直觀的主干道若干十字路口雙向綠波帶的實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直觀的主干道若干十字路口的雙向綠波帶實現(xiàn)方法，通過對涉及的各路口的車輛信息采集，以及交叉口之間的距離參數(shù)和路段平均車速的估計，計算得到公共周期，在滿足綠波帶寬度要求的前提下，通過上下移動主干道方向相位的起點和終點或是變換相位組合方式，最終得到各路口的周期內(nèi)相位順序組合和相位差，以最大程度上增加綠波帶的寬度。本發(fā)明經(jīng)論證，在支干道相位綠燈時間不大于主干道相位綠燈時間Gkey的前提下至少能達到67%，即綠波帶寬度等于67%*Gkey。本發(fā)明方法使用的圖解法，相比傳統(tǒng)的圖解法和數(shù)解法都更簡單直接，不僅計算量小而且效果更好，可以很大程度上減少主干道車輛的停車次數(shù)，降低油耗減少污染。
【專利說明】直觀的主干道若干十字路口雙向綠波帶的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于交通控制【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市車輛數(shù)目的不斷增加，而道路基礎設施的建設跟不上車輛增加的速度，尤其是在大城市，交通堵塞情形時有發(fā)生，給人們的日常出行帶來不便，也給道路設施帶來了越來越大的壓力。交通阻塞不僅給人們帶來煩躁情緒，同時車輛等待時排放更多的廢氣也給環(huán)境造成一定的污染，交通控制的重要性不言而喻，其中路口信號燈控制技術(shù)是其中非常重要的一環(huán)。當前的交通控制大體分為三種:單個路口控制、主干道控制和區(qū)域控制，也稱點控、線控和面控(或區(qū)控)。綠波控制技術(shù)是線控的一種最常用的方法，其思想是在指定的交通主干道上，通過路段過往平均車速的估計，信號控制機根據(jù)路段距離把該車流所經(jīng)過的各路口綠燈起始時間做相應的調(diào)正，可以確保該車流盡可能在到達每個路口時正好遇到綠燈。
[0003]當前綠波控制技術(shù)的方法眾多，有基于多智能體交通綠波的控制算法，通過實驗驗證當車輛比較少時可以產(chǎn)生綠波效應，車輛較多時，車輛疏散時間短，擁堵程度降低，但是未說明綠波帶寬度這一重要指標，同時智能體的實現(xiàn)相對復雜。也有使用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法求解建立的通用干道雙向綠波協(xié)調(diào)控制模型，通過實驗驗證得到綠波帶帶寬為由南往北方向30%和由北往南方向28%，此方法得到的綠波帶寬度仍不令人滿意，而且此類交通控制數(shù)學模型涉及較多變量參數(shù)，求解耗時。有使用傳統(tǒng)圖解法，通過計算路口理想位置的計算與實際路口位置的比較，找到一個最接近理想位置的方案，設計了一種各進口單獨放行的雙向綠波方法，最后通過實驗驗證了此方法相對于傳統(tǒng)數(shù)解法的優(yōu)越性，但是綠波帶寬度得不到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開了一種直觀的主干道若干十字路口的雙向綠波帶實現(xiàn)方法，通過對涉及的各路口的車輛信息采集，以及交叉口之間的距離參數(shù)和路段平均車速的估計，計算得到公共周期，在滿足綠波帶寬度要求的前提下，通過上下移動主干道方向相位的起點和終點或是變換相位組合方式，最終得到各路口的周期內(nèi)相位順序組合和相位差，以最大程度上增加綠波帶的寬度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出的技術(shù)方案為:
一種直觀的主干道若干十字路口雙向綠波帶的實現(xiàn)方法，其特征在于，通過采集各路口的車流量信息、各路口之間的間距和路段車流平均速度，計算得出公共周期、各路口相位組合方式和相位差；
具體步驟是:
I)根據(jù)采集的交通流量，利用韋伯斯特公式，對干道中各個交叉口進行配時，得出各個交叉口的信號周期，公共周期最大的選為關(guān)鍵交叉口 ；韋伯斯特公式:c = (1.5 * L+5) / (l+Υ)，其中C為周期時長，L為每周期總損失時間；Y為交叉口關(guān)鍵相位最大流量比之和；
2)根據(jù)最短綠燈時間Gmin，算出主干道方向的綠燈時間Gkey= (C - 2 * Gmin) / 2，默認主干道兩個方向直行綠燈時間等于Gkey，支干道方向直行綠燈時間等于Gmin ；
3)初始化關(guān)鍵交叉口的相位順序，在時間-距離圖上以主干道相位的起點和終點分別做兩條斜率為1/V#和-1/VTC的斜線，再從其余每個路口在距離軸上的位置作一條垂直的直線，與先前東西相位引出的直線相交的線段即為此路口東西相位的位置；
4)通過上下調(diào)節(jié)東西相位的起始時間，或者改變相位的組合方式，以滿足綠波帶的寬度要求，最終得到每個路口的相位組合方式和相位起始時間(即相位差)。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有的有益效果是:
O綠波帶控制實現(xiàn)過程中，常受到路口間距離過短限制，因此得到綠波帶總體效果較差，而本發(fā)明方法中直接在路口位置上調(diào)整相位差，不存在間距限制問題；
2)綠波帶控制方案實現(xiàn)后，實際應用時綠波帶寬度得不到保證，而本發(fā)明方法可以保證綠波帶寬度至少達到綠燈時間的67%。本發(fā)明經(jīng)論證，在支干道相位綠燈時間不大于主干道相位綠燈時間Gkey的前提下至少能達到67%，即綠波帶寬度等于67%*Gkey。
[0007]3)本發(fā)明方法使用的圖解法，相比傳統(tǒng)的圖解法和數(shù)解法都更簡單直接，不僅計算量小而且效果更好，可 以很大程度上減少主干道車輛的停車次數(shù)，降低油耗減少污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明方法適用的道路情形的簡圖。
[0009]圖2是本發(fā)明方法中涉及到圖解法使用的時間-距離圖，其中橫坐標代表各路口的位置，縱坐標代表時間，其中相位1---相位8為圖中標示的行駛方式組合。
[0010]圖3為B路口位置的第一種情形。
[0011]圖4是圖解法中當1_>2扣_+2 (1- Θ ) *Gkey時的情形。
[0012]圖5是當上行與下行主干道相位有重疊的情形。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明方法的主要目的在于提供一種直觀的主干道若干十字路口雙向綠波帶的實現(xiàn)方法，通過采集各路口的車流量信息、各路口之間的間距和路段車流平均速度估計，計算得出公共周期、各路口相位組合方式和相位差。
[0014]為達到上述目的，本發(fā)明方法的步驟是:
1、根據(jù)采集的交通流量，利用韋伯斯特公式，對干道中各個交叉口進行配時，得出各個交叉口的信號周期，公共周期最大的選為關(guān)鍵交叉口(韋伯斯特公式:C = (1.5 * L+5) /(l+Υ)其中C為周期時長，L為每周期總損失時間；Y為交叉口關(guān)鍵相位最大流量比之和)；
2、根據(jù)最短綠燈時間Gmin，算出主干道方向的綠燈時間Gkey= (C - 2 * Gmin) / 2 (默認主干道兩個方向直行綠燈時間等于Gkey，支干道方向直行綠燈時間等于Gmin，需要時在求解過程中修改)；
3、初始化關(guān)鍵交叉口的相位順序，在時間-距離圖上以主干道相位的起點和終點分別做兩條斜率為1/V#和-1/VTC的斜線，再從其余每個路口在距離軸上的位置作一條垂直的直線，與先前東西相位引出的直線相交的線段即為此路口東西相位的位置；
4、考慮綠波帶的寬度要求，通過上下調(diào)節(jié)東西相位的起始時間，或者改變相位的組合方式，以滿足綠波帶的寬度要求，最終得到每個路口的相位組合方式和相位起始時間(即相位差)。具體調(diào)整方法如下:
圖1為本發(fā)明方法適用的道路情形的簡圖。如圖1所示，取東西方向為主干道方向，南北方向為支干道方向(取南北方向為主干道也可，這里選取東西方向，僅作示例用)，其中標號的說明參考【專利附圖】

【附圖說明】的介紹。相位的組合方式一般有兩種:單進口直行和左轉(zhuǎn)方式組成一個相位(比如I和2組成一個相位)和對稱位置的行駛方式組成一個相位(比如I和5組成一個相位)。兩者沒有顯著的優(yōu)越差別，一般要求一個相位里不包含相矛盾的行駛方式(比如I和3或I和6)和一個周期內(nèi)包含所有的行駛方式(即1，2，3，4，5，6，7，8)。
[0015]圖2是本發(fā)明方法中涉及到圖解法使用的時間-距離圖，其中橫坐標代表各路口的位置，縱坐標代表時間，其中相位I到相位8為圖中標示的行駛方式組合。圖中C是公共周期，G1、G2、G3和G4分別表示相位I至相位4的綠燈時間，其中Gl=G2=Gkey，G3=G4=Gmin。A是關(guān)鍵路口，B是另一個路口的位置。Vab是從A路口往B路口方向的車輛平均速度，Vba是從B到A方向的車輛平均速度。A路口的位置設為起始位置，坐標為0，從A路口相位I的起點引一條斜率為1/VAB的直線，得到直線Y=X/VAB ;類似從A路口相位2的終點引一條斜率為_1/VBA的直線，得到直線Y=G1+G2-X/Vba，同樣方式得到其余兩條直線。斜率為1/VAB的兩條直線之間的范圍即為上行綠波帶；斜率為-ι/νΒΑ的兩條直線之間的范圍即為下行綠波帶，我們的目的就是讓其余路口的各個主干道方向相位盡量落入這兩個綠波帶中，并且假設要求主干道方向綠波帶寬度比至少為Θ，即綠波帶寬度至少等于0*Gkey。
[0016]圖3為B路口位置的第一種情形。從B的橫坐標位置引一條垂直于橫軸的直線(圖中虛線表示)，與直線Y =XAab和直線Y=G1+G2-X/Vba的交點分別為Y1和Y2，Y1和Y2之間的距離為Ytemp，通過對Ytemp的判定，得到B路口主干道相位的最終起始位置和順序。具體方法是:在滿足綠波帶寬度不小于Θ *Gkey的前提下，(I)如果Ytomp較小，則下調(diào)上行主干道相位Yt?P/2個距離，上調(diào)下行主干道相位Ytemp/2個距離，可獲得較大的綠波帶寬度，如圖中虛線左側(cè)所示，此時所得相位順序為相位2、相位1、相位3、相位4或者相位2、相位1、相位7和相位8，其中相位3和相位4可替換，相位7和相位8可替換。相位起始時間為Y2+Ytemp/2-Gkey ; (2)如果Ytemp接近Gniin,那么上調(diào)上行主干道相位(Gniin-Ytraip)/^個距離，下調(diào)下行主干道相位(Gmin-Y一)/2個距離，可獲得較大的綠波帶寬度，如圖中虛線右側(cè)所示，此時所得相位順序為相位2、相位3、相位1、相位4或者相位2、相位7、相位I和相位8，其中相位3和相位4可替換，相位7和相位8可替換。相位起始時間為Y2- (Gfflin-Ytemp) /2-Gkey0兩種方式選取哪一種，由分別得到的綠波帶寬度決定，即Gkey-Y一/2與Gkey- (Gfflin-Ytemp) /2兩者哪個更大，可以算得:當0<Ytemp< Gmin/2時，前者更大，選第(I)種方式^Gmin/2〈Yt?p〈Gmin時，后者更大，選第(2)種方式；當Ytemp=Gmin/2，兩者相等，選(I)或(2)效果相同。另外需要補充的是，在上下調(diào)整相位位置的同時，因為需要滿足綠波帶寬度不小于Θ *Gkey的前提，即 Gkey-Ytemp/2> Θ *Gkey 或 Gkey- (Gfflin-Ytemp) /2〉Θ *Gkey,所以在上述選取(I)或⑵兩種方式的哪一種的過程中，如果判定出某一種不滿足綠波帶寬度要求，則直接舍棄，選取另一種。只有在同時滿足的綠波帶寬度要求的時候，比較哪一種方式下的綠波帶寬度更寬。此時廣生的問題是，可能兩種都不滿足，即:由Gke;y-Yte;mp/2> Θ *Gkey算得Ytraip〈2 (1- θ ) *Gkey,由Gkey- (Gmin-Ytemp) /2〉Θ *Gkey 算得 Ytemp>Gmin-2 (1- θ ) * Gkey,當 2 (1- θ ) *Gkey〈Gmin_2 (1- θ ) *61^時，1_取(2(1-9)*61^，6_-2 (1-θ )* Gkey)之間的值時，兩者都不滿足綠波帶寬度，所以為使總是可以至少有一種方式滿足綠波帶寬度要求，令2(l-0)*Gkey=Gmin-2 (1-Θ )*Gkey，算得Θ =1-Gmin/(4*Gkey)，因通常情況下Gmin〈Gkey，所以此時Θ至少能達到3/4，即75%，已經(jīng)是非常不錯的效果。
[0017]當Gmin〈Y一<2*Gmin時，則選取一段時長為Gmin的非主干道相位插在兩個主干道相位之間，這樣剩下的Ytemp長度又落入(0，Gfflin)之間，用上述相同的方式解決。當2*Gmin〈Ytemp〈2*Gmin+2 (1- Θ ) *Gkey時,仍可以通過上移上行主干道相位(1_ Θ ) ^Gkey個距離，下移下行主干道相位(1-Θ )*Gkey個距離的方式，同時滿足綠波帶寬度的要求。此時，如果主干道相位之間包含兩個次干道相位，相位順序和起始時間需要作相應改變。
[0018]圖4是圖解法中當\_>2扣_+2( 1- Θ )*Gkey時的情形。此時僅通過上移下移的方式，已經(jīng)無法滿足綠波帶寬度的要求，此時主干道方向相位改用對稱相位同時放行的方式，使得中間Ytemp盡量湊足三個Gmin的長度。此時若2*Gmin+2 (1-Θ )*Gkey〈Ytemp〈3*Gmin，如圖中B位置所示，則:上移上行主干道相位(3*Gmin-Y一)/2個距離，并改為對稱相位同時放行的方式；下移下行主干道相位(3*Gmin-Y一)/2個距離，也改為對稱相位同時放行的方式。此時相位順序為相位6、相位7、相位8、相位5 (其中相位6、7、8可替換)或相位3、相位4、相位6、相位5(其中相位3、4、6可替換)，相位起始時間為Y2-(3*Gmin-YtMP)/2。此時為滿足綠波帶寬度要求，即需使得 Gkey-(3*Gmin-Ytemp)/2>0*Gkey，可算得 Ytemp>3*Gmin- (1-Θ )*Gkey。同時因為 Ytemp>2*Gmin+2 (1- Θ ) *Gkey，所以令 3*Gmin- (1- Θ ) *Gkey=2*Gmin+2 (1-θ ) *Gkey，可以算得Θ =1-Gmin/(3*Gkey)，因通常情況Gmin〈 Gkey，所以Θ最小為2/3，約為67%，也是不錯的效果?？梢钥吹紾kJS-Gniil^C,所以把缺少的Gkey-Gniin長度加給圖中的相位5，也是為什么相位5稍長于相位I的原因，這樣也可以在某種程度上增加綠波帶的寬度。當3*Gmin〈Y 一<C-2(l-0 )*Gkey時，如圖中B’位置所示，可以通過下移上行主干道相位(Ytemp_3*Gmin) /2個距離，并改為對稱相位同時放行的方式；上移下行主干道相位(Ytemp-3*Gmin)/2個距離，并改為對稱相位同時放行的方式。此時相位順序為相位6、相位7、相位8、相位5 (其中相位6、7、8可調(diào))或相位3、相位4、相位6、相位5 (其中相位3、4、6可調(diào))，相位起始時間為Y2+(3*6_-\_)/2。此時為滿足綠波帶寬度要求，即需使得Gkey-( Ytemp-3*Gmin)/2> Θ *Gkey，可算得Ytemp〈3*Gmin+2*(l_9)*Gkey。同時因為 Ytemp〈C-2 (1-θ )*Gkey，所以令 Gkey-( Ytemp_3*Gmin)/2〉Θ *Gkey=C_2(1-θ )*Gkey，可以算得 0=l/2+Gmin/(4*Gkey)，因通常情況 Gmin〈 Gkey，所以 Θ 最小為 3/4，即75%，已是非常不錯的效果。當C-2(l-0 )*Gkey <Ytemp〈C時，可以通過上移上行主干道方向相位(1-Θ ) *Gkey個距離，下移下行主干道方向相位(1-Θ ) *Gkey個距離，中間湊足一個C的長度。此時因為主干道相位之間包含一個周期，為保持周期性，此周期內(nèi)起始相位為相位1，結(jié)束相位為相位2，中間可以是相位3、4或是相位7、8的組合，相位起始時間為Y2-(C-Ytemp)/2。當YtMP>C時，Ytemp對C取余，得到的距離又落入(0，C)的范圍內(nèi)，使用圖3的方式解決。
[0019]圖5是當上行與下行主干道相位有重疊的情形。此時Ytemp為重疊部分的長度。當0<Ytemp<2( 1- Θ )*Gkey時，可以通過上移上行方向主干道相位Ytemp/2個距離，下移下行方向主干道相位Y一/2個距離的方式，同時滿足綠波帶寬度的要求，如圖中B位置所示，此時相位順序為相位1、2、3、4 (3、4可調(diào))或者1、2、7、8 (7、8可調(diào))，相位起始時間為Y2-Ytemp/2_Gkey。當2 (1- Θ ) ^Gkey〈Y一〈 Gkey時，如B2位置所示，改用對稱相位同時放行的方式，相位位置確定為:中點在(YfY1)/2處，長度為Gkey。此時相位順序為相位5、6、7、7 (6、7、8可調(diào))或者5、3、4、6 (3、4、6可調(diào))，相位起始時間為Y2-Ytemp/2- (C_3*Gmin)/2。為滿足綠波帶寬度要求，需使得 Gkey- (Gkey/2-Ytemp/2) > Θ *Gkey，算得 Ytemp> (2* θ -1) *Gkey,同時 Ytemp>2( 1- Θ )*Gkey,令兩者相等，即(2* Θ -l)*Gkey=2 (1- Θ )*Gkey，算得Θ =3/4，即最低為75%。當上行主干道方向相位位于下行主干道方向相位下方時，如圖中B2位置所示，此時與前兩種的不同之處在于Y1和Y2調(diào)換了位置，但是Ytomp的計算和前面沒有區(qū)別，所以用類似的方式可解決。
【權(quán)利要求】
1.一種直觀的主干道若干十字路口雙向綠波帶的實現(xiàn)方法，其特征在于，通過采集各路口的車流量信息、各路口之間的間距和路段車流平均速度，計算得出公共周期、各路口相位組合方式和相位差； 具體步驟是: 1)根據(jù)采集的交通流量，利用韋伯斯特公式，對干道中各個交叉口進行配時，得出各個交叉口的信號周期，公共周期最大的選為關(guān)鍵交叉口 ； 韋伯斯特公式:c = (1.5 * L+5) / (1+Y)，其中C為周期時長，L為每周期總損失時間；Y為交叉口關(guān)鍵相位最大流量比之和； 2)根據(jù)最短綠燈時間Gmin，算出主干道方向的綠燈時間Gkey= (C - 2 * Gmin) / 2，默認主干道兩個方向直行綠燈時間等于Gkey，支干道方向直行綠燈時間等于Gmin ； 3)初始化關(guān)鍵交叉口的相位順序，在時間-距離圖上以主干道相位的起點和終點分別做兩條斜率為1/V#和-1/VTC的斜線，再從其余每個路口在距離軸上的位置作一條垂直的直線，與先前東西相位引出的直線相交的線段即為此路口東西相位的位置； 4)通過上下調(diào)節(jié)東西相位的起始時間，或者改變相位的組合方式，以滿足綠波帶的寬度要求，最終得到每個路口的相位組合方式和相位起始時間。
【文檔編號】G08G1/081GK103794064SQ201410019172
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】蔣昌俊, 張亞英, 陳閎中, 閆春鋼, 丁志軍, 楊振宇 申請人:同濟大學