一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法及系統的製作方法
2023-09-23 13:49:10 2
專利名稱：一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及城市交通信號控制領域，尤其是涉及一種對應漸變及突變的交通狀況能做出較好調整的信號交叉口各相位綠燈時間計算方法及系統。
背景技術：
近年來，隨著社會經濟的發展、城市化進程的加快和機動車輛的迅猛增加，城市交通問題日益嚴重，城市交通壓力越來越大，尤其在信號交叉口處的交通壓力更大。因此，在信號交叉口已選定的周期條件下，能夠更加合理的分配各個相位的綠燈時間，使得交叉口的服務流量最大，並儘可能的通過自適應調節，減少空放，提高綠燈時間利用率，提升道路交叉口的交通服務水平，使得機動車能夠更加順暢的通過交叉口。目前的信號配時大多採用Webster或HCM等經典的配時算法，或者是在這些算法的基礎上進行一些改進。在交叉口的信號周期確定後，各信號相位的綠燈時間是按各相位臨界車道的交通流量比進行比例分配的。其分配方法按
-《I U · ( . /S J/^)式中下標i表示第i相位，T表示周期時長，L表示
周期損失時間，Qi和Si分別表示第i相信號臨界車道的交通流量和飽和流量。由上可知，現有技術中的交叉口各相位的綠燈時間分配方法，依據的是各相位臨界車道的流量比。那麼當出現高密度、低流量的交通狀況時，車輛之間的橫向幹擾加劇，現有的各相位綠燈時間計算方法，往往使得車道在剛處於最佳通行狀態時，綠燈時間卻又結束了，從而制約了信號交叉口服務能力的提高。
發明內容
本發明主要是解決現有技術中信號燈時間分配法對突發或擁堵交通情況存在時間分配不合理及有缺陷的問題，提供了一種對漸變及突變的交通狀況能做出較好調整的信號交叉口各相位綠燈時間計算方法。本發明還提供了一種結構簡單、成本低的信號交叉口各相位綠燈時間計算系統。本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法，其特徵在於包括以下步驟a.設定信號交叉口的服務流量目標函數，該目標函數等於各相位上一周期流量與綠燈時間之比和本周期綠燈時間的乘積之和；設定周期內每個相位的綠燈時間需滿足的條件如下，第一條件設定周期內每個相位綠燈的最大綠燈時間和最小綠燈時間，每個相位的綠燈時間小於等於最大綠燈時間並大於等於最小綠燈時間；該相位的綠燈時間取值限於自然數。第二條件每個相位的綠燈時間總和為周期時長；每個周期內各相位的綠燈時間總和等於周期時間減去周期內全紅及全黃的時間，在一般的情況下，周期內全紅及全黃時間為O，所以每個相位的綠燈時間總和為周期時長。第三條件設定比例係數，使當前周期內任意兩個相位的綠燈時間之比小於或等於比例係數與上一周期內對應相位的流率之比的乘積；b.讀取上一周期內每個相位的流率，根據第三條件建立當前周期任意兩個相位的綠燈時間之比的關係式；c.設定比例係數的取值範圍，由比例係數從I開始遍歷，找出滿足三個條件的各相位的綠燈時間，將該各相位的綠燈時間作為當前周期各相位的綠燈時間。本發明不需要考慮信號交叉口具體的車道數，不需要考慮路口的幾何形狀，也不 需要判別關鍵車道，只需統計上個周期內各個相位的車流量以及各個相位的綠燈時間，綠燈時間計算操作過程簡單方便，有效的避免了空放，提高了綠燈時間的利用率，並在擁堵狀態下，也能較合理的分配綠燈時間，提高了信號交叉口的交通服務水平。且本發明採用上一周期各個相位的流率計算得出本周期各個相位綠燈時間，對於漸變的交通流能取得了很好的效果，對於突變的交通流也能夠很快的根據交通狀況對綠燈時間予以相應的調整。作為一種優選方案，所述步驟c中遍歷過程為由比例係數從I開始，選出所有滿足第一條件和第二條件的相位綠燈時間組合，然後將每個組合依次代入步驟b中建立的關係式中，得出所有滿足三個條件的相位綠燈時間組合，將滿足三個條件的各相位的綠燈時間代入目標函數計算，將使目標函數最大的各相位的綠燈時間作為當前周期各相位的綠燈時間；若當前的比例係數遍歷不能得到滿足三個條件的相位綠燈時間組合，則令比例係數加1，如此循環遍歷比例係數，直到得出有滿足三個條件的相位綠燈時間組合為止。對應一個特定的遍歷比例係數，這樣的時間組合可能有多組，在組合有多組情況下，則選出其中使目標函數最大的各相位的綠燈時間作為當前周期各相位的綠燈時間。異常狀況下遍歷所有比例係數也可能不存在能滿足三個條件的相位綠燈時間組合。作為一種優選方案，若遍歷比例係數的值後仍未得出滿足三個條件的各相位綠燈時間，則採用上一周期的各相位綠燈時間作為當前周期的各相位綠燈時間。這樣的處理增加了本方法的容錯能力。作為一種優選方案，若檢測到上一周期內存在流率為零的相位，則將這些相位在當前周期內的綠燈時間設成最小綠燈時間，同時將信號交叉口的總相位數減去這些流率為零的相位的數量作為新的總相位數，將周期時長減去相應流率為零的相位的綠燈時間作為新的周期時長，然後將上一周期的流量非零相位根據新的總相位數和周期時長進行步驟b和步驟C，直到得出流量非零相位的綠燈時間。對上一周期流率為零的相位的以上操作，能較好的處理車道空放的情況，使得各相位都能充分利用所分配的綠燈時間。有效的避免了空放，提高了綠燈時間的利用率。在當前周期運行完畢後，進行下周期計算時，總相位數和周期時長依然重新使用原先設定的值進行計算。作為一種優選方案，所述各相位分別設置單獨的最大綠燈時間和最小綠燈時間，或是各相位設置統一的最大綠燈時間和最小綠燈時間。最大綠燈時間和最小綠燈時間可以分成兩種方案，具體選用哪一種方案，可以根據實際路口的不同需求予以靈活決定。一種信號交叉口各相位綠燈時間計算系統，包括設置在各相位路口的用於檢測相位綠燈時間內通過的車輛數的檢測單元、記錄相位綠燈時長的計時單元和處理單元，所述檢測單元和計時單元分別連接在處理單元上，處理單元與各相位紅綠燈信號控制相連。檢測單元檢測出相位綠燈時長內通過的車輛數，計時單元記錄相位綠燈時長，這樣通過處理單元計算就能得出該相位的流率，然後處理器根據這些數據進行方法的有關步驟操作，得出下周期的各相位綠燈時間，系統結構簡單，節省了成本。作為一種優選方案，所述檢測單元為線圈檢測器，線圈檢測器分別設置在各相位路口的停車線後方處。因此，本發明具有的優點是不需要考慮信號交叉口具體的車道數，不需要考慮路口的形狀，也不需要判別關鍵車道，只需統計上個周期內各個相位的車流量以及各個相位的綠燈時間，計算方法簡潔，系統結構簡單；有效的避免車道空放，提高了綠燈時間的利用率，並在擁堵狀態下，也能合理的分配綠燈時間，提高了信號交叉口的服務總體交通水平。
附圖I是本發明的一種工作流程示意圖；附圖2是本發明的一種結構框示圖。I-檢測單元 2-計時單元 3-處理單元
具體實施例方式下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例本實施例一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法及系統，如圖2所示，該系統包括交通信號燈、若干用於檢測相位綠燈時間內通過的車輛數的檢測單元I、記錄各相位綠燈時長的計時單元2和處理單元3，檢測單元分別連接到處理單元上，這些檢測單元為線圈檢測器，分別設置在各個相位道路口上，一般設置在道路口停車線後方處，這樣就可以統計一個綠燈時間內通過的車輛數量。計時單元2設在信號燈上，計時單元一端與信號燈連接，另一端連接在處理單元上，計時單元記錄綠燈的時間並將數據發送給處理單元。處理單元根據計時單元和檢測單元發送來的數據計算出各相位的流率，並根據上一周期各相位的流量和綠燈時間計算出下一周期各相位的綠燈時間。如圖I所示，該系統的信號交叉口各相位綠燈時間計算方法包括以下步驟步驟I.設定信號交叉口的服務流量目標函數，該目標函數等於各相位上一周期流量與綠燈時間之比和本周期綠燈時間的乘積之和，即Q = Zm= I JaIm η為交叉口的相位數，m為該交叉口的第m相位，；為上
tni ，
周期第m相位通過的車輛數,t Jtl為上周期第m相位的綠燈時間；設定周期內每個相位的綠燈時間需要滿足的條件，第一條件周期內每個相位綠燈的最大綠燈時間tg_和最小綠燈時間tgDlin，每個相位的綠燈時間小於等於最大綠燈時間並大於等於最小綠燈時間，即^in ^ tffl^ tgmax，其中tm e N，本實施例中假設為三相交通信號燈，n=3，周期為T=60s，設定最大綠燈時間為50s，最小綠燈時間為10s，三個相位的綠燈時間分別為V t2、t3，則10彡A彡50、10 彡 t2 彡 50、10 彡 t3 彡 50。
第二條件每個相位的綠燈時間總和為周期時長，各相位綠燈時間總和公式為Im.· t ; = T - L，其中L為周期內全紅及全黃時間，並不包括周期內的其他損失時間，一般情況下，L=O,因此各相位綠燈時間之和等於周期時長，即Wt^eo。第三條件使當前周期內任意兩個相位的綠燈時間之比與上一周期內對應相位的流率比大致成正比，即當前周期內任意兩個相位的綠燈時間之比小於等於比例係數與上一
周期內對應相位的流率之比的乘積
權利要求
1.一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法，其特徵在於包括以下步驟 a.設定信號交叉口的服務流量目標函數，該目標函數等於各相位上一周期流量與綠燈時間之比和本周期綠燈時間的乘積之和； 設定周期內每個相位的綠燈時間需滿足的條件如下， 第一條件設定周期內每個相位綠燈的最大綠燈時間和最小綠燈時間，每個相位的綠燈時間小於等於最大綠燈時間並大於等於最小綠燈時間； 第二條件每個相位的綠燈時間總和為周期時長； 第三條件設定比例係數，使當前周期內任意兩個相位的綠燈時間之比小於或等於比例係數與上一周期內對應相位的流率之比的乘積； b.讀取上一周期內每個相位的流率，根據第三條件建立當前周期任意兩個相位的綠燈時間之比的關係式； c.設定比例係數的取值範圍，比例係數從I開始遍歷，找出滿足三個條件的各相位的綠燈時間，將該各相位的綠燈時間作為當前周期各相位的綠燈時間。
2.根據權利要求I所述的一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法，其特徵是所述步驟c中遍歷過程為由比例係數從I開始，遍歷所有滿足第一條件和第二條件的相位綠燈時間組合，然後將每個組合依次代入步驟b中建立的關係式中，得出所有滿足三個條件的相位綠燈時間組合，將滿足三個條件的各相位的綠燈時間代入目標函數計算，將使目標函數最大的各相位的綠燈時間作為當前周期各相位的綠燈時間；若當前的比例係數遍歷不能得到滿足三個條件的相位綠燈時間組合，則令比例係數加1，如此循環遍歷比例係數，直到得出有滿足三個條件的相位綠燈時間組合為止。
3.根據權利要求I所述的一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法，其特徵是若遍歷比例係數的值後仍未得出滿足三個條件的各相位綠燈時間，則採用上一周期的各相位綠燈時間作為當前周期的各相位綠燈時間。
4.根據權利要求I所述的一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法，其特徵是若檢測到上一周期內存在流率為零的相位，則將這些相位在當前周期內的綠燈時間設成最小綠燈時間，同時將信號交叉口的總相位數減去這些流率為零的相位的數量作為新的總相位數，將當前周期時長減去相應流率為零的相位的綠燈時間作為新的周期時長，然後將上一周期的流量非零相位進行步驟b和步驟c的操作，得出流量非零相位的綠燈時間。
5.根據權利要求1-4任一項所述的一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法，其特徵是所述各相位分別設置單獨的最大綠燈時間和最小綠燈時間，或是各相位設置統一的最大綠燈時間和最小綠燈時間。
6.一種信號交叉口各相位綠燈時間計算系統，其特徵是包括設置在各相位路口的用於檢測相位綠燈時間內通過的車輛數的檢測單元(I)、記錄相位綠燈時長的計時單元(2)和處理單元(3)，所述檢測單元和計時單元分別連接在處理單元上，處理單元與各相位紅綠燈信號控制相連。
7.根據權利要求6所述的一種信號交叉口各相位綠燈時間計算系統，其特徵是所述檢測單元(I)為線圈檢測器，線圈檢測器分別設置在各相位路口的停車線後方處。
全文摘要
本發明涉及一種信號交叉口各相位綠燈時間計算方法及系統，該方法包括以下步驟設定信號交叉口的服務流量目標函數；設定周期內每個相位綠燈的最大綠燈時間和最小綠燈時間，每個相位的綠燈時間小於等於最大綠燈時間並大於等於最小綠燈時間；每個相位的綠燈時間總和為周期時長；設定比例係數，使當前周期內任意兩個相位的綠燈時間之比小於等於比例係數與上一周期內對應相位的流率之比的乘積；在這些約束條件下，通過遍歷比例係數，計算出信號交叉口各相位的綠燈時間，使得該交叉口的服務流量最大。本方法能很好的處理空放以及漸變的交通流，並能快速的應對突變的交通流，能夠使儘可能多的車輛通過交叉口，提高信號交叉口的服務水平。
文檔編號G08G1/07GK102915643SQ20121030063
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月22日 優先權日2012年8月22日
發明者楊永耀, 吳漢, 沈國江, 章如峰, 湯灝, 楊成, 邢水泉 申請人:浙江浙大中控信息技術有限公司