基于多重临时需求的上桥十字路段通行控制方法

技术领域

本发明涉及交通车辆通行控制领域，尤其涉及一种基于多重临时需求的上桥十字路段通行控制方法。

背景技术

部分沿江沿河地段建设大桥连接江河两岸地区，促进经济发展。建设大桥的地区中不乏有经济发展较为一般的县镇，使得在桥口路段具有特殊的行车需求：

如图1所示，北向为上桥方向，南向为下桥方向，东西向为穿过过桥方向的横穿方向。上桥方向建设有收费站5；上下桥方向行驶车辆有大型货车、公交车及小型轿车，其中大型货车和公交车为主要行驶车辆，由于车辆行驶速度缓慢、上桥需缴费(下桥不缴费，直接通过)、东西向车辆通行等原因导致上桥方向经常性严重拥堵，使该十字路口设置的信号灯形同虚设。

为解决该类现状，当地采取直接禁止横向车辆(西侧东向和东侧西向)通行的方式去缓解上桥方向的拥堵，这就造成东侧的车辆若想到西侧去，则只能绕到其他路口通行，即便是上下桥方向无车辆行驶，东西向车辆也无法直接通行。

申请号为202210389919.9的发明专利提供了一种上桥十字路段的信号灯控制方法，其通过引出多重临时需求的问题，给出可同时完成的临时需求数量的计算公式，更加可视化和可操作化，使距离下一常态需求来临的间隔时间段内尽可能地满足更多临时需求。

但是上述技术方案仍存在以下问题：在无常态需求且可满足临时需求的前提下，仅能够满足东侧西向和南侧西向的临时需求，而西侧东向的临时需求则无法得到满足，因此有待改善。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于多重临时需求的上桥十字路段通行控制方法，以解决上述的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多重临时需求的上桥十字路段通行控制方法，应用于由北侧段、南侧段、西侧段和东侧段构成的十字路段，北侧段的收费站距离十字路段中心的距离不超过200米，所述控制方法包括以下步骤：

S1、执行南北通行控制状态，以供北侧南向和南侧北向车辆通行；

S2、检测是否有东侧西向、西侧东向或南侧西向的临时需求，以及是否有南侧北向或北侧南向的常态需求；

S3、若有常态需求，或者，无常态需求且无临时需求，则跳转至步骤S1；若无常态需求且有临时需求，则执行需求准予判断；

S4、需求准予判断：判断距离下一次常态需求来临的时间间隔是否大于完成一次临时需求所费时间；若否，则跳转至步骤S1；若是，则执行下一步骤；

S5、判断临时需求是否为多重临时需求，若否，则执行步骤S6，若是则执行步骤S7；记东侧西向、西侧东向或南侧西向等待车辆分别为a、b、c，当max(a，b+c)≥2时，临时需求为多重临时需求；

S6、将当前通行控制状态替换为东西通行控制状态；在完成东侧西向和西侧东向的临时需求，或者，完成东侧西向和南侧西向的临时需求后，跳转至步骤S1；

S7、计算自识别到常态需求即将来临后至多再能完成n个临时需求，东侧西向至多通行n辆车；西侧东向和南侧西向按先后顺序通行，且共计至多通行n辆车，完成后跳转至步骤S1。

作为优选，所述判断距离下一次常态需求来临的时间间隔是否大于完成一次临时需求所费时间的判断方法为：

L1、在十字路段设置用于检测常态需求时间段的常需识别组件，所述常需识别组件包括设置于南侧北向道的识别器一和识别器二，以及设置于北侧南向道的识别器三和识别器四；

L2、设置识别器一于南侧北向道的停止线处，设置识别器二于距离识别器一S米处，设置识别器三于北侧南向道的停止线处，设置识别器四于距离识别器三S米处；

L3、设置自识别器二检测到车辆后t

L4、若有车辆位于常需缓冲段内，则判断距离下一次常态需求来临的时间间隔小于完成一次临时需求所费时间；若无车辆位于常需缓冲段内，则判断距离下一次常态需求来临的时间间隔不小于完成一次临时需求所费时间。

作为优选，测量东侧西向车辆自停止线处启动至越过西侧西向停止线花费的时间为t

作为优选，取

作为优选，取

作为优选，在S7步骤中，所述西侧东向和南侧西向按先后顺序通行，且共计至多通行n辆车具体为：西侧东向和南侧西向中较多车辆一侧至多通行n辆车，通行完毕后另一侧通行n与较多车侧已通行车辆之差减一数量的车，若西侧东向和南侧西向车辆相同，则西侧东向至多通行n辆车，通行完毕后南侧西向通行n与西侧东向已通行车辆之差减一数量的车。

作为优选，所述西侧东向和南侧西向按先后顺序通行，且共计至多通行n辆车具体为：西侧东向先至多通行

作为优选，所述东侧西向道、西侧东向道和南侧西向道均设有若干等候区位，所述等候区位的长度为6米，每一等候区位中对应设置一个等候识别器。

作为优选，所述东侧西向道、西侧东向道和南侧西向道靠近停止线的第一个等候识别器距离停止线1米，下一个等候识别器距离前一个等候识别器6.5米。

作为优选，所述西侧东向道宽度缩窄以在西侧西向道形成缓冲区供南侧西向车临时避让。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过引出常态需求和临时需求的概念，对南北向车辆(上下桥车辆)和东西向通行(横向通行)车辆进行明确的通行时段划分，通过“判断距离下一次常态需求来临的时间间隔是否大于完成此次临时需求所费时间”的方式来界定通行时段，以实现“上下桥车辆可在任意时段自由通行，横向车辆可在前者间隔时间段内通行”，上下桥车辆在十字路段处不减速直接通过就能够大幅度缓解堵塞现状；

2、本发明引出多重临时需求的概念，无论东侧西向、西侧东向和南侧西向三个方向有多少等待车辆，都能将情况与二重临时需求、三重临时需求及多重临时需求对应上，以此针对具体的多重临时需求的应对方式进行处理即可；

3、本发明通过规定“西侧东向和南侧西向按先后顺序通行”克服了现有方案无法解决西侧东向通行的问题；同时给出两种解决方案，合理分配有限通行资源；

4、本发明给出临时需求数量n的计算公式，通过公式可直观地计算下一常态需求来临的间隔时间段内能够满足的临时需求个数；

5、本发明引出常需缓冲段的概念，详细划分南北向桥车辆的行驶状态，使不同行驶状态与东西向车辆的通行与否相对应；

6、本发明引入t

7、本发明通过缩窄西侧东向道宽度以在西侧西向道形成缓冲区供南侧西向车临时避让，让东侧西向车辆和南侧西向车辆通过十字路段以各自道路行驶互不干扰。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为现有技术示意图；

图2为本发明中十字路段以及四侧的结构示意图；

图3为本发明中南侧西向、南侧北向及南侧东向的结构示意图；

图4为本发明中控制方法的步骤流程图。

图中各附图标记说明如下：

1、北侧段；101、北侧西向；102、北侧南向；103、北侧北向；

2、南侧段；201、南侧西向；202、南侧北向；203、南侧东向；204、南侧南向；

3、西侧段；301、西侧南向；302、西侧东向；303、西侧西向；

4、东侧段；401、东侧西向；402、东侧北向；403、东侧东向；

5、收费站；

601、识别器一；602、识别器二；603、识别器三；604、识别器四；

7、缓冲区；

8、等候区位；801、等候识别器；

9、常需缓冲段。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。

一种基于多重临时需求的上桥十字路段通行控制方法，如图1至图4所示，应用于由北侧段1、南侧段2、西侧段3和东侧段4构成的十字路段，北侧段1的收费站5距离十字路段中心的距离不超过200米。

北侧段1提供北侧西向101和北侧南向102两个行驶方向，南侧段2提供南侧西向201、南侧北向202和南侧东向203三个行驶方向，西侧段3提供西侧南向301和西侧东向302两个行驶方向，东侧段4提供东侧西向401和东侧北向402两个行驶方向。

北侧车辆若想进入东侧段4，可先直行到南侧南向204后掉头，以南侧北向202右转到东侧东向403。西侧车辆若想到北侧上桥，需先右转为南侧南向204后掉头，以南侧北向202直行到北侧北向103。东侧车辆若想进入南侧，可先直行到西侧西向303后掉头，以西侧东向302右转到南侧南向204。

在各个行驶方向中，北侧南向102和南侧北向202构成常态需求，东侧西向401、西侧东向302和南侧西向201构成临时需求。

南侧北向202车辆即为上桥车辆，北侧南向102车辆即为下桥车辆，这两方向的车辆主要是大型货车和公交车，停步启动缓慢，使得红绿灯的一个周期内通过的车辆少，自然就会产生拥堵。此外，通常是上桥收费而下桥可直接通过收费站5。

同时，本发明针对西侧车辆原本无法直行通过十字路口而到达东侧进行了改善，满足了西侧东向302车辆的需求，具体如下。

本发明的控制方法包括以下步骤：

S1、执行南北通行控制状态，以供北侧南向102和南侧北向202车辆通行；

S2、检测是否有东侧西向401、西侧东向302或南侧西向201的临时需求，以及是否有南侧北向202或北侧南向102的常态需求；

S3、若有常态需求，或者，无常态需求且无临时需求，则跳转至步骤S1；若无常态需求且有临时需求，则执行需求准予判断；

S4、需求准予判断：判断距离下一次常态需求来临的时间间隔是否大于完成一次临时需求所费时间；若否，则跳转至步骤S1；若是，则执行下一步骤；

S5、判断临时需求是否为多重临时需求，若否，则执行步骤S6，若是则执行步骤S7；记东侧西向401、西侧东向302或南侧西向201等待车辆分别为a、b、c，当max(a，b+c)≥2时，临时需求为多重临时需求；

S6、将当前通行控制状态替换为东西通行控制状态；在完成东侧西向401和西侧东向302的临时需求，或者，完成东侧西向401和南侧西向201的临时需求后，跳转至步骤S1；

S7、计算自识别到常态需求即将来临后至多再能完成n个临时需求，东侧西向401至多通行n辆车；西侧东向302和南侧西向201按先后顺序通行，且共计至多通行n辆车，完成后跳转至步骤S1。

解决十字路段拥堵与东西向车辆无法正常通行之间矛盾的原理在于：控制南北方向的红绿灯一直处于绿灯状态，保证南侧北向202和北侧南向102的车辆自由通行，待出现具有东侧西向401或南侧西向201的车辆，且没有南侧北向202或北侧南向102的车辆时，进一步判断如果满足这次的东侧西向401或南侧西向201通车后，会不会影响到南侧北向202或北侧南向102车辆的正常运行。极端情况下是，若让东侧西向401和南侧西向201车辆通行，只要东侧西向401或南侧西向201车辆的车尾刚刚跨过西侧西向303停止线时，南侧北向202车辆的车头刚刚跨过南侧北向202停止线或北侧南向102车辆的车头刚刚跨过北侧南向102停止线，就可以称作满足这次临时需求不会影响到南侧北向202或北侧南向102车辆的正常运行。

解决临时需求中西侧东向302和南侧西向201两个方向间矛盾的原理在于：在判断可满足n个临时需求时，由于西侧东向302及南侧西向201均不影响东侧西向401通行，因此东侧西向401车辆可至多正常通行n辆。通过规定西侧东向302和南侧西向201按先后顺序通行的方式避开两者间的矛盾，并且规定两个方向通行的车辆总共不能超过n辆，从而在不影响整个系统运行的前提下，将西侧东向302的车辆加入到临时需求的行列中。

一、对控制方法中部分描述的具体阐述。

(一)南北通行控制状态。

允许北侧西向101、北侧南向102、南侧北向202、南侧东向203、西侧南向301和东侧北向402的方向车辆通行。

(二)东西通行控制状态。

允许北侧西向101、南侧东向203、南侧西向201、西侧南向301、西侧东向302、东侧西向401和东侧北向402的方向车辆通行。

(三)当max(a，b+c)≥2时，临时需求为多重临时需求。

本发明中将东侧西向401、西侧东向302和南侧西向201三个方向的所有车辆能够一次性全部通过的情形称之为一次临时需求。比如东侧西向401、西侧东向302和南侧西向201仅有一个方向有一辆车(即a＝1，b＝0，c＝0或a＝0，b＝1，c＝0或a＝0，b＝0，c＝1)，东侧西向401和西侧东向302各有一辆车且南侧西向201无车(即a＝1，b＝1，c＝0)，东侧西向401和南侧西向201各有一辆车且西侧东向302无车(即a＝1，b＝0，c＝1)，这些情况处于临时需求的车辆可一批次通过，即为一次临时需求。

将东侧西向401、西侧东向302和南侧西向201三个方向的所有车辆需两批次才能全部通过的情形称之为二重临时需求。比如东侧西向401、西侧东向302和南侧西向201仅有一个方向有两辆车(即a＝2，b＝0，c＝0或a＝0，b＝2，c＝0或a＝0，b＝0，c＝2)，东侧西向401和西侧东向302各有两辆车且南侧西向201无车(即a＝2，b＝2，c＝0)，东侧西向401和南侧西向201各有两辆车且西侧东向302无车(即a＝2，b＝0，c＝2)，东侧西向401有两辆车且西侧东向302和南侧西向201各有一辆车(即a＝2，b＝1，c＝1)等，这些情况处于临时需求的车辆能够两批次地通过，即成为二重临时需求。三重临时需求及多重临时需求同理。

(四)在步骤S4中，判断距离下一次常态需求来临的时间间隔是否大于完成一次临时需求所费时间的判断方法。

L1、在十字路段设置用于检测常态需求时间段的常需识别组件，常需识别组件包括设置于南侧北向202道的识别器一601和识别器二602，以及设置于北侧南向102道的识别器三603和识别器四604；

L2、设置识别器一601于南侧北向202道的停止线处，设置识别器二602于距离识别器一601S米处，设置识别器三603于北侧南向102道的停止线处，设置识别器四604于距离识别器三603S米处；

L3、设置自识别器二602检测到车辆后t

L4、若有车辆位于常需缓冲段9内，则判断距离下一次常态需求来临的时间间隔小于完成一次临时需求所费时间；若无车辆位于常需缓冲段9内，则判断距离下一次常态需求来临的时间间隔不小于完成一次临时需求所费时间。

二、计算自识别到常态需求即将来临后至多再能完成n个临时需求。

(一)测量获取东侧西向401、西侧东向302、南侧西向201通过十字路口花费的时间。

工作人员可连续测算十种不同的车辆(如小汽车、摩托车、卡车)自东侧西向401停止线处启动，至车尾越过西侧西向303停止线结束，自西侧东向302停止线处启动，至车尾越过东侧动向停止线结束，自南侧西向201停止线处启动，至车尾越过西侧西向303停止线结束，以测量东侧西向401车辆自停止线处启动至越过西侧西向303停止线花费的时间为t

定义车辆限速为V米/秒；则有

(二)计算自识别到常态需求即将来临后至多再能完成n个临时需求。

取

除去后车出现走神等情况，在同一条车道上，首车启动后预计在3秒左右第二辆车开始启动，第二辆车启动后3秒左右第三辆车开始启动，以此类推。那么第n辆车车尾越过西侧西向303停止线的时间点，与第一辆车车尾越过西侧西向303停止线的时间点相差为3(n-1)秒，这个时间应当不大于t

三、对西侧东向302和南侧西向201按先后顺序通行，且共计至多通行n辆车的两种解决方案。

(一)西侧东向302和南侧西向201中较多车辆一侧至多通行n辆车，通行完毕后另一侧通行n与较多车侧已通行车辆之差减一数量的车，若西侧东向302和南侧西向201车辆相同，则西侧东向302至多通行n辆车，通行完毕后南侧西向201通行n与西侧东向302已通行车辆之差减一数量的车。

该种解决方案以车辆较多为优先级判断西侧东向302和南侧西向201先通行的车道。例如在某种情况下，西侧东向302等待车辆为3辆，南侧西向201等待车辆为4辆，且n＝7，则由南侧西向201先予通行4辆车，后西侧东向302后予通行(7-4-1)＝2辆车。

“差值减一”的逻辑在于，在计算公式中，西侧东向302和南侧西向201较多车侧的最后一辆车启动3秒后，另一侧第一辆车就要开始启动，但实际情况另一侧第一辆车需等待前述车完全通过后方可启动，而3秒的时间并不足够一辆车通过十字路口，这中间便会造成时间延误，因此让较少车侧少通行一辆车以抵消该时间延误。

(二)西侧东向302和南侧西向201按先后顺序通行，且共计至多通行n辆车具体为：西侧东向302先至多通行

该种解决方案考虑到东侧西向401和南侧西向201会在西侧西向303道合并行驶，一定程度上降低通车效率，因此将西侧东向302设为优先通行的一侧，使得东侧西向401车辆可与西侧东向302车辆同时行驶且互不干涉。而考虑到西侧东向302和南侧西向201的车辆均最好是匀通车，因此采用以

四、本发明的进一步优化。

(一)修正t

为了使动态调整更加可操作化，本发明取

通过在取值范围内动态调整t

(二)如何识别东侧西向401、西侧东向302和南侧西向201的等待车辆数量。

东侧西向401道、西侧东向302道和南侧西向201道均设有若干等候区位8，等候区位8的长度为6米，每一等候区位8中对应设置一个等候识别器801。等候区位8长度参照常规的轿车、SUV、MVP等车辆的长度，利用等候区位8与车辆一一对应的关系，通过等候识别器801识别到当前车道等待的车辆数量。

但由于实际停车时可能有部分车辆没有完全停在其对应的等候区位8中，这就会造成该车道车辆数量的误判。对此本发明如下设置。

东侧西向401道、西侧东向302道和南侧西向201道靠近停止线的第一个等候识别器801距离停止线1米，下一个等候识别器801与前一个等候识别器801之间距离6.5米，即第二个等候识别器801与第一个等候识别器801之间距离6.5米，第三个等候识别器801与第二个等候识别器801之间距离6.5米，以此类推，直至到第十二个车位，但通常来说一个车道也仅会设置五到八个车位。一方面用等候区位8引导车辆停至等候车位内部，另一方面越后面的等候区位8其对应的等候识别器801越靠近该等候区位8的后方，如此部分抵消掉误差。

(三)为西侧西向303道提供更宽的通行路径。

西侧东向302道宽度缩窄以在西侧西向303道形成缓冲区7供南侧西向201车临时避让。

由于有些地方西侧西向303道的宽度仅能同时容纳一辆车通行，这就不利于东侧西向401车辆和南侧西向201车辆的同时通过，因此，可缩窄西侧东向302道宽度以在西侧西向303道形成缓冲区7供南侧西向201车临时避让。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。