[发明专利]基于交通流距离的道路交叉口交通信号相位设计方法

摘要

基于交通流距离的道路交叉口交通信号相位设计方法，将道路交叉口的交通信号划分为两个相位组，首先，依次对这两个相位组进行相位初步设计，如果需要左转专用相位，则计算相位组各流向的流量比和交通流之间的距离矩阵，并选择流量比距离和较小的相位组进行设计，从而实现相位内车流相对均衡；然后，根据相位组的相位数、关键流向是否冲突和相位搭接判断公式，依次对两个相位组进行相位搭接的判断和设计，最终实现道路交叉口的交通信号相位设计。本发明充分考虑了相位内的车流均衡，根据不同交通流之间的距离进行相位设计，设计方案更加符合实际的交通状况，而且考虑了相位搭接，具有流程简单、计算容易、易编程实现等特点，适合城市十字型道路交叉口的交通信号相位设计。

主权项

1.基于交通流距离的道路交叉口交通信号相位设计方法，包括如下步骤：(1)将十字型道路交叉口的交通信号划分为两个相位组；每个相位组包括两个相对方向所需要的相位，分别对这两个相位组进行相位设计，包括相位初步设计和相位搭接设计；(2)选择其中一个相位组进行相位初步设计，判断该相位组是否需要左转专用相位；根据该相位组两个方向的流向车道数以及车流量判断是否需要左转专用相位；如果不需要左转专用相位，则该相位组只有一个相位，为各流向同放，即在这个相位里两个方向的左转和直行同时放行，完成该相位组的相位初步设计，转入步骤(5)；如果需要左转专用相位，则转入下一步；(3)计算该相位组各流向的流量比和交通流之间的距离矩阵；各流向的流量比计算公式如下：其中，q_i表示该相位组第i车道组的实际交通流量，单位为pcu/h；S_i表示该车道组单车道的饱和流率，单位为pcu/h；N_i表示该车道组的车道数，y_i表示该车道组的流量比；注意：计算流量比时，只需要考虑左转和直行的流量比，右转流量不考虑；交通流之间的距离矩阵D是4×4的矩阵，表示相位组两个方向的左转和直行交通流之间的距离；其中，矩阵D的第一行表示方向1的左转，第二行表示方向1的直行，第三行表示方向2的左转，第四行表示方向2的直行；矩阵D的第一列表示方向1的左转，第二列表示方向1的直行，第三列表示方向2的左转，第四列表示方向2的直行；根据矩阵的行列设置，可以知道矩阵D是对称矩阵，因此只需要考虑矩阵的下半部分计算即可；距离矩阵D的计算公式如下：其中，y₁表示相位组方向1左转的流量比，y₂表示方向1直行的流量比，y₃表示方向2左转的流量比，y₄表示方向2直行的流量比；不同交通流之间的距离计算，采用欧氏距离，如公式(2)，方向1左转和方向1直行的距离为d₂₁＝(y₂‑y₁)²，其它依此类推；由于方向1左转与方向2直行是相互冲突的流量，所以其距离为无穷大，即d₁₄＝∞；同样方向2左转和方向1直行之间的距离也是无穷大；(4)基于步骤(3)的计算结果，选择流量比距离和较小的相位组进行相位初步设计，从而实现相位内车流相对均衡；在公式(2)中，如果d₂₁+d₄₃<d₃₁+d₄₂，该相位组为单口放行，即同一个方向的直行和左转同时放行；如果d₂₁+d₄₃≥d₃₁+d₄₂，该相位组为对称式放行，即一个方向的直行与对向直行一起放行，左转与对向左转一起放行；(5)判断是否完成所有相位组的相位初步设计；如果没有，则返回步骤(2)继续下一个相位组的相位初步设计；否则，转入下一步；(6)选择一个相位组进行相位搭接设计，初步判断该相位组是否需要相位搭接；如果该相位组只有一个相位或者该相位组的两个关键流向冲突，则不需要相位搭接，该相位组完成相位设计，转入步骤(8)；否则，转入下一步；(7)根据相位搭接判断公式，继续判断该相位组是否需要相位搭接，如果需要，则插入新相位进行相位搭接；相位搭接判断公式是根据一个相位下关键流向的通行时间与其他流向中所需的最小通行时间的差值是否大于某一个阈值；具体的判断公式如下：其中，y_i，y_j分别表示该相位下两个交通流向的流量比，即关键流向和其它流向；T_m表示第m相位的损失时间阈值，T表示信号周期时间，L表示总延误时间，三个变量单位都为秒；Y表示相位搭接前各相位所有关键流向的流量比之和，即Y_m是第m相位的关键流向的流量比；因为相位初步设计时，也即相位搭接前，十字型道路交叉口总共只有四个相位，所以m的取值最大为4；如果相位组的两个相位都不满足判断公式(3)，则需要进行相位搭接；相位搭接的方法是在该相位组的两个相位之间插入一个新相位，新相位由原两相位的关键流向组成；(8)判断是否完成所有相位组的相位搭接设计；如果没有，则返回步骤(6)继续下一个相位组的相位搭接设计；否则，完成了整个道路交叉口的交通信号相位设计，输出相位方案，设计结束。