[發(fā)明專利]交通十字路口的車輛交通流的交通預(yù)測及控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710160874.7
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107230364A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 詹森·H·高;潮·高
• 申請（專利權(quán)）人: 詹森·H·高;潮·高
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08
• 代理公司: 北京金闕華進(jìn)專利事務(wù)所(普通合伙)11224
• 代理人: 陳建春

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及智能交通領(lǐng)域，尤其涉及交通十字路口的車輛交通流的交通預(yù) 測及交通燈時間控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

科學(xué)家、運輸研究者、運輸工程師、道路工程師、城市規(guī)劃者、政策制訂 者、計算機科學(xué)家、經(jīng)濟學(xué)家、車輛生產(chǎn)商及每日依賴于運輸?shù)纳舷掳嗤等?員均很有興趣了解車輛交通流的特點。如在此使用的，“車輛交通流”指車輛 在兩個點或交通十字路口之間的移動。同樣，如在此使用的，“交通十字路口” 指彼此相遇或交叉的兩條以上道路之間的路口。交通擁堵及交通相變影響在城 市、都市和高速公路上每日遭遇塞車的人。隨著具有車對車(V2V)通信和先 進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)的、無線連接及無人駕駛的車輛的出現(xiàn)，車輛 交通流的行為和建模被認(rèn)為戲劇性地變化。車輛交通流通常受交通十字路口處 使用計算機控制的預(yù)編程的定時器順序的交通信號控制。例如通過綠色交通信 號燈、黃色交通信號燈和紅色交通信號燈確定的交通信號定時為在預(yù)定時間段 之后改變它們的順序以調(diào)節(jié)車輛交通流，例如對具有重車輛交通流的長道路保 持綠色交通信號燈的持續(xù)時間長及對具有低車輛交通流的短道路保持綠色交通 信號燈的持續(xù)時間短。預(yù)定時間段在相應(yīng)交通十字路口處進(jìn)行車輛交通流模式 的大量調(diào)查之后設(shè)定。交通信號的定時隨計算機控制的預(yù)編程的定時器順序變 化以在相應(yīng)交通十字路口處在高峰時間和預(yù)定事件期間調(diào)節(jié)車輛交通流。經(jīng)交 通信號提高交通吞吐量即累積交通流量的行動和努力預(yù)先確定及預(yù)先編程。傳 統(tǒng)的交通信號控制系統(tǒng)使用電感回路檢測器或攝像機檢測特定方向的車輛。當(dāng) 在任一方向沒有車輛時，交通信號燈需要動態(tài)變?yōu)榧t色以允許其它十字方向的 等待綠色交通信號燈的車輛通過。傳統(tǒng)的交通信號控制方法在流量低即車輛交 通流具有近零車流密度的情形下及在交通不對稱即在特定方向車輛等待紅色交 通信號燈時在其它十字方向沒有車輛的情形下，可通過交通燈時間的相應(yīng)變化 而提高交通量或減少個體車輛的等燈時間。傳統(tǒng)的交通信號控制方法在交通擁 擠并需要優(yōu)化的車輛交通流控制的大多數(shù)交通情形下不適用。具有中量交通流 密度的擁擠的車輛交通流定義為交通流速度不能達(dá)到該條道路的預(yù)定速度限制。

交通信號通常隨時間而變及未迎合真實世界交通情況。例如，交通信號通 常不考慮交通影響因素如人為因素、道路條件、其它鄰近交通十字路口的車輛 交通流等。此外，交通信號通常依賴于相應(yīng)交通十字路口處在預(yù)定時間檢查和 預(yù)編程的歷史數(shù)據(jù)，及未迎合源自車輛數(shù)量日益增長的實時車輛交通流型，前 述車輛包括道路上人駕駛的車輛和無人駕駛車輛。個別地，即使在交通十字路 口的其它方向沒有實際的車輛交通流，車輛駕駛員仍花費大量交通信號時間即 等待交通信號燈變綠的時間。此外，傳統(tǒng)的車輛交通流控制方法對具有不對稱 左轉(zhuǎn)的迎面方向的未利用的通過效率未進(jìn)行有效利用，其中交通繁忙方向的左 轉(zhuǎn)信號較長，及對于橫向，縮短綠交通信號燈持續(xù)時間，只要縮短的持續(xù)時間 不導(dǎo)致其它方向的車輛積聚即可。未優(yōu)化的交通信號燈控制導(dǎo)致駕駛員苦惱及 可能另外的交通擁堵、急躁駕駛和事故。總之，在考慮相反方向及它們的上游 和下游交通十字路口的對稱和不對稱車輛交通流的同時，一交通十字路口及鄰 近交通十字路口的所有方向的總交通吞吐量遠(yuǎn)未優(yōu)化。

此外，更長的車輛等待時間轉(zhuǎn)換為汽油的浪費和空氣污染的增加。交通十 字路口的交通信號基于車輛交通流基本圖進(jìn)行配置，其通常用作設(shè)計運輸和研 究行業(yè)的交通模型的標(biāo)準(zhǔn)。車輛交通流基本圖是提供交通流量和交通流密度之 間的關(guān)系的圖，交通流量指每小時或者每秒的車輛，交通流密度指每公里的車 輛或者車輛占用道路的長度百分比。車輛交通流在1935年首次由Greenshield 進(jìn)行研究，其將研究基于現(xiàn)象模型，該模型假定具有一擬合參數(shù)的線性交通流 密度-交通流速度關(guān)系，導(dǎo)致交通流量和交通流密度之間的二次關(guān)系，因為交通 流量是交通流密度和交通流速度的積。源自假定或者曲線擬合的交通流密度-交 通流速度關(guān)系的交通流量-交通流密度曲線稱為運輸研究和控制的基本圖。 Greenshield的模型通過使用具有更多建模參數(shù)的多種不同的交通流密度-交通流 速度關(guān)系進(jìn)行改進(jìn)。Van Aerde的模型明顯改進(jìn)了Greenshield的模型，其通過 假設(shè)具有四個擬合參數(shù)的非線性交通流密度-交通流速度而從對稱基本圖形狀改 進(jìn)為非對稱基本圖形狀。在傳統(tǒng)的基本圖模型中，對于給定交通流密度，有一 個且僅有一個對應(yīng)的交通流速度和交通流量，反之亦然。