一種信號交叉口直左衝突及其影響分析方法與流程

2023-12-05 07:43:21 3

本發明涉及交通控制領域，特別是一種信號交叉口直左衝突及其影響分析方法。

背景技術：

信號交叉口通過交通信號控制方法實現對交叉口交通衝突的時空分離。在實際應用中常見存在專左車道缺乏左轉專用相位的情況，在同一相位中對左轉與直行同時放行，由此帶來左轉車流與對向直行車流的衝突。《道路交通安全法實施條例》規定：轉彎機動車讓直行車輛先行。但對實際的交通通行情況進行觀察可以發現，左轉車輛搶行的情況屢見不鮮，尤其在尖峰時段內，左轉搶行直接影響直行方向車輛通行效率，進而影響整個交叉口的通行秩序，更有可能帶來交通安全事故。

交叉口的交通衝突是影響交叉口安全的重要因素，當前對道路基礎設施交通安全評價方面亦從交通衝突的影響進行分析。國內外對於直左衝突方面取得眾多研究成果，主要集中於衝突模型的構建，包括衝突延誤模型(如HCM模型、TRRL模型等)、衝突預測模型等，進而對交叉口的交通衝突對交通流運行的影響情況進行分析。各類衝突分析模型以特定的假設為前提，以模式化的交通流運行分析為基礎，一定程度上無法實現對交叉口交通流的真實反映。

能夠對交叉口真實場景進行全過程記錄的設備主要有視頻監控設備，但受到圖像處理技術的限制，監控視頻所攜帶的有效信息尚無法充分利用。當前對交通流運行情況的數據採集主要依託於路面、路側安裝的各類車輛檢測器，自動獲取對應斷面、車道的實時車輛通行數據。在這樣的現狀條件下，如何從斷面的局部交通流通行情況對交叉口的真實車輛衝突情況進行分析，對於評估交叉口交通通行效率和安全具有重要意義。當前尚缺乏基於斷面交通流運行檢測數據進行交叉口左直衝突分析的方法。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種信號交叉口直左衝突及其影響分析方法，解決現有技術中存在的因缺乏全局性的交叉口車輛通行信息而無法對實際的車輛衝突情況進行分析的問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明採用的技術方案為：

一種信號交叉口直左衝突及其影響分析方法，包括順序執行的以下步驟：

S1、獲取布設於信號交叉口進口道的智慧卡口檢測數據，所述的信號交叉口存在專左車道，但信號配時方案中無左轉專用相位；從智慧卡口檢測數據中篩選直左相位內發生車輛通行的車道對應的過車檢測數據，包括車道編號、過車時刻、車牌號碼；

S2、以卡口設備車輛抓拍斷面為檢測斷面，根據左轉車道以及對向直行車道的過車檢測數據，生成左轉車道以及對向直行車道在檢測斷面的過車信號圖；

S3、將步驟S2生成的檢測斷面的過車信號圖進行轉換，生成直行車道過車間隔離散序列，根據直行車道過車間隔離散序列的幅值特性分析直行車輛的通行特性，同時結合左轉與直行的過車信號圖對直左相位信號放行階段出現左轉搶行行為進行判別；

S4、設置交叉口安全等級評價標準，根據步驟S3對各周期內直左相位中發生的左轉搶行行為的判斷結果，從發生直左衝突的周期比例、直左衝突平均數、直左衝突引發的直行延誤對直左衝突影響嚴重程度進行評價。

進一步的，步驟S2具體為：

S21、根據步驟S1獲取的過車檢測數據，在時間維度的信號圖中分別繪製左轉車道以及直行車道分別在檢測斷面的過車離散時間信號Sl(t)、Ss(t)，即若時刻ti存在過車記錄，則在時間維度的信號圖中的對應時刻定義S(ti)＝1；

S22、根據信號交叉口的信號配時方案，從Sl(t)、Ss(t)中將分析為周期Ci的過車離散時間信號進行截取，其中i為分析的周期序號，生成左轉車道的截取結果和直行車道的截取結果其中u(t)為單位階躍序列，即a、b分別為周期Ci的起止時刻。

進一步的，步驟S3具體為：

S31、根據左轉車道、直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號的脈衝信號分布情況以及信號交叉口的信號配時方案，按照如下方法對直左相位的放行階段進行判斷和截取：

將左轉車道、直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號在時間維度上的過車信號疊合在同一時間序列中，根據車輛通行特性將左轉與直行脈衝集中在同一時間區間內的時段判斷為直左相位的放行階段，其中將該區間內最早出現過車脈衝的時刻作為左直相位的放行起始時刻根據直左階段的配時時長以及時間序列行的脈衝分布，確定直左相位結束時刻進一步地，將左轉車道、直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號在該時間區間的信號進行截取：

S32、將進行變換，將其從時間維度的過車信號轉換為車輛通過檢測斷面的時間間隔，即計算檢測斷面的車頭時距，對於第k輛車的車頭時距hk＝tk+1-tk；進而生成直行車道在檢測斷面的以n為自變量的過車間隔離散序列定義i，即過車間隔離散序列的信號幅值為對應車輛的車頭時距；

S33、分析直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列信號幅值特性，進而按照如下標準推演直行車輛通過檢測斷面的運行特性：若信號呈現的幅值特性為：n≤x幅值呈遞減趨勢，n>x幅值趨於穩定，即在該車道從第x輛車開始保持飽和車頭間距，則判斷直行車輛暢行；若存在不少於1個信號脈衝幅值與前後信號脈衝相比出現顯著增大的情況，即脈衝幅值變化率大於閾值H，閾值H通常取0.85，則判斷直行車輛受到幹擾；

S34、若步驟S33中判斷車輛受到幹擾，則進行步驟S35，否則，轉向步驟S37；

S35、對直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列中出現脈衝幅值顯著增加的信號進行標記，生成直行車道行駛受阻車輛集合X：{x1,…,xp,…,xi}，其中集合元素xp使得幅值與前後脈衝幅值相比顯著增大；根據與的映射關係，將集合X內元素對應的時間維度坐標進行標記Ts：其中m為集合X的元素數量；

S36、根據交叉口直行與對向左轉的衝突點位置以及衝突點距離相應的直行與左轉車道檢測斷面的距離設置左轉檢驗時長Il，檢測在時間區間內是否存在信號脈衝，即檢測是否存在使得若存在，則判斷時刻發生的直行車輛行駛受阻是由對向的左轉搶行造成的；

S37、結束周期Ci的分析，i＝i+1，轉向步驟S2，對下一周期的直左相位的車輛通行情況進行分析。

進一步的，步驟S4具體步驟為：

S41、根據各周期內的左直衝突檢測結果，統計對應周期的直左衝突次數Ni；

S42、剔除直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列中幅值顯著增大的脈衝以及n≤x的脈衝信號，計算其他脈衝信號幅值平均值進而計算因直左衝突造成的車輛直行延誤

S43、統計平峰時段、早晚尖峰時段、低峰時段內發生直左衝突的周期數以及比例；

S44、根據步驟S41獲得的各周期直左衝突數，對平峰時段、早晚尖峰時段、低峰時段內的周期直左衝突次數的平均值進行統計；

S45、根據步驟S42獲得的各周期因直左衝突造成的直行延誤，對平峰時段、早晚尖峰時段、低峰時段內的周期的直行延誤平均值進行統計；

S46、設置交叉口安全評價等級，從發生直左衝突的周期比例、直左衝突平均數、直左衝突引發的直行延誤對直左衝突影響嚴重程度進行評價，對應評價指標設置檢測閾值，根據步驟S43～S45獲得的交叉口直左衝突實際情況對交叉口安全等級進行評價。

有益效果：

本發明提供的信號交叉口直左衝突及其影響分析方法，具有以下優點：

一、該種信號交叉口直左衝突及其影響分析方法，基於信號交叉口進口道斷面交通流數據進行交叉口衝突的判斷與影響分析，鑑於當前信號交叉口停車線附近大多安裝有智慧卡口檢測設備，因而本方法具有在數據採集的基礎支撐方面具有顯著的便利性和優勢。

二、本發明通過繪製檢測斷面的過車時間離散信號，直觀分析檢測斷面的車輛通行特性，進而對交叉口左轉搶行進行識別。

三、本發明從衝突數、衝突延誤等方面對左轉搶行對對向直行造成的通行影響進行分時段評價，以分級評價方法對交叉口的左直衝突帶來的通行效率與安全性進行評價，分析結果對於優化信號交叉口信號控制方案、交叉口渠化等組織形式具有實際意義。

附圖說明

圖1是本發明實施例信號交叉口直左衝突及其影響分析方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

實施例

一種信號交叉口直左衝突及其影響分析方法，包括以下步驟：

S1、獲取布設於信號交叉口進口道的智慧卡口檢測數據，所述的信號交叉口存在專左車道，但信號配時方案中無左轉專用相位；從中篩選直左相位內發生車輛通行的車道對應的檢測數據，包括車道編號、過車時刻、車牌號碼。

S2、以卡口設備車輛抓拍斷面為過車檢測斷面，根據左轉車道以及對向直行車道的過車檢測數據，生成左轉車道以及對向直行車道在檢測斷面的過車信號圖。

S21、根據步驟S1獲取的過車檢測數據，在時間維度的信號圖中分別繪製左轉車道、直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號Sl(t)、Ss(t)，即若時刻ti存在過車記錄，則在信號圖對應時刻定義S(ti)＝1；

S22、根據交叉口的信號配時方案，從Sl(t)、Ss(t)中將分析周期Ci的過車信號進行截取，即其中u(t)為單位階躍序列，即a、b分別為周期Ci的起止時刻。

S3、將步驟S2生成的檢測斷面過車信號圖進行轉換，生成直行車道過車間隔離散序列，根據幅值特性分析直行車輛的通行特性，同時結合左轉與直行的過車信號圖對直左相位信號放行階段左轉搶行進行判別。

S31、根據左轉車道、直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號的脈衝信號分布情況以及信號交叉口的信號配時方案，對直左相位的放行階段進行判斷和截取；實現方法為：

將左轉車道、直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號在時間維度上的過車信號疊合在同一時間序列中，根據車輛通行特性將左轉與直行脈衝集中在同一時間區間內的時段判斷為直左相位的放行階段，其中將該區間內最早出現過車脈衝的時刻作為左直相位的放行起始時刻根據直左階段的配時時長以及時間序列行的脈衝分布，確定直左相位結束時刻進一步地，將左轉車道、直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號在該時間區間的信號進行截取：

S32、將直行車道在檢測斷面的過車離散時間信號進行變換，將其從時間維度的過車信號轉換為車輛通過檢測斷面的時間間隔，即計算檢測斷面的車頭時距；對於第k輛車的車頭時距hk＝tk+1-tk；進而生成直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列定義即過車間隔離散序列的信號幅值為對應車輛的車頭時距；

S33、分析直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列信號幅值特性，進而推演直行車輛通過檢測斷面的運行特性；對於暢行的直行車輛，信號應呈現的幅值特性為：n≤x幅值呈明顯的遞減趨勢，n>x幅值趨於穩定，其中x一般不大於6；對於受到幹擾的直行車輛，則存在不少於1個信號脈衝幅值出現顯著增大的情況；

S34、若直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列存在步驟S33所述的存在不少於1個信號脈衝幅值出現顯著增大的情況，則進行步驟S35，否則，轉向步驟S37；

S35、在直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列出現脈衝幅值顯著增加的信號進行標記，生成直行車道行駛受阻車輛集合X：{x1,…,xp,…,xi}，其中集合元素xp使得幅值與前後脈衝幅值相比顯著增大；根據與的映射關係，將集合X內元素對應的時間維度坐標進行標記Ts：其中m為集合X的元素數量；

S36、根據交叉口直行與對向左轉的衝突點位置以及衝突點距離相應的直行與左轉車道檢測斷面的距離設置左轉檢驗時長Il，檢測在時間區間內是否存在信號脈衝，即檢測是否存在使得若存在，則判斷時刻發生的直行車輛行駛受阻是由對向的左轉搶行造成的；

S37、結束周期Ci的分析，i＝i+1，轉向步驟S2，對下一周期的直左相位的車輛通行情況進行分析。

S4、設置交叉口安全等級評價標準，根據步驟S3對各周期內直左相位中發生的左轉搶行行為的判斷結果，從發生直左衝突的周期比例、直左衝突平均數、直左衝突引發的直行延誤對直左衝突影響嚴重程度進行評價。

S41、根據各周期內的左直衝突檢測結果，統計對應周期的直左衝突次數Ni；

S42、剔除直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列中幅值顯著增大的脈衝以及n≤x的脈衝信號，計算直行車道在檢測斷面的過車間隔離散序列中的信號幅值相對穩定的信號的幅值平均值進而計算因直左衝突造成的車輛直行延誤

S43、統計平峰時段、早晚尖峰時段、低峰時段內發生直左衝突的周期數以及比例；

S44、根據步驟S41獲得的各周期直左衝突數，對平峰時段、早晚尖峰時段、低峰時段內的周期直左衝突次數的平均值進行統計；

S45、根據步驟S42獲得的各周期因直左衝突造成的直行延誤，對平峰時段、早晚尖峰時段、低峰時段內的周期的直行延誤平均值進行統計；

S46、設置交叉口安全評價等級，從發生直左衝突的周期比例、直左衝突平均數、直左衝突引發的直行延誤對直左衝突影響嚴重程度進行評價，對應評價指標設置檢測閾值，根據步驟S43～S45獲得的交叉口直左衝突實際情況對交叉口安全等級進行評價。

實施例的信號交叉口直左衝突及其影響分析方法，通過對信號交叉口停車線附近的某一斷面的車輛實際通行情況進行分析，識別左轉方向車輛的搶行行為，進而分析左轉搶行對對向直行車輛的通行效率的影響，對交叉口的車輛通行秩序以及通行效率進行評估。實施例目的是解決當前因缺乏全局性的交叉口車輛通行信息而無法對實際的車輛衝突情況進行分析的問題。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。