基于交通需求的可变车道自适应控制方法与流程

本发明涉及智能交通控制技术领域，尤其是涉及一种基于交通需求的可变车道自适应控制方法。

背景技术：

交叉口可变车道是交通管控的一种形式，由于其工程投资小且能有效缓解交叉口高峰时段的左转或直行的过饱和拥堵，而逐渐被认可和应用。目前可变车道的控制以人工和定时段为主，无法主动适应交通流特性多变的道路交通发展，致使可变导向车道的效益未得到充分发挥。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的可变车道的控制以人工和定时段为主的不足，提供了一种基于交通需求的可变车道自适应控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于交通需求的可变车道自适应控制方法，包括如下步骤：

(1-1)利用可变车道进口及上游路口的过车数据，计算直行平均延误时间和左转平均延误时间

(1-2)判断当前可变车道的状态，若可变车道为左转状态，进入(1-3)；若可变车道为直行状态，进入(1-4)；

(1-3)若且ds＞c，

则做出左转和直行方向的交通需求分布不均衡的判断，进入(1-5)；其中，αl为左转延误修正系数，c为路口的红绿灯信号的周期时长；

(1-4)若且dl>c，

则做出左直转向交通需求分布不均衡的判断，进入(1-6)；其中，αs为直行延误修正系数；

(1-5)假设可变车道切换为左转后，预测切换后左转和直行的车道平均需求和进入(1-7)；

(1-6)假设可变车道切换为直行后，预测切换后左转和直行的车道平均需求和进入(1-8)；

(1-7)若则将可变车道的状态切换为直行状态，进入(1-9)；

其中，χl为左转交通需求修正系数；(1-8)若则将可变车道的状态切换为左转状态，进入(1-9)；

其中，χs为直行交通需求修正系数；

(1-8)若则将可变车道的状态切换为直行状态，进入(1-9)；

(1-9)可变车道功能切换：配合车道导向指示灯，下发信号控制的过渡方案；过渡方案不改变信号配时的周期，基于和重新分配可变车道进口左直流向所在相位的绿信比，其它方向绿信比保持不变。

本发明根据实时的过车数据，比对过车车牌，计算上游路口至可变车道进口的延误时间。根据延误时间对比当前车道状态下的左转和直行的车道平均交通需求，进而预测车道状态切换后的左转和直行的车道平均需求，以此判断可变车道是否需要切换转向，若切换则配合下发过渡配时方案。

作为优选，利用如下公式计算

i1∈[1，2，3，...，n1]

其中，分别为t分钟内直行车道通过的第i1辆车驶出路口b的时刻和第i1辆车驶入路口a的时刻；n1为t分钟内直行车道的有效过车数，i1∈[1，2，3，...，n1]；l1为直行车道的长度，v1为与直行车道相关的设定路段行驶速度。

作为优选，利用如下公式计算

其中，分别为t分钟内左转车道通过的第i2辆车驶出路口b的时刻和第i2辆车驶入路口a的时刻；n2为t分钟内左转车道的有效过车数，i2∈[1，2，3，...，n2]；l2为左转车道的长度，v2为与左转车道相关的设定路段行驶速度。

作为优选，过车数据来源于卡口电警设备，过车数据的字段包括但不限于：过车时间、过车车牌、路口编号、进口编号和车道编号。

作为优选，和采用如下公式计算：

其中，tgs、tgl分别为可变车道的功能在设定的最小切换时间间隔内的直行平均绿灯时间和左转平均绿灯时间，a、b分别为当前时刻的路口的直行车道数和左转车道数，为直行车道的平均饱和车头时距，为左转车道的平均饱和车头时距；平均饱和车头时距是指正常行驶的连续两辆车的车头通过某一断面的最小时间间隔。

作为优选，基于和重新分配可变车道进口左直流向所在相位的绿信比包括如下步骤：

其中，λs和λl分别为可变车道切换前的直行流向和左转流向所在相位的绿信比，λ′s和λ′l分别为过渡方案的直行流向和左转流向的绿信比。

作为优选，ti1满足如下不等式：

其中，vmax1为直行车道的最大限速，β1为直行车道的最大行程时间修正系数；

作为优选，ti2满足如下不等式：

其中，vmax2为直行车道的最大限速，β2为左转车道的最大行程时间修正系数。

因此，本发明具有如下有益效果：可以动态的控制可变车道的直行功能和左转功能的切换，主动适应交通流特性多变的道路交通发展，使可变导向车道的效益得到充分发挥，有效缓解交叉口高峰时段的左转或直行的过饱和拥堵。

附图说明

图1是本发明的一种流程图；

图2是本发明的四路交叉口的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种基于交通需求的可变车道自适应控制方法，包括如下步骤：

如图2所示，本发明选取的交叉口形式为典型的四路交叉口，a路口西进口第二条车道设为可变导向车道，与可变车道所在进口相邻的路口为路口b；

s1、当前可变车道的状态为直行状态，设此时直行车道数为a条，左转车道有b条；则如图2所示，a＝2，b＝1；

s2、根据路口编号、进口编号和过车时间筛选出路口b东出口所有车道和路口a西进口左转、直行车道在前15分钟内的过车数据；

计算直行平均延误时间和左转平均延误时间

过车数据来源于卡口电警设备，过车数据的字段包括但不限于：过车时间、过车车牌、路口编号、进口编号和车道编号；还包括可选择字段：入库时间、设备编号和车辆类型。

利用如下公式计算

i1∈[1，2，3，...，n1]

其中，分别为t分钟内直行车道通过的第i1辆车驶出路口b的时刻和第i1辆车驶入路口a的时刻；n1为t分钟内直行车道的有效过车数，i1∈[1，2，3，...，n1]；l1为直行车道的长度，v1为与直行车道相关的设定路段行驶速度。

ti1满足如下不等式：

其中，vmax1为直行车道的最大限速，β1为直行车道的最大行程时间修正系数。

利用如下公式计算

其中，分别为t分钟内左转车道通过的第i2辆车驶出路口b的时刻和第i2辆车驶入路口a的时刻；n2为t分钟内左转车道的有效过车数，i2∈[1，2，3，...，n2]；l2为左转车道的长度，v2为与左转车道相关的设定路段行驶速度。

ti2满足如下不等式：

其中，vmax2为直行车道的最大限速，β2为左转车道的最大行程时间修正系数。

s3、比较和若且ds>c，

则做出左转和直行方向的交通需求分布不均衡的判断，进入s4；其中，αl为左转延误修正系数，c为路口的红绿灯信号的周期时长；

s4、假设可变车道切换为左转后，预测左转和直行的车道平均需求和进入s5；

和采用如下公式计算：

其中，tgs、tgl分别为可变车道的功能在设定的最小切换时间间隔内的直行平均绿灯时间和左转平均绿灯时间，a、b分别为当前时刻的路口的直行车道数和左转车道数，为直行车道的平均饱和车头时距，为左转车道的平均饱和车头时距；平均饱和车头时距是指正常行驶的连续两辆车的车头通过某一断面的最小时间间隔。

s5、若则将可变车道功能将切换为左转，转s6；

s6、可变车道切换为左转，配合车道导向指示灯以及信号控制的过渡方案下发。过渡方案不改变信号配时的周期，并且基于s4的左转、直行的交通需求，重新分配左直流向所在相位的绿信比，其它相位绿信比保持不变，绿信比是一个信号相位的绿灯时长与周期时长之比，过渡方案左转、直行所在相位的绿信比如下：

其中λs和λl分别为可变车道切换前直行流向和左转流向所在相位的绿信比，λ′s和λ′l分别为过渡方案直行流向和左转流向的绿信比。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：

1.一种基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，包括如下步骤：

(1-1)利用可变车道进口及上游路口的过车数据，计算直行平均延误时间和左转平均延误时间

(1-2)判断当前可变车道的状态，若可变车道为左转状态，进入(1-3)；若可变车道为直行状态，进入(1-4)；

(1-3)若且ds＞c，

则做出左转和直行方向的交通需求分布不均衡的判断，进入(1-5)；

其中，αl为左转延误修正系数，c为路口的红绿灯信号的周期时长；

(1-4)若且dl>c，

则做出左直转向交通需求分布不均衡的判断，进入(1-6)；其中，αs为直行延误修正系数；

(1-5)假设可变车道切换为左转后，预测切换后左转和直行的车道平均需求和进入(1-7)；

(1-6)假设可变车道切换为直行后，预测切换后左转和直行的车道平均需求和进入(1-8)；

(1-7)若则将可变车道的状态切换为直行状态，进入(1-9)；

其中，χl为左转交通需求修正系数；

(1-8)若则将可变车道的状态切换为直行状态，进入(1-9)；

其中，χs为直行交通需求修正系数；

(1-9)可变车道功能切换：配合车道导向指示灯，下发信号控制的过渡方案；过渡方案不改变信号配时的周期，基于和重新分配可变车道进口左直流向所在相位的绿信比，其它方向绿信比保持不变。

2.根据权利要求1所述的基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，利用如下公式计算

其中，分别为t分钟内直行车道通过的第i1辆车驶出路口b的时刻和第i1辆车驶入路口a的时刻；n1为t分钟内直行车道的有效过车数，i1∈[1，2，3，...，n1]；l1为直行车道的长度，v1为与直行车道相关的设定路段行驶速度。

3.根据权利要求1所述的基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，利用如下公式计算

其中，分别为t分钟内左转车道通过的第i2辆车驶出路口b的时刻和第i2辆车驶入路口a的时刻；n2为t分钟内左转车道的有效过车数，i2∈[1，2，3，...，n2]；l2为左转车道的长度，v2为与左转车道相关的设定路段行驶速度。

4.根据权利要求1所述的基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，过车数据来源于卡口电警设备，过车数据的字段包括但不限于：过车时间、过车车牌、路口编号、进口编号和车道编号。

5.根据权利要求1所述的基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，和采用如下公式计算：

其中，tgs、tgl分别为可变车道的功能在设定的最小切换时间间隔内的直行平均绿灯时间和左转平均绿灯时间，a、b分别为当前时刻的路口的直行车道数和左转车道数，为直行车道的平均饱和车头时距，为左转车道的平均饱和车头时距；平均饱和车头时距是指正常行驶的连续两辆车的车头通过某一断面的最小时间间隔。

6.根据权利要求5所述的基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，基于和重新分配可变车道进口左直流向所在相位的绿信比包括如下步骤：

其中，λs和λl分别为可变车道切换前的直行流向和左转流向所在相位的绿信比，λ′s和λ′l分别为过渡方案的直行流向和左转流向的绿信比。

7.根据权利要求2所述的基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，ti1满足如下不等式：

其中，vmax1为直行车道的最大限速，β1为直行车道的最大行程时间修正系数。

8.根据权利要求3所述的基于交通需求的可变车道自适应控制方法，其特征是，ti2满足如下不等式：

其中，vmax2为直行车道的最大限速，β2为左转车道的最大行程时间修正系数。

技术总结
本发明公开了一种基于交通需求的可变车道自适应控制方法，根据实时的过车数据，比对过车车牌，计算上游路口至可变车道进口的延误时间。根据延误时间对比当前车道状态下的左转和直行的车道平均交通需求，进而预测车道状态切换后的左转和直行的车道平均需求，以此判断可变车道是否需要切换转向，若切换则配合下发过渡配时方案。本发明具有主动适应交通流特性多变的道路交通发展，使可变导向车道的效益得到充分发挥，有效缓解交叉口高峰时段的左转或直行的过饱和拥堵的特点。

技术研发人员：徐震辉;王月;周俊杰;江汪发;朱敏;沈国江
受保护的技术使用者：浙江浙大中控信息技术有限公司
技术研发日：2019.12.30
技术公布日：2020.06.09