[发明专利]四路环形交叉口的所有进口道适时交通信号控制方法

摘要

本发明公开了一种四路环形交叉口的所有进口道适时交通信号控制方法，属于智能交通控制技术领域。其特征是利用进口道上游检测器、进口道停止线检测器和环道检测器，全面监测进口道和环道的交通运行状态，在各进口道临近环道的10-20m位置施划机动车停止线、安装红黄两色交通信号灯(灯色显示顺序为暗→黄→红→暗)，在交通信号灯的下方安装内容为“红灯亮时，禁止直行和左转车辆通行”的辅助标志，面向所有进口道适时实施交通信号控制，预设了3种交通运行组织方式，采用模块化设计并以交通事件为驱动机制，能够及时预判并彻底消除环道全局死锁的可能性，动态调整交通运行组织方式以及交通信号灯色的显示时间，主动适应机动车交通负荷水平的连续变化。

主权项

一种四路环形交叉口的所有进口道适时交通信号控制方法，包括实施条件、交通运行组织、交通数据检测器布设、控制功能模块设计4个方面的内容，其特征在于：(一)实施条件⑴各进口方向的进口车道数不少于2条，环内车道数不少于2条；⑵在各进口道临近环道的10‑20m位置施划机动车停止线、安装红黄两色交通信号灯，灯色显示顺序为暗→黄→红→暗；在交通信号灯的下方安装内容为“红灯亮时，禁止直行和左转车辆通行”的辅助标志；⑶右转车辆自由接近环道，始终遵循让行规则驶入和驶离环道；⑷进出口道范围内未设置平面过街设施；(二)交通运行组织较低机动车交通负荷水平下，让行规则能够安全、高效地为入环车辆、环内车辆和出环车辆分配通行权；随着机动车交通负荷水平的提高，环道车流趋于密集，车辆进出环道的难度加大，入环车辆不让环内车辆先行、环内车辆不让出环车辆先行的现象愈发频繁，让行规则趋于全面失效；一旦发出环道全局死锁预警，应禁止所有进口道的直行和左转车辆接近环道，以便快速疏散环内车辆，避免发生环道全局死锁；环道全局死锁预警解除后，若任意进口道的机动车交通负荷处于较高水平，认为环形交叉口仍将面临环道全局死锁的危险，应使得各进口道的直行和左转车辆有规律地接近环道，遵循让行规则驶入和驶离环道，直至各进口道的机动车交通负荷均降至相对较低的水平，方能允许直行和左转车辆自由接近环道，遵循让行规则驶入和驶离环道；所有进口道适时交通信号控制条件下，所有进口道均为双模式进口道，可以实施3种交通运行组织方式；根据进口道和环道的交通运行状态，不同的交通运行组织方式之间将进行动态调整，每1种交通运行组织方式的活跃时间也将进行动态调整；⑴所有进口道同时放行：所有交通信号灯同时显示暗灯，直行和左转车辆自由接近环道，遵循让行规则驶入和驶离环道；⑵所有进口道禁止放行：所有交通信号灯同时显示红灯，禁止直行和左转车辆接近环道，已通过机动车停止线的车辆遵循让行规则驶入和驶离环道；⑶单个进口道轮流放行：按照顺时针的顺序，依次令单个进口道的交通信号灯显示暗灯、其余进口道的交通信号灯显示红灯，显示暗灯的进口道的直行和左转车辆自由接近环道，遵循让行规则驶入和驶离环道，显示红灯的进口道的直行和左转车辆不得接近环道；上述3种交通运行组织方式之间的切换关系如下所示：⑴→⑵；⑵→⑴；⑵→⑶；⑶→⑵；⑶→⑴；(三)交通数据检测器布设根据承载交通功能的不同，将环形交叉口的车辆通行空间分为：进口道、出口道、环道交织段和环道基本段；为了实时监测进口道和环道的交通运行状态，要求布设进口道上游检测器、进口道停止线检测器和环道检测器；不同类型的交通数据检测器具有不同的功能定位，采用车道独立检测方法获取车头时距和/或占有时间，如下表所示：(四)控制功能模块设计所有进口道适时交通信号控制方法是一种交通事件驱动的交通响应控制方法；它认为适时启用某个进口道的某种交通信号灯色的目的是为了响应某些能够表征道路使用者的通行时间资源供给或需求状态、可定量解析或准确感知的交通事件；以“预判并消除环道全局死锁的可能性、适应机动车交通负荷水平的连续变化”为控制目标，并将其分解为若干控制任务，交通事件被有选择地纳入到控制任务之中，作为动态调整环形交叉口的交通运行组织方式以及各进口道的交通信号灯色显示时间的主要依据；所有进口道适时交通信号控制方法具有模块化的技术架构，由主模块、初始化模块、全红时间管理模块和暗灯时间管理模块构成；主模块是控制方法的基础平台，初始化模块和全红时间管理模块是面向所有进口道的交通信号灯、承担具体控制任务的公用功能模块，暗灯时间管理模块是面向特定进口道的交通信号灯、承担具体控制任务的专用功能模块；控制方法的执行周期为1s，这意味着，交通信号灯色的更新周期为1s；⑴主模块主模块用以从顶层建立不同功能模块之间的数据流和控制流，对于其他功能模块实现既定的控制功能起到支撑的作用；主模块中涉及的交通事件TE_MAIN(no.)如下所示：TE_MAIN(1.1)：已经启用所有进口道同时放行方式；TE_MAIN(2.1)：进口道1的交通信号灯显示暗灯；TE_MAIN(2.2)：进口道2的交通信号灯显示暗灯；TE_MAIN(2.3)：进口道3的交通信号灯显示暗灯；TE_MAIN(2.4)：进口道4的交通信号灯显示暗灯；TE_MAIN(3.1)：进口道1的当前暗灯时间大于等于最小暗灯时间；TE_MAIN(3.2)：进口道2的当前暗灯时间大于等于最小暗灯时间；TE_MAIN(3.3)：进口道3的当前暗灯时间大于等于最小暗灯时间；TE_MAIN(3.4)：进口道4的当前暗灯时间大于等于最小暗灯时间；⑵初始化模块初始化模块用以对控制时段内具有固定取值的技术参数进行初始赋值操作；初始化模块仅在控制时段的起始时刻被执行1次；在初始化模块中进行赋值的技术参数包括：⑴黄灯时间；⑵最小全红时间；⑶最大全红时间；⑷最小暗灯时间；⑸最大暗灯时间；⑹进口道上游检测器的车头时距阈值；⑺环道检测器的车头时距阈值；⑻进口道上游检测器的占有时间阈值；⑼进口道停止线检测器的占有时间阈值；⑽环道检测器的占有时间阈值；⑶全红时间管理模块全红时间管理模块用以监测环道检测断面和进口道停止线检测断面的交通运行状态，适时决定启用或退出所有进口道禁止放行方式；全红时间管理模块中涉及的交通事件TE_ADM(no.)如下所示：TE_ADM(1.1)：记录所有环道检测器采集的占有时间；TE_ADM(1.2)：记录所有环道检测器采集的车头时距；TE_ADM(1.3)：记录当前全红时间；TE_ADM(1.4)：记录所有进口道停止线检测器采集的占有时间；TE_ADM(2.1)：未启用所有进口道禁止放行方式；TE_ADM(3.1)：任意3个环道基本段可能发生阻塞，即任意3个环道基本段的环道检测器采集的最大占有时间均大于等于占有时间阈值；TE_ADM(4.1)：启用所有进口道禁止放行方式，令所有进口道的交通信号灯由暗灯切换至红灯；TE_ADM(5.1)：当前全红时间大于等于最大全红时间；TE_ADM(5.2)：当前全红时间小于最小全红时间；TE_ADM(6.1)：无车辆连续到达任意1个环道基本段，即所有环道检测器采集的车头时距均大于车头时距阈值；TE_ADM(7.1)：所有进口道的机动车停止线后均已形成车辆排队，即所有进口道的进口道停止线检测器采集的最大占有时间均大于等于占有时间阈值；TE_ADM(8.1)：退出所有进口道禁止放行方式，启用单个进口道轮流放行方式，令排队头车等待时间最长(即进口道停止线检测器占有时间最大)的进口道的交通信号灯由红灯切换至暗灯，令其他进口道的交通信号灯继续显示红灯；若各进口道的排队头车等待时间相等，令进口道1的交通信号灯由红灯切换至暗灯；TE_ADM(8.2)：退出所有进口道禁止放行方式，启用所有进口道同时放行方式，令所有进口道的交通信号灯由红灯切换至暗灯；⑷暗灯时间管理模块i暗灯时间管理模块i面向进口道i的交通信号灯，用以监测进口道上游检测断面和进口道停止线检测断面的交通运行状态，适时决定继续单个进口道轮流放行方式或启动所有进口道同时放行方式，i＝1,2,3,4；暗灯时间管理模块中涉及的交通事件TE_DDM‑i(no.)如下所示：TE_DDM‑i(1.1)：记录进口道i的所有进口道上游检测器采集的车头时距；TE_DDM‑i(1.2)：记录其他3个进口道的所有进口道上游检测器采集的占有时间；TE_DDM‑i(1.3)：记录其他3个进口道的所有进口道停止线检测器采集的占有时间；TE_DDM‑i(2.1)：进口道i的当前暗灯时间大于等于最大暗灯时间；TE_DDM‑i(3.1)：进口道i的所有进口车道的车辆通行需求已经得到满足，即进口道i的所有进口道上游检测器采集的车头时距先后或同时大于车头时距阈值；TE_DDM‑i(3.2)：进口道i的大部分进口车道的车辆通行需求已经得到满足，即进口道i超过半数的进口道上游检测器采集的车头时距先后或同时大于车头时距阈值；TE_DDM‑i(4.1)：进口道i顺时针方向相邻的第1个进口道存在较长的车辆排队，即进口道i顺时针方向相邻的第1个进口道的进口道上游检测器采集的最大占有时间大于等于占有时间阈值；TE_DDM‑i(4.2)：进口道i顺时针方向相邻的第2个进口道存在较长的车辆排队，即进口道i顺时针方向相邻的第2个进口道的进口道上游检测器采集的最大占有时间大于等于占有时间阈值；TE_DDM‑i(4.3)：进口道i顺时针方向相邻的第3个进口道存在较长的车辆排队，即进口道i顺时针方向相邻的第3个进口道的进口道上游检测器采集的最大占有时间大于等于占有时间阈值；TE_DDM‑i(4.4)：其他3个进口道均不存在较长的车辆排队，即其他3个进口道的进口道上游检测器采集的占有时间均小于占有时间阈值；TE_DDM‑i(4.5)：其他1个或多个进口道的机动车停止线后尚未形成车辆排队，即其他1个或多个进口道的进口道停止线检测器采集的占有时间均小于占有时间阈值；TE_DDM‑i(5.1)：退出单个进口道轮流放行方式，进入所有进口道同时放行方式，令进口道i的交通信号灯继续显示暗灯，令其他3个进口道的交通信号灯由红灯切换至暗灯；TE_DDM‑i(5.2)：继续单个进口道轮流放行方式，令进口道i的交通信号灯由暗灯切换至红灯，令进口道i顺时针方向相邻的第1个进口道的交通信号灯由红灯切换至暗灯。