一种基于动态绿波的特种车辆信号优先方法与流程

1.本发明涉及城市智能交通信号控制技术领域，尤其涉及一种基于动态绿波的特种车辆信号优先方法。


背景技术：

2.警车、消防车、救护车、工程救险车等特种车辆承担着火灾抢险、抢救病人等社会职能，在关乎公民生命财产的特殊事务应急处置中，特种车辆需要与时间赛跑，安全、快速地通行至目的地，因此法律层面也规定给予特种车辆明确的优先权。然而长期以来，交通拥堵作为城市管理者和市民的棘手问题，不仅极大地影响广大市民的顺畅出行，还严重阻碍特种车辆的任务执行。在当前繁忙拥堵的现实交通环境状况下，特种车辆在利用优先通行权履行特殊使命时，存在安全“忧虑”和无奈的拥堵，依据法律保障享有的优先通行权，在现实中难以得到有效实施。
3.在动态绿波场景中，车辆能够在指定的交通线路上根据特定车速到达每个路口时，正好遇到绿灯，给车辆驾驶员直观的体验就是“最多停一次”。基于动态绿波的特种车辆信号优先方法，能够根据特种车辆的行驶路线，分析路线上各路口各通行方向的实际交通需求，动态选择关键交叉口，优化绿波控制的周期、绿信比等参数，动态调整协调控制方案并快速执行，实现智能化、精细化的绿波管控，具有很好的社会应用价值。
4.例如，中国专利申请号：cn201210556100.3，该发明基于集成gps定位模块的终端设备与对外开放接口的信号控制系统，构建了一种特种车辆信号优先控制系统，并依托智能移动终端和b/s架构分别为现场用户和指挥中心用户提供特种车辆信号优先控制的各类应用及管理服务。该发明中特征车辆在交通运行状态下通行还是不够快速。


技术实现要素：

5.本发明主要解决了特种车辆在实际交通运行状态下的快速通行需求，提供了一种基于动态绿波的特种车辆信号优先方法，实现了交通状态监测、车辆实时追踪、特种车辆优先通行功能，通过动态绿波的快速执行，为特种车辆实时动态地开辟了安全绿色通道。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明提供了一种基于动态绿波的特种车辆信号优先方法，包括以下步骤：
8.s1动态划分交通小区；
9.s2确定关键路口；
10.s3计算公共周期；
11.s4清空路口车辆；
12.s5特种车辆动态绿波；
13.作为优选，步骤s1包括s1.1路口关联度计算；根据距离适当、流量相关和周期相近三个原则得出待划分区域中各个路口关联度；
14.s1.2路段匹配度计算；根据道路等级、车道数目、路段流量计算得出待划分区域中
各个路段匹配度；
15.s1.3子区划分；基于路口关联度模块中计算出的各路口关联度和路段匹配度模块中计算出的各路段匹配度，构建交通子区划分模型，继而得到子区划分方案。
16.作为优选，所述步骤s2：根据特种车辆路径构建的交通小区，计算各个路口的拥堵指数，从所有路口中选择拥堵指数最大的路口作为关键交叉口。其中路口拥堵指数计算公式如下：
[0017][0018]
yj＝max(y
j，k
)
[0019][0020]
其中，y
j，k
为相位j中k流向的拥堵指数，yj为相位j的饱和度，n 为路口i包含的相位个数。
[0021]
作为优选，所述步骤s3根据关键路口饱和度与最佳拥堵指数区间的关系计算公共周期。
[0022]
作为优选，所述步骤s4包括s4.1预估排队车辆数；
[0023]
由排队长度检测器获取到特种车辆行驶方向的排队长度为la，根据路段上行驶的网联车辆提供实时位置和速度信息，设车辆排队时的速度阈值为v
th
，则尾部最后一辆速度vi＜v
th
的网联车辆距离停车线的距离di记为网联排队长度lc：
[0024]
lc＝max{di|vi≤v
th
，i＝1，...，n}
[0025]
取检测排队长度和网联排队长度中较大值的作为路口排队长度 l：
[0026]
l＝max{la，lc}
[0027]
作为优选，所述步骤s4包括s4.2计算排队全部消散时间；
[0028]
根据排队长度和队列内部网联车辆的平均速度实时计算排队车辆全部消散所需的时长tq：
[0029][0030]
作为优选，所述步骤s4包括s4.3预测车辆到达路口时间；
[0031]
特种车辆距离停车线距离为ds，特种车辆运行速度为vs，计算特种车辆到达路口的通行时长ts：
[0032]
ts＝ds/vs[0033]
作为优选，所述步骤s4包括s4.4绿灯提前启亮清空路口车辆；
[0034]
结合步进和跳相操作达到绿灯提前启亮，满足特种车辆优先需求，绿灯提前启亮时间为：
[0035]
tg＝t
q-ts[0036]
作为优选，所述步骤s5包括s5.1特种车辆相对位置判断；
[0037]
将特种车辆的实时位置和行驶路径进行匹配，判断特种车辆即将驶入的路口并计算相对路口的距离。
[0038]
作为优选，所述步骤s5包括根据特种车辆实时速度和路段实时流量，将特种车辆
实时速度和路段平均速度的较小值作为参考速度，结合各个路段的流量，运用maxband图解法计算信号绿灯时间、带宽和相位差。
[0039]
本发明的优点是：
[0040]
(1)本发明采用了交通子区动态划分技术，针对城市道路网络交通流供需在时间和空间分布上的不均匀和不匹配性，动态划分交通子区可以减少交通系统控制与管理的复杂性，提高系统效能和可靠性。
[0041]
(2)本发明利用特种车辆的实时状态，配合精准的信号控制策略，实现路口响应特种车辆前刚好清空排队车辆，一方面保障特种车辆安全、无障碍通过，另一方面把对路口社会车辆的通行干扰降到最低。
附图说明
[0042]
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
[0043]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不限定本发明。
[0044]
实施例：如图1所示，本发明提供了一种基于动态绿波的特种车辆信号优先方法，包括以下步骤：
[0045]
s1动态划分交通小区；
[0046]
根据特种车辆路径及路网静态地理信息数据，按照路口规模、道路属性动态划分多个临时交通子区，保证每个交通子区大小适中，且容易实现绿波方案。
[0047]
作为优选，所述的步骤s1动态划分交通小区包括以下步骤：
[0048]
s1.1路口关联度计算；根据距离适当、流量相关和周期相近三个原则得出待划分区域中各个路口关联度；
[0049]
s1.2路段匹配度计算；根据道路等级、车道数目、路段流量计算得出待划分区域中各个路段匹配度；
[0050]
s1.3子区划分；基于路口关联度模块中计算出的各路口关联度和路段匹配度模块中计算出的各路段匹配度，构建交通子区划分模型，继而得到子区划分方案。
[0051]
s2确定关键路口；
[0052]
跟据特种车辆路径构建的交通小区，计算各个路口的拥堵指数，从所有路口中选择拥堵指数最大的路口作为关键交叉口。
[0053]
其中路口拥堵指数计算公式如下：
[0054][0055]
yj＝max(y
j，k
)
[0056][0057]
其中，y
j，k
为相位j中k流向的拥堵指数，yj为相位j的饱和度，n为路口i包含的相位个数。
[0058]
s3计算公共周期；
[0059]
根据关键路口饱和度与最佳拥堵指数区间的关系计算公共周期。作为优选，所述的步骤s3计算公共周期包括以下3个计算分支：
[0060]
s3.1 xi≤x
min
，则t
out
为t[m]列表中t
in-tm＞0且t
in-tm最小对应的周期值；
[0061]
s3.2 xi≥x
max
，则t
out
为t[m]列表中t
m-t
in
＞0且t
m-t
in
最小对应的周期值；
[0062]
s3.3 x
min
＜xi＜x
max
，则t
out
为t[m]列表中|t
m-t
in
|最小的周期值，若存在多个最小值，则取大值。
[0063]
其中，xi为关键路口i的饱和度，t
in
为关键路口预置周期时长，t[m] 为关键路口待选周期列表，m为周期个数，x
min
为周期选择最佳饱和度区间最小值，x
max
为周期选择最佳饱和度区间最大值，t
out
为子区公共周期时长。
[0064]
s4清空路口车辆；
[0065]
作为优选，所述的步骤s4清空路口车辆包括以下步骤：
[0066]
s4.1预估排队车辆数；
[0067]
由排队长度检测器获取到特种车辆行驶方向的排队长度为la，根据路段上行驶的网联车辆提供实时位置和速度信息，设车辆排队时的速度阈值为v
th
，则尾部最后一辆速度vi＜v
th
的网联车辆距离停车线的距离di记为网联排队长度lc：
[0068]
lc＝max{di|vi≤v
th
，i＝1，...，n}
[0069]
取检测排队长度和网联排队长度中较大值的作为路口排队长度 l：
[0070]
l＝max{la，lc}
[0071]
s4.2计算排队全部消散时间；
[0072]
根据排队长度和队列内部网联车辆的平均速度实时计算排队车辆全部消散所需的时长tq：
[0073][0074]
s4.3预测车辆到达路口时间；
[0075]
特种车辆距离停车线距离为ds，特种车辆运行速度为vs，计算特种车辆到达路口的通行时长ts：
[0076]
ts＝ds/vs[0077]
s4.4绿灯提前启亮清空路口车辆；
[0078]
结合步进和跳相操作达到绿灯提前启亮，满足特种车辆优先需求，绿灯提前启亮时间为：
[0079]
tg＝t
q-ts[0080]
s5特种车辆动态绿波；
[0081]
作为优选，所述的步骤s5特种车辆动态绿波包括以下步骤：
[0082]
s5.1特种车辆相对位置判断；
[0083]
将特种车辆的实时位置和行驶路径进行匹配，判断特种车辆即将驶入的路口并计算相对路口的距离。
[0084]
s5.2计算信号绿灯时间及相位差；
[0085]
根据特种车辆实时速度和路段实时流量，将特种车辆实时速度和路段平均速度的
较小值作为参考速度，结合各个路段的流量，运用maxband 图解法计算信号绿灯时间、带宽和相位差。
[0086]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本技术领域的人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。