一种基于排队车辆数差异检测的信号控制方法及控制系统

1.本发明属于城市道路交通控制领域，具体涉及交叉口上基于不同流向排队车辆数差异检测的信号控制方法及系统。


背景技术：

2.近年来，我国交通拥堵问题日益严重。面对随机性强的交通流，仅依靠固定的交叉口信号配时方案，目前已经很难满足许多交叉口的车辆通行需求。为解决这一问题，交叉口感应控制技术应运而生。该技术通过实时监测交叉口各进口道的通行需求，自动调整相位绿信比，灵活调整交叉口各个相位的绿灯时间，并且取得了一定的效果。但该技术目前仍有一定的不足：通过感知进口道的通行需求，仅调整某一信号相位的绿灯时间，容易对该相位上其它流向的车流造成干扰。比如，交叉口南北直行放行时，南口直行通行需求大，北口直行通行需求小，若通过现有感应控制技术，增大绿灯时间会导致北口空放；减小或者不调整绿灯时间会导致南口车辆多次排队，均会降低交叉口的通行效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的是最大限度地利用有限的道路资源，提高路段通行效率，为此提供了一种利用排队车辆数检测装置，通过动态检测交叉口各进口道的排队车辆数，判断交叉口是否调整放行时间和放行方式的信号控制方案的方法及系统。根据实时监测的交叉口不同流向的排队车辆数差异，同时调整放行方式和放行时间。
4.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
5.一种基于排队车辆数差异检测的信号控制方法，包括以下步骤：
6.s1，交叉口进口道处布设rfid检测器分别检测各流向的排队车辆数；
7.s2，检测交叉口东西进口直行、左转的排队车辆数，计算各流向所有排队车辆全部通过交叉口所需时间；
8.s3，计算采取东西直行—东西左转放行方式所需的最短绿灯时间g
ew1
、东口单放—西口单放放行方式所需的绿灯时间g
ew2
；
9.s4，比较g
ew1
和g
ew2
的大小，若g
ew1
≤g
ew1
，执行s5，否则执行s7；
10.s5，东西直行允许放行，放行时间为g
1_5
，之后进入3s黄灯时间，转s6；
11.s6，东西直行禁止放行，东西左转允许放行，放行时间为g
2_6
，之后进入3s黄灯时间，转s9；
12.s7，东口直行、左转允许放行，放行时间为g
1_2
，之后进入3s黄灯时间，转s8；
13.s8，东口禁止放行，西口直行、左转允许放行，放行时间为g
5_6
，之后进入3s黄灯时间，转s9；
14.s9，检测交叉口南北进口直行、左转的排队车辆数，计算各流向所有排队车辆全部通过交叉口所需时间；
15.s10，计算采取南北直行—南北左转放行方式所需的最短绿灯时间g
sn1
、东口单
放—西口单放放行方式所需的绿灯时间g
sn2
；
16.s11，比较g
sn1
和g
sn2
的大小，若g
sn1
≤g
sn2
，执行s12，否则执行s14；
17.s12，南北直行允许放行，放行时间为g
3_7
，之后进入3s黄灯时间，转s13；
18.s13，南北直行禁止放行，南北左转允许放行，放行时间为g
4_8
，之后进入3s黄灯时间，转s2；
19.s14，南口直行、左转允许放行，放行时间为g
1_2
，之后进入3s黄灯时间，转s15；
20.s15，南口禁止放行，北口直行、左转允许放行，放行时间为g
5_6
，之后进入3s黄灯时间，转s2；
21.进一步地，所述交叉口四个进口道设有直行车道1、3、5、7和左转车道2、4、6、8；
22.进一步地，所述交叉口四个进口道处，分别布设排队车辆数检测器9，排队车辆数检测器10，排队车辆数检测器11，排队车辆数检测器12，检测交叉口进口道红灯期间各流向的排队车辆数，并设置左转导流线17，18，19，20。
23.进一步的，通过检测到的各进口道排队车辆数jk，根据驾驶员反应时间τ、车辆启动延误tc、车辆启动加速度ac、第i辆车车长li、车辆间距d分别计算得到交叉口各流向排队车辆全部通过交叉口所需时间，具体为：
[0024][0025]
式中k取1～8，分别代表交叉口的8个流向。其中1代表东口直行；2代表东口左转；3代表南口直行；4代表南口左转；5代表西口直行；6代表西口左转；7代表北口直行；8代表北口左转。详细见图1。
[0026]
进一步地，所有流向的放行时间均应不大于交叉口设置该流向允许的最大绿灯时间当任一相位时间到达时，自动切换下一相位；所有相位的放行时间均应不小于交叉口设置的最小绿灯时间当计算得到排队消散车辆能在之前消散完毕时，绿灯时间应延长到然后切换下一相位，具体为：
[0027][0028]
进一步地，各流向最小绿灯和最大绿灯时间计算公式为：
[0029][0030]
[0031][0032]
式中：gk为k流向实际绿灯时间；la表示该进口道人行横道长度；lm表示rfid检测器的最大检测长度；v
p
表示行人过街速度；i表示设置的黄灯时间；lb表示该方向左转导流线长度；rb表示各个进口道左转车道宽度；vm表示路段限速；int为向下取整函数；θb表示该流向进口车道与对应出口车道之间的夹角。详细地：θ2表示东进口左转车道与南口最里侧出口车道之间的夹角；θ4表示南进口左转车道与西口最里侧出口车道之间的夹角；θ6表示西进口左转车道与北口最里侧出口车道之间的夹角；θ8表示北进口左转车道与东口最里侧出口车道之间的夹角。
[0033]
进一步地，所有相位放行时间应根据该相位所有流向车流中通行需求最大的流向来确定，放行方式应根据满足通行需求所需的对称放行和单边轮放两种方式的最小绿灯时间确定，具体为：
[0034]
1)东西方向
[0035]
判断公式为：
[0036]g1_2
＝max(g1，g2)
[0037]g5_6
＝max(g5，g6)
[0038]g1_5
＝max(g1，
g5
)
[0039]g2_6
＝max(g2，
g6
)
[0040]me-w
＝sign(g
ew2-g
ew1
)＝sign[(g
1_5
+g
2_6
)-(g
1_2
+g
5_6
)]
[0041]me-w
取1时，交叉口东西向采用“东口单放-西口单放”放行方式，放行时间分别为g
1_2
，g
5_6
；；m
e-w
取-1或0时，交叉口东西向采用“东西直行-东西左转”放行方式，放行时间分别为g
1_5
，g
2_6
。
[0042]
2)南北方向
[0043]
判断公式为：
[0044]g3_4
＝max(g3，g4)
[0045]g7_8
＝max(g7，g8)
[0046]g3_7
＝max(g3，g7)
[0047]g4_8
＝max(g4，g8)
[0048]ms-n
＝sign(g
sn2-g
sn1
)＝sign[(g
3_7
+g
4_8
)-(g
3_4
+g
7_8
)]
[0049]ms-n
取1时，交叉口南北向采用“南口单放-北口单放”放行方式，放行时间分别为g
3_4
，g
7_8
；m
s-n
取-1或0时，交叉口南北向采用“南北直行-南北左转”放行方式，放行时间分别为g
3_7
，g
4_8
。
[0050]
进一步地，所述交叉口四个出口道处，面向进口道设置led显示屏13、14、15、16，用于对驾驶员进行操作提示。东西向：当交叉口执行“东西直行-东西左转”时，东西向显示屏13、15分别先后显示“直行车辆允许通行”、“左转车辆允许通行”；当交叉口执行“东口单放-西口单放”时，东口单放期间显示屏15显示“东口全部车辆允许通行”、西口单放期间显示屏
13显示“西口全部车辆允许通行”；南北向：当交叉口执行“南北直行-南北左转”时，南北向显示屏14、16分别先后显示“直行车辆允许通行”、“左转车辆允许通行”；当交叉口执行“南口单放-北口单放”时，南口单放期间显示屏16显示“南口全部车辆允许通行”、北口单放期间显示屏14显示“北口全部车辆允许通行”。其余时间段内，各显示屏均显示“禁止通行”。
[0051]
一种基于排队车辆数差异检测的信号控制系统，包括：
[0052]
rfid检测器，实时检测交叉口各流向讲口道处的排队车辆数，并将检测数据发送给中心信号系统；
[0053]
中心信号系统，对采集到的排队车辆数据进行分析得到检测结果，并发送给交通信号控制机；
[0054]
交通信号控制机，根据中心信号系统的分析结果，对交叉口放行方式和放行时间进行调整，并将配时方案执行结果发送给中心信号系统；
[0055]
电子显示屏，用于提示各流向驾驶员何时允许通过交叉口。
[0056]
本发明的有益效果为：
[0057]
(1)本发明通过检测交叉口各流向的排队车辆数，通过分析计算自动调整交叉口放行方式和放行时间，进一步提高了交叉口的时间利用率，避免了单独调整信号控制时间导致交叉口易产生空放或多次排队，导致交叉口通行效率降低的现象。
[0058]
(2)本发明中信号控制时间的设置，在确保最短绿灯时间需求的前提下，根据放行相位中所有流向的排队车辆数而非排队长度进行绿灯时长控制，确保所有排队车辆能够在绿灯期间全部通过交叉口，有效控制交叉口二次排队车辆数，进一步降低了交叉口延误。
附图说明
[0059]
图1为本发明所述信号控制系统的框架图；
[0060]
图2为本发明所述信号控制方法流程图；
[0061]
图3为本发明所述信号控制系统的现场布置图；
[0062]
图4为本发明所述信号控制方法示意图。
[0063]
图中：1-东口直行车道，2-东口左转车道，3-南口直行车道，4-南口左转车道，5-西口直行车道，6-东口左转车道，7-北口直行车道，8-北口左转车道，9-rfid检测器一，10-rfid检测器二，11-rfid检测器三，12-rfid检测器四，13-led电子显示屏一，14-led电子显示屏二，15-led电子显示屏三，16-led电子显示屏四，17-左转导流线一，18-左转导流线二，19-左转导流线三，20-左转导流线四，21-交叉口信号灯，22-过街斑马线一，23-过街斑马线二，24-过街斑马线三，25-过街斑马线四。
具体实施方式
[0064]
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0065]
如图1所示，一种基于排队车辆数差异检测的信号控制系统，包括rfid检测器、中心信号系统、交通信号控制机和电子显示屏。rfid检测器，采用架设于交叉口进口道处的路面rfid计数检测机，实时检测各流向排队车辆数，并将检测数据发送给中心信号系统。中心信号系统，对采集到的排队车辆数检测数据进行分析得到检测结果，并发送给交通信号控
制机。交通信号控制机，根据分析结果调整交叉口信号灯的放行方式和放行时间，并将配时放行方式和放行时间执行结果发送给中心信号系统。电子显示屏，对驾驶员进行操作提示：当检测到交叉口东西方向采用“东西直行-东西左转”放行方式时，东西直行放行期间，东西向显示屏显示“直行车辆允许通行”，东西左转放行期间，东西向显示屏显示“左转车辆允许通行”；当检测到交叉口东西方向采用“东口单放-西口单放”放行方式时，东口单放期间，西口显示屏显示“东口全部车辆允许通行”，西口单放期间，东口显示屏显示“西口全部车辆允许通行”；当检测到交叉口南北方向采用“南北直行-南北左转”放行方式时，南北直行放行期间，南北向显示屏显示“直行车辆允许通行”，南北左转放行期间，南北向显示屏显示“左转车辆允许通行”；当检测到交叉口南北方向采用“南口单放-北口单放”放行方式时，南口单放期间，北口显示屏显示“南口全部车辆允许通行”，北口单放期间，南口显示屏显示“北口全部车辆允许通行”。
[0066]
如图2所示，一种基于排队车辆数差异检测的信号控制方法，包括如下具体步骤：
[0067]
步骤(1)，东西向rfid检测器检测东西进口直行、左转流向的排队车辆数，计算东西进口直行、左转排队车辆全部消散所需时间。
[0068]
步骤(2)，东西向采取“东西直行-东西左转”放行方式所需时间是否大于采取“东口单放-西口单放”放行方式所需时间，若是则执行步骤(3)，否则执行步骤(4)。
[0069]
步骤(3)，交叉口执行“东口单放—西口单放”放行方式。交叉口执行东口单放相位，东进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，西口电子显示屏显示“东口全部车辆允许放行”，东口单放绿灯时间到达阈值后执行西口单放相位，东进口直行、左转方向信号灯显示红灯，西进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，东口电子显示屏显示“西口全部车辆允许放行”，西口单放绿灯时间到达阈值后，西口直行、左转方向信号灯等显示红灯，执行步骤(5)。
[0070]
步骤(4)，交叉口执行“东西直行—东西左转”放行方式。交叉口执行东西直行相位，交叉口东西直行方向信号灯显示绿灯，东西口电子显示屏显示“直行车辆允许放行”，东西直行绿灯时间到达阈值后执行东西左转相位，东西直行方向信号灯显示红灯，东西左转方向信号灯显示绿灯，东西口电子显示屏显示“左转车辆允许放行”，东西左转绿灯时间到达阈值后，东西左转方向信号灯显示红灯，执行步骤(5)。
[0071]
步骤(5)，南北向rfid检测器检测南北进口直行、左转流向的排队车辆数，计算南北进口直行、左转排队车辆全部消散所需时间。
[0072]
步骤(6)，南北向采取“南北直行-南北左转”放行方式所需时间是否大于采取“南口单放-北口单放”放行方式所需时间，若是则执行步骤(7)，否则执行步骤(8)。
[0073]
步骤(7)，交叉口执行“南口单放—北口单放”放行方式。交叉口执行南口单放相位，南进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，北口电子显示屏显示“南口全部车辆允许放行”，南口单放绿灯时间到达阈值后执行北口单放相位，南进口直行、左转方向信号灯显示红灯，北进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，南口电子显示屏显示“北口全部车辆允许放行”，北口单放绿灯时间到达阈值后，北口直行、左转方向信号灯等显示红灯，执行步骤(1)。
[0074]
步骤(8)，交叉口执行“南北直行—南北左转”放行方式。交叉口执行南北直行相位，交叉口南北直行方向信号灯显示绿灯，南北口电子显示屏显示“直行车辆允许放行”，南北直行绿灯时间到达阈值后执行南北左转相位，南北直行方向信号灯显示红灯，南北左转方向信号灯显示绿灯，南北口电子显示屏显示“左转车辆允许放行”，南北左转绿灯时间到
达阈值后，东西左转方向信号灯显示红灯，执行步骤(1)。
[0075]
一种基于排队车辆数差异检测的信号控制方法，具体过程描述如下：
[0076]
一、设置rfid检测器和左转导流线
[0077]
如图3、4所示，需要在交叉口四个进口处均设置rfid检测器一9，rfid检测器二10，rfid检测器三11，rfid检测器四12及左转导流线一17、左转导流线二18、左转导流线三19和左转导流线四20，这是为了检测交叉口各流向排队车辆数，通过排队车辆数计算交叉口排队车辆消散所需时间，计算公式为：
[0078][0079]
式中：jk表示检测到的各进口道排队车辆数，τ表示驾驶员反应时间、tc表示车辆启动延误、ac表示车辆启动加速度、l表示车长、d表示车辆间距，k取值1～8，分别代表交叉口的8个流向。其中1代表东口直行；2代表东口左转；3代表南口直行；4代表南口左转；5代表西口直行；6代表西口左转；7代表北口直行；8代表北口左转。详细见图1。
[0080]
同时，需要在交叉口四个进口处均设置左转导流线一17、左转导流线二18、左转导流线三19和左转导流线四20，这是为了计算交叉口左转相位所需的最短绿灯时间，该时间由左转导流线长度lb、各个进口道左转车道宽度rb、进口车道与对应出口车道之间的夹角由θb决定，计算公式为：
[0081][0082]
直行最短绿灯时间需满足行人过街需求，由人行横道长度la、行人过街速度v
p
、黄灯时间i决定，计算公式为：
[0083][0084]
最大绿灯时间应为检测器检测范围内全部排队车辆通过交叉口所需时间，由rfid检测器的最大检测长度lm决定计算公式为：
[0085][0086]
其中int为向下取整函数。
[0087]
二、调整放行方式和放行时间
[0088]
通过式(1)～式(4)，得到各流向满足通行需求所需的绿灯时间，应在最短绿灯时间和最大绿灯时间之间，计算公式为：
[0089][0090]
之后，判断满足通行需求所需的对称放行和单边轮放两种方式的最小绿灯时间确定，具体为：
[0091]
1)东西方向
[0092]
判断公式为：
[0093]g1_2
＝max(g1，g2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0094]g5_6
＝max(g5，g6)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0095]g1_5
＝max(g1，g5)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0096]g2_6
＝max(g2，g6)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0097]me-w
＝sign(g
ew2-g
ew1
)＝sign[(g
1_5
+g
2_6
)-(g
1_2
+g
5_6
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0098]me-w
取1时，交叉口东西向采用“东口单放-西口单放”放行方式；m
e-w
取-1或0时，交叉口东西向采用“东西直行-东西左转”放行方式；
[0099]
2)南北方向
[0100]
判断公式为：
[0101]g3_4
＝max(g3，g4)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0102]g7_8
＝max(g7，g8)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0103]g3_7
＝max(g3，g7)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0104]g4_8
＝max(g4，g8)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0105]ms-n
＝sign(g
sn2-g
sn1
)＝sign[(g
3_7
+g
4_8
)-(g
3_4
+g
7_8
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0106]ms-n
取1时，交叉口南北向采用“南口单放-北口单放”放行方式；m
s-n
取-1或0时，交叉口南北向采用“南北直行-南北左转”放行方式。
[0107]
通过式(6)-(10)，确定该周期内东西方向的放行方式；通过式(11)-(15)，确定该周期内南北方向的放行方式。
[0108]
三、设置电子显示屏和公交专用信号辅灯
[0109]
为了配合交通信号灯提示驾驶员何时驶离交叉口，因在四个出口道处面朝进口道设置电子显示屏一13，电子显示屏二14，电子显示屏三15，电子显示屏四16。如图4所示电子显示屏具体的控制方法为：
[0110]
1)东西方向
[0111]
①
采取“东西直行-东西左转”放行方式时：交叉口执行东西直行相位，交叉口东西直行方向信号灯显示绿灯，东西口电子显示13、15屏显示“直行车辆允许放行”，放行时间为g
1_5
，东西直行绿灯时间到达阈值后执行东西左转相位，东西直行方向信号灯显示红灯，东西左转方向信号灯显示绿灯，东西口电子显示屏13、15显示“左转车辆允许放行”，放行时间为g
2_6
，东西左转绿灯时间到达阈值后，东西左转方向信号灯显示红灯，东西口电子显示屏13、15显示“禁止通行”。
[0112]
②
采取“东口单放-西口单放”放行方式时：交叉口执行东口单放相位，东进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，东口电子显示屏13显示“禁止通行”，西口电子显示屏15显示“东口全部车辆允许放行”，放行时间为g
1_2
，东口单放绿灯时间到达阈值后执行西口单放相位，东进口直行、左转方向信号灯显示红灯，西进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，东口电子显示屏显示13“西口全部车辆允许放行”放行时间为g
5_6
，东口电子显示屏15显示“禁止通行”，西口单放绿灯时间到达阈值后，西口直行、左转方向信号灯等显示红灯，东西口电子显示屏13、15均显示“禁止通行”。
[0113]
2)南北方向
[0114]
①
采取“南北直行-南北左转”放行方式时：交叉口执行南北直行相位，交叉口南北直行方向信号灯显示绿灯，南北口电子显示14、16屏显示“直行车辆允许放行”，放行时间为g
3_7
，南北直行绿灯时间到达阈值后执行南北左转相位，南北直行方向信号灯显示红灯，南北左转方向信号灯显示绿灯，南北口电子显示屏14、16显示“左转车辆允许放行”，放行时间为g
4_8
，南北左转绿灯时间到达阈值后，南北左转方向信号灯显示红灯，南北口电子显示屏14、16显示“禁止通行”。
[0115]
②
采取“南口单放-北口单放”放行方式时：交叉口执行南口单放相位，南进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，南口电子显示屏14显示“禁止通行”，北口电子显示屏16显示“南口全部车辆允许放行”，放行时间为g
3_4
，南口单放绿灯时间到达阈值后执行北口单放相位，南进口直行、左转方向信号灯显示红灯，北进口直行、左转方向信号灯显示绿灯，南口电子显示屏显示14“北口全部车辆允许放行”，放行时间为g
7_8
，南口电子显示屏16显示“禁止通行”，北口单放绿灯时间到达阈值后，北口直行、左转方向信号灯等显示红灯，南北口电子显示屏14、16均显示“禁止通行”。
[0116]
本发明适用于设有单独左转车道的四相位对称放行十字交叉口，因此举例进行说明。
[0117]
如图4所示，假设交叉口四个方向进口车道与对应出口车道之间的夹角均为90
°
，路段限速60km/h，rfid检测器9、10、11、12检测距离均为200m，车长为5m，车辆间距为0.5m，车道宽度均为3.5m，排队车辆启动加速度为2m/s，驾驶员反应时间均为0.5s，启动延误为1.5s，四个进口人行横道22、23、24、25长度均为24m，四个左转导流线17、18、19、20均长30m，行人过街速度为1.2m/s，黄灯时间为3s，
[0118]
(1)计算各流向最短绿灯时间和最大绿灯时间
[0119]
以东进口为例，直行最短绿灯时间、最大绿灯时间分别为：
[0120][0121][0122]
左转最短绿灯时间、最大绿灯时间分别为：
[0123][0124][0125]
同理求解得西进口、南进口、北进口直行、左转车辆最短、最大绿灯时间。
[0126]
(2)东西方向
[0127]
假设检测到东口直行排队车辆数为15，东口左转排队车辆数为5，西口直行排队车辆数为20，西口左转排队车辆数为10，根据式(1)计算满足所有排队车辆通行需求所需的最短绿灯时间，计算结果向上取整。
[0128][0129][0130][0131][0132]
根据式(5)-式(10)，分别求解得采用“东西直行-东西左转”放行方式和“东口单放-西口单放”放行方式所需绿灯时间，分别为：g
1_5
＝51s；g
2_6
＝28s；g
1_2
＝39s；g
5_6
＝51s，均满足最短绿灯时间需求，均不超过最大绿灯时间。由于：
[0133]g1_2
+g
5_6
》g
1_5
+g
2_6
[0134]“东口单放-西口单放”放行方式所需绿灯时间大于“东西直行-东西左转”放行方式所需绿灯时间，因此该周期内东西方向采用“东西直行(51s)-东西左转(28s)”放行方式。
[0135]
(3)南北方向
[0136]
假设检测到南口直行排队车辆数为15，南口左转排队车辆数为10，北口直行排队车辆数为7，北口左转排队车辆数为5，根据式(1)计算满足所有排队车辆通行需求所需的最短绿灯时间，计算结果向上取整。
[0137][0138][0139][0140][0141]
根据式(5)及式(11)-式(15)，分别求解得采用“南北直行-南北左转”放行方式和“南口单放-北口单放”放行方式所需绿灯时间，分别为：g
3_7
＝39s；g
4_8
＝28s；g
3_4
＝39s；g
7_8
＝20s，均满足最短绿灯时间需求，均不超过最大绿灯时间。由于：
[0142]g3_4
+g
7_8
《g
3_7
+g
4_8
[0143]“南口单放-北口单放”放行方式所需绿灯时间小于“南北直行-南北左转”放行方式所需绿灯时间，因此该周期内东西方向采用“南口单放(39s)-北口单放(20s)”放行方式。
[0144]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0145]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于排队车辆数差异检测的信号控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，交叉口进口道处布设rfid检测器一(9)、rfid检测器二(10)、rfid检测器三(11)、rfid检测器四(12)分别检测各流向的排队车辆数；s2，检测交叉口东西进口直行、左转的排队车辆数，计算各流向所有排队车辆全部通过交叉口所需时间；s3，计算采取东西直行-东西左转放行方式所需的最短绿灯时间g
ew1
、东口单放-西口单放放行方式所需的绿灯时间g
ew2
；s4，比较g
ew1
和g
ew2
的大小，若g
ew1
≤g
ew1
，执行s5，否则执行s7；s5，东西直行允许放行，放行时间为g
1_5
，之后进入3s黄灯时间，转s6；s6，东西直行禁止放行，东西左转允许放行，放行时间为g
2_6
，之后进入3s黄灯时间，转s9；s7，东口直行、左转允许放行，放行时间为g
1_2
，之后进入3s黄灯时间，转s8；s8，东口禁止放行，西口直行、左转允许放行，放行时间为g
5_6
，之后进入3s黄灯时间，转s9；s9，检测交叉口南北进口直行、左转的排队车辆数，计算各流向所有排队车辆全部通过交叉口所需时间；s10，计算采取南北直行-南北左转放行方式所需的最短绿灯时间g
sn1
、东口单放-西口单放放行方式所需的绿灯时间g
sn2
；s11，比较g
sn1
和g
sn2
的大小，若g
sn1
≤g
sn2
，执行s12，否则执行s14；s12，南北直行允许放行，放行时间为g
3_7
，之后进入3s黄灯时间，转s13；s13，南北直行禁止放行，南北左转允许放行，放行时间为g
4_8
，之后进入3s黄灯时间，转s2；s14，南口直行、左转允许放行，放行时间为g
1_2
，之后进入3s黄灯时间，转s15；s15，南口禁止放行，北口直行、左转允许放行，放行时间为g
5_6
，之后进入3s黄灯时间，转s2。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，通过检测到的各进口道排队车辆数j
k
，根据驾驶员反应时间τ、车辆启动延误t
c
、车辆启动加速度a
c
、车长l、车辆间距d分别计算得到交叉口各流向排队车辆全部通过交叉口所需时间，具体为：其中，为j
k
辆车全部消散所需时间；j为进口道排队车辆数；i为进口道排队车辆标号；l
i
为第i辆车车长；式中k取1～8，分别代表交叉口的8个流向，其中1代表东口直行；2代表东口左转；3代表南口直行；4代表南口左转；5代表西口直行；6代表西口左转；7代表北口直行；8代表北口左转。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s3-s15中，放行方式和放行时间确定公式为：1)东西方向
m
e-w
＝sign(g
ew2-g
ew1
)＝sign[(g
1_5
+g
2_6
)-(g
1_2
+g
5_6
)]其中，m
e-w
为东西方向放行方式判断函数，sign(
·
)为符号函数，m
e-w
取1时，交叉口东西向采用“东口单放-西口单放”放行方式，放行时间分别为g
1_2
，g
5_6
；；m
e-w
取-1或0时，交叉口东西向采用“东西直行-东西左转”放行方式，放行时间分别为g
1_5
，g
2_6
；2)南北方向m
s-n
＝sign(g
sn2-g
sn1
)＝sign[(g
3_7
+g
4_8
)-(g
3_4
+g
7_8
)]其中，m
s-n
为南北方向放行方式判断函数，m
s-n
取1时，交叉口南北向采用“南口单放-北口单放”放行方式，放行时间分别为g
3_4
，g
7_8
；m
s-n
取-1或0时，交叉口南北向采用“南北直行-南北左转”放行方式，放行时间分别为g
3_7
，g
4_8
。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，包括限制条件：所有流向的放行时间均应不大于交叉口设置该流向允许的最大绿灯时间当任一相位时间到达时，自动切换下一相位；所有相位的放行时间均应不小于交叉口设置的最小绿灯时间当计算得到排队消散车辆能在之前消散完毕时，绿灯时间应延长到然后切换下一相位，具体为：其中，g
k
为k流向实际绿灯时间；各流向最小绿灯和最大绿灯时间计算公式为：各流向最小绿灯和最大绿灯时间计算公式为：各流向最小绿灯和最大绿灯时间计算公式为：式中：为各个直行流向最小绿灯时间；为各个左转流向最小绿灯时间；r
b
为各个进口道左转车道宽度；l
a
表示该进口道人行横道长度；l
m
表示rfid检测器的最大检测长度；v
p
表示行人过街速度；i表示设置的黄灯时间；l
b
表示该方向左转导流线长度；v
m
表示路段限速；int(
·
)为向下取整函数；θ
b
表示该流向进口车道与对应出口车道之间的夹角；详细地：θ2表示东进口左转车道与南口最里侧出口车道之间的夹角；θ4表示南进口左转车道与西口最里侧出口车道之间的夹角；θ6表示西进口左转车道与北口最里侧出口车道之间的夹角；θ8表示北进口左转车道与东口最里侧出口车道之间的夹角。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，在交叉口四个出口道处，面向进口
道设置led电子显示屏一(13)、led电子显示屏二(14)、led电子显示屏三(15)、led电子显示屏四(16)，用于对驾驶员进行操作提示；东西向：当交叉口执行“东西直行—东西左转”时，东西向led电子显示屏一(13)、led电子显示屏三(15)分别先后显示“直行车辆允许通行”、“左转车辆允许通行”；当交叉口执行“东口单放—西口单放”时，东口单放期间led电子显示屏三(15)显示“东口全部车辆允许通行”、西口单放期间led电子显示屏一(13)显示“西口全部车辆允许通行”；南北向：当交叉口执行“南北直行—南北左转”时，南北向led电子显示屏二(14)、led电子显示屏四(16)分别先后显示“直行车辆允许通行”、“左转车辆允许通行”；当交叉口执行“南口单放—北口单放”时，南口单放期间显示屏16显示“南口全部车辆允许通行”、北口单放期间led电子显示屏二(14)显示“北口全部车辆允许通行”，其余时间段内，各显示屏均显示“禁止通行”。6.一种根据权利要求1-5任一项所述方法的控制系统，其特征在于，包括rfid检测器、中心信号系统、交通信号控制机以及电子显示屏；中心信号系统分别和rfid检测器、交通信号控制机相连接，交通信号控制机输出分别连接电子显示屏和交叉口信号灯；rfid检测器，实时检测交叉口各流向进口道处的排队车辆数，并将检测数据发送给中心信号系统；中心信号系统，对采集到的排队车辆数据进行分析得到检测结果，并发送给交通信号控制机；交通信号控制机，根据中心信号系统的分析结果，对交叉口放行方式和放行时间进行调整，并将配时方案执行结果发送给中心信号系统；电子显示屏，用于提示各流向驾驶员何时允许通过交叉口，交叉口信号灯用于输出相应的灯色。

技术总结
本发明公开了一种基于排队车辆数差异检测的信号控制方法及控制系统，属于城市道路交通控制技术领域。根据不同流向的排队车辆数差异，计算通行所需绿灯时间，实时判断交叉口是否调整放行时间和放行方式。当“东西直行-东西左转”方式所需绿灯时间大于“东口单放-西口单放”放行方式所需时间时，调整该周期内东西向放行方式为：“东口单放-西口单放”，否则放行方式为：“东西直行-东西左转”；当“南北直行-南北左转”方式所需绿灯时间大于“南口单放-北口单放”放行方式所需时间时，调整该周期内南北向放行方式为：“南口单放-北口单放”，否则放行方式为：“南北直行-南北左转”。所有放行方式下各相位的放行时间均为通行所需绿灯时间。相位的放行时间均为通行所需绿灯时间。相位的放行时间均为通行所需绿灯时间。


技术研发人员：常玉林 赵磊 孙超 张鹏 王振
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/7/6