[发明专利]一种利用单车轨迹确定交叉口转向溢出的方法

说明书

本发明公开了一种利用单车轨迹确定交叉口转向溢出的方法，首先确定交叉口进口道的拓扑信息、信号参数状态信息，并获取所述交叉口进口道中的单一车辆的时空运行轨迹，即实际轨迹；之后利用车辆时空轨迹图，针对任一个可能的转向溢出时长，确定在该转向溢出情况下车辆的期望轨迹，通过期望轨迹和所述的实际轨迹之间的偏差来确定转向溢出时间长度和触发溢出的转向。该方法仅仅利用单个车辆的轨迹，结合信号的状态，即可确定出溢出存在与否以及触发溢出的具体转向车流。

技术领域

本发明涉及一种在单个车辆的时空轨迹已知情况下，对交叉口转向溢出的存在与否以及触发溢出的具体转向、溢出时长进行确定的方法。

背景技术

交叉口的转向溢出指的是交叉口处的渠划区无法容纳过长的车辆排队，导致车辆排队蔓延至上游并对其他转向的车流造成阻滞的现象。由于道路用地的限制，城市干道的路段在接近交叉口处一般进行渠划，也即将车道按照转向进行划分。该段称之为“渠划段”，车辆不允许进行变道，上游不分转向的车道称为“上游段”。在交通高峰期间，由于到达车流过多，常常导致排队蔓延至上游段，并阻塞其他方向的车流，造成通行效率损失。这种现象称之为“转向溢出”。转向溢出难以用通常铺设于路面以下的线圈检测器检测。由于车辆轨迹信息越来越普遍，因此利用车辆轨迹信息对转向溢出进行推断，可以对交通运行状态进行评估，也可以应用于交通信号的优化控制。

发明内容

为了得到转向溢出发生与否以及触发溢出的转向、溢出的时长，本发明提出一种利用单车轨迹确定交叉口转向溢出的方法。该方法适用于存在渠划段的信号控制交叉口，所用到的数据包括路段的拓扑数据、信号状态数据以及单个车辆的轨迹。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

首先获取路段的拓扑数据、信号参数状态信息，利用安装在车辆上的GPS、或者车辆与路侧设备通信获取交叉口进口道内单个车辆的时空轨迹信息，还包括如下步骤：

(1)将车辆时空轨迹、信号状态信息绘制于时空坐标轴；

(2)对于任意可能的转向溢出时长，确定相应的车辆期望轨迹；

(3)定义车辆期望轨迹和实际轨迹之间的差距为偏差函数，偏差函数是关于排队队尾传播速度的函数；

(4)对该偏差函数求最小，就可以得到最佳的排队队尾传播速度，如果该速度不在容许范围内，则转向溢出没有发生。如果在容许范围，则溢出发生，并计算溢出时长。

具体的，所述的偏差函数设定为

其中w为固定值，取20千米/小时，r_k、g_k为第k个信号周期中所需判断方向的红灯时长、绿灯时长，x_k,w、t_k,w为车辆时空轨迹图上，第k个信号周期中从所需判断方向红灯结束时刻发出的斜率为w的直线与观测车辆轨迹的交点的空间坐标，v_f为相应路段的限速，在车辆时空轨迹图上，第k个信号周期中从所需判断方向红灯开始时刻O、红灯结束时刻N发出的斜率为w的直线分别与实际轨迹相交，交点为D、C，S_ONCD为上述两条直线与实际轨迹所围区域的面积；v_stop为期望的排队队尾传播速度；

对上述偏差函数求最小，得到期望的排队队尾传播速度v_stop，如果该波速v_stop不在区间内，则溢出没有发生；如果在所述区间内，则溢出发生；

根据下式确定溢出时长

。

其中，所述的S_ONCD的计算方式可以如下：

首先获取实际轨迹上位于D和C之间的所有点，假定为