一种基于智能可变车道的交叉口控制方法与流程

1.本发明涉及交通技术领域，尤其是一种基于智能可变车道的交叉口控制方法。


背景技术：

2.经过多年的快速发展，当前我国机动车保有量约为3.48亿辆，在方便出行的同时，也出现了大量的交通拥堵现象。日益严重的交通拥堵问题，己经影响到城市的整体发展水平，缓解交通拥堵刻不容缓。大多数重点城市主城区范围内仍有不少交叉口由于渠化固定、设施老旧及智能化水平不高等原因，导致交叉口时空资源分配不合理，严重阻碍了交通，成为需要尽快解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于智能可变车道的交叉口控制方法，本发明的技术方案如下：
4.一种基于智能可变车道的交叉口控制方法，该方法包括：
5.根据布设的传感器采集到的数据和从第三方数据平台获取到的数据确定当前路段的路段交通数据；
6.对获取到的所有路段交通数据以及历史通行统计数据进行聚类分析确定车流流量数据，车流流量数据包括从上游交叉口流入的所有车辆在当前路段的进口道驶向各个行车方向的车流量；
7.控制当前路段的下游交叉口的信号控制机按照车流流量数据对应的信号配时方式工作；
8.根据每个行车方向的车流量以及各自对应的车流量阈值基于当前路段的进口道所包含的车道总数、确定各个行车方向对应的车道数量；
9.控制当前路段的进口道处的智能可变车道显示屏按照各个行车方向对应的车道数量显示每个车道对应的指示标识，每个车道对应的指示标识指示当前车道内的车辆沿着指示标识指示的行车方向按照进口道处的信号控制机驶入下游交叉口。
10.其进一步的技术方案为，路段交通数据包括当前路段的路段总车辆数、路段内各车道车辆数、路段内车辆类型统计数据、路段拥堵状态评估数据、交叉口关系数据以及路段内车辆导航数据中的至少一种。
11.其进一步的技术方案为，路段总车辆数、路段内各车道车辆数、路段内车辆类型统计数据以及路段内车辆导航数据根据布设的传感器采集到的数据获取得到；
12.其中，路段总车辆数基于上游交叉口和/或当前路段内布设的广域雷达采集得到，路段内各车道车辆数基于当前路段内布设的广域雷达采集得到，路段内车辆类型统计数据基于当前路段内布设的监控摄像头采集得到，路段内车辆导航数据基于当前路段内的路侧设备采集得到。
13.其进一步的技术方案为，路段拥堵状态评估数据以及交叉口关系数据基于从第三
方数据平台获取到的数据获取得到，第三方数据平台包括电子地图平台和/或在线打车平台；
14.其中路段拥堵状态评估数据通过从第三方数据平台获取到的从上游交叉口至下游交叉口的行驶速度和/或旅行时间确定得到；交叉口关系数据包括从电子地图平台获取到的交叉口连接关系以及交叉口间的距离。
15.其进一步的技术方案为，当基于路段总车辆数、路段内各车道车辆数和路段拥堵状态评估数据中的至少一种确定当前路段处于事故管制状态时，控制上游交叉口的路段的智能可变车道显示屏显示除驶入当前路段的行车方向所对应的指示标识之外的其他指示标识，并控制下游交叉口的信号控制机的信号配时方式使得放行当前路段的绿信时长最大。
16.其进一步的技术方案为，在第一预定时间段内，控制交叉口的信号控制机采用固定不变的预定信号配时方式、控制各个路段的智能可变车道显示屏按照固定不变的预定显示方式显示，第一预定时间段是路段内每个行车方向的车流量均小于各自对应的车流量阈值的时间段；
17.在第一预定时间段之外的时间段内，根据路段的车流流量数据控制对应的交叉口的信号控制机的信号配时方式以及智能可变车道显示屏的显示方式。
18.其进一步的技术方案为，对获取到的所有路段交通数据以及历史通行统计数据进行聚类分析确定车流流量数据，包括：
19.在对获取到的所有路段交通数据以及历史通行统计数据进行聚类分析时，采用层次聚类算法分析车辆之间的时空分布特征的相关性，确定当前路段内每个行车方向的车流量，在使用层次聚类算法时，通过两个簇之间的最小距离和/ 或最大距离和/或平均距离对两个簇进行合并更新。
20.其进一步的技术方案为，信号控制机所采用的与车流流量数据对应的不同的信号配时方式包括相位数量不同、相位的相序不同、各个相位的绿信时长不同中的至少一种。
21.其进一步的技术方案为，智能可变车道显示屏所显示的每个指示标识指示单个行车方向、则对应的车道为单行车方向专用车道，或者同时指示至少两个行车方向、则对应的车道为多行车方向共用车道。
22.其进一步的技术方案为，控制平台在根据车流流量数据确定各个行车方向对应的车道数量、确定智能可变车道显示屏的显示方式后，将显示方式直接发送给智能可变车道显示屏，或者，发送给当前路段对应的信号控制机、由信号控制机转发给智能可变车道显示屏。
23.本发明的有益技术效果是：
24.本技术公开了一种基于智能可变车道的交叉口控制方法，充分考虑交叉口的实际交通状态，依托互联网大数据和第三方地图数据，结合传感器监测数据充分发掘时空资源以控制全可变车道路段上的智能可变车道显示屏的显示内容，实现车道的切换和信号配时方式的调整，该方法不仅可以解决由于原有施化固定标线而导致的拥堵问题，还可以减小传统可变车道依托固定时段或者人为切换所带来的局限性和效率低下的问题，从而可以提升交叉口智能化水平、提高交叉口通行效率。
附图说明
25.图1是本技术公开的交叉口控制方法的方法流程图。
26.图2是本技术的方法所应用的道路交叉口的场景示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
28.本技术公开了一种基于智能可变车道的交叉口控制方法，请参考图1所示的流程图，该方法包括如下步骤：
29.步骤1，根据布设的传感器采集到的数据和从第三方数据平台获取到的数据确定当前路段的路段交通数据。该步骤通常由路网系统的控制平台执行，在本技术路网系统中，局部示意图请参考图2，车辆从上游交叉口驶入路段、并驶入下游交叉口，图上驶出了由北向南路段的上游交叉口和下游交叉口，路段内布设各类传感器，主要包括广域雷达1以及还可能包括的监控摄像头等等，路段的进口道划分有多个车道、图2以划分有5个车道为例，所有车道均为可变车道、也即没有固定的行车方向，路段的进口道处设置智能可变车道显示屏 2，智能可变车道显示屏2连接至控制平台，可以直接连接或者通过信号控制机 3连接到控制平台，智能可变车道显示屏2上显示若干指示标识，通常是对应每个车道显示一个指示标识，且每个车道对应显示的指示标识的类型根据控制平台的指令可变，比如图2所示，由于路段的进口道划分有5个车道，因此智能可变车道显示屏2可以显示5个指示标识。
30.控制平台连接各类传感器和第三方数据平台获取数据，且控制平台具有自己的云端数据库，可以将采集或处理得到的数据存储在云端数据库中，也可以读取云端数据库中已存储的各类数据进行使用。
31.在本技术中，路段交通数据包括当前路段的路段总车辆数、路段内各车道车辆数、路段内车辆类型统计数据、路段拥堵状态评估数据、交叉口关系数据以及路段内车辆导航数据中的至少一种。
32.路段总车辆数、路段内各车道车辆数、路段内车辆类型统计数据以及路段内车辆导航数据根据布设的传感器采集到的数据获取得到：路段总车辆数基于上游交叉口和/或当前路段内布设的广域雷达采集得到。路段内各车道车辆数基于当前路段内布设的广域雷达采集得到，实际可以采集得到各个车道内车辆数和排队长度等等，采集频率根据实际需要配置，可以按照1min、3min、5min、 15min、30min和60min等频率进行采集。路段内车辆类型统计数据基于当前路段内布设的监控摄像头采集得到，车辆类型包括公交车、货车和小轿车等等，利用图像识别技术即可确定车辆对应的车辆类型，从而确定每种车辆类型的统计数据。路段内车辆导航数据基于当前路段内的路侧设备采集得到，路段内车辆导航数据包括车辆的实时位置和导航路线等等，路侧设备与装载有车路协同设备obu的车辆配合使用即可获取路段内车辆导航数据。
33.路段拥堵状态评估数据以及交叉口关系数据基于从第三方数据平台获取到的数据获取得到，第三方数据平台包括电子地图平台和/或在线打车平台：路段拥堵状态评估数据通过从第三方数据平台获取到的从上游交叉口至下游交叉口的行驶速度和/或旅行时间确定得到，可以根据行驶速度和/或旅行时间划分等级确定对应的拥堵状态评估结果，比如事故、溢出、极度拥堵、非常拥堵、拥堵、一般拥堵、缓行、畅通、交通管制等等。交叉口关系数
据包括从电子地图平台获取到的交叉口连接关系以及交叉口间的距离。
34.除此之外，控制平台还可以从自身的云端数据库中获取到当前路段的上下游交叉口的信号控制机的信号配时方式以及历史通行统计数据，历史通行统计数据通常是历史获取到的路段交通数据及进一步处理得到的数据。
35.步骤2，对获取到的所有路段交通数据以及历史通行统计数据进行聚类分析确定车流流量数据，车流流量数据包括从上游交叉口流入的所有车辆在当前路段的进口道驶向各个行车方向的车流量。
36.在本技术中，在对所有路段交通数据进行聚类分析时，采用层次聚类算法分析车辆之间的时空分布特征的相关性，确定当前路段内每个行车方向的车流量，在使用层次聚类算法时，通过两个簇之间的最小距离和/或最大距离和/或平均距离对两个簇进行合并更新。
37.该步骤建立层次聚类算法(agent)试图在不同层次对数据进行划分，从而形成树形的聚类结构。数据集的划分可采用“自底向上”的聚合策略，也可以采用“自顶向下”的分拆策略，比如采用自底向上的层次聚类算法，首先将先将数据集中的每个样本看作一个初始聚类簇，然后在算法运行的每一步中找出距离最近的两个聚类簇进行合并，该过程不断的重复，直到达到预设的聚类簇个数。在计算两个簇之间的距离时，可以计算两个簇的最近的样本之间的距离得到最小距离，或者计算两个簇的最远的样本之间的距离得到最大距离，或者计算两个簇的所有样本之间的距离取平均值得到平均距离。为了使得聚类结果更准确，可进行循环多次聚类。
38.步骤3，控制当前路段的下游交叉口的信号控制机按照车流流量数据对应的信号配时方式工作。信号控制机所采用的与车流流量数据对应的不同的信号配时方式包括相位数量不同、相位的相序不同、各个相位的绿信时长不同中的至少一种。不同车流流量数据所对应的信号配时方式可以预先配置，比如当确定车流流量数据较小、也即各个行车方向的车流量都较小时，可以采用两相位信号配时方式，当确定车流流量数据较大、也即各个行车方向的车流量都较大时，可以采用四相位信号配时方式。
39.步骤4，根据每个行车方向的车流量以及各自对应的车流量阈值基于当前路段的进口道所包含的车道总数、确定各个行车方向对应的车道数量，每个行车方向对应一条或多条车道，且每个行车方向对应的一条车道可以独享或者与其他行车方向共享。
40.每个行车方向可以按照车流量和车流量阈值之间的不同关系划分对应的车道数量。比如可以按照车流量与车流量阈值的比值划分车道数量，例如对于右转方向，假设右转车流量与右转车流量阈值的比值即为右转车流阈值zr，可以配置右转车流阈值zr在0～1之间时设置一条直右共享车道，右转车流阈值zr 在0～1大于1时设置一条独享右转车道。不同的形成方向对车道数量的划分方式相同或不同，比如对于右转方向按上述方式划分，而对于直行方向，配置直行车流阈值zs小于1时设置一条独享直行车道，当直行车流阈值zs在1～2之间时至少设置两条独享直行车道，当直行车流阈值zs在2～3之间时至少设置两条、至多设置三条独享直行车道，当直行车流阈值zs大于3时至多设置三条独享直行车道且可以通过其他方式调整，比如可以通过设置直左共享车道和直右共享车道调整。
41.不同行车方向的车辆数量的划分方式可以预先自定义配置，同时每个路段的进口道所包含的车道总数也是预先确定规划好的，因此在车道总数的限制下，可以协调各个行
车方向的车辆数量从而确定得到各个行车方向的车道数量。
42.步骤5，控制当前路段的进口道处的智能可变车道显示屏按照各个行车方向对应的车道数量显示每个车道对应的指示标识。
43.在本技术中，控制平台在根据车流流量数据确定各个行车方向对应的车道数量、确定智能可变车道显示屏的显示方式后，将显示方式直接发送给智能可变车道显示屏，或者，发送给当前路段对应的信号控制机、由信号控制机转发给智能可变车道显示屏。
44.每个车道对应的指示标识指示当前车道内的车辆沿着指示标识指示的行车方向按照进口道处的信号控制机驶入下游交叉口。其中，智能可变车道显示屏所显示的每个指示标识指示单个行车方向、则对应的车道为单行车方向专用车道，或者同时指示至少两个行车方向、则对应的车道为多行车方向共用车道。
45.本技术在上述应用过程中，还包括特殊控制方式，当基于路段总车辆数、路段内各车道车辆数和路段拥堵状态评估数据中的至少一种确定当前路段处于事故管制状态时，控制上游交叉口的路段的智能可变车道显示屏显示除驶入当前路段的行车方向所对应的指示标识之外的其他指示标识，并控制下游交叉口的信号控制机的信号配时方式使得放行当前路段的绿信时长最大。具体的显示方式可以按需要有多种配置，比如当西进口的路段处于事故管制状态，可以控制对向的东进口显示除指示直行的指示标识之外的其他指示标识，至少包括如下几种具体显示方式，实际可以以其中任意一种进行显示：
46.(1)东进口可变车道显示分别为掉头、左转、左转、右转、右转和西进口可变车道显示左转、左转、直行、直行、右转。
47.(2)东进口可变车道显示分别为掉头、左转、左转、右转、右转和西进口可变车道显示左转、左转、直行、直行、右转。
48.(3)东进口可变车道显示分别为掉头、左转、左转、右转、右转和西进口可变车道显示左转、左转、直行、直行、直行右转共用。
49.(4)东进口可变车道显示分别为掉头、左转、左转、右转、右转和西进口可变车道显示左转、直行、直行、直行、右转。
50.从而可以避免东进口的路段的车辆直行驶入西进口造成进一步车辆积压，另外可以配置使用四相位放行(西进口放行(绿信比较高)、东进口放行(绿信比较低)、南北直行(绿信比较低)、南北左转(绿信比较低))或三相位放行(西进口放行(绿信比较高)、东进口放行(绿信比较低)、南北合放(绿信比较低))，从而快速放行西进口的车辆驶离，从而可以实现“缓进快出”控制策略。
51.另外可选的，本技术提供的上述方法可以全天性执行，或者分时段执行，当分时段执行时：在第一预定时间段内，控制交叉口的信号控制机采用固定不变的预定信号配时方式、控制各个路段的智能可变车道显示屏按照固定不变的预定显示方式显示，第一预定时间段是路段内每个行车方向的车流量均小于各自对应的车流量阈值的时间段。比如常规的可以配置晚22点至凌晨6点，在该时段内车流量较小，因此可以不采用上述方法进行调节，预定信号配时方式和预定显示方式可以预先配置，比如可以预先设置预定信号配时方式为两相位控制方式(东西合放、南北合放)，预定显示方式为交叉口的东进口左转、左转、直行、直行、右转；西进口左转、左转、直行、直行、右转。
52.而在第一预定时间段之外的时间段内，也即车流量通常较大的时间段内，则采用
上述方法根据路段的车流流量数据控制对应的交叉口的信号控制机的信号配时方式以及智能可变车道显示屏的显示方式，根据车流情况动态调整交叉口放行方式，以提高通行效率。
53.本技术在控制交叉口交通时，信号控制机和智能可变车道显示屏相互协调，具有多种具体的组合控制方式，本技术以如下一个实例进行说明，假设掉头、左转、直行和右转在车流量与车流量阈值的关系不同时的车道数量划分方式如下配置：
54.1、掉头车流阈值zr判定：
55.(1)若掉头车流阈值zr无限趋近于0，无需考虑掉头车辆。
56.(2)若掉头车流阈值zr介于0-0.5之间，可以考虑增设掉头左转混用车道，共同使用，提高通行效率。
57.(3)若掉头车流阈值zr介于0.5-1.0之间，可以考虑增设掉头专用车道。
58.(4)若掉头车流阈值zr大于1.0，可以考虑增设掉头专用车道并增加渠化提前掉头设计。
59.2、左转车流阈值zl判定：
60.(1)若左转车流阈值zl小于1.0，至少保留一条左转车道。
61.(2)若左转车流阈值zl介于1.0-2.0之间，至少保留2条左转车道。
62.(3)若左转车流阈值zl介于2.0-3.0之间，至少保留2条左转车道,至多可以设置3条左转车道。
63.(4)若左转车流阈值zl大于3.0，至多可以设置3条左转车道，同时通过其他方式调整。
64.3、直行车流阈值zs判定：
65.(1)若直行车流阈值zs小于1.0，至少保留一条直行车道。
66.(2)若直行车流阈值zs介于1.0-2.0之间，至少保留2条直行车道。
67.(3)若直行车流阈值zs介于2.0-3.0之间，至少保留2条直行车道,至多可以设置3条直行车道。
68.(4)若直行车流阈值zs大于3.0，至多可以设置3条直行车道，同时通过其他方式调整。
69.4、右转车流阈值zr判定：
70.(1)若右转车流阈值zr介于0-1.0之间，可以考虑使用直行右转共用车道。
71.(2)若右转车流阈值zr大于1.0，至少保留1条右转专用车道。
72.假设当前路段的进口道共有5个车道，在高峰时段采用四相位相序的信号配时方式(南北直行、南北左转、东西直行、东西左转)，则实际交叉口的配合放行组合方式可以如下：
73.1、相序采用掉头(1)或掉头(2)、左转(1)、直行(1)、右转(1) 组合。进道口配置为1左转掉头共用车道+3直行车道+1右转车道、1左转掉头共用车道+1左转车道+2直行车道+1右转车道、2左转车道+2直行车道+1直行右转共用车道。
74.2、相序采用掉头(1)或掉头(2)、左转(2)或左转(3)、直行(2) 或直行(3)、右转(1)组合。进道口配置为2左转车道+2直行车道+1右转车道、2左转车道+2直行车道+1直行右转共用车道。
75.3、相序采用掉头(1)或掉头(2)、左转(3)或左转(4)、直行(3) 或直行(4)、右转(1)组合。进道口配置为3左转车道+1直行车道+1直行右转共用车道、2左转车道+2直行车道+1直行右转共用车道。
76.4、相序采用掉头(3)或掉头(4)、左转(2)或左转(3)、直行(2) 或直行(3)、右转(1)组合。进道口配置为1掉头车道+2左转车道+1直行车道+1直行右转共用车道。
77.5、相序采用掉头(3)或掉头(4)、左转(3)或左转(4)、直行(3) 或直行(4)、右转(2)组合。进道口配置为1掉头车道+2左转车道+1直行车道+1直行右转共用车道。
78.而在平峰时段采用三相位相序的信号配时方式(东西合放、南北直行、南北左转)时，实际交叉口的配合放行组合方式可以如下：
79.1、相序采用掉头(1)或掉头(2)、左转(1)、直行(1)、右转(1) 组合。可变车道显示为1左转掉头共用车道+3直行车道+1右转车道、1左转掉头共用车道+1左转车道+2直行车道+1右转车道、2左转车道+2直行车道+1直行右转共用车道。
80.2、相序采用掉头(1)或掉头(2)、左转(2)或左转(3)、直行(2) 或直行(3)、右转(1)组合。进道口配置为2左转车道+2直行车道+1右转车道、2左转车道+2直行车道+1直行右转共用车道、1左转车道+1直行左转共用车道+2直行车道+1右转车道。
81.3、相序采用掉头(1)或掉头(2)、左转(3)或左转(4)、直行(3) 或直行(4)、右转(1)组合。进道口配置为3左转车道+1直行车道+1直行右转共用车道、2左转车道+2直行车道+1直行右转共用车道，2左转车道+1直行左转共用车道+1直行车道+1直行右转共用车道。
82.4、相序采用掉头(1)、左转(1)、直行(3)、右转(2)组合。进道口配置为1直行左转共用车道+2直行车道+2右转车道。
83.5、相序采用掉头(3)或掉头(4)、左转(2)或左转(3)、直行(2) 或直行(3)、右转(1)组合。进道口配置为1掉头车道+2左转车道+1直行右转共用车道+1右转车道，1掉头车道+2左转车道+1直行车道+1直行右转共用车道，1掉头车道+1左转车道+1直行左转共用车道+1直行车道+1直行右转公用车道。
84.6、相序采用掉头(3)或掉头(4)、左转(3)或左转(4)、直行(3) 或直行(4)、右转(2)组合。进道口配置为1掉头车道+2左转车道+1直行车道+1直行右转共用车道，1掉头车道+1左转车道+1直行左转公用车道+1直行车道+1直行右转公用车道。
85.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。