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1、(10)申请公布号 CN 103366567 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103366567 A *CN103366567A* (21)申请号 201310258386.1 (22)申请日 2013.06.25 G08G 1/01(2006.01) G08G 1/065(2006.01) (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路 866 号 (72)发明人 祁宏生 王殿海 叶盈 孙锋 马东方 金盛 韦薇 (74)专利代理机构 杭州中成专利事务所有限公 司 33212 代理人 周世骏 (54) 发明名称 城市交通堵塞扩散范围估计方法 (57。
2、) 摘要 本发明涉及城市交通管理技术， 旨在提供一 种城市交通堵塞扩散范围估计方法。该方法是对 于上溯的影响提出影子信号的概念， 从而路网中 存在三种信号 ： 实际信号、 等效信号和影子信号 ； 其中， 实际信号是指信号灯实际显示的信号参数 ； 等效信号是指上溯的排队的效应， 如果排队上溯， 则等效信号灯为红色 ； 如果上溯的排队消散， 则 等效信号灯为绿灯 ； 影子信号是指实际信号和等 效信号的叠加， 车辆能否前进取决于影子信号。 本 发明仅需利用线圈检测器， 实时获取路网车道的 流量 ； 计算方法简单， 对硬件要求不高 ； 用流量数 据和绿信比值判断排队溢出与拥堵扩散， 简单易 懂。 (5。
3、1)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103366567 A CN 103366567 A *CN103366567A* 1/1 页 2 1. 一种城市交通堵塞扩散范围估计方法， 包括通过检测器获取更新路网中各路段的流 量数据 ； 其特征在于， 对于上溯的影响提出影子信号的概念， 从而路网中存在三种信号 ： 实 际信号、 等效信号和影子信号 ； 其中， 实际信号是指信号灯实际显示的信号参数 ； 等效信号 是指上溯的排队的效应， 如果排队上溯。
4、， 则等效信号灯为红色 ； 如果上溯的排队消散， 则等 效信号灯为绿灯 ； 影子信号是指实际信号和等效信号的叠加， 车辆能否前进取决于影子信 号 ； 通过使用影子信号来描述下述情况 ： 当实际信号灯为绿时， 如果等效信号灯为红车辆 也无法通过， 相当于车辆仍然被红灯阻挡 ； 以路段的集合 CLt来表示每个时段 t 的交通拥堵范围， 并且每个时段进行实时更新， 每 个时段间隔取 t=5 分钟 ； 该方法具体包括以下步骤 ： （1） 系统初始化 将每个时段的拥挤范围路段集表示为一个集合， 将方法应用的开始时刻， 拥挤集合初 始化为空集 CLt= ； （2） 路网流量获取 通过检测器获取更新路网中所。
5、有路段的流量数据 qit， i=1,2n， i 表示路段的编号 ； （3） 过饱和判断 令 j=1， 根据路段流量数据 qjt以及交叉口信号配时参数绿信比 jt判断路段 j 的过饱 和临界性条件 ： 如果 qjt Sjt， 说明该路段不会发生拥挤， 转到步骤 （6） ； 如果 qjtSjt， 那么该路段会发生排队上溯情况， 则计算排队上溯所需的时间 Ljkjam/ (qjt-Sjt)， 排队上溯所需的时段数目为； 因此， 在时段 t+ c， 连 线 j 为拥挤连线， 更新 CLt+ c=CLt+ c j ； 所述 jt=gj/Cj， Cj为该连线所流入的交叉口的周期时长， gj为绿灯时间 ； 。
6、S 为饱和流 率， 是固定的参数 ； Lj是路段的长度， kjam为堵塞密度， 均为固定的参数 ； 符号表示向下取 整 ； （4） 上溯影响确定 分析上溯路段 j 影响的车道， 确定受影响的路段集合 ； 对于每个受影响的连线 m， 通过 影子信号确定每个车道或者连线的绿信比 t+ c+1 v,m， 作为下一个时段判断该连线 是否饱和的绿信比， 即 t+ c+1 m=t+ c+1 v,m ； （5） 如果路网中的所有路段都已经遍历， 则至转至步骤 （7） ； 否则令 j=j+1， 返回步骤 （3） ； （6） 令 t=t+1， 转到步骤 （2） 。 权 利 要 求 书 CN 103366567 。
7、A 2 1/4 页 3 城市交通堵塞扩散范围估计方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于城市交通管理中的交通堵塞扩散范围估计方法， 具体来说是 涉及利用检测器数据、 路网拓扑结构数据、 信号参数对城市路网中产生的交通堵塞扩散范 围进行估计的一种方法。 背景技术 0002 路网交通拥堵扩散范围的估计是进行有效合理的交通拥挤疏堵的前提， 路网拥堵 首先是从孤立的路段产生的， 向相邻的路段扩散， 最终扩散到整个路网。 而路段是否发生排 队上溯是表征路段拥堵的一个重要指标， 简单直观。 但排队上溯问题所涉及的参数多， 与交 叉口配时方案以及路段的结构都相关。目前， 城市交通拥堵扩散估计方法主要利用。
8、高速公 路或者快速路的交通波方法、 累计曲线方法， 这些方法前提假设苛刻， 无法应用到城市路网 中。 发明内容 0003 本发明要解决的技术问题是， 克服现有的估计方法不能准确估计城市路网交通拥 堵扩散范围的问题。本发明提出了一种新的路网交通拥堵扩散估计方法， 该方法根据检测 器检测的实时流量数据、 路网拓扑结构以及各交叉口的信号配时方案， 能够准确估计路网 的拥堵范围。 0004 为解决技术问题， 本发明的解决方案是 ： 0005 提供一种城市交通堵塞扩散范围估计方法， 包括通过检测器获取更新路网中各路 段的流量数据对于上溯的影响提出影子信号的概念， 从而路网中存在三种信号 ： 实际信号、 。
9、等效信号和影子信号 ； 其中， 实际信号是指信号灯实际显示的信号参数 ； 等效信号是指上 溯的排队的效应， 如果排队上溯， 则等效信号灯为红色 ； 如果上溯的排队消散， 则等效信号 灯为绿灯 ； 影子信号是指实际信号和等效信号的叠加， 车辆能否前进取决于影子信号 ； 通 过使用影子信号来描述下述情况 ： 当实际信号灯为绿时， 如果等效信号灯为红车辆也无法 通过， 相当于车辆仍然被红灯阻挡 ； 0006 以路段的集合 CLt来表示每个时段 t 的交通拥堵范围， 并且每个时段进行实时更 新， 每个时段间隔取 t=5 分钟 ； 0007 该方法具体包括以下步骤 ： 0008 （1） 系统初始化 00。
10、09 将每个时段的拥挤范围路段集表示为一个集合， 将方法应用的开始时刻， 拥挤集 合初始化为空集 CLt= ； 0010 （2） 路网流量获取 0011 通过检测器获取更新路网中所有路段的流量数据 qit， i=1,2n， i 表示路段的 编号 ； 0012 （3） 过饱和判断 说 明 书 CN 103366567 A 3 2/4 页 4 0013 令 j=1， 根据路段流量数据 qjt以及交叉口信号配时参数绿信比 jt判断路段 j 的 过饱和临界性条件 ： 0014 如果 qjt Sjt， 说明该路段不会发生拥挤， 转到步骤 （6） ； 0015 如果 qjtSjt， 那么该路段会发生排队上。
11、溯情况， 则计算排队上溯所需的时间 Ljkjam/(qjt-Sjt)， 排队上溯所需的时段数目为； 因此， 在时段 t+ c， 连线 j 为拥挤连线， 更新 CLt+ c=CLt+ c j ； 0016 所述 jt=gj/Cj， Cj为该连线所流入的交叉口的周期时长， gj为绿灯时间 ； S 为饱和 流率， 是固定的参数 ； Lj是路段的长度， kjam为堵塞密度， 均为固定的参数 ； 符号表示向下 取整 ； 0017 （4） 上溯影响确定 0018 分析上溯路段 j 影响的车道， 确定受影响的路段集合 ； 对于每个受影响的连线 m， 通过影子信号确定每个车道或者连线的绿信比 t+ c+1 v。
12、,m， 作为下一个时段判断该 连线是否饱和的绿信比， 即 t+ c+1 m=t+ c+1 v,m ； 0019 （6） 如果路网中的所有路段都已经遍历， 则至转至步骤 （7） ； 否则令 j=j+1， 返回步 骤 （3） ； 0020 （7） 令 t=t+1， 转到步骤 （2） 。 0021 将路网交通拥堵扩散范围表达成堵塞路段集合， 每个时段对堵塞路段集合进行更 新， 实现路网交通拥堵扩散范围的估计 ： 在每一个时段， 判断路网中的所有路段是否有上 溯， 如果存在排队上溯， 则将上溯的连线纳入堵塞路段集合， 并求解排队上溯的影响， 将上 溯的影响归入到未来的时段进行分析。 0022 相对于现。
13、有技术， 本发明的有益效果是 ： 0023 仅需利用线圈检测器， 实时获取路网车道的流量 ； 计算方法简单， 对硬件要求不 高 ； 用流量数据和绿信比值判断排队溢出与拥堵扩散， 简单易懂。 附图说明 0024 图 1 为单条路段排队溢出后的影响分析图 ； 0025 图 2 为排队溢出以后等效信号的确定 ； 0026 图 3 为信号的叠加示意图。 具体实施方式 0027 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0028 该方法按照每个时间段对路网中的拥挤路段集合进行更新， 每个时间间隔取 t=5 分钟。该方法具体包括以下步骤 ： 0029 （1） 令 t=1， 即第一个时段， 初始化拥挤范围路。
14、段集合为空集 CL1=， 路网中没有拥 堵 ； 并且初始化其他每个时段 t 的拥挤连线集合 CLt= ； 0030 （2） 通过检测器获取更新路网中所有路段的流量数据 qit， i=1,2n， i 表示路段 的编号 ； 令 j=1， 进行 （3） 步骤的对路网中每一个路段的过饱和判断 ； 0031 （3） 根据路段流量数据 qjt以及交叉口信号配时参数绿信比 jt判断路段 j 的过 饱和与否 ： 说 明 书 CN 103366567 A 4 3/4 页 5 0032 如果 qjt Sjt， 说明该路段不会发生拥挤 ； 跳转至 （6） 0033 如果 qjtSjt， 那么该路段会发生排队上溯情况。
15、， 则计算排队上溯所需的时间 Ljkjam/(qjt-Sjt)， 其中 Lj为路段 j 的长度， kjam为堵塞密度 ； 排队上溯所需的时段数目为 ， 因此， 在时段t+c， 连线j为拥挤连线， 更新路网拥挤路段集合 CLt+ c=CLt+ c j ； 0034 所述 jt为连线 j 在 t 时段的绿信比， 定义为 jt=gj/Cj， Cj为该连线所流入的交 叉口的周期时长， gj为绿灯时间 ； 所述 S 为饱和流率， 是固定的参数， 取 S=1800 辆 / 小时 ； 所述 Lj是路段的长度， kjam为堵塞密度， 取 kjam=135 辆 / 千米 ； 符号表示向下取整 ； 0035 （4。
16、） 分析上溯路段 j 影响的车道， 确定受影响的路段集合 ； 图 1 是上溯连线影响路 段示意图， 当路段 A 的 LINE1 或者 LINE3 发生上溯时， 受到影响的连线包括上游的 LINE7、 LINE9、 LINE5 和 LINE6， 以及对向车道的 LINE4。 0036 （5） 对于每一个受 j 路段影响的路段 m， 确定受路段 j 影响的每个车道或者连线在 时段t+c+1的等效信号以及影子绿信比t+c+1 v,m ； 利用影子绿信比t+c+1 v,m替代实际的绿信比t+c+1 m作为下一个时段判断该连线是否饱和的绿信比， 亦 即 t+ c+1 m=t+ c+1 v,m ； 003。
17、7 图 2 图 3 为等效信号和影子信号确定示意图， 其中图 2 为等效信号确定示意 图。当排队完全上溯时， 上游的车流无法进入路段， 等效于在路段入口设置了一个信号 灯， 其红灯时长和本路段的红灯时间一致， 但是有一个相位差， 由图中可见相位差为 L/u1， 其中 L 为本路段长度， u1为启动波速度 ； u0为停车波速度， 根据交通波理论计算方法为 ， 其中 vf为自由流速度， 取 40 千米 / 小时。 0038 但车流仍然受到上游实际信号灯的影响， 也即车流的前进与否取决于实际信号和 等效信号的共同作用 ： 当二者都是绿灯时， 车流可以前进 ； 当二者之中有一个是红灯时， 车 流不能前。
18、进， 这种实际作用 “影子信号” 来表达， 图 3 是实际信号和等效信号叠加成影子信 号的示意图， 其中 g1和 g2分别为实际信号和等效信号的绿灯时间， R 为红灯时间， gv是等效 信号的绿灯时间， o2是等效信号相对于实际信号的相位差。根据各个参数的大小， 分为 6 种 情况， 按照下表的公式进行叠加 ： 说 明 书 CN 103366567 A 5 4/4 页 6 0039 0040 （6） 如果路网中的所有路段都已经遍历， 则至转至步骤 （7） ； 否则令 j=j+1， 返回步 骤 （3） 对下一个连线进行过饱和判断 ； 0041 （7） 令 t=t+1， 转到步骤 （2） ； 0042 （8） 循环执行步骤 （1） 至 （7） ， 实时确定整个路网交通拥堵的范围 CLt。 0043 如此循环往复， 最终确定整个路网的交通拥堵范围。 说 明 书 CN 103366567 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103366567 A 7 2/2 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103366567 A 8 。