进口道的滞留车辆数Qsij，计算得出实际行驶出交叉口的交通量qij＝Qij-Qsij，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；2在交叉口拥堵过饱和状态下，应用步骤S13中车头时距计算方法，得到每个进口道的车头时距3计算各个进口道饱和流率4计算各个进口道流量比yij＝qhijsij，再确定每个进口道的关键流量比yk＝maxyij，并求和所有的关键流量比Y＝∑yk；5计算信号总损失时间Ls为启动损失时间，I为绿灯间隔时间，A为黄灯时间；6计算交叉口此时的最佳周期时长C＝1.5L+51-Y；7计算各个相位有效绿灯时间8将每个相位的有效绿灯时间gek按照相位相序排列组合，形成信号相位设计方案下发到信号机，执行此信号控制方案。

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