[发明专利]一种用于交叉路口黄灯困境的车速控制和信号灯配时方法

权利要求书

1.一种用于交叉路口黄灯困境的车速控制和信号灯配时方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)构建交叉路口车联网模型：将十字路口按照方向分别命名为区域1和区域2，只考虑道路进口车流量的通行情况，将区域1和区域2各自划分为3个部分，分别为：车辆困境区域Y、应当前行区域R和应当停止区域G，路边单元RSU(Road Side Unit，简称RSU)协助车辆与交通信号灯TL进行相互通信，设信号G-RSU、Y-RSU和R-RSU分别控制车辆应当停止区域G、困境区域Y和应当前行区域R的车辆；

2)黄灯困境的形成：当TL转为红灯前，交叉路口的车辆会遇上黄灯，此时应当前行区域R区域的车辆不能流畅地加速通过十字路口、应当停止区域G区域的车辆不能及时地停在斑马线后面，车辆困境区域Y区域的车辆无法立即判断是否停止或穿过该区域，如表1所示：

表1实施例中交叉路口的信号灯指示

3)信号灯相位：交通信号灯TL分为四个相位，分别为第一相位西-车辆东左转和直行、第二相位-车辆东西左转和直行、第三相位-车辆南北直行和北南直行及第四相位-车辆南北左转和北南左转，不考虑右转车辆；

4)参数衡量指标：将车辆延误时间、停车次数和通行能力作为衡量指标，要求延误时间和停车次数少，道路通行能力强，设每个相位的车流量pcu/h、饱和流量pcu/h、信号周期s、损失时间s、绿灯时间s、绿信比、流量比分别为q_i、s_i、c、l_i、x_i、λ_i、y_i，则有如下公式：

那么第i个相位的车辆延误时间s、停车次数和通行能力分别表示为如公式(6)、公式(7)和公式(8)所示：

其中，相位数p＝4，n_j为区域内的车辆数，为车辆应当前行区域R、困境区域Y和应当停止区域G所定义的权值，k＝1,2,3分别表示车辆应当前行区域R、困境区域Y和应当停止区域G，ω_j为第j个车辆的权值由车辆类型决定，d_j为车辆j到达停车线的距离与车身长度之和，v_j为车辆j的速度；

5)黄灯微调：根据车辆困境区域Y区域内的车辆数目及类型动态调整红灯切换为绿灯的间隔时间，即所遇黄灯的时间，使得车辆困境区域Y区域内的车辆更安全地通过交叉路口，黄灯时间依据公式(9)动态调整，

其中，n_y为车辆困境区域Y区域内的车辆数，ω_y为车辆y的权值，d_y为车辆与交通信号灯TL的距离，v_y为车辆y的车速；

6)车速调节：根据交通信号灯TL的相位时间调节遇到黄灯时车辆m的速度，TLC将车速信息传输至车辆，车辆m的车速调整如公式(10)所示：

其中，v_s为推荐车速，d_m为车辆m与交通信号灯TL的距离，d_min为车速从v_s调节到v_m所需的最小距离，v_max，v_min分别为车速的最大最小距离，t_ystart，t_yend分别为黄灯开始与结束时间；

7)系统评价函数模型：系统评价函数模型如公式(11)所示：

其中X＝[x₁,x₂,x₃,x₄]为有效绿灯时间向量；

8)蜂群激发-抑制信号灯配时过程：基于蜂群间的激励-抑制原理，同时考虑外界环境因素，为交叉路口的信号灯动态配时：将交通信号灯与蜂群激励-抑制的关系映射为：信号灯相位映射为蜂群个体、绿灯有效时间映射为生理年龄、延误时间对应激励素、停车次数映射为抑制素，则信号灯的配时准则为：若某一相位的延误时间越长，则其激励素越大；若其它相位的停车次数增大时，该相位感知到的抑制素增大，抑制该相位的绿灯开启时间，绿灯时间将减少，相位i的激励素的随时间变化，表达式如公式(12)、公式(13)所示：

其中ε表示激励系数，ρ表示相位密度，μ_DD_i(t)表示激励素的一阶衰减项，ρ_D为意外因素对激励产生的影响，同理，相位i的抑制素的随时间变化，表达式如公式(14)、公式(15)所示：

其中，μ_HH_i(t)表示抑制素的一阶衰减项，ρ_H为意外因素对抑制素产生的影响，公式(16)表示抑制素对激励素增长的抑制作用：

基于激励-抑制原理，将交通信号灯的配时过程如下：

8-1)初始化激励素、抑制素相关参数；

8-2)根据车流量、初始化的车速，采用Webster方法计算初始的相位的绿灯时间向量X、计算相位的黄灯时间向量T_y、计算相位平均延误向量D、计算相位停车次数向量H；

8-3)根据公式(12)-公式(15)更新激励素和抑制素；

8-4)计算新的X，判断激励素与抑制素之比D_i:H_i，其中若D_i:则x_i(t+1)＝x_i(t)+η；若D_i:则x_i(t+1)＝x_i(t)-η，η为常数；

8-5)判断γ＝F_i-F(t)^*，若|γ|＜σ，则转至步骤8-6)，更新最新的评价函数F^*和对应的绿灯时间向量X、相位的黄灯时间向量T_y、相位平均延误向量D、相位停车次数向量H；

8-6)迭代求得最优解。