專利名稱：信號交叉口右轉(zhuǎn)專用車道實時動態(tài)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于城市交叉口信號控制領(lǐng)域的方法，更具體的說，本發(fā)明涉及一種基于流量-集聚度的信號交叉口右轉(zhuǎn)專用車道實時動態(tài)控制方法，屬于交通信號控制領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)新。
背景技術(shù)：
交叉口信號控制是改善交叉口運(yùn)行安全和效率的核心手段。目前，在制定交通控制方案時，人們往往更加關(guān)注直行和左轉(zhuǎn)交通流，而對于右轉(zhuǎn)交通流，則往往不對其進(jìn)行信號控制。其理由是按照《道路交通安全法》規(guī)定“機(jī)動車行經(jīng)人行橫道時，應(yīng)當(dāng)減速行駛； 遇行人正在通過人行橫道，應(yīng)當(dāng)停車讓行”。但事實上，據(jù)統(tǒng)計只有不到1/3的右轉(zhuǎn)車會主動讓行非機(jī)動車和行人。在混合交通交叉口，機(jī)動車道綠燈起亮后，如果右轉(zhuǎn)機(jī)動車不受控制，右轉(zhuǎn)機(jī)動車軌跡將與按機(jī)動車綠燈行駛的非機(jī)動車與行人形成大量潛在沖突，同時很難出現(xiàn)供右轉(zhuǎn)機(jī)動車穿越的間隙。若右轉(zhuǎn)機(jī)動車強(qiáng)行穿越，勢必會大大增加右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車以及右轉(zhuǎn)機(jī)動車與行人之間的沖突；同時右轉(zhuǎn)機(jī)動車、非機(jī)動車及行人三者因避讓引起的延誤也會增加。因此，需要對右轉(zhuǎn)車流進(jìn)行動態(tài)的信號控制，以避開綠燈初期的飽和非機(jī)動車流和行人流，同時綜合考慮右轉(zhuǎn)機(jī)動車、直行非機(jī)動車、行人的延誤和安全。右轉(zhuǎn)機(jī)動車控制與傳統(tǒng)的左轉(zhuǎn)、直行機(jī)動車控制有本質(zhì)區(qū)別，右轉(zhuǎn)車流的動態(tài)信號控制方法一直缺乏量化研究。歐美國家由于自行車以及行人的過街需求量較小，且右轉(zhuǎn)機(jī)動車都需要停車讓行，因而鮮見有相關(guān)右轉(zhuǎn)車流信號控制方面的文獻(xiàn)。而國內(nèi)對此問題重視不夠，導(dǎo)致右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車、行人在爭搶通行權(quán)的過程中屢屢有事故發(fā)生。因而建立右轉(zhuǎn)車流信號控制方法對當(dāng)前我國城市交通秩序的改善，以及交叉口安全和效益提升均大有裨益。綜上所述，當(dāng)前研究還存在如下問題和挑戰(zhàn)
(1)在混合交通交叉口，同相位放行的右轉(zhuǎn)車流與非機(jī)動車和行人都存在沖突，在進(jìn)行右轉(zhuǎn)機(jī)動車信號控制時，必須同時考慮兩種沖突(機(jī)非沖突，機(jī)人沖突)，因而也需要考慮兩種沖突分別引發(fā)的延誤；
(2)機(jī)動車右轉(zhuǎn)時，要先后“穿越”非機(jī)動車流和雙向“行人流”，因此在制定信號控制方案時，必須考慮機(jī)動車與非機(jī)動車、行人之間的時間-位移關(guān)系，以此修正控制時間；
(3)在進(jìn)行右轉(zhuǎn)車流控制效果評價時，不僅要考慮交通效率指標(biāo)-延誤，更需考慮由于沖突改善(惡化)帶來的安全效益(損失)。也即同時兼顧和權(quán)衡安全(沖突)以及效率(延誤) 兩個指標(biāo)進(jìn)行右轉(zhuǎn)車流信號控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種信號交叉口右轉(zhuǎn)專用車道實時動態(tài)控制方法。本發(fā)明提出的信號交叉口右轉(zhuǎn)專用車道實時動態(tài)控制方法，具體步驟如下
(1) 根據(jù)前幾個周期到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量義巧)、非機(jī)動車流量^op以及行人流量,對之進(jìn)行加權(quán)平均，獲得本周期預(yù)測到
達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量<σ)、非機(jī)動車流量仏00以及行人流量；
(2)據(jù)步驟(1)所述的本周期預(yù)測到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量、非機(jī)動車流量以及行人流量,計算讓行延誤費(fèi)用f,(t),沖突費(fèi)用Φ、,信控延誤費(fèi)用m ；并計算最小綜合費(fèi)用min{/,(f) + /(f)- fti)}；
(3)根據(jù)步驟(1)所述的本周期預(yù)測到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量、非機(jī)動車流量以及行人流量，以及三個流量與控制時間關(guān)系，確定非機(jī)動車基本控制時間^、行人流基本控制時
間
(4)根據(jù)預(yù)控制交叉口的渠化設(shè)計方案，得到右轉(zhuǎn)車到達(dá)非機(jī)動車沖突區(qū)域時間itfl和右轉(zhuǎn)車到達(dá)行人沖突區(qū)域時間 2 ,并確定右轉(zhuǎn)車基本控制時間
肥h = πβχ {(4 + tdl},(t^ + td2)}；
(5)以1秒為單位時間開始運(yùn)行右轉(zhuǎn)禁行信號控制，在基本控制時間結(jié)束時，開始實時檢測沖突區(qū)域的非機(jī)動車集聚度值行人集聚度值、
(6)比較當(dāng)前檢測的非機(jī)動車集聚度值Ci與非機(jī)動車臨界控制集聚度閾值、以及行
人集聚度值及與行人臨界控制集聚度閾值^3ij來確定是否需要延長單位控制時間，即判斷
是否、大于Ck或者。大于Cjl3。只要滿足其一則延長一個At，并返回至步驟(5)繼續(xù)運(yùn)行，直到均不滿足時解除右轉(zhuǎn)信號控制。本發(fā)明中，步驟O)中所述最小綜合費(fèi)用包括讓行延誤費(fèi)用、沖突費(fèi)用和信控延誤費(fèi)用；讓行延誤費(fèi)用中所述的延誤包括右轉(zhuǎn)機(jī)動車讓行延誤，非機(jī)動車延誤和行人延誤，沖突費(fèi)用中所述的沖突包括機(jī)動車-非機(jī)動車沖突和機(jī)動車-行人沖突，信控處誤費(fèi)用中所述信控延誤包括右轉(zhuǎn)機(jī)動車信控延誤；
步驟(3)中基本控制時間的確定是通過比較不同控制時間下，不同到達(dá)流量(右轉(zhuǎn)機(jī)動車、非機(jī)動車以及行人)通過沖突區(qū)綜合費(fèi)用的最小值來確定最優(yōu)的右轉(zhuǎn)車-非機(jī)動車基本
控制時間初始值《以及右轉(zhuǎn)車-行人基本控制時間<。對典型的四相位交叉口，其相位放行形式以及右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車、行人的沖突如表1所示。右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車及行人的沖突在相位1相位2、相位3均存在。三個沖突相位如圖1所示。相位1、相位3情況下，右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車流、行人流存在穿插沖突以及追尾沖突；相位2情況下右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車存在嚴(yán)重的交叉沖突。表1四相位交叉口右轉(zhuǎn)車流沖突分析典型四相位相位圖描交通流W斌右轉(zhuǎn)車流階段與行人與非_車相位1命與相同_直行相位同時敢S1相位2* .與相同Λ向左轉(zhuǎn)相位同時故行相位3寺 * φ小與交叉: 直行相位同時as4相位4_ Jr ,.與交叉: ! ] !相位同時Sffi1XX
注_為行人相位，非機(jī)動車相位與機(jī)動車相位相同。目前國內(nèi)右轉(zhuǎn)信號控制一般有三種模式右轉(zhuǎn)允許相位、右轉(zhuǎn)保護(hù)相位、允許/禁止(或禁止/允許)右轉(zhuǎn)相位。目前絕大部分交叉口是右轉(zhuǎn)允許相位，本發(fā)明內(nèi)容是如何在右轉(zhuǎn)車流與其他交通流沖突嚴(yán)重的相位，加上禁止相位。也即使右轉(zhuǎn)車流變成禁止-允許相位在禁止相位時段，右轉(zhuǎn)機(jī)動車停在停車線前，禁止通行；在允許相位時段，右轉(zhuǎn)車流具有通行權(quán)。在禁止-允許相位下，核心是確定禁止相位的時長。針對上述問題，根據(jù)非機(jī)動車流和行人流運(yùn)動的群體特性，本發(fā)明提出了基于流量-集聚度的右轉(zhuǎn)車流信號控制方法，通過預(yù)測當(dāng)前周期的非機(jī)動車流和行人流量的到達(dá)量，宏觀上得到右轉(zhuǎn)車流的基本控制時間；然后以沖突和延誤歸一化綜合費(fèi)用為指標(biāo)，建立了不同控制時間下的右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車/行人的集聚度-綜合費(fèi)用模型，并根據(jù)集聚度-控制時間曲線來動態(tài)延長控制時間。該方法在輸入層同時考慮了不同非機(jī)動車和行人流量的影響；在模型層，協(xié)同考慮了非機(jī)動車和行人的時間-位移關(guān)系，同時通過集聚度描述了右轉(zhuǎn)車流穿越?jīng)_突交通流時的風(fēng)險；在評價層，綜合考慮了效率和安全指標(biāo)，可方便的用于目前的混合交叉口信號控制系統(tǒng)中。當(dāng)前交叉口右轉(zhuǎn)車流控制方式常見的有三種無控制，全控制和固定時長控制，其中大多數(shù)交叉口為無控制，固定時長控制不多見，上海少數(shù)交叉口采取固定10秒的右轉(zhuǎn)禁止控制時間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的創(chuàng)新是
(1)在進(jìn)行右轉(zhuǎn)車流與沖突交通流聚集度計算時，考慮了右轉(zhuǎn)機(jī)動車先后“穿越”非機(jī)動車、行人的時間位移關(guān)系；
(2)本發(fā)明采用的綜合費(fèi)用模型，不僅考慮了由于沖突引起的各向交通流延誤問題，還用交通沖突與事故的轉(zhuǎn)化關(guān)系考慮了潛在的安全風(fēng)險；
(3)本發(fā)明提出的方法，既可離線標(biāo)定交叉口的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行右轉(zhuǎn)車流定時控制；又可在線通過視頻攝像機(jī)、環(huán)形線圈等檢測設(shè)備實時檢測交通量及沖突區(qū)域的集聚度進(jìn)行感應(yīng)式右轉(zhuǎn)控制。(4)本發(fā)明權(quán)衡考慮安全指標(biāo)(沖突)和效率指標(biāo)(延誤)，并且更加關(guān)注非機(jī)動車和行人過街安全問題，以人為本。本發(fā)明提出流量-集聚度模型，流量(包括右轉(zhuǎn)機(jī)動車、非機(jī)動車以及行人)用來界定基本控制時間，集聚度則用于在基本控制時間的基礎(chǔ)上動態(tài)延長。本發(fā)明根據(jù)交叉口尺寸和渠化，建立右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車、行人時空關(guān)系并以
5此確定沖突區(qū)域及集聚度大小。本發(fā)明以沖突和延誤雙重指標(biāo)實時動態(tài)的確定右轉(zhuǎn)專用信號的控制時間。本發(fā)明以臨界集聚度閾值作為判斷是否需要延長右轉(zhuǎn)紅燈控制時間的依據(jù)。本發(fā)明將沖突數(shù)(次)和延誤時間(秒)均轉(zhuǎn)化為綜合費(fèi)用值。本發(fā)明以最小綜合費(fèi)用為最終判定依據(jù)，動態(tài)確定每周期右轉(zhuǎn)車流最優(yōu)信號控制時間。


圖1為右轉(zhuǎn)車流控制步驟。圖2為右轉(zhuǎn)機(jī)動車穿越非機(jī)動車與穿越行人的費(fèi)用圖。圖3為右轉(zhuǎn)車流沖突區(qū)域示意圖。圖4為右轉(zhuǎn)車流與沖突交通流時間-空間關(guān)系。圖5為非機(jī)動車/行人集聚度隨時間變化曲線。其中(a)為非機(jī)動車集聚度隨時間變化曲線，(b)為行人集聚度隨時間變化曲線。圖6為右轉(zhuǎn)機(jī)動車信號控制具體實施流程。圖7為實施例中控制時間對集聚度的實時響應(yīng)圖。圖8為實施例中不同方案綜合費(fèi)用對比。
具體實施例方式下面通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明中右轉(zhuǎn)信號控制時間的由基本控制時間和動態(tài)延長控制時間兩部分構(gòu)成，下面結(jié)合附圖1描述本發(fā)明所述的基于流量-集聚度的交叉口右轉(zhuǎn)專用車道信號控制方法的工作流程。1. 基本控制時間確定1. 1.基本控制時間的初始值
本發(fā)明以延誤作為效率指標(biāo)，以沖突數(shù)為安全指標(biāo)，根據(jù)人均收入、沖突與交通事故的關(guān)系、以及公安部關(guān)于道路交通事故等級劃分及賠償標(biāo)準(zhǔn)，將右轉(zhuǎn)機(jī)動車信控延誤、右轉(zhuǎn)機(jī)動車讓行延誤，非機(jī)動車延誤、行人延誤、機(jī)動車-非機(jī)動車沖突、機(jī)動車-行人沖突統(tǒng)一為一個量綱一綜合費(fèi)用。基本控制時間的確定則是通過比較不同控制時間下，不同到達(dá)流量(右轉(zhuǎn)機(jī)動車、非機(jī)動車以及行人)通過沖突區(qū)產(chǎn)生綜合費(fèi)用的最小值來確定最優(yōu)的右轉(zhuǎn)
車-非機(jī)動車基本控制時間初始值《以及右轉(zhuǎn)車-行人基本控制時間t;。通過大量實際調(diào)查，可得到不同右轉(zhuǎn)流量下，不同非機(jī)動車/行人流量等級下的回歸綜合費(fèi)用曲線圖。附圖2所示為右轉(zhuǎn)車流量為SOOpcu/時，分別改變非機(jī)動車流量(圖2 (a))和行人流量(圖2 (b))等級，檢測不同流量下的沖突數(shù)和延誤時間，按照表2所述延誤與綜合費(fèi)用、沖突與綜合費(fèi)用的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到對應(yīng)的單位(1秒)延誤費(fèi)用和單位(1次)沖突費(fèi)用，再將其相加后得到的單位綜合費(fèi)用曲線(圖2中各線所示)。在無控制的情況下，機(jī)動車右轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的費(fèi)用包括右轉(zhuǎn)機(jī)動車、非機(jī)動車和行人相互避讓的總延誤費(fèi)用，以及右轉(zhuǎn)機(jī)動車與非機(jī)動車、行人之間的總沖突費(fèi)用；而右轉(zhuǎn)控制時，綜合費(fèi)用為信號控制引起的右轉(zhuǎn)機(jī)動車延誤；當(dāng)然也應(yīng)包括控制解除后的讓行和沖突費(fèi)用，這部分費(fèi)用的算法與無控制下綜合費(fèi)用得算法相同，下面分別介紹之。
( 1)延誤與綜合費(fèi)用的轉(zhuǎn)換
由于信號控制引起的右轉(zhuǎn)機(jī)動車延誤可利用HCM 2000方法計算(考慮到右轉(zhuǎn)機(jī)動車幾乎沒有二次排隊，因此不考慮期初排隊延誤)。其公式為
權(quán)利要求
1. 一種信號交叉口右轉(zhuǎn)專用車道實時動態(tài)控制方法，其特征在于具體步驟如下(1)根據(jù)前幾個周期到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量化)、非機(jī)動車流量4巧)以及行人流量1 ),對之進(jìn)行加權(quán)平均，獲得本周期預(yù)測到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量化(7)、非機(jī)動車流量以及行人流量；(2)據(jù)步驟(1)所述的本周期預(yù)測到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量、非機(jī)動車流量以及行人流量，計算讓行延誤費(fèi)用_ ,沖突費(fèi)用φ),信控延誤費(fèi)用m ；并計算最小綜合費(fèi)用 mill {fJj) + fit) ~ Λ ]；(3)根據(jù)步驟(1)所述的本周期預(yù)測到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車流量、非機(jī)動車流量以及行人流量，以及上述三個流量與控制時間關(guān)系，確定非機(jī)動車基本控制時間<、行人流基本控制時間《；(4)根據(jù)預(yù)控制交叉口的渠化設(shè)計方案，得到右轉(zhuǎn)車到達(dá)非機(jī)動車沖突區(qū)域時間^和右轉(zhuǎn)車到達(dá)行人沖突區(qū)域時間 2,并確定右轉(zhuǎn)車基本控制時間似。=+。}；(5)以1秒為單位時間開始運(yùn)行右轉(zhuǎn)禁行信號控制，在基本控制時間結(jié)束時，開始實時檢測沖突區(qū)域的非機(jī)動車集聚度值Cj1、行人集聚度值& ；(6)比較當(dāng)前檢測的非機(jī)動車集聚度值Ci與非機(jī)動車臨界控制集聚度閾值Ck、以及行人集聚度值&與行人臨界控制集聚度閾值來確定是否需要延長單位控制時間，即判斷是否大于Ck或者、大于& ；只要滿足其一則延長一個Δ t，并返回至步驟(5)繼續(xù)運(yùn)行，直到均不滿足時解除右轉(zhuǎn)信號控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種信號交叉口右轉(zhuǎn)專用車道實時動態(tài)控制方法，旨在解決我國城市交叉口右轉(zhuǎn)專用車道信號控制動態(tài)時間確定問題。該方法包括以下步驟1)預(yù)測本周期到達(dá)的右轉(zhuǎn)機(jī)動車、非機(jī)動車以及行人流量；2)計算綜合費(fèi)用最小時對應(yīng)的基本控制時間；3)按照右轉(zhuǎn)基本控制時間執(zhí)行右轉(zhuǎn)紅燈信號；4)動態(tài)檢測沖突區(qū)內(nèi)集聚度大小；5)確定是否需要延長右轉(zhuǎn)控制時間，如果需要則延長，否則如達(dá)到右轉(zhuǎn)控制時間，則解除右轉(zhuǎn)紅燈信號。該方法綜合考慮了非機(jī)動車、行人以及右轉(zhuǎn)機(jī)動車實際的通行需求，不僅減少了各交通流通過交叉口的延誤，而且確保各交通參與者沖突最小化。在保障沖突方向非機(jī)動車及行人安全的同時，提高了右轉(zhuǎn)機(jī)動車通行效率。
文檔編號G08G1/08GK102568223SQ20121002480
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者孫劍, 張艷聰, 李克平, 趙莉 申請人:同濟(jì)大學(xué)