交叉口信号配时方法、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及交通控制系统领域，尤其涉及一种交叉口信号配时方法、设备和存储介质。

背景技术

交叉口作为道路节点，其通行能力较低，交通冲突较高，是城市道路交通管理中的重点。社会机动化水平的提高使得城市交叉口这个重要节点越来越容易发生拥堵冲突，影响着人们的正常工作生活和出行安全。

目前，在对交叉口进行信号配时的时候，仅将目光聚焦在机动车的通行效率和通行安全上，并未关注行人和非机动车的安全，容易导致交通事故。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种交叉口信号配时方法、设备和存储介质，实现了综合考虑行人和机动车的通行安全和通行效率，以提高交叉口信号配时的合理性。

本发明实施例提供了一种交叉口信号配时方法，该方法包括：

根据目标交叉口信号的各预设相位，确定各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量；其中，所述行车方向为目标交叉口各进口对应的直行方向或左转方向；

根据各预设相位对应的总损失时间、各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，确定初始信号周期；

针对每个预设相位，根据所述初始信号周期、所述预设相位对应的行车方向以及所述行车方向对应的机动车流量，确定所述预设相位对应的有效绿灯时间；

针对每个行人过街相位，根据所述行人过街相位对应的有效绿灯时间以及最短绿灯时间中的最大值，更新所述行人过街相位对应的有效绿灯时间；其中，所述行人过街相位为各预设相位中的行人通过目标交叉口的相位；

根据各预设相位对应的有效绿灯时间，确定各预设相位对应的显示绿灯时间以及目标信号周期。

本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器和存储器；

所述处理器通过调用所述存储器存储的程序或指令，用于执行任一实施例所述的交叉口信号配时方法的步骤。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储程序或指令，所述程序或指令使计算机执行任一实施例所述的交叉口信号配时方法的步骤。

本发明实施例具有以下技术效果：

通过根据目标交叉口信号的各预设相位，确定各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，进而，根据各预设相位对应的总损失时间、各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，确定初始信号周期，以更准确的初步确定信号周期，针对每个预设相位，根据初始信号周期、预设相位对应的行车方向以及行车方向对应的机动车流量，确定预设相位对应的有效绿灯时间，以保证机动车的通行安全和通行效率，针对每个行人过街相位，根据行人过街相位对应的有效绿灯时间以及最短绿灯时间中的最大值，更新行人过街相位对应的有效绿灯时间，以保证行人的通行安全，根据各预设相位对应的有效绿灯时间，确定各预设相位对应的显示绿灯时间以及目标信号周期，实现了综合考虑行人和机动车的通行安全和通行效率，提高交叉口信号配时的合理性的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种交叉口信号配时方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的目标交叉口的示意图；

图3是本发明实施例提供的四相位示意图；

图4是本发明实施例提供的行人车辆冲突示意图；

图5是本发明实施例提供的冲突点示意图；

图6是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明实施例提供的交叉口信号配时方法，主要适用于综合考虑机动车和行人的通行安全和通行效率，对交叉口信号的各相位进行配时的情况。本发明实施例提供的交叉口信号配时方法可以由电子设备执行。

图1是本发明实施例提供的一种交叉口信号配时方法的流程图。参见图1，该交叉口信号配时方法具体包括：

S110、根据目标交叉口信号的各预设相位，确定各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量。

其中，目标交叉口是待进行信号配时的交叉口，如图2所示。预设相位是目标交叉口中预先设置的各种相位，例如：二相位、四相位等。图3为四相位示意图，φ

具体的，根据目标交叉口信号的各预设相位，能够确定每个预设相位对应的行车方向，如图3所示，φ

示例性的，对目标交叉口的高峰段和平峰段进行为期一周的交通调查，可以取一周内机动车流量的平均值。例如：高峰段分别是上午7:00—9:00，下午4:00—6:00，平峰段为上午9:00—11:00，下午1:00—3:00等。

S120、根据各预设相位对应的总损失时间、各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，确定初始信号周期。

其中，各预设相位对应的总损失时间是一个周期内各预设相位的损失时间之和，例如：总损失时间可以包括车辆启动损失时间、黄灯未利用的时间以及全部的红灯时间。初始信号周期是考虑机动车通行安全和通行效率确定的信号周期。

具体的，根据各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，可以确定各预设相位在单位时间内驶入目标交叉口的机动车数量，进而，确定为了保证这些机动车顺利驶出目标交叉口所需的绿灯时间。将各预设相位对应的绿灯时间与总损失时间相加，即可得到初始信号周期。

需要说明的是，经典的韦伯斯特算法主要关注车辆通行效率，以延误最小为目标对信号配时进行约束，经过调查试验得出车辆驶过交叉口的最佳信号周期。韦伯斯特算法在交叉口饱和度较低的情况下使用较为有效，在饱和度比较高的时候，延误就比较大。适度减少交叉口中的冲突点数量可以减少因冲突导致的延误，保证其通行能力，提高其通行效率和安全性。如果所有车辆都能在所在绿灯相位尽数驶离交叉口，也就是发挥好交叉口的最大通行能力，理想状态下就可以不产生冲突，造成延误。

在上述示例的基础上，可以通过下述方式来根据各预设相位对应的总损失时间、各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，确定初始信号周期：

针对每个预设相位，将预设相位对应的各行车方向对应的机动车流量的最大值，确定为预设相位对应的驶入流量；

根据各预设相位对应的驶入流量、驶入车道数量、预设交叉口通过时间以及总损失时间，确定初始信号周期。

其中，驶入流量是当前的预设相位的各行车方向的机动车流量的最大值。驶入车道数量是驶入流量对应的行车方向的车道数量。预设交叉口通过时间是预先设定的机动车通过目标交叉口的时间，可以根据对目标交叉口的观察确定，例如可以是2.5s等。

具体的，针对每个预设相位，获取该预设相位对应的各行车方向的机动车流量，将这些机动车流量的最大值，作为该预设相位对应的驶入流量。进而，将该驶入流量对应的车道数量作为驶入车道数量。进一步的，针对每个预设相位对应的驶入流量和驶入车道数量，可以确定每个驶入车道在单位时间内的流量。结合预设交叉口通过时间，可以确定该预设相位的绿灯时间。进而，与总损失时间相加可以确定初始信号周期。

示例性的，初始信号周期通过下述公式确定：

其中，

在上述示例的基础上，可以通过下述方式来根据各预设相位对应的驶入流量、驶入车道数量、预设交叉口通过时间以及总损失时间，确定初始信号周期：

通过下述公式确定初始信号周期：

其中，

具体的，通过下述公式确定预设相位对应的有效绿灯时间：

其中，

进一步的，将各预设相位对应的有效绿灯时间代入初始信号周期的公式可以得到：

对上述公式进行整理，可以得到：

其中，

示例性的，如表1所示的工作日高峰段机动车流量统计表，如图2所示的目标交叉口示意图以及如图3所示的四相位示意图可知，φ

表1 工作日高峰段机动车流量统计表

进一步的，将上述数据代入用于确定初始信号周期的公式：

为了行车安全，可以对计算得到的高峰段的初始信号周期进行向上取整得到

示例性的，如表2所示的工作日平峰段机动车流量统计表，如图2所示的目标交叉口示意图以及如图3所示的四相位示意图可知，φ

表2 工作日平峰段机动车流量统计表

进一步的，将上述数据代入用于确定初始信号周期的公式：

为了行车安全，可以对计算得到的平峰段的初始信号周期进行向上取整得到

S130、针对每个预设相位，根据初始信号周期、预设相位对应的行车方向以及行车方向对应的机动车流量，确定预设相位对应的有效绿灯时间。

其中，有效绿灯时间为对应的预设相位中行车方向上的行车时间，例如可以将行车利用的部分黄灯时间也作为有效绿灯时间，有效绿灯时间并不一定是显示绿灯时间，显示绿灯时间是信号周期中每个相位对应的绿灯显示时间。

具体的，针对每个预设相位，根据预设相位对应的行车方向以及行车方向对应的机动车流量，可以确定目标交叉口的交通压力，即驶入流量。进而，结合初始信号周期，可以确定在一个周期内，缓解交通压力，对于各个预设相位所需要的有效绿灯时间。

在上述示例的基础上，可以通过下述方式来根据初始信号周期、预设相位对应的行车方向以及行车方向对应的机动车流量，确定预设相位对应的有效绿灯时间：

针对每个预设相位，将预设相位对应的各行车方向对应的机动车流量的最大值，确定为预设相位对应的驶入流量；

根据各预设相位对应的驶入流量、驶入车道数量、预设交叉口通过时间以及初始信号周期，确定预设相位对应的有效绿灯时间。

具体的，针对每个预设相位，获取该预设相位对应的各行车方向的机动车流量，将这些机动车流量的最大值，作为该预设相位对应的驶入流量。进而，将该驶入流量对应的车道数量作为驶入车道数量。进一步的，针对每个预设相位对应的驶入流量和驶入车道数量，可以确定每个驶入车道在单位时间内的流量。结合预设交叉口通过时间以及初始信号周期，可以确定一个周期中该预设相位的有效绿灯时间。

在上述示例的基础上，可以通过下述方式来根据各预设相位对应的驶入流量、驶入车道数量、预设交叉口通过时间以及初始信号周期，确定预设相位对应的有效绿灯时间：

通过下述公式确定预设相位对应的有效绿灯时间：

其中，

具体的，根据

示例性的，如图2、图3以及表1、表2所示，可以确定高峰段的初始信号周期141s，平峰段的初始信号周期91s，进而，分别代入确定各预设相位对应的有效绿灯时间公式：

高峰段：

平峰段：

S140、针对每个行人过街相位，根据行人过街相位对应的有效绿灯时间以及最短绿灯时间中的最大值，更新行人过街相位对应的有效绿灯时间。

其中，行人过街相位为各预设相位中的行人通过目标交叉口的相位。如图2和图3所示，由于行人过街相位为直行相位，所以行人过街相位为φ

其中，g

具体的，在机动车的行车效率和行车安全的基础上，为了保证行人的过街安全，需要将行人过街相位对应的有效绿灯时间以及最短绿灯时间中的最大值，作为行人过街相位对应的有效绿灯时间。

示例性的，如图2和图3所示，假设行人过街相位为φ

由于，g

在上述示例的基础上，在针对每个行人过街相位，根据行人过街相位对应的有效绿灯时间以及最短绿灯时间中的最大值，更新行人过街相位对应的有效绿灯时间之前，还可以通过下述方式来确定最短绿灯时间：

步骤一、针对每个行人过街相位，根据行人过街相位对应的行人过街距离、行人过街速度、与行人过街距离相对应的相交道路的目标车行距离以及车辆行驶速度，确定行人过街相位对应的冲突时间。

其中，相交道路为与行人过街相位对应的人行横道相垂直的车行道路。目标车行距离是相交道路的车道长度。冲突时间是考量机动车行驶至冲突点的时间与行人安全过街的时间的综合值，用于避免行人与车辆之间发生冲突，使行人安全过街。

具体的，针对每个行人过街相位，根据行人过街相位对应的行人过街距离和行人过街速度，可以确定行人安全过街的时间，根据与行人过街距离相对应的相交道路的目标车行距离和车辆行驶速度可以确定机动车行驶至冲突点的时间。进而，可以根据机动车行驶至冲突点的时间与行人行走至冲突点的时间，确定冲突时间。

在上述示例的基础上，可以通过下述方式来根据行人过街相位对应的行人过街距离、行人过街速度、与行人过街距离相对应的相交道路的目标车行距离以及车辆行驶速度，确定行人过街相位对应的冲突时间：

通过下述公式确定行人过街相位对应的冲突时间：

其中，

具体的，如图4所示的行人车辆冲突示意图，行人沿

可以理解的是，为了避免行人与车辆之间发生冲突，使行人安全过街，这里选择车辆到达冲突点的时间和行人安全过街所需时间两者之间的最大值来作为冲突时间。该式存在两个前提，一是发生最坏的情况，行人在上个黄灯终止时开始走入目标交叉口；二是行人在到达

步骤二、根据冲突时间、预设车辆安全交叉间隔时间、预设车辆启动反应时间以及相交道路对应的直行首车行驶到冲突点的所需时间，确定行人过街相位对应的绿灯间隔时间。

其中，预设车辆安全交叉间隔时间是车辆安全交叉的所需间隔时间，通常机动车之间所需时间为5s，在此不作具体限定。预设车辆启动反应时间是车辆启动和反应的时间，通常取1.8-2.0s，与车型相关，在此不作具体限定。

具体的，综合冲突时间、预设车辆安全交叉间隔时间、预设车辆启动反应时间以及相交道路对应的直行首车行驶到冲突点的所需时间，可以通过预先设定的公式或者模型，计算输出行人过街相位对应的绿灯间隔时间。预先设定的公式或者模型可以是预先根据样本数据拟合或者训练得到的，用于确定绿灯间隔时间。

在上述示例的基础上，可以通过下述方式来根据冲突时间、预设车辆安全交叉间隔时间、预设车辆启动反应时间以及相交道路对应的直行首车行驶到冲突点的所需时间，确定行人过街相位对应的绿灯间隔时间：

通过下述公式确定行人过街相位对应的绿灯间隔时间：

其中，

需要说明的是，绿灯间隔时间的设置是为了让上一个预设相位的交通流尽数驶出目标交叉口，避免和下一预设相位的交通流产生冲突，在设置绿灯间隔时间时，要综合考虑相邻两预设相位车辆停止线与冲突点之间的运行时间差。常规算法是以当前预设相位的绿灯时间终止时驶出的末车与下一预设相位的绿灯开始时驶出的首车，在其冲突点处能安全驶过为条件来计算绿灯间隔时间的。一般还会设定一个最低值，例如4s，并信号灯控制器的内部程序中将这一值固定下来，以确保预设相位之间的绿灯间隔时间大于4s。如图5所示的冲突点示意图，A、B、C和D表示停车线中点，E、F、G和H表示冲突点，F和H点需要在东西方向的绿灯时间终止后首先考虑，G和E点则在南北方向的绿灯时间终止后再去考虑。由于车辆在黄灯亮起后采取制动措施，但仍驶过停车线可以继续行驶。所以，针对图5的冲突点的交叉过程要符合下述公式：

如不考虑安全间隔，那么对交通流运行不利的条件是：

这个时候，相交车流就会采取制动措施来避免冲突。

其中，

若考虑最坏的情况，最后进入目标交叉口的车辆应是在黄灯终止时恰好离开停车线，所以可以得到：

其中，y为黄灯时间，其他符号意义同前。上述公式，假设黄灯终止时，离开停车线的车辆无制动过程，即没有时间

假如目标交叉口的行人与非机动车流量较大，且没有设置相应的预设相位，为了降低冲突发生的可能性，使用冲突时间t’代替y+t

步骤三、根据绿灯间隔时间、行人滞后时间、行人过街距离以及行人过街速度，确定行人过街相位对应的最短绿灯时间。

具体的，根据下述公式确定行人过街相位对应的最短绿灯时间：

其中，g

S150、根据各预设相位对应的有效绿灯时间，确定各预设相位对应的显示绿灯时间以及目标信号周期。

其中，显示绿灯时间是在有效绿灯时间的基础上增加黄灯利用时间。目标信号周期是目标交叉口对应的一个周期各个预设相位的时间之和。

具体的，针对每个预设相位，将该预设相位的有效绿灯时间与黄灯利用时间相加，得到该预设相位对应的显示绿灯时间。进而，将各预设相位对应的显示绿灯时间、预设红灯时间和预设黄灯时间相加，得到目标信号周期。

在上述示例的基础上，可以通过下述方式来根据各预设相位对应的有效绿灯时间，确定各预设相位对应的显示绿灯时间以及目标信号周期：

针对每个预设相位，将预设相位对应的有效绿灯时间以及黄灯利用时间的和值作为预设相位对应的显示绿灯时间；

将各预设相位对应的显示绿灯时间、各预设红灯时间以及各预设黄灯时间的和值作为目标信号周期。

其中，黄灯利用时间为车辆通过目标交叉口时可以利用的部分黄灯时间，例如1s等。预设红灯时间是预先设置的显示红灯时间，预设黄灯时间是预先设置的显示黄灯时间。

示例性的，高峰段四个预设相位对应的有效绿灯时间分别为26s，25s，35s以及27s，黄灯利用时间为1s，则高峰段四个预设相位对应的显示绿灯时间分别为27s，26s，36s以及28s，预设红灯时间为3s，预设黄灯时间为3s，则目标信号周期为141s。平峰段四个预设相位对应的有效绿灯时间分别为15s，15s，21s以及15s，黄灯利用时间为1s，则平峰段四个预设相位对应的显示绿灯时间分别为16s，16s，22s以及16s，预设红灯时间为3s，预设黄灯时间为3s，则目标信号周期为94s。

可选的，可以通过下述公式确定显示绿灯时间：

其中，g

本实施例具有以下技术效果：通过根据目标交叉口信号的各预设相位，确定各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，进而，根据各预设相位对应的总损失时间、各预设相位对应的行车方向、与各行车方向对应的车道数量以及与各行车方向对应的机动车流量，确定初始信号周期，以更准确的初步确定信号周期，针对每个预设相位，根据初始信号周期、预设相位对应的行车方向以及行车方向对应的机动车流量，确定预设相位对应的有效绿灯时间，以保证机动车的通行安全和通行效率，针对每个行人过街相位，根据行人过街相位对应的有效绿灯时间以及最短绿灯时间中的最大值，更新行人过街相位对应的有效绿灯时间，以保证行人的通行安全，根据各预设相位对应的有效绿灯时间，确定各预设相位对应的显示绿灯时间以及目标信号周期，实现了综合考虑行人和机动车的通行安全和通行效率，提高交叉口信号配时的合理性的效果。

图6是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。如图6所示，电子设备200包括一个或多个处理器201和存储器202。

处理器201可以是中央处理单元（CPU）或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备200中的其他组件以执行期望的功能。

存储器202可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（RAM）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（ROM）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器201可以运行所述程序指令，以实现上文所说明的本发明任意实施例的交叉口信号配时方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如初始外参、阈值等各种内容。

在一个示例中，电子设备200还可以包括：输入装置203和输出装置204，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。该输入装置203可以包括例如键盘、鼠标等等。该输出装置204可以向外部输出各种信息，包括预警提示信息、制动力度等。该输出装置204可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。

当然，为了简化，图6中仅示出了该电子设备200中与本发明有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备200还可以包括任何其他适当的组件。

除了上述方法和设备以外，本发明的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本发明任意实施例所提供的交叉口信号配时方法的步骤。

所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。

此外，本发明的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本发明任意实施例所提供的交叉口信号配时方法的步骤。

所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

需要说明的是，本发明所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本申请范围。如本发明说明书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

还需说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。