車路協同環境下交通控制系統綠燈間隔時間動態調整方法與流程
2023-06-05 05:44:16
本發明屬於智能交通安全控制領域，具體涉及一種車路協同環境下交通控制系統綠燈間隔時間動態調整方法。
背景技術：
對於信號控制交叉口一個相位的機動車而言，信號燈色的變化遵循綠燈—黃燈—紅燈—綠燈的順序依次更迭，循環運轉。綠燈間隔時間是指相互衝突的兩股交通流從失去通行權的上一股交通流綠燈結束時刻到得到通行權的下一股交通流的綠燈開始時刻之間的時間間隔，設置綠燈間隔時間的作用是避免下一相位綠燈頭車與上一相位末通過交叉口的尾車在交叉口範圍內交通衝突點處相撞。它由兩相鄰相位間的黃燈時間與全紅時間之和組成，即
T＝A+AR
式中T為綠燈間隔時間，A為黃燈時間，AR為全紅時間。傳統的綠燈間隔時間是黃燈時間和全紅時間的總和，為了保障交通安全，按照固定車流量來計算確定的，存在一定的時間浪費，在一定程度上降低了通行效率。
針對上述問題，國內外研究人員提出了車路協同環境下的交通控制系統來進行信號公知，在提高交叉口通行效率、降低交叉口交通事故方面取得了一定的效果，但也存在一些不足。現的方法雖然加強了駕駛員和交通信號機之間的聯繫，但是忽略了可能發生的交通衝突對交通安全和通行效率的影響。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供一種車路協同環境下交通控制系統綠燈間隔時間動態調整方法，使車輛減少停車延誤，以提高道路的通行效率並減少環境汙染。
本發明為解決上述技術問題所採取的技術方案為：一種車路協同環境下交通控制系統綠燈間隔時間動態調整方法，其特徵在於：它包括以下步驟：
S1、實時獲取檢測區域內車輛運行狀態信息；其中檢測區域包括從位於進口車道的檢測起止線開始到通過路口的區域；
S2、黃燈時間分析：當前相位剩餘綠燈時間小於1s時，根據檢測區域內的車輛運行狀態信息，對接下來的黃燈時間進行分析和優化；綠燈時間結束後，當前相位進入黃燈時間；
S3、全紅時間分析：當前相位剩餘黃燈時間小於1s時，根據檢測區域內的車輛運行狀態信息，對接下來的全紅時間進行分析和優化；黃燈時間結束後，當前相位進入紅燈時間；全紅時間指當前相位黃燈結束至下一相位綠燈開始的時間間隔；
S4、紅燈時間結束，進入綠燈時間；
S5、當前相位結束，下一相位循環S1至S4；
所述S2中對黃燈時間進行分析和優化的具體方法為：
2.1、判斷在檢測區域內有無車輛在系統默認黃燈時間內有車輛既不能在停止線內安全停下，也不能在黃燈結束前通過停止線，若沒有，則按系統默認黃燈時間設置黃燈時間；
2.2、當在系統默認黃燈時間內有車輛既不能在停止線內安全停下，也不能在黃燈結束前通過停止線時，稱這些車輛為兩難車輛，對兩難車輛按以下公式計算所需黃燈時間：
A為車輛所需的黃燈時間，單位s；t0為駕駛員看到黃燈所需的反應時間，為預設值，單位s；v為車輛的實時車速，採集得到，單位m/s；a為車輛的實時加速度，採集得到，單位m/s2；g為坡度，為預設常數；
計算所有兩難車輛所需黃燈時間進行向上取整得到約束時間，然後選取小於預設的最大黃燈時間Amax的最大約束時間，作為優化後的黃燈時間；
所述S3中對全紅時間進行分析和優化的具體方法為：
設當前相位車輛行駛路線與下一相位綠燈車輛行駛路線的交點為衝突點；設當前相位黃燈熄滅前最後一刻有一車輛通過停止線，設該車輛為當前衝突車輛；
分別計算當前衝突車輛行駛至衝突點的時間ta，和下一相位綠燈第一輛車輛行駛至衝突點的時間tb，單位均為s；那麼全紅時間為ta-tb後向上取整。
按上述方法，所述的2.1按以下方法具體判斷：當位於檢測區域內的所有車輛均滿足下述不等式時，按系統默認黃燈時間設置黃燈時間；
Sn為車輛距離停止線的距離，單位m；Ln為車身長度，為預設值，單位m；t0為駕駛員看到黃燈所需的反應時間，為預設值，單位s；vn為車輛的實時車速，採集得到，單位m/s；an為車輛的實時加速度，採集得到，單位m/s2；A為默認黃燈時間，為預設值，單位s；
不滿足上述不等式的車輛均為兩難車輛。
按上述方法，所述的當前衝突車輛行駛至衝突點的時間ta的計算方法具體為：ta＝(Sa+La)/va；Sa為當前衝突車輛所通過的停止線到衝突點的路程，單位m；La為車身長度，為預設值，單位m；va為當前衝突車輛的車速，採集得到，單位m/s。
按上述方法，所述的下一相位綠燈第一輛車輛行駛至衝突點的時間tb的計算方法具體為：
若下一相位綠燈第一輛車輛停在停止線處，由靜止起步加速通過交叉口，則其中Sb為下一相位綠燈第一輛車輛所在停止線到衝突點之間的路程，單位m；ab為下一相位綠燈第一輛車輛的實時加速度，採集得到，單位m/s2；
若下一相位綠燈第一輛車輛保持一定速度通過停止線，駛向衝突點，則tb＝Sb/vb；其中Sb為下一相位綠燈第一輛車輛所在停止線到衝突點之間的路程，單位m；vb為下一相位綠燈第一輛車輛的速度，採集得到，單位m/s。
按上述方法，所述的S3中，若衝突點為大於1個，則計算每個衝突點對應的全紅時間，取最大值。
按上述方法，所述的S3中，預設默認全紅時間和最大全紅時間，當計算出的全紅時間小於默認全紅時間，則設定全紅時間為默認全紅時間；當計算出的全紅時間大於最大全紅時間，則設定全紅時間為最大全紅時間。
按上述方法，所述的檢測起止線與所在進口道的停止線之間的距離為150m。
用於實現所述的車路協同環境下交通控制系統綠燈間隔時間動態調整方法的信號輔助系統，其特徵在於：它包括設置在車輛內的智能車載設備、位於路側的路側信號機、以及交通信號燈；位於檢測區域內的智能車載設備用於將採集到的本車車輛狀態信息發送給路側信號機；路側信號機用於根據採集到的檢測區域內所有車輛的車輛狀態信息計算相位的黃燈時間和全紅時間，並發送給交通信號燈予以顯示。
本發明的有益效果為：本方法在車路協同環境下獲得每臺車輛的實時位置和速度信息，動態優化綠燈間隔時間，在保障安全情況下，使車輛減少停車延誤，從而提高道路的通行效率並減少環境汙染，在提高交叉口通行效率、降低交叉口交通事故方面可以取得良好的效果。
附圖說明
圖1為交通控制系統設置圖。
圖2為全紅時間交通衝突預測示意圖。
圖3為本發明一實施例的方法流程圖。
圖中：1-路側信號機，2-檢測區域，3-停止線，4-檢測起止線，5-交通信號燈，6-衝突點，7-當前衝突車輛，8-下一相位綠燈第一輛車輛。
具體實施方式
下面結合具體實例和附圖對本發明做進一步說明。
本發明提供一種車路協同環境下交通控制系統綠燈間隔時間動態調整方法，如圖3所示，它包括以下步驟：
S1、實時獲取檢測區域內車輛運行狀態信息；其中檢測區域包括從位於進口車道的檢測起止線開始到通過路口的區域；
S2、黃燈時間分析：當前相位剩餘綠燈時間小於1s時，根據檢測區域內的車輛運行狀態信息，對接下來的黃燈時間進行分析和優化；綠燈時間結束後，當前相位進入黃燈時間；
S3、全紅時間分析：當前相位剩餘黃燈時間小於1s時，根據檢測區域內的車輛運行狀態信息，對接下來的全紅時間進行分析和優化；黃燈時間結束後，當前相位進入紅燈時間；全紅時間指當前相位黃燈結束至下一相位綠燈開始的時間間隔；
S4、紅燈時間結束，進入綠燈時間；
S5、當前相位結束，下一相位循環S1至S4。
所述S2中對黃燈時間進行分析和優化的具體方法為：
2.1、判斷在檢測區域2內有無車輛在系統默認黃燈時間內有車輛既不能在停止線3內安全停下，也不能在黃燈結束前通過停止線3，若沒有，則按系統默認黃燈時間設置黃燈時間。按以下方法具體判斷：當位於檢測區域2內的所有車輛均滿足下述不等式時，按系統默認黃燈時間設置黃燈時間；
Sn為車輛距離停止線3的距離，單位m；Ln為車身長度，為預設值，單位m，通常取6m；t0為駕駛員看到黃燈所需的反應時間，為預設值，單位s，通常為1s；vn為車輛的實時車速，採集得到，單位m/s；an為車輛的實時加速度，採集得到，單位m/s2；A為默認黃燈時間，為預設值，單位s，通常為2s；
不滿足上述不等式的車輛均為兩難車輛。
2.2、當在系統默認黃燈時間內有車輛既不能在停止線內安全停下，也不能在黃燈結束前通過停止線3時，稱這些車輛為兩難車輛，對兩難車輛按以下公式計算所需黃燈時間：
A為車輛所需的黃燈時間，單位s；t0為駕駛員看到黃燈所需的反應時間，為預設值，單位s，通常取1s；v為車輛的實時車速，採集得到，單位m/s；a為車輛的實時加速度，採集得到，單位m/s2；g為坡度，為預設常數，用小數表示；
計算所有兩難車輛所需黃燈時間進行向上取整得到約束時間，然後選取小於預設的最大黃燈時間Amax的最大約束時間，作為優化後的黃燈時間。
為了保證安全，實際應用中Amax通常取第85百分位車速v85對應的黃燈時間，即
由於在黃燈期間，還有一部分車輛接著綠燈信號繼續通過停止線，為了防止該車輛與下一相位綠燈第一輛車輛發生碰撞，必須設置一定的全紅時間，全紅時間指本相位黃燈末至下一相位綠燈初的時間間隔。所述S3中對全紅時間進行分析和優化的具體方法為：
如圖2所示，設當前相位車輛行駛路線與下一相位綠燈車輛行駛路線的交點為衝突點6；設當前相位黃燈熄滅前最後一刻有一車輛通過停止線3，設該車輛為當前衝突車輛7；
分別計算當前衝突車輛7行駛至衝突點的時間ta，和下一相位綠燈第一輛車輛8行駛至衝突點的時間tb，單位均為s；那麼全紅時間為ta-tb後向上取整。
所述的當前衝突車輛7行駛至衝突點的時間ta的計算方法具體為：ta＝(Sa+La)/va；Sa為當前衝突車輛7所通過的停止線3到衝突點的路程，單位m；La為車身長度，為預設值，單位m；va為當前衝突車輛7的車速，採集得到，單位m/s。
所述的下一相位綠燈第一輛車輛8行駛至衝突點6的時間tb的計算方法具體為：
若下一相位綠燈第一輛車輛8停在停止線3處，由靜止起步加速通過交叉口，則其中Sb為下一相位綠燈第一輛車輛8所在停止線3到衝突點6之間的路程，單位m；ab為下一相位綠燈第一輛車輛8的實時加速度，採集得到，單位m/s2；
若下一相位綠燈第一輛車輛8保持一定速度通過停止線3，駛向衝突點6，則tb＝Sb/vb；其中Sb為下一相位綠燈第一輛車輛8所在停止線3到衝突點6之間的路程，單位m；vb為下一相位綠燈第一輛車輛8的速度，採集得到，單位m/s。
由於交叉口可能存在多個進口道，所以當車輛通過交叉口時，可能會與不同的車輛發生多個衝突，車輛需要在下一相位綠燈第一輛車輛前通過所有衝突點6。所述的S3中，若衝突點6為大於1個，則計算每個衝突點6對應的全紅時間，取最大值。
所述的S3中，預設默認全紅時間和最大全紅時間，當計算出的全紅時間小於默認全紅時間，則設定全紅時間為默認全紅時間，本實施例中默認全紅時間取0s；當計算出的全紅時間大於最大全紅時間，則設定全紅時間為最大全紅時間，最大全紅時間是為了避免因系統故障或計算原因導致的過大的全紅時間而設置，本實施例中取10s。
本實施例中，所述的檢測起止線4與所在進口道的停止線3之間的距離為150m。
用於實現所述的車路協同環境下交通控制系統綠燈間隔時間動態調整方法的信號輔助系統，如圖1所示，它包括設置在車輛內的智能車載設備、位於路側的路側信號機1、以及交通信號燈5；位於檢測區域2內的智能車載設備用於將採集到的本車車輛狀態信息發送給路側信號機1；路側信號機1用於根據採集到的檢測區域2內所有車輛的車輛狀態信息計算相位的黃燈時間和全紅時間，並發送給交通信號燈5予以顯示。
本實施例中，智能車載設備包括：信息採集模塊，用於通過GPS(全球定位系統)技術採集並處理得到本車車輛實時的車輛狀態信息，車輛狀態信息包括車輛位置信息、車輛所在車道信息、車輛速度、加速度信息；車載無線通信模塊，採DSRC技術(專用短程通信技術)，將採集到的信息發送給路側信號機。
路側信號機包括：信息通信模塊，利用DSRC通信方式接收道路上的交通流信息；智能分析模塊，根據檢測區域中車輛實時的車輛狀態信息以及車身長度信息，計算出實時的綠燈間隔配時方案，包括當前優化黃燈時間以及全紅時間，並動態調整交通信號燈配時方案。
以上實施例僅用於說明本發明的設計思想和特點，其目的在於使本領域內的技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，本發明的保護範圍不限於上述實施例。所以，凡依據本發明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發明的保護範圍之內。