專利名稱：基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法
技術領域：
本發明屬于交通信號控制技術領域，具體涉及一種基于單截面檢測器的信號交叉
口停車延誤測定方法。
背景技術：
智能交通系統為解決日益嚴重的交通問題提供了一系列行之有效的方法，受到交 通界的一致認同和重視，交通信號控制系統是智能交通系統中最為重要的組成部分之一。 而停車延誤作為交通信號控制系統中一個關鍵的交叉口交通特征參數，無論是對于交叉口 實時信號控制優化還是對于交叉口交通狀態的評價都有至關重要的意義。停車延誤指車輛 在信號交叉口受到信號控制的影響導致停車的時間損失。盡管國內外眾多學者對停車延誤 的獲取作了大量研究，但到目前為止還沒有提出一套可以直接應用于工程的停車延誤實時 測定方法。 傳統的交通延誤獲取方法主要有人工獲取方法、傳統理論模型推算法及檢測器 技術獲取方法等。人工獲取停車延誤方法具有成本較高、樣本量少、實時性差、數據精度受 限等缺陷，結果不能實時反映交叉口停車延誤，無法滿足實時交通信號控制方案的優化和 交叉口交通狀況的在線評價。另一方面，在交通理論的基礎上，先前的學者提出了基于交通 流理論的延誤計算方法，如Webster延誤模型，但是這些理論大多基于穩態交通理論，獲取 的停車延誤評價間隔較大，難以滿足實時交通信號控制及交叉口實時評價需求。
近年來隨著檢測技術的廣泛應用，提出了基于視頻檢測器、地感線圈檢測器、微波 檢測器為主要檢測方式的停車延誤獲取技術，按照應用原理分類大致可以分為兩類一類 是基于全程跟蹤方法，另一類是基于檢測截面的方法。 基于全程跟蹤方法，其原理是1)對視頻錄像進行坐標轉換及全局標定、背景更 新、圖像二值化、斑塊板塊分析等處理；2)設置遠端和近端兩個車輛檢測區域實現車輛的 觸發與檢測，對檢測到的車輛進行跟蹤，記下車輛停車時刻和車輛啟動時刻；3)前后兩個 時刻進行相減，由此得到車輛通過交叉口的停車延誤。這種方法要求攝像機的安裝位置較 高，檢測范圍需要覆蓋整個交叉口，由于城市道路安裝條件的限制，這種技術難以推廣。
基于檢測截面的方法，依據檢測截面的多少可以分為單檢測截面、雙檢測截面和 多檢測截面。傳統的單檢測截面獲取停車延誤的方法是將檢測器的位置在停車線的上游 即大概離停車線50米的位置，依據車輛通過檢測器的速度來推斷車輛的停車時刻，通過信 號配時方案推斷車輛啟動時刻，啟動時刻減去停車時刻獲得停車延誤；傳統的雙檢測截面 獲取停車延誤的方法是在傳統單檢測截面方法的基礎上在停車線位置增加了一個檢測截 面，通過這個截面獲取車輛離開檢測區域的時刻，進而推斷車輛啟動時刻，啟動時刻減去停 車時刻獲得停車延誤；傳統的多檢測截面獲取停車延誤的方法是在檢測區域布設多組檢測 器，通過多個檢測器獲得的檢測信息判斷車輛在檢測區域停下的時刻及啟動的時刻。
這三種方法的假設條件是車輛到達和離開檢測區域服從先進先出的原則，或者是 通過前后檢測器的車輛數守恒的原則，即車輛在某個車道或某個車道組停下一定會從本車道或車道組駛出，不考慮車輛換到其他車道或者車道組的情況。因此在實際應用中以上傳
統的基于檢測截面的方法遇到了如下問題1)在實際交叉口車輛很容易出現換道行為，導
致傳統的三種基于檢測截面的方法檢測精度下降；2)檢測器不能達到100%的精度，一旦
檢測器線圈或者虛擬檢測線圈出現誤差很容易導致前后車輛對應不上或者前后車輛總數
無法守恒的情況，從而進一步降低了傳統的雙截面和多截面停車延誤獲取方法的精度；3)
前面兩類誤差導致檢測系統出現累積，使得檢測精度急劇下降；4)當排隊車輛較多且超出
檢測截面范圍時，這三種基于檢測截面的方法都無法對停車延誤進行測定。 綜上所述，現有檢測技術在提取停車延誤遇到的主要問題是 1.城市道路設施的布置要求限制了高空全程跟蹤方法的推廣及應用。 2.傳統的基于截面的停車延誤實時檢測方法是以車輛先進先出或前后檢測截面
流量守恒為假設條件的，現實道路中存在車輛進入檢測區域后換道、前后檢測器自身存在
的檢測誤差，導致前后檢測截面車流量難以匹配，使得檢測精度下降；同時這些誤差誘發整
個檢測系統出現累積誤差，累積誤差使得檢測精度急劇下降；另外當排隊車輛超過檢測范
圍時，傳統的基于檢測截面的方法將無法獲得所有車輛的停車延誤。
發明內容
本發明的目的在于提出一種基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法。
本發明提出的基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法，具體步驟如 下 首先，根據車輛進入交叉口的交通特征建立車輛達到交叉口的到達分布模型，其
中交通特征包括車流量、車輛到達時刻、車輛速度、車輛減速度和車輛類型； 其次，根據車輛駛出停車線的交通特征獲得車流的消散分布，推斷排隊長度及車
輛啟動時刻，其中交通特征包括車輛離開時刻、車頭時距、車輛長度、車輛速度和車輛加速
度； 然后，依據已經建立的車輛到達分布模型和駛出停車線的車流量，推斷車輛的到 達時刻分布，使得車流消散分布和車流到達分布具有相同車輛數，有效的避免了前后檢測 斷面檢測到的流量不一致導致的問題，同時以駛出檢測區域車流量為基準解決車輛換道導 致的誤差，進而避免每周期的累積誤差； 最后，將停車延誤分為兩部分第一部分為單截面檢測器可以直接檢測獲得的停 車延誤，如第一輛車的停車延誤或前幾輛車的停車延誤；第二部分為超出單截面直接檢測 區的停車延誤，當車輛停在單截面檢測器檢測范圍以外時結合車流到達分布及車流消散分 布，推斷車輛停車延誤；兩部分延誤相加再除以車輛數，即得到每輛車的平均停車延誤。
本發明中，所述車輛到達交叉口的分布模型包括了離線到達分布模型和在線車輛 到達分布模型，當上游交叉口可提供實時信息時，可以采用在線車輛到達分布模型；當無法 在線獲得上游車流信息時，可采用離線車輛到達分布模型，離線車輛到達模型可通過前期 實測調查獲得。 本發明中，所述車流的消散分布通過在線停車檢測器獲得的車輛駛出停車線的信
息推斷獲得。在線獲取的車輛信息有車輛通過停車線的時刻、車輛類型及速度。 本發明中，所述單截面檢測器可以采用地感線圈檢測器、視頻檢測器或雷達檢測器等中一至多種檢測器。 本發明針對傳統理論模型算法無法滿足實時應用需求的不足，針對現有實時停車 延誤提取技術難以解決車輛換道帶來誤差的缺陷，針對雙檢測器或多檢測器存在檢測誤差 導致前后數據難以匹配的難題，提出一種新的基于單截面檢測器的停車延誤測定技術。本 發明利用單檢測器，檢測器位置在停車線附近，離停車線前后5米范圍，依據車輛通過單截 面檢測器的車頭時距及車輛速度推斷排隊長度，進而確定車流的到達分布推算車輛停車時 刻，通過車輛離開單截面檢測器的交通特征推斷車輛啟動時刻，啟動時刻減去停車時刻得 到車輛停車延誤。本發明提供了一種在復雜道路交通情況下也能適用的新方法，具有數據 獲取方便、實施容易、精度高及最大化利用現有交通設施且應用成本低的特點。
圖1是本發明的交叉口檢測器布置示意圖。 圖2是本發明的基于單截面的信號交叉口停車延誤測定方法的技術路線圖。
圖3是本發明根據車輛車頭時距推斷排隊長度的示意圖。
圖4是本發明根據車輛點速度推斷排隊長度的示意圖。
圖5是本發明獲取的一個周期停車延誤分布圖。
具體實施例方式
本研究是在總結以往實時獲取停車延誤技術不足的基礎上，提出基于車輛交通特 征及單截面檢測器的實時車輛停車延誤獲取的新方法。下面結合附圖2對本發明的具體實 施方式作詳細說明，本實施實例是在以本發明技術方案為前提下進行實施的，給出了詳細 的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施實例，另外需要說 明的是本發明中提到的檢測器，包括了地感線圈檢測器、視頻檢測器、雷達檢測器等多種檢 測器，并不限于某種特定的檢測器。 實施例1 :本測定方法用于某地一信號控制交叉口北進口道，近端檢測截面為四 車道，其中包含三條直行車道， 一條左轉車道。 基于單截面的車輛停車延誤獲取方法的技術方案路線如附圖2所示，所要求的輸
入設備包括1、在延誤計算車道的停車線前的車流檢測器；2、信號控制機的配時信息。推
測流程包括檢測器布設、車流到達特征信息獲取、車流到達分布模型的建立、車流消散特征
信息獲取、車流消散分布模型建立及排隊長度推斷、車流到達分布推算、停車延誤生成七個
過程，具體實施步驟如下 —、檢測器布設 本發明采用的是單截面檢測器方法獲取停車延誤，檢測器的布設位置如附圖1所
示，單截面檢測器放置在停車線附近，可以是單檢測截面也可以是單檢測區域，可以是傳統
的地感線圈也可以是視頻檢測器，檢測器放置在停車線附近根據實際交通情況可以是停車
線前后5米范圍，在實際應用中一般放置在停車線前1米的位置如圖1所示，確保檢測器能
感應到第一輛車或前幾輛車的停車時刻及啟動時刻。 二 、車流到達特征信息獲取 獲取到達特征信息指車流到達交叉口的交通信息，如車流量、車輛到達時刻、車輛
5速度、車頭時距、車輛類型等特征信息，傳統檢測方法在提取停車延誤時只提取了車輛進入 檢測區域的時刻。車輛到達信息獲取方式在本發明中更為多樣化，包括了離線車輛到達信 息和在線車輛到達信息，離線車輛到達信息指歷史車輛到達信息，當在線車輛到達檢測器 或者檢測區域無法提供實時信息時，可以用離線車輛到達信息，離線車輛到達信息可以通 過前期調查獲得。這種離線信息和在線信息相互結合的方式可以在最大程度上獲得車輛到 達分布特征信息，同時這也是本發明和傳統檢測技術在獲取停車延誤時明顯的不同，傳統 檢測技術在獲取停車延誤時只應用了在線車輛進入檢測區域的時刻這一信息。
三、車流到達分布模型的建立 根據已經獲得的車輛到達特征信息和交叉口信號控制方案，運用車輛減速模型推 斷車輛停車時刻，從而得到車輛的到達分布模型。本發明涉及兩種推斷車輛到達分布的方 法。方法一，當只設置了停車檢測器或者停車檢測區域時，本發明利用停車檢測器或者檢測 區獲得第一輛車或前幾輛車停車時刻，結合紅燈時刻及交通流量推斷車輛的到達分布，同 時可以使用車輛離線到達信息修正車輛到達分布模型，離線達到信息可以來自于人工調查 數據、離線視頻采集信息等；方法二，當擁有前后兩個或多個檢測器或者檢測截面時，通過 車輛的在線到達信息估計車輛的到達分布。
四、車流消散特征信息獲取 車輛離開檢測區域時，通過檢測器可以獲取車輛數、車輛離開時刻、車輛速度、車 輛長度等信息，而傳統的通過檢測技術獲取停車延誤的提取方法，只記錄車輛離開檢測器 的時刻，本發明側重于通過車輛離開停車線的車頭時距、車輛速度、車輛長度特征推斷車輛 是否排過隊，從而獲得排隊長度。主要的方法是依據排過隊的車輛其車頭時距和車輛速度 相對于沒有排過隊的車輛要大，結合車輛類型對車頭時距和車輛速度設定閾值可以判斷出 車輛是否排過隊。圖3是通過車輛經過停車線的車頭時距推斷車輛是否排過隊，車頭時距 的閾值為3s，這里的車頭時距指的是上一輛車尾和下一輛車頭之間的時間間隔，圖4是通 過車輛經過停車線的點速度推斷車輛是否排過隊，排過隊的車輛經過停車線速度相對較 低，沒有排過隊的車輛速度相對較高，在示例中設定的點車速閾值為20Km/h，注意車輛點速 度閾值的設定要結合交叉口的實際交通狀況而定，在本發明在推斷排隊長度時綜合考慮了 車輛通過停車線的車頭時距分布特征和點速度分布特征。
五、車流消散分布獲取 根據單截面檢測器獲得的車輛離開時刻、車頭時距、車輛速度及推斷的排隊長度
等信息結合車輛加速模型獲得車流消散分布。主要的方法是依據第四步推斷的排過隊的車
輛通過單檢測器的速度、加速度推斷車輛啟動時刻，進而獲得車流消散分布。其中加速度的
獲取方法為依據檢測到的車輛長度將車輛分類，通過離線調查獲得每種類型車輛通過交
叉口的啟動加速度。 六、車流到達分布推算 依據通過停車線附近檢測器的交通流量并結合第三步已經建立的車輛到達分布 模型，對車輛到達分布進行推算，以離開檢測區域的交通流量為基準，使到達車輛數和離去
車輛數相同且其車輛到達分布能反映現實情況，同時能夠消除因為車輛換道及檢測器誤差
導致的累積誤差。 七、停車延誤生成
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停車延誤的生成包括兩個部分，第一部分是單截面檢測器所能感應到的停車延 誤，根據單截面的位置及檢測器范圍大小可以檢測到第一輛和前幾輛車的停車時刻和啟動 時刻，進而獲得這部分車輛的停車延誤，第二部分是超出單截面檢測范圍的停車延誤，由于 本發明采用的是單截面檢測方法，檢測器區域外的車輛停車延誤通過第六步獲得的車輛消 散分布得到車輛啟動時刻和第七步獲得的車輛到達分布得到車輛停車時刻，將車輛啟動時 刻減去車輛到達時刻得到了車輛的停車延誤，如圖5所示。
權利要求
一種基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法，其特征在于具體步驟如下首先，根據車輛進入交叉口的交通特征建立車輛達到交叉口的到達分布模型，其中交通特征包括車流量、車輛到達時刻、車輛速度、車輛減速度和車輛類型；其次，根據車輛駛出停車線的交通特征獲得車流的消散分布，推斷排隊長度及車輛啟動時刻，其中交通特征包括車輛離開時刻、車頭時距、車輛長度、車輛速度和車輛加速度；然后，依據已經建立的車輛到達分布模型和駛出停車線的車流量，推斷車輛的到達分布，使得車流消散分布和車流到達分布具有相同車輛數，避免前后檢測斷面檢測到的流量不一致導致的問題，同時以駛出檢測區域車流量為基準解決車輛換道導致的誤差，進而避免每周期的累積誤差；最后，將停車延誤分為兩部分，第一部分為單截面檢測器可以直接獲得的停車延誤，如第一輛車的停車延誤或前幾輛車的停車延誤；第二部分為超出單截面檢測范圍的停車延誤，當車輛停在單截面檢測器檢測范圍以外時結合推斷出來的車流到達分布及車流消散分布，推斷車輛停車延誤；兩部分延誤相加再除以車輛數，即得到每輛車的平均停車延誤。
2. 根據權利要求1所述的基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法，其特征 在于所述車輛達到交叉口的分布模型包括了離線到達信息和在線車輛到達信息，當在線車 輛到達單截面檢測器或檢測區域無法提供實時信息時，采用離線車輛到達信息，離線車輛 到達信息通過前期調查獲得。
3. 根據權利要求1所述的基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法，其特征 在于所述車流的消散分布通過在線停車檢測器獲得的車輛駛出停車線的信息推斷獲得；在 線獲取的車輛信息有車輛通過停車線的時刻、車輛類型及速度。
4. 根據權利要求1所述的基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法，其特 征在于所述單截面檢測器采用地感線圈檢測器、視頻檢測器或雷達檢測器中一至多種檢測 器。
全文摘要
本發明屬于交通信號控制領域，具體涉及一種基于單截面檢測器的信號交叉口停車延誤測定方法，根據車輛進入交叉口的在線或者離線交通信息建立車輛到達交叉口的到達分布模型，根據車輛駛出停車線的交通特征獲得車流的消散分布，推斷排隊長度及車輛啟動時刻。結合已建立的車輛到達分布模型和駛出停車線的車流量，推斷車輛到達分布，使車流消散分布和車流到達分布具有相同車輛數，避免前后檢測斷面檢測到的車流量不一致問題，以駛出檢測區域車流量為基準解決了車輛換道導致的誤差，進而避免了累積誤差。本發明依據單截面檢測器的檢測范圍將停車延誤分為單截面檢測器可以直接獲得的停車延誤和超出單截面檢測范圍的停車延誤。本發明實施容易，精度高、實時性強等特點。
文檔編號G08G1/08GK101789181SQ20101010205
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月28日 優先權日2010年1月28日
發明者孫劍, 張惠玲, 李克平, 潘斌, 蘇貴民 申請人:同濟大學