一种服务于车辆优先通行的信号控制方法

技术领域

本发明涉及道路交通控制技术领域，尤其是涉及一种服务于车辆优先通行的信号控制方法。

背景技术

交通信号优先，是面向公共交通、应急救援、特勤任务等场景的特殊交通管控手段，与常规交通信号控制协同构建面向城市道路复杂交通场景的交通管控服务体系。目前的优先控制一般根据优先车辆类型，分为公交优先和应急/特勤优先。主流的公交优先控制方法包括公交专用道/优先道改建、公交专用信号灯布设、公交车载射频芯片与路侧检测设备安装等基础设施、设备部署，以公交车实时定位触发信号机相位切换与锁定，从而为公交车提供时空优先路权。该管控方式在保障公交车辆通行效率提升方面取得成效，但在道路基础设施改建、硬件设备升级等方面也需要巨大投入，在公交线路密集的路口频繁地优先控制对路口正常通行秩序产生干扰，存在左转待转区、直行待行区的路口施行难度较大，对公交通过频率不高的路口造成一定程度的道路资源浪费。因此，此类优先控制方法仅适用于城市公交这种线路固定、车次固定、优先需求量较大的车辆，在应急救援、特勤任务等偶发性强、车辆优先等级需求高的优先控制场景下，难以实施。因此，针对应急/特勤车辆，一般施行另一套优先控制策略，根据车辆的实时定位情况，在其驶入路口前为车辆提前清空前方车道排队，并锁定其通行相位，以保证车辆绝对优先通行，满足此类车辆较高等级的优先需求。

因公交、应急、特勤等不同类型优先控制特性不同，在实施中需要分别构建一套优先控制系统，并与信号优先控制系统对接联动，存在实施成本高、降低信号控制稳定性的缺陷。

目前，专利号“CN109035781A”提出了一种基于路口流向需求的多目标交通信号方案优化配置方法，通过采用整数规划模型对相位绿时、周期时长、饱和度进行多目标优化，使得单个路口的常规信号控制方案优化(不区分路口驶入车辆类型，仅针对路口总体的机动车通行需求)，取得的技术效果是能够在多个流向饱和、过饱和的信控路口实现绿信比按需分配，以缓解路口饱和、过饱和问题。并没有解决服务于特殊车辆优先控制的单个路口非常规信号优化(只有在特殊车辆驶入路口才进行)的问题。

专利号“CN111429721A”提出一种基于排队消散时间的路口交通信号方案优化方法，也提及将绿时空放时长应用于信号优化中，但在该技术方案也是仅针对常规方案的优化，流向绿时空放时长是基于各流向流量作为绿时需求修正的判定指标与依据，将各相位的空放时长单独考虑，单独应用于具体相位的绿时需求修正，修正中采用固定的修正参数，并未解决服务于特殊车辆优先控制的单个路口非常规信号优化问题。

专利号“CN108364486B”提出的多场景车辆优先自适应交通信号控制系统及其工作方法，公开了两种优先方式：绿灯延长与红灯早断(即提前启亮下一个公交车辆优先相位的绿灯)。优先策略为增加优先相位的绿灯时长。优先方法为：绿灯延长方式，通过计算当前信号周期内可调剂的时间来确定相位允许的最大绿灯晚熄时长；红灯早断方式，通过计算下一个公交车辆所在周期的最大绿灯早启时长，这两个关键的配时优化参数均是根据相位饱和度最大值与当前的饱和度差值进行计算。该优化方法仅在单一周期内通过额外增加公交车辆通行相位的绿灯时长来进行方案优化。

因此，目前常见的信号优先控制方法大多采用绿灯延长、红灯早断、相位插入等控制方式，以满足特定车辆的优先需求为首要目标，在车辆到达的信号控制周期可能存在周期延长、相序调整、其他流向放行时长骤减等突发性的方案变化，对其他流向社会车辆的通行影响产生直接影响，因此在绝对的信号优先控制与降低对社会车辆的通行干扰两个方面始终存在难以协调的矛盾。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，制定了一套单点实时优化策略，在提高绿灯利用率的总体目标下，一方面保障路口信号机稳定控制、降低信号优化对各类车辆正常通行的干扰，另一方面又能最大程度响应特殊车辆的优先需求，且实现公交、特勤、救援等各类特殊车辆的优先控制的兼容。能够有效提高路口信号机实施优先控制的鲁棒性，且降低了特殊优先控制的实施成本。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，包括如下步骤：

步骤1，获取信号控制方案、路口进口道实时运行数据，其中信号控制方案通过数据接口与路口信号机进行对接实现数据同步，路口进口道实时运行数据通过与车辆检测系统对接获得，以T为自适应优化间隔，计算各流向的绿时需求与各相位的空放时长；

步骤2，检测是否存在预设的车辆优先任务，若存在，转入步骤3；若不存在，则以绿时与交通需求的最大适配为目标根据相位空放时长对各相位的绿时进行自适应调整；

步骤3，存在车辆优先控制任务，则根据任务预设的优先线路，确定沿线所有信号控制路口；根据线路走向以及信号控制方案，确定车辆在各路口的优先相位p

步骤4，通过数据接口接入车辆GPS数据，实时更新车辆位置，动态计算车辆与其优先路线中下游最接近的信号控制路口的行驶距离δ，若δ满足位置条件，则进入步骤5，否则，循环步骤4，持续跟踪车辆位置，直至满足该位置条件触发后续条件判断；

步骤5，根据实时同步的下游路口信号控制方案，预估车辆到达时刻的路口放行相位p

步骤6，周期C之后的周期方案恢复至原方案；恢复以T为间隔的自适应优化模式。

进一步地，步骤1中，计算各流向的绿时需求的计算公式为

进一步地，步骤2中，自适应调整的具体方法为：

若

若

若

进一步地，步骤4中，位置条件包括：

若D

若D

进一步地，步骤5中，预估车辆到达时刻的路口放行相位p

步骤5-1，根据路口信号控制方案的相序配置情况，确定车辆达到时放行相位p

判断

若p

步骤5-2，p

步骤5-2-1，若φ′≥Δ，确定周期C’内各相位的绿时调整量α′

步骤5-2-2，若φ′＜Δ，判断优先相位p

步骤5-2-3，若p

步骤5-3，p

步骤5-3-1，若φ＜Δ，确定周期C上一周期C’内的空放时长

步骤5-3-2，若φ≥Δ，对在p

本发明的有益效果是：

本发明解决的问题是服务于特殊车辆优先控制的单个路口非常规信号优化(只有在特殊车辆驶入路口才进行)，采用的技术手段是以满足特殊车辆通行需求，同时最大程度兼顾其他流向社会车辆通行需求为目标，进行相位绿时调整，根据车辆到达路口时的放行相位以及与该相位最临近的尚未放行优先通行相位之间的时序关系，来制定优先通行相位以及其他相位的绿时优化策略，根据不同情况以单独周期或连续两个周期的所有相位作为优化对象。

在优化策略上，与现有技术存在明显区别，一方面，能够保证周期稳定，对所有相位的绿时进行调整，而不仅限于优先相位，从而避免因实际方案下发时因周期时长突变对信号机控制稳定性造成的影响；另一方面，本发明的方法通过预测车辆到达路口时间，提前两个周期进行配时微调，使路口信号方案缓和过渡，也能够提升在进行优先控制时信号机控制稳定性。

在优化方法上，与现有技术存在明显区别：本发明根据路口各流向的实时流量与排队长度等运行动态分析配时方案与交通需求的匹配度，通过计算周期内的累计空放时长确定优先相位的调整量。该方法相较于现有技术中的通过固定的临界饱和度设定值来确定调整量相比，对于路口实时交通需求的适应性更强，另一方面对于其他流向的车辆通行影响更小，无需将其他流向积压至临界饱和度，车辆能够正常放行。

本发明无需针对特殊车辆进行额外的硬件设备部署与专用/优先车道渠化调整，只需要在自适应信号控制的硬件支撑条件下即可实现，将多种不同类型的特殊车辆优化控制加以协同，并与常规的自适应优化相协调，无需建设多套软件系统，通过信号优化策略的协同实现公交优先、应急优先、特勤优先的一体化整合，提高了优先控制的实施可行性，降低硬件部署、软件对接的实施成本，提高信号控制系统的稳定性。

本发明根据车辆的实时定位数据感知车辆在路口的优先需求，以提高绿灯利用率为优化目标，根据路口各流向的实时流量与排队长度等运行动态分析配时方案与交通需求的匹配度，在不改变周期、相序的前提下提高非优先流向的绿时利用率，并使优先车辆通行相位能够最大程度延长以保障特殊车辆减少排队时长、优先通过路口，有效降低了特殊车辆优先通行对社会车辆正常通行的影响；同时，为克服现有优先方法中方案突变对社会车辆通行的影响，本发明通过预测特殊车辆的路口到达时间，提前两个周期进行配时微调，使路口信号方案缓和过渡，也保障了信号机控制稳定性。

附图说明

图1是考虑优先车辆的城市道路信号优化控制方法总体步骤流程图。

图2是不存在优先任务时的路口配时自适应调整的步骤流程图。

图3是针对优先车辆的路口优先优化的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种服务于车辆优先通行的信号控制方法，包括如下步骤：

步骤1、获取信号控制方案、路口进口道实时运行数据，其中信号控制方案通过数据接口与路口信号机进行对接实现数据同步，路口进口道实时运行数据通过与车辆检测系统对接获得，以T为自适应优化间隔，计算各流向的绿时需求与各相位的空放时长，计算公式为

计算各相位的空放时长

步骤2、检测是否存在预设的车辆优先任务，若存在，转入步骤3；若不存在，则以绿时与交通需求的最大适配为目标根据相位空放时长对各相位的绿时进行自适应调整；

自适应调整的具体方法为：

若

若

若

步骤3、存在车辆优先控制任务，则根据任务预设的优先线路，确定沿线所有信号控制路口；根据线路走向以及信号控制方案，确定车辆在各路口的优先相位p

实施中，公交车辆优先任务可根据公交线路设置，也可通过与公交企业的公交运营调度系统对接获取；应急车辆、特勤车辆可通过车载的移动端由驾驶人自主配置，也可由接处警中心、交警指挥调度中心根据应急、特勤任务接报、部署情况进行中心配置。

步骤4、通过数据接口接入车辆GPS数据，实时更新车辆位置，动态计算车辆与其优先路线中下游最接近的信号控制路口的行驶距离δ；

若D

若D

实施中，路段的平均行程速度可通过对接路况数据获得，如互联网地图服务提供的实时路段行驶速度，或路段检测器采集的断面平均行驶速度，或基于浮动车运行的平均行驶速度；也可通过预测算法进行短时的行程速度预测。

步骤5、根据实时同步的下游路口信号控制方案，预估车辆到达时刻的路口放行相位p

步骤5-1、根据路口信号控制方案的相序配置情况，确定车辆达到时放行相位p

判断

若p

步骤5-2、p

步骤5-2-1、若φ′≥Δ，确定周期C’内各相位的绿时调整量α′

步骤5-2-2、若φ′＜Δ，判断优先相位p

步骤5-2-3、若p

步骤5-3、p

步骤5-3-1、若φ＜Δ，确定周期C上一周期C’内的空放时长

步骤5-3-2、若φ≥Δ，对在p

步骤6、周期C之后的周期方案恢复至原方案；恢复以T为间隔的自适应优化模式，在实施中，为保障信号机控制的稳定性，增加自适应优化与优先优化模式间的自检机制，方案优化间隔至少存在一个周期长度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。