一种城镇道路交通控制信号产生方法

文档序号:1939691 发布日期:2021-12-07 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 一种城镇道路交通控制信号产生方法 (Method for generating town road traffic control signal ) 是由 张慧熙 王玉槐 安康 江霞 孙亚萍 于 2021-10-22 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种城镇道路交通控制信号产生方法。本其控制的道路网格中各路口均设置有相对设置的两个横向信号灯和相对设置的两个纵向信号灯。该两个横向信号灯和两个纵向信号灯由同一个交通信号的控制器进行控制。在道路网格中,将各路口区分为A类路口和B类路口,定义每个A类路口相邻的四个路口均为B类路口;每个B类路口相邻的四个路口均为A类路口。每个路段的双向上均设置有建议车速指示牌。建议车速指示牌上能够动态显示建议行驶车速。本发明通过A类路口和B类路口的配合,使得车辆只要在不同路段均按照对应的建议行驶车速,无论横向行驶还是纵向行驶,均能够持续遇到绿灯,实现绿波区通行的效果。(The invention discloses a method for generating town road traffic control signals. Each road junction in the road grid controlled by the device is provided with two transverse signal lamps which are oppositely arranged and two longitudinal signal lamps which are oppositely arranged. The two transverse signal lamps and the two longitudinal signal lamps are controlled by the same traffic signal controller. In the road grid, dividing each intersection into an A-type intersection and a B-type intersection, and defining four adjacent intersections of each A-type intersection as B-type intersections; and four intersections adjacent to each type B intersection are all type A intersections. And suggested vehicle speed indication boards are arranged on the two sides of each road section. The recommended vehicle speed can be dynamically displayed on the recommended vehicle speed indicator. According to the invention, through the matching of the type A intersection and the type B intersection, the vehicle can continuously meet the green light no matter the vehicle runs transversely or longitudinally as long as the vehicle runs at different road sections according to the corresponding recommended running speed, and the effect of green wave zone passing is realized.)

一种城镇道路交通控制信号产生方法

技术领域

本发明属于城镇交通管理技术领域,尤其涉及一种城镇道路交通控制信号产生方法。

背景技术

现有城镇道路各个路口的交通信号灯的控制大多数是各自独立进行的,当车辆行至路口时能否继续通行是随机的,这显然会影响通行效率,也有少数主干道各路口交通信号灯是协同控制的,如果车辆从一个路口出发以建议车速行驶到下一个路口时就会遇到放行的绿灯信号。除了主干道以外,人们希望能在更大范围内提高通行效率,因此,多种技术方案被提出来。现有技术中,多数方案需要设计复杂的网络并引入昂贵的专用设备,因此难以落地;申请号为201810649703.5的方案提出了一种纵横多路口协同控制技术,但同一时段只允许十字路口四个子路口之一的车辆通行,这与人们长期以来形成的认知不符,更重要的是,这个方案只有在直行交通量小于转弯交通量的情况下才可能提高通行效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种城镇道路交通控制信号产生方法。

第一方面,本发明提供一种城镇道路交通控制信号产生方法,其控制的道路网格中各路口均设置有相对设置的两个横向信号灯和相对设置的两个纵向信号灯。该两个横向信号灯和两个纵向信号灯由同一个交通信号的控制器进行控制。在道路网格中,将各路口区分为A类路口和B类路口,定义每个A类路口相邻的四个路口均为B类路口;每个B类路口相邻的四个路口均为A类路口。每个路段的双向上均设置有建议车速指示牌。建议车速指示牌上能够动态显示建议行驶车速。

城镇道路交通控制信号产生方法包括三种交通控制信号产生方法,分别对应三种不同的道路情况。

第一种交通控制信号产生方法,对应各路口的直行灯与左转灯共用的情况,具体步骤如下:

步骤一、设定控制周期T;T=T1+T2+2Ts;其中,T1为第一通行时长;T2为第二通行时长;Ts为允许通行与静止通行的过渡时长。

步骤二、控制各路口的信号灯变换。循环执行步骤2-1至2-4。步骤2-1至2-4的执行时长分别为T1、Ts、T2、Ts

A类路口横向信号灯在步骤2-1至2-4的亮灯顺序依次为绿、黄、红、红。A类路口纵向信号灯在步骤2-1至2-4的亮灯顺序依次为红、红、绿、黄。B类路口横向信号灯在步骤2-1至2-3的亮灯顺序为为红、红、绿、黄。B类路口纵向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-4的亮灯顺序为绿、黄、红、红。

作为优选,各个路段上的相反的两个方向的车速指示牌分别显示对应的建议行驶车速。

横向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速v1的计算表达式相同,具体如下式所示:

其中,L为当前路段的长度;n为任意自然数,通过调整n的数值,能够保证各路段的建议行驶车速v均保持在道路限速范围内。

横向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速v2的计算表达式相同,具体如下式所示:

第二种交通控制信号产生方法,对应各路口的直行灯与左转灯不共用的情况,具体步骤如下:

步骤一、设定控制周期T;T=T1+T2+T3+T4+4Ts;其中,T1为第一通行时长;T2为第二通行时长;T3为第三通行时长;T4为第四通行时长;Ts为允许通行与静止通行的过渡时长。

步骤二、控制各路口的信号灯变换。循环执行步骤2-1至2-8。步骤2-1至2-8的执行时长分别为T1、Ts、T2、Ts、T3、Ts、T4、Ts

A类路口横向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为绿、黄、红、红、红、红、红、红。A类路口横向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、绿、黄、红、红、红、红。A类路口纵向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、绿、黄、红、红。A类路口纵向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、红、红、绿、黄。

B类路口横向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为为红、红、绿、黄、红、红、红、红。B类路口横向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、绿、黄、红、红。B类路口纵向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、红、红、绿、黄。B类路口纵向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为绿、黄、红、红、红、红、红、红。

第三种交通控制信号产生方法,将各道路划分为主干道和非主干道;主干道对应的信号灯的直行灯与左转灯不共用;非主干道对应的信号灯的直行灯与左转灯共用;该方法的具体步骤如下:

步骤一、设定控制周期T;T=T1+T2+T3+T4+4Ts;其中,T1为第一通行时长;T2为第二通行时长;T3为第三通行时长;T4为第四通行时长;Ts为允许通行与静止通行的过渡时长。

步骤二、控制各路口的信号灯变换。循环执行步骤2-1至2-8。步骤2-1至2-8的执行时长分别为T1、Ts、T2、Ts、T3、Ts、T4、Ts

在各A类路口和B类路口的横纵两个方向均为主干道的情况下,A类路口横向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为绿、黄、红、红、红、红、红、红。A类路口横向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、绿、黄、红、红、红、红。A类路口纵向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、绿、黄、红、红。A类路口纵向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、红、红、绿、黄。

B类路口横向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为为红、红、绿、黄、红、红、红、红。B类路口横向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、绿、黄、红、红。B类路口纵向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、红、红、绿、黄。B类路口纵向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为绿、黄、红、红、红、红、红、红。

在一个路口的横纵两个方向中存在非主干道的情况下,作为非主干道方向上的信号灯用于左转灯亮绿灯和黄灯的时间段转换为该路口的另一个方向上的信号灯的直行灯亮绿灯的时间段。

作为优选,在第二种交通控制信号产生方法或第三种交通控制信号产生方法中,各个路段上的正反两个方向的车速指示牌分别显示对应的建议行驶车速。

横向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速v1的计算表达式相同,具体如下式所示:

其中,L为当前路段的长度;n为任意自然数,通过调整n的数值,能够保证各路段的建议行驶车速v均保持在道路限速范围内。

横向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速v2的计算表达式相同,具体如下式所示:

作为优选,在第二种交通控制信号产生方法或第三种交通控制信号产生方法的基础上,各信号灯设置有右转灯。右转灯的亮灯状态均与沿当前方向的下一个路口对应的信号灯中左转灯的亮灯状态保持一致。

作为优选,在第二种交通控制信号产生方法或第三种交通控制信号产生方法的基础上,还包含丁字路口。丁字路口的丁身道路部分对应的指示灯不设直行灯;丁身道路部分对应的指示灯用于亮绿灯的时间转为丁身道路部分对应的指示灯或丁顶道路部分对应的指示灯的左转灯亮绿灯的时间。

第二方面,本发明提供一种城镇道路交通指示系统,其包括道路网格中各路口的横向信号灯、纵向信号灯,每段车道上双向的车速指示牌,以及控制器。控制器控制横向信号灯、纵向信号灯和车速指示牌按照上述的方法亮灭和显示建议行驶车速。

本发明具有的有益效果是:

1、本发明将网格道路内的各路口划分为互不相邻的A类路口和B类路口,并通过A类路口和B类路口的配合,使得车辆只要在不同路段均按照对应的建议行驶车速,无论横向行驶还是纵向行驶,均能够持续遇到绿灯,实现绿波区通行的效果。

2、本发明针对不同的信号灯的情况提供了多种控制策略,使得本发明能够兼容多种不同的网格道路情况。

3、本发明仅对信号灯控制进行调整并设置能够动态调整的建议车速指示牌,即可实现这个网格道路内的整体交通效率优化。

附图说明

图1为本发明实施例1中被控制的道路网格在步骤2-1时的示意图;

图2为本发明实施例1中被控制的道路网格在步骤2-3时的示意图。

图3为本发明实施例2中被控制的道路网格在步骤2-3时的示意图。

图4为本发明实施例2中被控制的道路网格在步骤2-7时的示意图。

图5为本发明实施例3中被控制的道路网格的示意图;

图6为本发明实施例4中被控制的道路网格的示意图;

图7为本发明实施例5中被控制的道路网格的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

一种城镇道路交通控制信号产生方法,针对被控制的道路网格中各路口直行灯与左转灯共用且不设右转灯的简单情况。

被控制的道路网格中各路口均设置有相对设置的两个横向信号灯和相对设置的两个纵向信号灯。该两个横向信号灯和两个纵向信号灯由同一个交通信号的控制器进行控制。在道路网格中,将各路口区分为A类路口和B类路口,定义每个A类路口相邻的四个路口均为B类路口;每个B类路口相邻的四个路口均为A类路口;各路口的控制器采用统一时间基准,存储有自己的身份信息,即该路口对应A类路口还是B类路口,还应保存本路口与相邻的四个路口的距离信息。A类路口和B类路口的控制器在统一时间基准上,依据约定的时间间隔产生信号灯控制信号。

道路网格的具体情况如图1所示,在图1中,(1)所指示的方框表示该路口为A类路口1,(2)所指示的圆圈表示该路口为B类路口2;方框和圆圈中的短横线表示该路口横向允许直行,同时表示纵向禁止直行;方框和圆圈中的短竖线表示该路口横向禁止直行,同时表示纵向允许直行。

每个路段的双向上均设置有建议车速指示牌。路段表示两个相邻路口之间形成的车道,具有两个方向(分别为A类路口到B类路口和B类路口到A类路口)。建议车速指示牌上能够动态显示建议行驶车速。当车辆按照建议行驶车速行驶时,能够使得车辆在直线行驶中至多仅遇到一次红灯(即等待一次红灯后,后续均遇到绿灯)。

该方法的具体步骤如下:

步骤一、设定控制周期T;T=T1+T2+2Ts;其中,T1为第一通行时长;T2为第二通行时长;Ts为允许通行与静止通行的过渡时长。T、T1和T2的具体数值根据道路网格中的车流量进行设定和调整,比如,可将车流量及对应时段划分为畅通时段、平峰时段和高峰时段共3种时段。畅通时段、平峰时段和高峰时段的控制周期依次增大,建议平均车速依次降低,,仍然能够使横向或纵向直行的车辆最多只等待一个红灯就一直遇到绿灯信号。也可以根据车流量的大小将控制周期划分为3种以上的时段。当特殊情况如极度拥堵状况出现时,控制策略转为人工控制。本实施例设定:各通行时长相等,即T1=T2。各个路段上的两个方向的车速指示牌分别显示建议行驶车速。

横向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速v1的计算表达式相同,具体如下式所示:

其中,L为当前路段的长度;n的值为零或正整数,通过调整n的数值,能够保证各路段的建议行驶车速v均保持在道路限速范围内。

横向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速v2的计算表达式相同,具体如下式所示:

当T1=T2时,各路段上两个方向的建议行驶车速相等。各路口的信号灯按照步骤2-2中的方式循环变化;每执行一次步骤2-2均经过一个控制周期T。

步骤二、控制各路口的信号灯变换。循环执行步骤2-1至2-4。

2-1.如图1所示,在T1时长(控制周期T中的0~T1的时间范围)内,A类路口的横向信号灯和B类路口的纵向信号灯均亮绿灯;A类路口的纵向信号灯和B类路口的横向信号灯均亮绿灯。

2-2.在Ts时长(控制周期T中的T1~T1+Ts的时间范围)内,A类路口的横向信号灯和B类路口的纵向信号灯均亮黄灯;A类路口的纵向信号灯和B类路口的横向信号灯均亮红灯。

2-3.如图2所示,在T2时长(控制周期T中的T1+Ts~T1+T2+Ts的时间范围)内,A类路口的横向信号灯和B类路口的纵向信号灯均亮红灯;A类路口的纵向信号灯和B类路口的横向信号灯均亮绿灯。

2-4.在Ts时长(控制周期T中的T1+T2+Ts~T1+T2+2Ts的时间范围)内,A类路口的横向信号灯和B类路口的纵向信号灯均亮红灯;A类路口的纵向信号灯和B类路口的横向信号灯均亮黄灯。

步骤二的过程可以参照表1进行理解。

表1直行与转弯的道路网格信号灯控制表

由表1可知:在一条横向道路上,从A类路口横向信号变绿(如表1信号区的第一行第一列)开始出发的车辆,若以平均速度行驶至相邻的B类路口,则此B类路口横向信号灯刚好变绿;直行通过该B类路口继续行驶;若以平均速度行驶至相邻的A类路口,则该A类路口横向信号灯刚好变绿。以此类推,在道路网格内任一条横向道路上都可以形成绿波带。

同理,在一条纵向道路上,当B类路口纵向信号灯变绿(如表1信号区第一行第四列)开始出发的车辆,若以平均速度行驶至相邻的A类路口,则此A类路口纵向信号灯刚好变绿;直行通过该A类路口继续行驶。若以平均速度行驶至相邻的B类路口,则该B类路口纵向信号灯刚好变绿。以此类推,在任一条纵向道路上都可以形成绿波带。

综上所述,在整个区域内,包括横向和纵向道路上的车辆在保持直线行驶的情况下,均可以只遇到一次红灯就能连续通过多个路口,实现了绿波区的通行效果,大大提高通行效率,而且实施成本较低。

随着交通高峰的临近,控制器可以增大T1或T2的数值,以适应车辆增多、车速减慢的情况;随着交通高峰的远去,控制器可以减小T1或T2的数值以适应车辆减少、车速增加的情况。

实施例2

一种城镇道路交通控制信号产生方法,针对被控制的道路网格中各路口直行灯与左转灯不共用且不设右转灯的情况。

被控制的道路网格中各路口均设置有相对设置的两个横向信号灯和相对设置的两个纵向信号灯。每个横向信号灯和纵向信号灯上均设置有能够显示绿、黄、红的左转灯和直行灯。该两个横向信号灯和两个纵向信号灯由同一个交通信号的控制器进行控制。在道路网格中,将各路口区分为A类路口和B类路口,定义每个A类路口相邻的四个路口均为B类路口;每个B类路口相邻的四个路口均为A类路口;各路口的控制器采用统一时间基准,存储有自己的身份信息,即该路口对应A类路口还是B类路口,还应保存本路口与相邻的四个路口的距离信息。A类路口和B类路口的控制器在统一时间基准上,依据约定的时间间隔产生信号灯控制信号。

每个路段的双向上均设置有建议车速指示牌。路段表示两个相邻路口之间形成的车道,具有两个方向(分别为A类路口到B类路口和B类路口到A类路口)。建议车速指示牌上能够动态显示建议行驶车速。当车辆按照建议行驶车速行驶时,能够使得车辆在直线行驶中至多仅遇到一次红灯(即等待一次红灯后,后续均遇到绿灯)。

该方法的具体步骤如下:

步骤一、设定控制周期T;T=T1+T2+T3+T4+4Ts;其中,T1为第一通行时长;T2为第二通行时长;T3为第三通行时长;T4为第四通行时长;Ts为允许通行与静止通行的过渡时长。T、T1、T2、T3和T4的具体数值根据道路网格中各路段的长度和车流量进行人为确定。各个路段上的两个方向的车速指示牌分别显示建议行驶车速。

横向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速v1的计算表达式相同,具体如下式所示:

其中,L为当前路段的长度;n为任意自然数,通过调整n的数值,能够保证各路段的建议行驶车速均保持在道路限速范围内。

横向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速v2的计算表达式相同,具体如下式所示:

当T1+T2=T3+T4时,各路段上两个方向的建议行驶车速相等。各路口的信号灯按照步骤2-2中的方式循环变化;每执行一次步骤2-2均经过一个控制周期T。

步骤二、控制各路口的信号灯变换。循环执行步骤2-1至2-8。

2-1.在T1时长(控制周期T中的0~T1的时间范围)内,A类路口的横向信号灯的直行灯、B类路口的纵向信号灯的直行灯均亮绿灯;A类路口的横向信号灯的左转灯、纵向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的横向信号灯的左转灯、直行灯、纵向信号灯的左转灯均亮红灯。如图1所示。

2-2.在Ts时长(控制周期T中的T1~T1+Ts的时间范围)内,A类路口的横向信号灯的直行灯、B类路口的纵向信号灯的直行灯均亮黄灯;A类路口的横向信号灯的左转灯、纵向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的横向信号灯的左转灯、直行灯、纵向信号灯的左转灯均亮红灯。如图1所示。

2-3.在T2时长(控制周期T中的T1+Ts~T1+T2+Ts的时间范围)内,A类路口的横向信号灯的左转灯、B类路口的纵向信号灯的左转灯均亮绿灯;A类路口的横向信号灯的直行灯、纵向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的横向信号灯的左转灯、直行灯、纵向信号灯的直行灯均亮红灯。如图3所示。

2-4.在Ts时长(控制周期T中的T1+T2+Ts~T1+T2+2Ts的时间范围)内,A类路口的横向信号灯的左转灯、B类路口的纵向信号灯的左转灯均亮黄灯;A类路口的横向信号灯的直行灯、纵向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的横向信号灯的左转灯、直行灯、纵向信号灯的直行灯均亮红灯。如图3所示。

2-5.在T3时长(控制周期T中的T1+T2+2Ts~T1+T2+T3+2Ts的时间范围)内,A类路口的纵向信号灯的直行灯、B类路口的横向信号灯的直行灯均亮绿灯;A类路口的纵向信号灯的左转灯、横向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的纵向信号灯的左转灯、直行灯、横向信号灯的左转灯均亮红灯。如图2所示。

2-6.在Ts时长(控制周期T中的T1+T2+T3+2Ts~T1+T2+T3+3Ts的时间范围)内,A类路口的纵向信号灯的直行灯、B类路口的横向信号灯的直行灯均亮黄灯;A类路口的横向信号灯的左转灯、纵向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的横向信号灯的左转灯、直行灯、纵向信号灯的左转灯均亮红灯。如图2所示。

2-7.在T4时长(控制周期T中的T1+T2+T3+3Ts~T1+T2+T3+T4+3Ts的时间范围)内,A类路口的纵向信号灯的左转灯、B类路口的横向信号灯的左转灯均亮绿灯;A类路口的纵向信号灯的直行灯、横向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的纵向信号灯的左转灯、直行灯、横向信号灯的直行灯均亮红灯。如图4所示。

2-8.在Ts时长(控制周期T中的T1+T2+T3+T4+3Ts~T1+T2+T3+T4+4Ts的时间范围)内,A类路口的纵向信号灯的左转灯、B类路口的横向信号灯的左转灯均亮黄灯;A类路口的纵向信号灯的直行灯、横向信号灯的直行灯、左转灯以及B类路口的纵向信号灯的左转灯、直行灯、横向信号灯的直行灯均亮红灯。如图4所示。

步骤二的过程可以参照表2进行理解。

表2直行与转弯的道路网格信号灯控制表

由表2可知:在一条横向道路上,从A类路口横向直行信号变绿(如表2信号区的第一行第一列)开始出发的车辆,若以平均速度行驶至相邻的B类路口,则此B类路口横向直行灯刚好变绿;直行通过该B类路口继续行驶,若以平均速度行驶至下一个A类路口,则该A类路口横向直行灯刚好变绿。以此类推,在区域内任一条横向道路上都可以形成绿波带。

同理,在一条纵向道路上,当B类路口纵向直行灯变绿(如表2信号区第一行第七列)开始出发的车辆,若以平均速度行驶至相邻的A类路口,则此A类路口纵向直行灯刚好变绿;直行通过该A类路口继续行驶,若以平均速度行驶至下一个B类路口,则该B类路口纵向直行灯刚好变绿。以此类推,在任一条纵向道路上都可以形成绿波带。

综上所述,在整个区域内,包括横向和纵向道路上的车辆在保持直线行驶的情况下,均可以只遇到一次红灯就能连续通过多个路口,实现了绿波区的通行效果,大大提高通行效率,而且实施成本较低。

随着交通高峰的临近,控制器可以增大T1~T4中的一个或多个数值,以适应车辆增多、车速减慢的情况;随着交通高峰的远去,控制器可以减小T1~T4中的一个或多个数值以适应车辆减少、车速增加的情况。

下面通过数值方式进一步说明。

(a)路网内车流量较小。对于横向道路,如果L=500米,取n=0、T1+T2+2Ts=40秒,则v1=12.5米/秒,即建议平均车速v1为45公里/小时;意思是当路网内A类路口横向直行放行、其它方向禁行,同时B类路口横向直行方向禁行时,车辆从A类路口横向直行出发后,在下一个路口纵向放行时间T1+T2+2Ts内,以45公里/小时平均时速行驶时,到达B类路口时刚好纵向放行及过渡时间结束,横向直行放行信号开启,于是能够继续横向直行行驶。对于纵向道路,如果L=500米,取n=0、T3+T4+2Ts=40秒,则v2=12.5米/秒,即建议平均车速v2为45公里/小时;意思是当路网内B类路口纵向直行放行、其它方向禁行,同时A类路口纵向直行禁行时,车辆从B类路口纵向直行出发,在下一个路口横向放行时间T3+T4+2Ts内,以45公里/小时平均时速行驶时,到达A类路口时刚好横向放行及过渡时间结束,纵向直行放行信号开启,于是能够继续纵向直行行驶。

对于左转弯的车辆和在两个路口之间随机汇入道路的车辆,若赶不上放行信号则只需等到下一个放行信号,按建议平均车速就可以持续直行行驶。因为A类路口和B类路口交错排列、在同一时间基准上采用同一控制策略,所以能够实现滤波区通行效果。本实施例鼓励多直行、少转弯,也符合一般驾驶者不喜欢转弯的习惯。

(b)路网内车流量增大。相比(a)情况,控制参数中其它参数不变,仅使T1+T2+2Ts或T3+T4+2Ts增大到60秒,即改变控制周期,则v1=v2=8.33米/秒,即建议平均车速降为30公里/小时。这符合一个事实,即当有更多车辆出、入道路时,在道路上行驶的车辆需要控制车距或减速让行,从而降低平均车速。表2涵盖了(a)和(b)的情况,但不适用于下面(c)情况。

(c)如果路网内车流量很大,相比(a)情况,仅改变式(3)或式(4)中参数n的取值由0到1,容易计算v1=v2=4.17米/秒,即建议平均车速降为15公里/小时。该种情况与道路拥堵严重相对应,此时道路上车辆之间的距离较小,车速较慢,无法在T1+T2+2Ts或T3+T4+2Ts内走完一个L的距离。也不宜按(b)的思路将控制周期T增大太多,因为前方道路无法容纳更长放行时长内通过路口的车辆,于是出现明明是放行信号却不得不提醒驾驶者“路口遇堵不得驶入”。这时就相当于破坏基本交通信号规则,会让不同交通参与者拿捏尺度不一,交警执法难度上升。因此,在交通高峰期,采取较短的交通信号控制周期是一种更好的选择。

由表2和图1~图4不难看出:在整个区域内,以建议平均车速行驶可以只遇到一次红灯就能连续直行通过多个路口;转弯后在另一个方向直行时也可以达到只等待一个红灯然后连续通过多个直行路口的效果。可见,实现了绿波区的通行效果,大幅提高通行效率。由于A类路口和B类路口仅仅采用同一时间基准和同一控制策略,不需要构建复杂的控制网络,因此实施成本相较于其它技术方案大大降低。

值得指出的是,绿波区通行状态的实现时除了减少了车辆等待时间,对减少机动车排放、减少新能源车电耗都是有利的,有助于早日实现碳达峰和碳中和的生态目标。

还应说明的是,横向与纵向道路的划分是对等的,如果把所有横向与纵向关键词互换则结论不变;A类路口遇B类路口的划分也是对等的,如果把关键词A和B互换则结论也不变。

实施例3

一种城镇道路交通控制信号产生方法,针对被控制的道路网格中包含主干道和非主干道交叉的情况。所述主干道对应的信号灯中直行灯与左转灯不共用且不考虑右转控制。非主干道路口对应的信号灯中的直行灯与左转灯共用且不设右转灯。被控制的路网中各路口均设置有相对设置的两组横向信号灯和相对设置的两组纵向信号灯。该两组横向信号灯和两组纵向信号灯由同一个交通信号的控制器进行控制。在道路网格中,将各路口区分为A类路口和B类路口,定义每个A类路口相邻的四个路口均为B类路口;每个B类路口相邻的四个路口均为A类路口;各路口的控制器采用统一时间基准、存储有自己的身份信息(即该路口对应A类路口还是B类路口)并保存本路口与相邻的四个路口的距离信息。A类路口和B类路口的控制器在统一时间基准上,依据约定的时间间隔产生信号灯控制信号。

图5中正方型和矩形框表示A类路口,圆形和椭圆形框均表示B类路口。路口之间两条平行线的距离较大者表示主干道,平行线的距离较小者表示非主干道。下面的控制算法说明着眼于路口(5)。

每个路段的双向上均设置有建议车速指示牌。路段表示两个相邻路口之间形成的车道,具有两个方向:A类路口到B类路口一个方向、B类路口到A类路口一个方向。建议车速指示牌上能够动态显示建议行驶车速。当车辆按照建议行驶车速行驶时,能够使得车辆在直行方向行驶期间至多仅遇到一次红灯,后续均遇到直行绿灯。

每个路段的双向上均设置有建议车速指示牌。路段表示两个相邻路口之间形成的车道,具有两个方向(分别为A类路口到B类路口和B类路口到A类路口)。建议车速指示牌上能够动态显示建议行驶车速。当车辆按照建议行驶车速行驶时,能够使得车辆在直线行驶中至多仅遇到一次红灯(即等待一次红灯后,后续均遇到绿灯)。

该方法的具体步骤如下:

步骤一、设定控制周期T;T=T1+T2+T3+T4+4Ts;其中,T1为第一通行时长;T2为第二通行时长;T3为第三通行时长;T4为第四通行时长;Ts为允许通行与静止通行的过渡时长。T、T1、T2、T3和T4的具体数值根据道路网格中各路段的长度和车流量进行人为确定。各个路段上的两个方向的车速指示牌分别显示建议行驶车速。

横向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速v1的计算表达式相同,具体如下式所示:

其中,L为当前路段的长度;n为任意自然数,通过调整n的数值,能够保证各路段的建议行驶车速v均保持在道路限速范围内。

横向路段上B类路口到A类路口方向上的建议行驶车速与纵向路段上A类路口到B类路口方向上的建议行驶车速v2的计算表达式相同,具体如下式所示:

当T1+T2=T3+T4时,各路段上两个方向的建议行驶车速相等。各路口的信号灯按照步骤2-2中的方式循环变化;每执行一次步骤2-2均经过一个控制周期T。

步骤二、控制各路口的信号灯变换。循环执行步骤2-1至2-8。

在相邻两个路口的横纵两个方向均为主干道的情况下,各信号灯的亮灭顺序与实施例2一致;A类路口横向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为绿、黄、红、红、红、红、红、红。A类路口横向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、绿、黄、红、红、红、红。A类路口纵向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、绿、黄、红、红。A类路口纵向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、红、红、绿、黄。

B类路口横向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为为红、红、绿、黄、红、红、红、红。B类路口横向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、绿、黄、红、红。B类路口纵向信号灯的直行灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为红、红、红、红、红、红、绿、黄。B类路口纵向信号灯的左转灯在步骤2-1至2-8的亮灯顺序为绿、黄、红、红、红、红、红、红。

在路口的横纵两个方向中存在非主干道的情况下,作为非主干道方向上的信号灯的左转灯亮绿灯和黄灯的时间段取消,该时间段转换为该路口的垂直方向(即前述的非主干道方向的另一个方向)上的信号灯的直行灯亮绿灯。

举例来说,当一个路口的横向道路为主干道,纵向道路为非主干道,则该路口上的纵向信号灯不设左转灯,原本用于纵向信号灯的左转灯亮绿灯和黄灯的时间段替换为横向信号灯的直行灯亮绿灯。反之同理。

当路口的两个方向均为非主干道时,则横向信号灯和纵向信号灯相互将对方的左转亮绿灯、黄灯转化为自身亮绿灯的时间,变为实施例1中记载的情况。

以A类路口横纵均为主干道,B类路口横向为主干道,纵向为非主干道的情况举例,此时,步骤二的过程可以参照表3进行理解。

表3考虑主干道和非主干道区分的道路网格信号灯控制表

由表3可知:在一条横向道路上,从A类路口横向直行信号变绿(如表3信号区的第一行第一列)开始出发的车辆,若以平均速度行驶至相邻的B类路口,则此B类路口横向直行灯提前变绿;直行通过该B类路口继续行驶,若以平均速度行驶至下一个A类路口,则该A类路口横向直行灯刚好变绿。以此类推,在区域内任一条横向道路上都可以形成绿波带。n取正整数。所述“提前变绿”是因为此B类路口纵向道路为非主干道,非主干道的左转信号时间转让给主干道作为直行信号时间。

在一条纵向道路上,当B类路口纵向直行灯变绿(如表3信号区第一行第七列)开始出发的车辆,若以行驶至相邻的A类路口,则此A类路口纵向直行灯刚好变绿;直行通过该A类路口继续行驶,若以平均速度行驶至下一个B类路口,则该B类路口纵向直行灯刚好变绿。以此类推,在任一条纵向道路上都可以形成绿波带。

综上所述,在整个区域内,包括横向和纵向道路上直行的车辆可以只遇到一次红灯就能连续通过多个路口,实现了绿波区的通行效果,而且实施成本较低。

随着交通高峰的临近,控制器可以增大T1~T4中的一个或多个数值,以适应车辆增多、车速减慢的情况;随着交通高峰的远去,控制器可以减小T1~T4中的一个或多个数值以适应车辆减少、车速增加的情况。

实施例4

本实施例与其它实施例的区别在于路网内包含单行道路。在路口交通信号控制逻辑上,可将该种情况视为其它实施例中双向车道中有一个方向上没有车流量的特殊情况,然后在允许的单向上,车辆行至路口时按路口信号等指示直行或转弯;在禁止的方向上,路口车道的划分和交通信号配时并入非禁止方向的直行或转弯部分即可,如图6所示。

实施例5

如图7所示,纵向道路Z2在横向道路H1和H2之间发生了倾斜,导致H1道路在Z1和Z2之间的路段变长,同时H1在Z2和Z3之间的路段变短。为了应对道路长度的变化,最简单的办法是控制周期T不做任何改变,按公式计算出的建议平均车速就会提高,车辆按提高后的建议车速行驶。如果建议平均车速接近或超过安全阈值,则还有另一种应对办法,即改变控制周期T中横向时长参数等于纵向时长参数的设定,具体调整方法如下:

图7中(2)所指路口的控制周期T中横向允许通行时长变短,将变短的量让渡给该路口纵向允许通行时长,而周期T的总时长不变。这样做的好处是,从路口(1)驶向路口(2)的车辆建议平均速度按公式(1)或公式(3)的计算结果可以保持不变,因为该路段变长的同时,路口(2)的纵向允许通行时间也变长了;还有一个好处是,由于H1在Z2和Z3之间的路段长度变短,所能够容纳的车辆数目变少,因此减少路口(2)的横向允许通行时长是合理的。

假设图7中Z1道路在H2和H3之间有一所幼儿园。该路段的安全限速会低于一般道路,特别是在入园和出园时段,等效于这个路段变长了。应对这个情况的办法之一是计算建议平均车速时分母中参数n的取值大于该时段其它路段计算建议平均车速时n的取值。应对该情况的另一个办法是调整相关路口控制周期的组成:

减少路口(4)的纵向允许通行时长以减少进入幼儿园路段的车辆;将纵向减少的时间让渡给路口(4)的横向允许通行时长,同时降低路口(4)横向下一个路段的建议平均车速。路口(3)的控制周期也要做调整,将路口(3)的纵向允许通行时长加长同时将路口(3)的横向允许通行时长相应减少,并提高路口(3)的左侧路口(未画出)向路口(3)行驶的建议平均车速。

实施例6

本实施例与实施例2的区别在于:每个路口的信号灯均增设右转灯,各右转灯的亮灯状态均与沿当前方向的下一个路口对应的信号灯中左转灯的亮灯状态保持一致,由此即可保证与实施例2相同的通行效果。

实施例7

本实施例与前述各实施例的区别在于:包含丁字路口。丁字路口的丁身道路部分只有右转和左转车辆,故将丁字路口的丁身道路部分的直行的信号周期合并给丁身道路部分对应的信号灯的左转灯亮绿灯使用,或合并给丁顶道路部分对应的信号灯的左转灯亮绿灯使用。

上述各实施例有一个共同的技术手段:道路网格内所有的路口分成A、B两类且在二维方向上均交错排列;A和B类路口的控制器使用同一时间基准且应定期更新,同一时间基准第一优选采用卫星授时、第二优选采用城市数据通信网络授时、第三优选采用无线通信基站授时;在同一时间基准上按路网内车流量变化规律在一天中划分出多个时段,如空闲时段、平峰时段、高峰时段等;在任一时段内,所有A类路口的控制器按预定的周期同步控制交通信号灯,所有B类路口的控制器也按预定的周期同步控制交通信号灯。A、B两类控制器协同控制路网内的车流,使得路网内所有的车辆要么在横向直行时达到绿波带通行效果、要么在纵向直行时达到绿波带的通行效果,总的通行效果是二维的绿波区或绿波网。本发明是一维道路绿波带技术的重大升级,而且不需要构建其它技术方案所需的庞大监控网络,因此更具实施价值。

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