一種考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，采用不等飽和度信號配時思想，為協(xié)調(diào)相位綠時提供了靈活的調(diào)整優(yōu)化空間，通過量化的車輛行駛速度波動區(qū)間，實現(xiàn)了車速不均勻情況下的協(xié)調(diào)相位綠時和相位差參數(shù)的優(yōu)化。本發(fā)明將交通流運行狀態(tài)的不確定性特征融入了帶寬最大化優(yōu)化過程，克服了傳統(tǒng)方法無法兼顧優(yōu)化干線交叉口信號周期和綠時，以及采用平均車速假設(shè)，忽略車速不均勻性的弊端，可有效增強干線單向綠波協(xié)調(diào)控制對外界干擾的容抗能力，提升干線交通流的運行效率，良好的實時性和實用性特點確保了實際應(yīng)用的可操作性，對于城市道路交通信號控制優(yōu)化系統(tǒng)建設(shè)，提升城市交通管控水平具有積極的意義。
【專利說明】一種考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能交通信號控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單向綠波控制是城市干線信號協(xié)同控制中最為常用的手段之一。針對城市干線以某向交通流為主導(dǎo)的交通運行模式(如早晚高峰時段的潮汐流，單行線交通流、節(jié)假日期間城市干線出入境交通流等)，以及需要對某向干線交通流進行優(yōu)先疏散等情況下，采用單向綠波控制手段往往會有效提高干線道路交通運行效率，減少車輛停車次數(shù)，縮短車輛行程時間，保障干線道路交通流的平穩(wěn)通行。顯然，城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法的優(yōu)劣直接決定了最終實施效果的好壞。
[0003]為了充分發(fā)揮干線單向綠波控制的效益，國內(nèi)外研究和應(yīng)用領(lǐng)域提出了諸多優(yōu)化方法，其中，基于綠波帶寬最大化的一類方法在當(dāng)前獲得了廣泛使用，并取得了良好的應(yīng)用效果，代表性的有MAXBAND、MULTIBAND等，此類方法的基本原理為通過構(gòu)建周期、綠時、相位差、行駛車速等參數(shù)的關(guān)系，以實現(xiàn)最大綠波帶寬為目標(biāo)，進而獲得相位差參數(shù)的理論優(yōu)化解。
[0004]就單向綠波帶寬最大化而言，由于不存在對向協(xié)調(diào)相位差的約束，單向綠波帶寬主要受到干線交叉口的公用周期和最小協(xié)調(diào)綠時限制，傳統(tǒng)綠波帶寬最大化方法無法基于實際采集的交通流數(shù)據(jù)，對周期和綠時進行優(yōu)化，往往需要借助外部算法或模型實現(xiàn)，限制了進一步優(yōu)化擴大綠波帶寬的能力；除此之外，傳統(tǒng)綠波帶寬最大化方法采用了路段平均車速的假設(shè)，忽略了車輛行駛速度的不均勻性，諸多研究結(jié)論表明，城市道路交通流因受到交叉口信號控制、道路等級、天氣環(huán)境、路測停車、行人和非機動車等外界因素的影響和干擾，交通流狀態(tài)具有顯著的不確定性特征，而車輛行駛速度的不均勻性為其具體表現(xiàn)之一。在交通流狀態(tài)表現(xiàn)出較強波動性特征時，傳統(tǒng)方法平均車速的假設(shè)將導(dǎo)致較大的誤差累計，尤其是當(dāng)交通狀況臨近飽和或過飽和時，此類效應(yīng)更為顯著，無法有效保障交通流運行狀態(tài)的平穩(wěn)與連貫，甚至?xí)鸶删€協(xié)調(diào)的整體失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有干線單向綠波帶寬最大化方法無法兼顧優(yōu)化干線交叉口信號周期和綠時，以及采用平均車速假設(shè)，忽略車速不均勻性的弊端，本發(fā)明提出了一種考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法。該方法采用不等飽和度信號配時思想，在滿足非協(xié)調(diào)相位的交通需求，為協(xié)調(diào)相位綠時提供靈活的調(diào)整優(yōu)化范圍，同時依據(jù)路段車輛行駛車速的不均勻性特征，通過量化的車輛行駛速度波動區(qū)間，實現(xiàn)了車速不均勻情況下的協(xié)調(diào)相位綠時和相位差參數(shù)的優(yōu)化。本發(fā)明提出方法將交通流運行狀態(tài)的不確定性特征融入了帶寬最大化優(yōu)化過程，可有效增強干線單向綠波協(xié)調(diào)控制對外界干擾的容抗能力，提升干線交通流的運行效率，良好的實時性和實用性特點確保了實際應(yīng)用的可操作性，對于城市道路交通信號控制優(yōu)化系統(tǒng)建設(shè)，提升城市交通管控水平具有積極的意義。
[0006]技術(shù)方案:一種考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，所述方法包括如下步驟:
[0007]I)獲取控制時段干線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速、車速波動區(qū)間，以及信號設(shè)計相序、損失時間、各流向飽和流率、非協(xié)調(diào)階段最小飽和度、非協(xié)調(diào)階段最大飽和度作為輸入數(shù)據(jù)；
[0008]2)確定干線交叉口公用周期，基于非協(xié)調(diào)階段最小和最大飽和度，計算各交叉口非協(xié)調(diào)階段最大和最小有效綠時，并得到各交叉口協(xié)調(diào)階段有效綠時的調(diào)整區(qū)間；
[0009]3)基于各交叉口協(xié)調(diào)階段最小有效綠時和路段平均行程車速，確定干線單向綠波帶寬，并計算時空坐標(biāo)中各交叉口的有效綠時中點坐標(biāo)、最小有效綠時起始和終止坐標(biāo)、最大有效綠時起始和終止坐標(biāo)，綠波帶寬起始和終止邊界坐標(biāo)；
[0010]4)基于路段速度波動區(qū)間，計算各交叉口綠波帶寬起始和終止擴展邊界的坐標(biāo)；
[0011]5)調(diào)整干線各交叉口協(xié)調(diào)階段有效綠時，確定各交叉口協(xié)調(diào)階段有效綠時起始坐標(biāo)和相對相位差，得到干線各交叉口的優(yōu)化信號配時方案。
[0012]進一步地，
【發(fā)明內(nèi)容】
還包括:
[0013]步驟I)中，干線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速來源于實時采集或預(yù)測的交通流數(shù)據(jù)；車速波動區(qū)間可采用歷史交通流數(shù)據(jù)標(biāo)定的結(jié)果，或其他方法實時估計或預(yù)測后得出的結(jié)果；信號設(shè)計相序規(guī)定了多個信號執(zhí)行階段的次序和每個階段內(nèi)的放行方向，由唯一的協(xié)調(diào)階段和若干非協(xié)調(diào)階段組成；損失時間依據(jù)信號設(shè)計相序的具體形式確定，一般可取黃燈時長和全紅時長的總和為損失時間；各流向飽和流率、非協(xié)調(diào)階段最小飽和度、非協(xié)調(diào)階段最大飽和度一般為先驗配置參數(shù)；
[0014]步驟2)中，干線交叉口公用周期可直接采用先驗公用周期，或利用通用的周期計算公式計算獲得干線各交叉口周期時長，并取其中的最大值作為公用周期；計算各交叉口非協(xié)調(diào)階段最大和最小有效綠時的公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 1)獲取控制時段干線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速、車速波動區(qū)間，以及信號設(shè)計相序、損失時間、各流向飽和流率、非協(xié)調(diào)階段最小飽和度、非協(xié)調(diào)階段最大飽和度作為輸入數(shù)據(jù)； 2)確定干線交叉口公用周期，基于非協(xié)調(diào)階段最小和最大飽和度，計算各交叉口非協(xié)調(diào)階段最大和最小有效綠時，并得到各交叉口協(xié)調(diào)階段有效綠時的調(diào)整區(qū)間； 3)基于各交叉口協(xié)調(diào)階段最小有效綠時和路段平均行程車速，確定干線單向綠波帶寬，并計算時空坐標(biāo)中各交叉口的有效綠時中點坐標(biāo)、最小有效綠時起始和終止坐標(biāo)、最大有效綠時起始和終止坐標(biāo),綠波帶寬起始和終止邊界坐標(biāo)； 4)基于路段速度波動區(qū)間，計算各交叉口綠波帶寬起始和終止擴展邊界的坐標(biāo)； 5)調(diào)整干線各交叉口協(xié)調(diào)階段有效綠時，確定各交叉口協(xié)調(diào)階段有效綠時起始坐標(biāo)和相對相位差，得到干線各交叉口的優(yōu)化信號配時方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟I)中， 干線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速來源于實時采集或預(yù)測的交通流數(shù)據(jù)； 車速波動區(qū)間可采用歷史交通流數(shù)據(jù)標(biāo)定的結(jié)果，或其他方法實時估計或預(yù)測后得出白勺結(jié)果； 信號設(shè)計相序規(guī)定了多個信號執(zhí)行階段的次序和每個階段內(nèi)的放行方向，由唯一的協(xié)調(diào)階段和若干非協(xié)調(diào)階段組成； 損失時間依據(jù)信號設(shè)計相序的具體形式確定，一般可取黃燈時長和全紅時長的總和為損失時間； 各流向飽和流率、非協(xié)調(diào)階段最小飽和度、非協(xié)調(diào)階段最大飽和度一般為先驗配置參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2)中， 干線交叉口公用周期可直接采用先驗公用周期，或利用通用的周期計算公式計算獲得干線各交叉口周期時長，并取其中的最大值作為公用周期； 計算各交叉口非協(xié)調(diào)階段最大和最小有效綠時的公式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3)中， 干線單向綠波帶寬為干線各交叉口最小協(xié)調(diào)階段有效綠時中的極小值； 時空坐標(biāo)以單向首個交叉口的綠時起點和空間位置為時間橫軸(秒)和空間縱軸(米)的原點； 各交叉口的有效綠時中點坐標(biāo)C的計算公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟4)中， 各交叉口(除單向首個交叉口)綠波帶寬起始邊擴展邊界坐標(biāo)O和終止擴展邊界坐標(biāo)ti'的計算公式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市干線單向綠波控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟5)中， 各交叉口協(xié)調(diào)階段有效綠時起始坐標(biāo)取最小有效綠時起始坐標(biāo)、最大有效綠時起始坐標(biāo)及綠波帶起始擴展邊界三者的中間值，即
【文檔編號】G08G1/081GK103778792SQ201410010017
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】夏井新, 聶慶慧, 陸振波, 黃衛(wèi), 安成川, 呂偉韜, 焦恬恬, 陳凝, 張韋華, 饒文明, 馬黨生 申請人:東南大學(xué)