一種基于路段速度區(qū)間的城市干線雙向綠波控制優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通信號(hào)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于路段速度區(qū)間的城市干線雙向 綠波控制優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市道路交通流的不斷增長(zhǎng)和路網(wǎng)密度的不斷增加，單純對(duì)單個(gè)交叉口進(jìn)行 交通控制已難以實(shí)現(xiàn)擁堵在時(shí)間和空間上的轉(zhuǎn)移，以整條干線作為研究對(duì)象的城市道路交 通信號(hào)協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方法逐漸成為交通管理與控制的重要手段。城市道路干線單向協(xié)調(diào)控 制只需要考慮一個(gè)方向的信號(hào)協(xié)調(diào)，因此較易實(shí)現(xiàn)路段速度區(qū)間與協(xié)調(diào)相位的匹配。針對(duì) 現(xiàn)有干線交通信號(hào)控制方法采用車輛平均行駛速度設(shè)計(jì)綠波帶的不足，研究基于路段速度 區(qū)間的干線協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方法，以期對(duì)交通需求的波動(dòng)做出靈活響應(yīng)。
[0003] 交通狀況波動(dòng)性導(dǎo)致的誤差累積會(huì)在一定程度上影響干線協(xié)調(diào)控制效果，尤其是 當(dāng)交通量接近飽和或者過飽和時(shí)，以非擁堵交通狀況為假設(shè)的干線信號(hào)協(xié)調(diào)控制方法均不 適用。鑒于此，基于干線上不同路段采用不同行駛速度計(jì)算相位差的續(xù)進(jìn)式協(xié)調(diào)控制方式 應(yīng)運(yùn)而生。然而，此方法在設(shè)計(jì)綠波帶速度時(shí)仍然采用一個(gè)路段上的速度平均值，并未從根 本上滿足車輛速度隨機(jī)波動(dòng)的要求。基于人工智能法的干線交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方法主 要的弊端是其所需數(shù)據(jù)量過大且限制過多，計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致優(yōu)化模型更新較困難，大大 影響了其在實(shí)際交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。而且，傳統(tǒng)方法在構(gòu)建優(yōu)化控制模型時(shí)，常常 是以協(xié)調(diào)相位為首要考慮原則，以整條干線最大化綠波帶寬或最小化"費(fèi)用"為唯一優(yōu)化目 標(biāo)，并未兼顧非協(xié)調(diào)相位的通行需求，同時(shí)也未考慮相鄰交叉口之間最大化綠波帶寬或最 小化"費(fèi)用"這一優(yōu)化目標(biāo)，大大影響了綠燈時(shí)間的有效利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于路段速度區(qū)間 的城市干線雙向綠波控制優(yōu)化方法，在充分考慮車輛行駛特性和協(xié)調(diào)控制方向的通行需求 的基礎(chǔ)上，同時(shí)兼顧了非協(xié)調(diào)相位的通行需求，分別以相鄰交叉口之間的綠波帶寬最大化 為優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)干線道路交通信號(hào)的協(xié)調(diào)控制。
[0005] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于路段速度區(qū)間 的城市干線雙向綠波控制優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0006] 1)獲取控制時(shí)段干線各交叉口各流向的交通需求、信號(hào)設(shè)計(jì)相序、損失時(shí)間、各 流向的飽和流率、飽和度閾值、來(lái)計(jì)算各個(gè)交叉口的信號(hào)周期，確定干線雙向協(xié)調(diào)的公共周 期；
[0007] 2)基于協(xié)調(diào)相位和非協(xié)調(diào)相位的通行需求，確定各交叉口的協(xié)調(diào)相位綠時(shí)；
[0008] 3)基于雙向協(xié)調(diào)相位流率比和路段速度區(qū)間，以關(guān)鍵交叉口為基準(zhǔn)建立干線協(xié) 調(diào)控制相鄰交叉口之間綠波帶寬最大化優(yōu)化模型以確定其與相鄰交叉口之間的相對(duì)相位 差；
[0009] 4)以關(guān)鍵交叉口為基準(zhǔn)，確定其與相鄰交叉口之間的相對(duì)相位差；
[0010] 5)重疊度檢驗(yàn)，滿足重疊度條件則以當(dāng)前交叉口為基準(zhǔn)確定其與相鄰交叉口之間 的相對(duì)相位差，依次以滿足條件的交叉口為基準(zhǔn)檢驗(yàn)其相鄰交叉口是否滿足重疊度要求； 若不滿足重疊度檢驗(yàn)，則調(diào)整相位差使其滿足重疊度。得到干線雙向綠波控制信號(hào)優(yōu)化配 時(shí)方案。
[0011] 進(jìn)一步的，步驟1)包括以下步驟：
[0012] 交叉口各流向的交通需求來(lái)源于實(shí)時(shí)采集或預(yù)測(cè)的交通流數(shù)據(jù)；
[0013] 信號(hào)設(shè)計(jì)相序依據(jù)交叉口幾何特性、交叉口渠化和交通流特性等因素，采取先驗(yàn) 設(shè)計(jì)相序；
[0014] 損失時(shí)間包括啟動(dòng)損失時(shí)間和清空損失時(shí)間，所述損失時(shí)間米用先驗(yàn)值或通用公 式計(jì)算獲得；
[0015] 所述飽和流率依據(jù)如下計(jì)算公式：
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中：
[0021] stl、str、slr、Stlr為直左、直右、左右以及直左右車道飽和流率，（輛/小時(shí)）；
[0022] st、&為專用直行車道、左轉(zhuǎn)車道的飽和流率，（輛/小時(shí)）；
[0023] qi、qr、qt為共用車道中左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及直行流量，（輛/小時(shí)）；
[0024] Kr為共用車道中的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)系數(shù)；
[0025] 飽和度閾值取先驗(yàn)值0· 8~0· 9。
[0026] 信號(hào)周期計(jì)算采用如下公式：
[0027]
[0028]
[0029] 其中：
[0030] L為交叉口一個(gè)周期內(nèi)總的損失時(shí)間，（秒）；
[0031] X。為交叉口飽和度閾值；
[0032] yi為第i個(gè)關(guān)鍵車道組的流率比；
[0033] η為關(guān)鍵路徑中的關(guān)鍵相位數(shù)；
[0034] I1為相位i的的損失時(shí)間，（秒）；
[0035] 取最大周期為干線雙向協(xié)調(diào)控制的公共周期。
[0036] 進(jìn)一步的，步驟2)包括以下步驟：
[0037] 所述非協(xié)調(diào)階段的最小有效綠時(shí)公式為：
[0038]
[0039] 所述協(xié)調(diào)階段的最小有效綠時(shí)計(jì)算公式和最大有效綠時(shí)計(jì)算公式分別為：
[0040]
[0041]
[0042] 其中：
[0043] gimin為交叉□ i的協(xié)調(diào)相位最小有效綠燈時(shí)間，（秒）；
[0044] gin min為交叉口 i非協(xié)調(diào)相位η的最小有效綠燈時(shí)間，（秒）；
[0045] gi _為交叉口 i的協(xié)調(diào)相位最大有效綠燈時(shí)間，（秒）；
[0046] C為公共周期；C' ^交叉口 i的原有周期，（秒）；
[0047] Vin為交叉口 i非協(xié)調(diào)相位η的關(guān)鍵車道組的交通需求，（輛/小時(shí)）；
[0048] Sin為交叉口 i非協(xié)調(diào)相位η的關(guān)鍵車道組的飽和流率，（輛/小時(shí)）；
[0049] X為干線上所有交叉口的飽和度閾值；
[0050] 交叉口 i的損失時(shí)間，（秒）。
[0051] 進(jìn)一步的，步驟3)包括以下步驟：
[0052] 計(jì)算獲得雙向協(xié)調(diào)相位的流率比；
[0053] 依據(jù)路段車速的歷史數(shù)據(jù)確定路段的平均速度，基于路段速度序列的特征分布， 路段速度區(qū)間的計(jì)算公式如下：
[0054]
[0055] 其中：
[0056] Vmin為速度區(qū)間最低車速，（千米/小時(shí)）；
[0057] Vmax為速度區(qū)間最高車速，（千米/小時(shí)）；
[0058] &為速度區(qū)間的平均車速，（千米/小時(shí)）；
[0059] σ為速度序列標(biāo)準(zhǔn)差，
[0060] 依據(jù)先驗(yàn)值設(shè)定顯著性水平α = 〇· 05 ;
[0061] 以關(guān)鍵交叉口開始推導(dǎo)上游交叉口及下游交叉口協(xié)調(diào)相位綠時(shí)及相位差：
[0062]
[0063]
[0064] 式中：
[0065] gl i為交叉口 i_l協(xié)調(diào)相位的綠燈時(shí)間，（秒）；
[0066] &為交叉口 i協(xié)調(diào)相位的綠燈時(shí)間，（秒）；
[0067] Φ (1 lil}表示交叉口 i和交叉口 i-ι之間的相位差，（秒）；
[0068] 九W表示交叉口 i與交叉口 i-ι之間的距離，（千米）；
[0069] Vg lil)niax、Vu 1ι1)ηιιη分別表示叉口 i和交叉口 i-ι之間路段速度區(qū)間的上限和下限；
[0070] 干線上關(guān)鍵交叉口編號(hào)為i ;
[0071] Xll、X12分別為交叉口 i正向綠波的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)；
[0072] x(1+1)1、xu+1)2分別為交叉口 i+Ι正向綠波的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)；
[0073] 分別為交叉口 i反向綠波的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)；
[0074] x(i.+1)Px_2分別為交叉口 i+Ι反向綠波的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)；
[0075] \ν+1)Λ_分別為交叉口 i與i+