一種異質(zhì)交通狀態(tài)的交叉口信號(hào)優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新的交叉口的信號(hào)控制方法，特別針對(duì)一種異質(zhì)交通狀態(tài)的交叉 口信號(hào)優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 異質(zhì)交通是指不同動(dòng)力性能、不同物理尺寸的車輛混雜在一起行駛的狀態(tài)，是我 國(guó)中、小城市交通普遍呈現(xiàn)的交通特征。機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車在平面信號(hào)交叉口相互之間 的沖突和干擾現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了交叉口的通行效率，增加了交通安全隱患，加劇交通擁堵發(fā) 生，引發(fā)的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失巨大。異質(zhì)交通是一個(gè)非線性、強(qiáng)隨機(jī)性和時(shí)變性的復(fù)雜系 統(tǒng)，其有三個(gè)典型特征：車種高度混雜、沒有車道渠劃、車輛轉(zhuǎn)向彼此干擾。而現(xiàn)有的交叉口 信號(hào)控制方法以機(jī)動(dòng)車為主，從單一的、靜態(tài)的角度出發(fā)考慮，不適應(yīng)于我國(guó)中、小城市特 有的異質(zhì)交通狀態(tài)下的交叉口信號(hào)控制。因此，傳統(tǒng)的信號(hào)控制方法難以對(duì)其進(jìn)行高效控 制。
[0003] 城市交叉口作為城市交通系統(tǒng)的重要組成部分，是交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)和城市交通的 瓶頸。相對(duì)路段而言，各個(gè)方向的不同異質(zhì)交通流在交叉口交織運(yùn)行、相互干擾，其通行能 力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于路段。因此，設(shè)計(jì)一種異質(zhì)交通狀態(tài)的交叉口信號(hào)優(yōu)化控制方法，可直接在一定 程度上緩解城市道路交叉口交通擁堵現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種異質(zhì)交通狀態(tài)的交叉口信號(hào) 優(yōu)化控制方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)交叉口通行能力的最大化利用，大幅度降低車輛通過交叉 口的延誤，提升信號(hào)交叉口運(yùn)行效率。
[0005] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種異質(zhì)交通狀態(tài)的交叉口信號(hào)優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟10):以異質(zhì)交通流匯聚的交叉口為研究對(duì)象，在交叉口安裝視頻檢測(cè)器，識(shí) 別各進(jìn)口道處的異質(zhì)交通特征；
[0008] 步驟20)根據(jù)各進(jìn)口道的異質(zhì)交通特征，建立車輛行駛仿真模型，仿真異質(zhì)交通 流，得到各進(jìn)口道的飽和流量；
[0009] 步驟30)基于各相位等飽和度的原則優(yōu)化信號(hào)參數(shù)，得到交叉口的信號(hào)配時(shí)。
[0010] 進(jìn)一步，所述步驟10)包括以下步驟：
[0011] 步驟101)選取高峰期間內(nèi)異質(zhì)交通流匯聚的交叉口為對(duì)象，利用視頻檢測(cè)器進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集：將攝像機(jī)架設(shè)在待測(cè)交叉口路邊，使攝像機(jī)的拍攝范圍覆蓋該交叉口的第i 個(gè)進(jìn)口道和與該進(jìn)口道對(duì)應(yīng)的出口道，且拍攝到高峰期非機(jī)動(dòng)車和機(jī)動(dòng)車的到達(dá)和駛離過 程；視頻中拍攝包括人力自行車、電動(dòng)自行車、公交車和小汽車；
[0012] 步驟102)從城市網(wǎng)絡(luò)矢量地圖上提取待測(cè)交叉口的幾何參數(shù)，幾何參數(shù)包括各 方向進(jìn)口道寬度H、交叉口的長(zhǎng)度W 1;
[0013]步驟103)根據(jù)步驟101)攝像機(jī)拍攝的視頻，統(tǒng)計(jì)高峰期時(shí)段平均每個(gè)周期內(nèi)，紅 燈期間聚集在各進(jìn)口道上的人力自行車數(shù)量N&、電動(dòng)自行車數(shù)量^ b、公交車數(shù)量Nbus、小汽 車數(shù)量N_;且統(tǒng)計(jì)高峰期時(shí)段平均每個(gè)周期內(nèi)，紅燈期間聚集在進(jìn)口道上的左轉(zhuǎn)車數(shù)量數(shù) N lt，以及右轉(zhuǎn)車輛數(shù)Nrt，且依式（1)、式（2)、式（3)、式⑷測(cè)算人力自行車、電動(dòng)自行車、公 交車和小汽車的比例，分別為1^、？4、？_和1^，依式（5)、式（6)測(cè)算左轉(zhuǎn)車和右轉(zhuǎn)車的比 例，分別為T lt和Trt:
[0020] 步驟104)把步驟101)拍攝的視頻導(dǎo)入軟件Adobe Premiere中，該軟件對(duì)視頻以 每秒25幀的速率播放，測(cè)算人力自行車通過交叉口的最大速度Vniaxl和加速度a i、電動(dòng)自行 車通過交叉口的最大速度vmax2和加速度a 2、公交車通過交叉口的最大速度￥_3和加速度a 3 以及小汽車通過交叉口的最大速度^_4和加速度a 4;測(cè)算所有車輛通過交叉口的第85百 分位車速v85和第15百分位車速v 15;
[0021] 步驟105)根據(jù)步驟101)拍攝的視頻，統(tǒng)計(jì)高峰期時(shí)段平均每個(gè)周期內(nèi)，綠燈啟動(dòng) 時(shí)，第i個(gè)進(jìn)口道排隊(duì)消散時(shí)間U。
[0022] 進(jìn)一步，所述步驟20)包括以下步驟：
[0023] 步驟201)將交叉口元胞化；
[0024] 步驟202)根據(jù)各進(jìn)口道的異質(zhì)交通特征，初始生成仿真車輛；
[0025] 步驟203)建立車輛行駛規(guī)則；
[0026] 步驟204)仿真異質(zhì)交通過街，得到各進(jìn)口道的飽和流量。
[0027] 進(jìn)一步，步驟201):將交叉口劃分為多個(gè)元胞，并建立坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系以車輛運(yùn) 行方向?yàn)闄M坐標(biāo)，垂直于車輛運(yùn)行方向?yàn)榭v坐標(biāo)，坐標(biāo)原點(diǎn)位于第i個(gè)進(jìn)口道停車線后方 200m處；交叉口中l(wèi)m寬和lm長(zhǎng)的范圍為一個(gè)元胞；將人力自行車通過交叉口的最大速度 vmaxl、電動(dòng)自行車通過交叉口的最大速度vmax2、公交車通過交叉口的最大速度V_；3以及小 汽車通過交叉口的最大速度^_4按照元胞/秒進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換，將人力自行車通過交叉口的 加速度、電動(dòng)自行車通過交叉口的加速度a 2、公交車通過交叉口的加速度a3以及小汽車 通過交叉口的加速度&4按照元胞/秒 2進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換；根據(jù)交叉口進(jìn)口道寬度H，將進(jìn)口 道與出口道劃分成多個(gè)寬度為lm的子車道，并沿著縱坐標(biāo)方向依次給予車道編號(hào)為1，2， 3......H〇
[0028] 進(jìn)一步，步驟202)為：根據(jù)高峰期時(shí)段平均每個(gè)周期內(nèi)紅燈期間聚集在第i個(gè)進(jìn) 口道上的車輛數(shù)，將^輛人力自行車、N &輛電動(dòng)自行車、N bus輛公交車、N。"小汽車，初始化 生成于第i個(gè)進(jìn)口道上；根據(jù)高峰期時(shí)段平均每個(gè)周期內(nèi)，紅燈期間聚集在進(jìn)口道上的左 轉(zhuǎn)車，以及右轉(zhuǎn)車的比例T lt和，給每個(gè)車輛分配轉(zhuǎn)向類型，并設(shè)定車輛轉(zhuǎn)向比例的隨機(jī) 數(shù)&，范圍為0-1 :如果車輛轉(zhuǎn)向比例的隨機(jī)數(shù)札小于T lt，表示車輛n要左轉(zhuǎn)，定義Tn= -1 ; 如果車輛轉(zhuǎn)向比例的隨機(jī)數(shù)大于Tlt且小于Tlt+Trt，表示車輛n要右轉(zhuǎn)，定義T n= 1;如果車 輛轉(zhuǎn)向比例的隨機(jī)數(shù)大于Tlt+Trt，表示車輛n要直行，定義T n= 0。
[0029] 進(jìn)一步，步驟203)為：車輛行駛規(guī)則包括前向行駛規(guī)則和側(cè)向行駛規(guī)則兩部分： 從時(shí)刻t到時(shí)刻t+1，車輛n先沿著橫坐標(biāo)方向前向行駛，后沿著縱坐標(biāo)方向側(cè)向行駛；定 義x n (t)為t時(shí)刻車輛n在坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)；xn (t+1)為t+1時(shí)刻車輛n在坐標(biāo)系中的橫 坐標(biāo)；定義yn (t)為t時(shí)刻車輛n在坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)；yn (t+1)為t+1時(shí)刻車輛n在坐標(biāo) 系中的縱坐標(biāo)。
[0030] 進(jìn)一步，所述前向行駛規(guī)則包括：
[0031] 步驟20311)加速行駛：如果t時(shí)刻車輛n的速度vn(t)小于車輛n的最大速度 v max，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度vn (t+1) = vn (t) +1 ;如果t時(shí)刻車輛n的速度￥"等于車輛 n的最大速度vmax，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度vn(t+l) = vn(t);
[0032] 步驟20312)減速行駛：如果t+1時(shí)刻車輛n的速度vn (t+1)大于t時(shí)刻車輛n與 正前方最接近的車輛的間距dnf(t)，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度v n(t+l) =dnf(t);否則， t+1時(shí)刻車輛n的速度vn (t+1)保持不變；
[0033]步驟20313)隨機(jī)慢化：假設(shè)一個(gè)概率pr(范圍為0-1)，t+1時(shí)刻車輛n的速度 vn (t+1)以概率pj咸速，并設(shè)定概率的隨機(jī)數(shù)R2 (范圍為0-1)，如果概率的隨機(jī)數(shù)R2大于或 者等于概率K，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度vn(t+l) = vn(t+l)-l ;如果概率的隨機(jī)數(shù)R/J、 于概率W，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度保持不變；
[0034] 步驟20314)確定前向運(yùn)動(dòng)位置：根據(jù)t時(shí)刻車輛n的橫坐標(biāo)xn (t)和t+1時(shí)刻車 輛n的速度vn(t+l)，確定t+1時(shí)刻車輛n的前向位置xn(t+l) = xn(t)+vn(t+l)。
[0035] 進(jìn)一步，所述側(cè)向行駛規(guī)則包括：
[0036] 步驟20321)判斷車輛是否具有換道傾向：
[0037] 滿足下列四個(gè)條件之一，即可判斷車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向：
[0038](1)如果t時(shí)刻車輛n與正前方最接近的車輛的間距dnf(t)，不能保證t時(shí)刻車 輛n能按其速度vn(t)行駛，即dn f (t) < vn(t)，那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向，并定義 incentiven = 1 ；
[0039] (2)如果t時(shí)刻車輛n不在最右側(cè)子車道且車輛n要右轉(zhuǎn)，即yn(t)辛1且T n = 1，那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向，并定義incentiven = 1 ;
[0040] (3)如果t時(shí)刻車輛n不在最左側(cè)子車道且車輛n要左轉(zhuǎn)，即yn(t)乒11且1；=-1， 那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向，并定義incentiven = 1 ;
[0041] (4)如果t時(shí)刻車輛n不在中間子車道且車輛n要直行，即yn(t)辛H/2且T n = 0,那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向，并定義incentiven = 1 ;
[0042] 步驟20322)判斷車輛是否可以安全換道
[0043] 按照下述步驟判斷車輛是否可以往左側(cè)安