一種考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法
2023-10-08 07:29:34
一種考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，採用不等飽和度信號配時思想，為協調相位綠時提供了靈活的調整優化空間，通過量化的車輛行駛速度波動區間，實現了車速不均勻情況下的協調相位綠時和相位差參數的優化。本發明將交通流運行狀態的不確定性特徵融入了帶寬最大化優化過程，克服了傳統方法無法兼顧優化幹線交叉口信號周期和綠時，以及採用平均車速假設，忽略車速不均勻性的弊端，可有效增強幹線單向綠波協調控制對外界幹擾的容抗能力，提升幹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用的可操作性，對於城市道路交通信號控制優化系統建設，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幹線單向綠波控制優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能交通信號控制【技術領域】，具體是一種考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法。
【背景技術】
[0002]單向綠波控制是城市幹線信號協同控制中最為常用的手段之一。針對城市幹線以某向交通流為主導的交通運行模式(如早晚尖峰時段的潮汐流，單行線交通流、節假日期間城市幹線出入境交通流等)，以及需要對某向幹線交通流進行優先疏散等情況下，採用單向綠波控制手段往往會有效提高幹線道路交通運行效率，減少車輛停車次數，縮短車輛行程時間，保障幹線道路交通流的平穩通行。顯然，城市幹線單向綠波控制優化方法的優劣直接決定了最終實施效果的好壞。
[0003]為了充分發揮幹線單向綠波控制的效益，國內外研究和應用領域提出了諸多優化方法，其中，基於綠波帶寬最大化的一類方法在當前獲得了廣泛使用，並取得了良好的應用效果，代表性的有MAXBAND、MULTIBAND等，此類方法的基本原理為通過構建周期、綠時、相位差、行駛車速等參數的關係，以實現最大綠波帶寬為目標，進而獲得相位差參數的理論優化解。
[0004]就單向綠波帶寬最大化而言，由於不存在對向協調相位差的約束，單向綠波帶寬主要受到幹線交叉口的公用周期和最小協調綠時限制，傳統綠波帶寬最大化方法無法基於實際採集的交通流數據，對周期和綠時進行優化，往往需要藉助外部算法或模型實現，限制了進一步優化擴大綠波帶寬的能力；除此之外，傳統綠波帶寬最大化方法採用了路段平均車速的假設，忽略了車輛行駛速度的不均勻性，諸多研究結論表明，城市道路交通流因受到交叉口信號控制、道路等級、天氣環境、路測停車、行人和非機動車等外界因素的影響和幹擾，交通流狀態具有顯著的不確定性特徵，而車輛行駛速度的不均勻性為其具體表現之一。在交通流狀態表現出較強波動性特徵時，傳統方法平均車速的假設將導致較大的誤差累計，尤其是當交通狀況臨近飽和或過飽和時，此類效應更為顯著，無法有效保障交通流運行狀態的平穩與連貫，甚至會引起幹線協調的整體失效。
【發明內容】
[0005]發明目的:針對現有幹線單向綠波帶寬最大化方法無法兼顧優化幹線交叉口信號周期和綠時，以及採用平均車速假設，忽略車速不均勻性的弊端，本發明提出了一種考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法。該方法採用不等飽和度信號配時思想，在滿足非協調相位的交通需求，為協調相位綠時提供靈活的調整優化範圍，同時依據路段車輛行駛車速的不均勻性特徵，通過量化的車輛行駛速度波動區間，實現了車速不均勻情況下的協調相位綠時和相位差參數的優化。本發明提出方法將交通流運行狀態的不確定性特徵融入了帶寬最大化優化過程，可有效增強幹線單向綠波協調控制對外界幹擾的容抗能力，提升幹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用的可操作性，對於城市道路交通信號控制優化系統建設，提升城市交通管控水平具有積極的意義。
[0006]技術方案:一種考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，所述方法包括如下步驟:
[0007]I)獲取控制時段幹線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速、車速波動區間，以及信號設計相序、損失時間、各流向飽和流率、非協調階段最小飽和度、非協調階段最大飽和度作為輸入數據；
[0008]2)確定幹線交叉口公用周期，基於非協調階段最小和最大飽和度，計算各交叉口非協調階段最大和最小有效綠時，並得到各交叉口協調階段有效綠時的調整區間；
[0009]3)基於各交叉口協調階段最小有效綠時和路段平均行程車速，確定幹線單向綠波帶寬，並計算時空坐標中各交叉口的有效綠時中點坐標、最小有效綠時起始和終止坐標、最大有效綠時起始和終止坐標，綠波帶寬起始和終止邊界坐標；
[0010]4)基於路段速度波動區間，計算各交叉口綠波帶寬起始和終止擴展邊界的坐標；
[0011]5)調整幹線各交叉口協調階段有效綠時，確定各交叉口協調階段有效綠時起始坐標和相對相位差，得到幹線各交叉口的優化信號配時方案。
[0012]進一步地，
【發明內容】
還包括:
[0013]步驟I)中，幹線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速來源於實時採集或預測的交通流數據；車速波動區間可採用歷史交通流數據標定的結果，或其他方法實時估計或預測後得出的結果；信號設計相序規定了多個信號執行階段的次序和每個階段內的放行方向，由唯一的協調階段和若干非協調階段組成；損失時間依據信號設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、非協調階段最小飽和度、非協調階段最大飽和度一般為先驗配置參數；
[0014]步驟2)中，幹線交叉口公用周期可直接採用先驗公用周期，或利用通用的周期計算公式計算獲得幹線各交叉口周期時長，並取其中的最大值作為公用周期；計算各交叉口非協調階段最大和最小有效綠時的公式為:
【權利要求】
1.一種考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟: 1)獲取控制時段幹線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速、車速波動區間，以及信號設計相序、損失時間、各流向飽和流率、非協調階段最小飽和度、非協調階段最大飽和度作為輸入數據； 2)確定幹線交叉口公用周期，基於非協調階段最小和最大飽和度，計算各交叉口非協調階段最大和最小有效綠時，並得到各交叉口協調階段有效綠時的調整區間； 3)基於各交叉口協調階段最小有效綠時和路段平均行程車速，確定幹線單向綠波帶寬，並計算時空坐標中各交叉口的有效綠時中點坐標、最小有效綠時起始和終止坐標、最大有效綠時起始和終止坐標,綠波帶寬起始和終止邊界坐標； 4)基於路段速度波動區間，計算各交叉口綠波帶寬起始和終止擴展邊界的坐標； 5)調整幹線各交叉口協調階段有效綠時，確定各交叉口協調階段有效綠時起始坐標和相對相位差，得到幹線各交叉口的優化信號配時方案。
2.根據權利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，其特徵在於，所述步驟I)中， 幹線各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程車速來源於實時採集或預測的交通流數據； 車速波動區間可採用歷史交通流數據標定的結果，或其他方法實時估計或預測後得出白勺結果； 信號設計相序規定了多個信號執行階段的次序和每個階段內的放行方向，由唯一的協調階段和若干非協調階段組成； 損失時間依據信號設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、非協調階段最小飽和度、非協調階段最大飽和度一般為先驗配置參數。
3.根據權利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，其特徵在於，所述步驟2)中， 幹線交叉口公用周期可直接採用先驗公用周期，或利用通用的周期計算公式計算獲得幹線各交叉口周期時長，並取其中的最大值作為公用周期； 計算各交叉口非協調階段最大和最小有效綠時的公式為:
4.根據權利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，其特徵在於，所述步驟3)中， 幹線單向綠波帶寬為幹線各交叉口最小協調階段有效綠時中的極小值； 時空坐標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C的計算公式為:
5.根據權利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，其特徵在於，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O和終止擴展邊界坐標ti'的計算公式為:
6.根據權利要求1所述的考慮車速不均勻性的城市幹線單向綠波控制優化方法，其特徵在於，所述步驟5)中， 各交叉口協調階段有效綠時起始坐標取最小有效綠時起始坐標、最大有效綠時起始坐標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 優先權日:2014年1月9日
【發明者】夏井新, 聶慶慧, 陸振波, 黃衛, 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