一种交叉口慢行交通蓄流的过街控制方法

技术领域：

本发明涉及交通信号控制领域，尤其涉及一种交叉口慢行交通蓄流的过街控制方法。

背景技术：

慢行交通是指除机动车外通行速度较慢的交通流，一般分为行人和非机动车交通流，是路口交通的重要组成部分。当前慢行交通过街是人们比较关注的热点，主要存在以下几方面的问题。

一方面是慢行交通过街时间设置不合理，主要是慢行交通跟随平行同向机动车绿灯放行时没有考虑专门的过街清空时间。当慢行交通在机动车绿灯快结束时进入路口，很可能来不及通过路口与下一股进入路口的机动车发生冲突。

另一方面更主要的是与右转交通流常发生冲突。目前处理的方法是要求右转车辆主动避让行人和非机动车，并且通过不礼让行人违法抓拍设施对右转车辆进行监控。虽然该方法能够缓解部分冲突问题，但当行人和非机动车数量较大时，右转车辆无法选择合适的时机通过路口，经常出现右转车辆为避让非动车被迫停留在斑马线处阻隔行人正常通行，这对右转车辆和慢行交通的正常通行都干扰很大。并且有时机动车由于避让非机动车阻挡了行人被抓拍到不礼让行人，这对于驾驶员来说也是不合理的。针对上述情况目前也有较多技术方法提出对右转车辆进行红灯控制。但当行人和非机动车比较少的时候，会浪费右转等待时间，引起右转排队长、驾驶员不满等。归根结底，还是因为没有根据路口实际通行情况对慢行交通和右转车辆进行有效控制。现有技术也开展过根据行人和右转车辆通行情况进行绿灯时间的动态调配，但是由于行人和非机动车是随机到达路口，具有很大的离散性，目前技术只是计算慢行交通的绿灯通行时间和右转车辆的红灯控制时间，但由于慢行交通的离散性，使得慢行交通绿灯通行时间并没有被充分使用，不仅造成绿灯通行时间的浪费，且使得右转车辆产生不必要的等待。

因此如何实现右转机动车与慢行交通冲突点的减少，精准把握慢行交通进入交叉口的数量和时间，充分利用每一次慢行交通绿灯通行时长，在慢行交通总体等待时间增加不多的前提下最大程度地减少右转车辆的等待时间，是目前亟待解决的难题。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种交叉口慢行交通蓄流的过街控制方法，通过对当前路口各流向的非机动车、行人进行全天候、长距离、无死角的精准监测，统计不同时段慢行交通的流量和走向，多次高频率获取当前非机动车和行人位置、速度，并在每次机动车直行相位绿灯开始时判断当前相位通行方向对应平行方向有无慢行交通等待，若有则当符合放行条件时，放行该批次慢行交通过街绿灯，实现慢行交通等待蓄流的作用，有效地解决了慢行交通的离散性的问题，加强了慢行交通的集中通行。同时通过信号灯对右转车辆进行控制，当无慢行交通过街时，右转车辆绿灯通行；当慢行交通过街数量较少时，右转信号灯黄闪且右转车辆避让慢行交通通行；当慢行交通过街达到一定数量时，右转车辆红灯禁止通行，解决了右转车辆和慢行交通之间干扰性大的问题，加强了慢行交通通行的有序性，减少了与右转车辆的冲突，提高了路口的通行效率与安全性。

本发明的技术方案如下：

一种交叉口慢行交通蓄流的过街控制方法，包括以下步骤：

(1)根据慢行交通通行路径构建慢行交通缓冲区、等待区和冲突区，其中缓冲区、等待区位于路口行人斑马线和非机动车通道的两侧，慢行交通由缓冲区进入等待区等待交通绿灯，冲突区位于交叉口内部，是慢行交通通行路径与右转车辆通行路径交汇的区域；

(2)利用数据采集装置实时获取缓冲区、等待区、斑马线和非机动车通道的慢行交通流量，慢行交通的通行速度、通行方向以及具体位置；

(3)根据交叉口道路设置情况，将慢行交通的总通行时间划分为绿灯通行时间区间和过街清空时间，其中，绿灯通行时间区间是指慢行交通可以进入路口的总时间，过街清空时间是指慢行交通进入路口后通过路口所需的最长时间；

(4)利用步骤(2)中实时获取的数据，将绿灯通行时间区间划分为多个交替分布的红灯蓄流时间与绿灯通行时间，使得慢行交通在红灯蓄流时间内在等待区里蓄流，在绿灯通行时间内进入路口，绿灯通行时间长度只保证等待区蓄流的慢行交通一次进入路口；

(5)根据实时获得的当前等待区和对向慢行交通即将进入冲突区的流量，对冲突区相应右转信号灯进行控制。

本发明的步骤(4)中，绿灯通行时间开始的条件如下：

(a)利用数据采集装置检测等待区是否有慢行交通等待，若无，则对慢行交通不放行，若有，继续检测该等待区后方的缓冲区是否有慢行交通进入，若缓冲区无慢行交通进入，直接准备放行该批次的慢行交通，若缓冲区有慢行交通进入，等待缓冲区非机动车和行人全部进入等待区，直至3s内缓冲区都没有慢行交通进入时，准备放行第一批次慢行交通；

(b)当前等待区对向的慢行交通正在过街，根据实时获得的数据测算对向慢行交通到达当前等待区前方冲突区的时间t，当t小于设定的放行时间阈值Δt时，准备放行当前批次的慢行交通；

(c)当慢行交通绿灯通行时间区间将要结束，且尚有绿灯剩余可以满足慢行交通进入路口，利用数据采集装置检测当前等待区是否还有慢行交通等待，若无，慢行交通不放行；若有，则准备放行最后批次的慢行交通；

满足上述任一条件，就进入到绿灯通行时间。

本发明步骤(5)中根据实时获得的当前等待区和对向慢行交通即将进入冲突区的流量，对冲突区相应右转信号灯进行控制，具体步骤如下：

根据数据采集装置实时采集的信息，统计当前等待区和对向慢行交通即将进入冲突区的流量q，将即将进入冲突区的流量q与设定的慢行交通流阈值Δq作比较；

当q<Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为黄闪，表示右转车辆在礼让慢行交通的基础上通过冲突区驶离路口；

当q>Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为红灯，表示右转车辆禁止行驶；

当慢行交通已通过冲突区，冲突区无慢行交通流量，右转信号灯恢复为绿灯，表示右转车辆正常通行。

所述缓冲区和等待区周围设置隔离设施和指示标牌，保证慢行交通只能通过缓冲区进入等待区再进入路口，并且预留离开通道，不妨碍慢行交通正常离开路口。

所述交叉口配有慢行交通闯红灯、右转车辆闯红灯和不礼让慢行交通视频抓拍，以及交通诱导屏设施，用于规范慢行交通和右转车辆在路口的通行秩序。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明将慢行交通的总通行时间划分为绿灯通行时间区间和过街清空时间，过街清空时间是指慢行交通进入路口后继续通过路口所需的时间，采用红灯控制，表示进入清空时间内慢行交通不可进入路口，但已进入路口的慢行交通可以继续通过路口，可以避免慢行交通来不及通过路口与下一股进入路口的机动车发生冲突。

2、本发明以视频检测器和毫米波雷达作为监测单元进行全天候、长距离、无死角的精准监测当前路口各流向非机动车和行人的流量、速度和走向，多次高频率上传慢行交通通行状态。在慢行交通的绿灯通行时间区间内根据慢行交通过街通行需求和绿灯开放条件多次开放慢行交通绿灯，达到慢行交通蓄流等待和集中放行的目的，充分减少了慢行交通的离散性，降低右转车辆和慢行交通之间的相互干扰。

3、本发明根据慢行交通在冲突区的流量，对右转车辆进行不同方式的信号灯控制，一方面，有效地降低了安全冲突，提高路口通行安全，另一方面，则是有效减少路口慢行交通因离散放行造成的右转车辆违法干扰和排队延误等现象，提高路口通行安全和效率。

附图说明：

图1为本发明交叉口通行区域的示意图。

图2为本发明过街通行时间的示意图。

图3为本发明第一批次慢行交通绿灯放行条件的流程图。

图4为本发明中间批次慢行交通绿灯放行条件的流程图。

图5为本发明最后批次慢行交通绿灯放行条件的流程图。

图6为本发明慢行交通放行案例一的示意图。

图7为本发明慢行交通放行案例二的示意图。

图8为本发明慢行交通放行案例三的示意图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供了一种交叉口慢行交通蓄流的过街控制方法，交叉口通行区域主要组成部分包括机动车道、非机动车道、行人斑马线、慢行交通(非机动车、行人)的缓冲区和等待区以及慢行交通与右转车辆的冲突区，如图1所示。图中实线大箭头表示机动车道方向，实线小箭头表示非机动车的单向行驶方向，虚线小箭头表示行人的双向行驶方向。其中缓冲区、等待区位于路口行人斑马线和非机动车通道的两侧，主要发挥慢行交通到达路口的数量与方向检测、蓄流、等待的作用。冲突区位于交叉口内部，是行人斑马线和非机动车通道与右转车辆通行路径交汇的区域，为了规范右转车辆通行，一方面右转车辆信号灯必须根据冲突区内的非机动车和行人数量采取不同的信号方式控制右转车辆通过冲突区，另一方面右转车辆必须通过对应冲突区限定的区域(即按照既定的右转通行路径)实现右转驶离路口，否则会被视频监控按照不按既定路径通过路口实施违法抓拍。缓冲区、等待区的非机动车和行人流量通过视频检测器获取，非机动车和行人的通行速度、通行方向以及具体位置通过毫米波雷达识别，其中视频检测器和毫米波雷达安装在路口各个方向的行人斑马线和非机动车通道两侧，可以对路口各流向的非机动车、行人进行全天候、长距离、无死角的精准监测。并且路口配有行人和非机动车信号灯，慢行交通闯红灯、右转车辆闯红灯和不礼让慢行交通视频抓拍，以及交通诱导屏等设施，以进一步规范慢行交通和右转车辆在路口的通行秩序。同时缓冲区和等待区周围设置隔离设施和指示标牌，保证慢行交通只能通过缓冲区进入等待区再进入路口，并且预留离开通道，不妨碍慢行交通正常离开路口。

如图2所示，慢行交通的总通行时间是由绿灯通行时间区间和过街清空时间组成的，并根据平行同方向的机动车绿灯相位时间与黄灯相位时间确定。绿灯通行时间区间是指慢行交通可以开放绿灯进入路口的时间区间，在绿灯通行时间区间内可以根据慢行交通放行条件多次开放绿灯，而每次开放的绿灯时间只保证等待区蓄流的慢行交通一次进入路口。过街清空时间是指慢行交通进入路口后继续通过路口所需的最长时间，可采用红灯控制，表示进入清空时间内慢行交通不可进入路口，但已进入路口的慢行交通可以继续通过路口。原本绿灯通行时间区间内慢行交通都可以放行，但考虑到慢行交通的离散性，所以会花费一些时间进行蓄流，当达到放行条件时才放行绿灯，使得慢行交通集中通行，具体过程示例如下。当t

如图3-5所示，慢行交通过街绿灯放行条件可以划分为三种情况，分别是第一批次慢行交通绿灯放行条件、中间批次(除第一批次和最后批次以外)慢行交通绿灯放行条件和最后批次慢行交通绿灯放行条件。在实际路口时，慢行交通只要能满足其中一种条件就可以放行。由于每个路口慢行交通绿灯通行时间区间不一样，并且慢行交通到达路口的情况也不一样，因此上述三种情况不一定都会发生。结合图3、4和5对交叉口慢行交通过街放行控制流程进行详细说明。

如图3所示，当慢行交通绿灯通行时间区间开始时，此时右转信号灯初始状态为绿灯。通过视频检测器和毫米波雷达检测对应方向的等待区是否有慢行交通等待，若无，则慢行交通不放行，右转信号灯为绿灯，右转车辆正常通行；等待区若有慢行交通等待，则继续检测该等待区后方的缓冲区是否有慢行交通持续进入。若无，则直接准备放行该批次的慢行交通；若有，则等待缓冲区非机动车和行人全部进入等待区，直至3s内缓冲区都没有非机动车和行人进入时，准备放行第一批次慢行交通绿灯，统计即将进入该等待区前方冲突区的慢行交通流量q，将即将进入冲突区的流量q与设定的慢行交通流阈值Δq作比较，当q<Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为黄闪，同时安装在路口出口的信号灯横臂杆上的交通诱导屏提示右转车辆注意礼让行人和非机动车，有序通行；当q>Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为红灯，路口诱导屏提示右转车辆在路口停车线后等待，禁止通行。当等待区前方的冲突区无慢行交通通行，右转信号灯恢复为绿灯，右转车辆正常通行。

如图4所示，准备放行中间批次(除第一批次和最后批次以外)的慢行交通绿灯，当前等待区有慢行交通等待，右转信号灯的状态为绿灯，慢行交通绿灯除了具备如图3所述的放行条件以外，还具备以下放行条件：当前等待区对向的慢行交通(行人和非机动车)正在过街，测算对向行人或非机动车到达当前等待区前方冲突区的时间t。当t>Δt(取3至4s)时，Δt为设定的放行时间阈值，右转信号灯保持为绿灯，右转车辆正常通行，当前等待区的慢行交通尚未放行绿灯；当t<Δt时，准备放行当前批次的慢行交通绿灯，统计当前等待区和对向行人或非机动车即将进入冲突区的流量q。当q<Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为黄闪，同时安装在路口的交通诱导屏提示右转车辆注意礼让行人和非机动车有序通行；当q>Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为红灯，路口诱导屏提示右转车辆禁止通行。当慢行交通已通过冲突区，冲突区无慢行交通流量，右转信号灯恢复为绿灯，右转车辆正常通行。

如图5所示，当慢行交通绿灯通行时间区间将要结束，且尚有绿灯剩余可以满足慢行交通进入路口，此时右转信号灯为绿灯状态，判断当前等待区是否还有慢行交通等待。若无，右转信号灯保持为绿灯，右转车辆正常通行；若有，则准备放行最后批次的慢行交通绿灯，统计即将进入前方冲突区的慢行交通流量q。当q<Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为黄闪，同时安装在路口的交通诱导屏提示右转车辆注意礼让行人和非机动车，有序通行；当q>Δq时，开放当前方向的慢行交通绿灯，右转信号灯变为红灯，路口诱导屏提示右转车辆禁止通行。当前等待区前方的冲突区无慢行交通通行，右转信号灯为绿灯，右转车辆正常通行。

如图6-8所示，以交叉口南口为例，具体说明采用本发明所述方法的慢行交通过街控制案例。

如图6所示，由于非机动车在路口的通行路径是单向通行，而行人是双向通行，所以路口进口侧有非机动车和行人到达和等待，出口侧只有行人到达和等待。因此，交叉口南口进口侧的慢行交通等待区有非机动车、行人等待且缓冲区有非机动车和行人进入等待区，出口侧的慢行交通等待区只有行人等待且缓冲区只有行人进入等待区，当满足图3的慢行交通绿灯放行条件时，慢行交通开始放行进入路口。此时平行、同向的直行机动车信号灯是绿灯放行，但右转车辆信号灯的控制根据等待区进入冲突区的慢行交通总流量q而变化。比如图6中出口侧流量q<Δq，右转信号灯为黄闪控制，即右转车辆根据路口交通诱导屏上的指示礼让慢行交通的前提下通过冲突区驶离路口；而图6中进口侧流量q>Δq，右转信号灯为红灯控制，即右转车辆在停车线处等待红灯，同时交通诱导屏上也会提示右转车辆禁止通行。当慢行交通均通过冲突区，即冲突区无慢行交通流量时，右转信号灯恢复为绿灯，右转车辆可正常通行并驶离路口。

如图7所示，当交叉口南口出口侧的慢行交通等待区有行人等待时，对向有非机动车和行人到达前方的冲突区，则根据图4的慢行交通绿灯放行条件可以放行等待区的行人进入路口；当南口进口侧的慢行交通等待区有行人和非机动车等待时，对向有行人到达前方的冲突区，则根据图4的慢行交通绿灯放行条件同样可以放行等待区的非机动车和行人进入路口。此时平行、同向的直行机动车信号灯是绿灯放行，但右转车辆信号灯的控制仍然根据等待区进入冲突区的慢行交通总流量q而变化。比如图4中，当出口侧冲突区同时有对向的非机动车和行人以及当前等待区的行人进入，流量较大，q>Δq，右转信号灯为红灯控制，右转车辆在停车线处等待红灯；而进口侧冲突区有对向的行人以及当前等待区的非机动车和行人进入，流量较小，q<Δq，右转信号灯为黄闪控制，右转车辆根据路口交通诱导屏上的指示，在礼让慢行交通的前提下通过冲突区驶离路口。当等待区的慢行交通以及对向非机动车或行人均通过冲突区后，右转信号灯变为绿灯状态，右转车辆可正常通行并驶离路口。

如图8所示，当交叉口南口慢行交通的放行绿灯时间所剩不多时，慢行交通绿灯通行时间区间将要结束，但尚有绿灯剩余可以满足慢行交通最后一次进入路口，此时交叉口南口进口侧的慢行交通等待区仍然有非机动车和行人等待，而交叉口南口出口侧的慢行交通等待区仍然有行人等待，则满足图5的慢行交通绿灯放行条件，可以放行等待区滞留的最后一部分行人和非机动车进入路口，并且保证该部分行人和非机动车能够在清空时间内通过交叉口。此时平行、同向的直行机动车信号灯仍然为绿灯放行，由于此时进入冲突区的慢行交通数量较少，右转车辆信号灯为黄闪控制，即右转车辆根据路口交通诱导屏上的指示礼让慢行交通的前提下通过冲突区驶离路口。当慢行交通均通过冲突区后，右转信号灯变为绿灯状态，右转车辆可正常通行并驶离路口。

上述交叉口慢行交通蓄流过街控制方法包括但不限于十字交叉口，同时适用于其他类型的交叉口。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。