一種基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法
2023-06-19 00:31:41 1
一種基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法，包括如下步驟：1）調查幹道上信號交叉口幾何設置參數和基本配時參數，計算交叉口之間的換算距離Di；2）計算理想信號間距的取值範圍和迭代步長，得到理想信號間距的取值集合A；3）劃分理想信號相對位置，基於綠波損失計算規則，計算所有可能理想信號間距取值Aj下幹線上的最大綠波帶寬度GWBj；4）選取GWBj中的最大值為最優綠波帶寬度GWB*，計算各交叉口的綠時差，得到幹線綠波帶寬度最大的協調控制配時方案。
【專利說明】一種基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於交通信號控制中幹線綠波控制【技術領域】，涉及一種使幹道雙向綠波帶寬度最大的協調控制配時方法。
【背景技術】
[0002]我國在城市道路網幹道上的交叉口多為信號控制交叉口，分別進行單點信號控制時車輛在交叉口處頻繁停車，因此導致路網運行效率低下、出行延誤增大等交通問題。為減少車輛在各個交叉路口上的停車時間，把一條幹線上的一批相鄰交通信號統一起來，加以協調控制，減少幹線上車流的交通延誤和停車率，對改善整個城市交通狀況具有重大意義。
[0003]定時幹道綠波信號協調控制的設計原則主要有兩種:綠波帶寬最大化和延誤最小化。其中綠波帶寬最大化設計方法是通過改變幹線上各個交叉口的綠時差，追求理論綠波通行時間與公共信號周期比值的最大化，即以信號時空圖中的理論綠波帶寬度作為配時方案協調控制效果的評價指標。常用方法有圖解法和數解法。其中圖解法直觀易操作，但主觀性較大，且不適合於幹線上交叉口較多時的情況。而數解法具有計算簡潔、實現方便、可操作性強等優點，並在一些幹道協調控制實際系統設計中得到廣泛應用，在許多教科書中也將其作為經典方法進行介紹。
[0004]然而通過圖解法驗證可以發現，傳統數解法給出的配時方案的綠波帶寬並不是最大的綠波帶寬。此外，傳統數解法所提出的改變限速值的方案在實際城市幹道中難以實現，實際上城市幹線的限速一般都是 統一的，而車輛在同一路段上的行駛速度也相對穩定。再者，傳統數解法只考慮了理想情況下的綠波帶寬計算，沒有考慮實際路段中可能出現的延誤情況，如公交車停靠站產生的延誤和交叉口先期排隊車輛造成的延誤。
[0005]為了克服上述缺陷，本發明對傳統幹線信號協調控制數解方法進行改進，易於實施、考慮實際車輛運行延誤的前提下，提出一種基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時新方法。
【發明內容】
[0006]技術問題:本發明在傳統幹道綠波協調控制數解方法基礎上，提供了一種使幹線綠波帶寬最大、計算簡便且易於實際工程操作的基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法。
[0007]技術方案:本發明的基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法，包括以下步驟:
[0008]I)對幹線上信號交叉口的基本幾何參數和配時參數進行調查，得到幹線上信號交叉口個數為N個，第i個交叉口和第一個交叉口間的路段長度為DOi, i=l, 2，…，N，第i個交叉口的綠信比為λ i，i=l，2，...，N，幹線上公共信號周期C的取值範圍為C e [Cmin, CmaJ ,幹線上車輛的平均運行速度為V，計算交叉口間的換算距離Di, i=l, 2，…，N ;
[0009]2)基於步驟I)中調查得到的基本參數，計算理想信號間距a的取值範圍為:a e [Cfflin.v/2，Cfflax.v/2],理想信號間距a的迭代步長為:s=v/2 ;然後根據公式Aj=Cmin *v/2+s*(j-l)計算理想信號間距a所有的可能取值Aj,並生成理想信號間距a所有可能取值的集合 A，A= {Cmin-v/2, Cmin-v/2+s, Cmin *v/2+2s,...Cmin-v/2+s* (j_l)，...Cmax.ν/2}，其中j為可能選取的迭代步長，j=l, 2，…，Cmax-Cmin+1 ；
[0010]3)按照如下方法，分別計算理想信號間距a的每一個可能取值Aj下，幹線上的最大綠波帶寬度:
[0011]31)首先計算幹線交叉口餘數向量Y=Iiy1, y2,…，yN]，其中Ji為Di除以Aj所得到的餘數，然後基於幹線交叉口餘數向量y計算旋轉餘數向量y』 =[y/，y2』，…，yN』 ]，最後將幹線交叉口餘數向量y和旋轉餘數向量y』中的所有元素合併到一個向量中，並將合併後得到向量中的所有元素按取值從小到大順序排序，得到理想信號間距分割向量Y= [Y1, Y2，…
Y 1.> kN」，
[0012]32)計算理想信號相對位置取值集合X=K1, X2,…Xk…，X2J，其中理想信號相對位置可能取值 Xk= (Yk+Yk+1) /2，k=l, 2，…，2N-1，X2n= (Υ2Ν+Αρ /2 ；
[0013]33)首先利用綠信損失計算規則，按照如下方法分別計算每一個理想信號相對位置可能取值Xk下的幹線綠波帶寬度GWBOu:
[0014]計算理想信號相對位置可能取值Xk下信號交叉口 i對應的前綠波損失Lfi和後綠波損失Lbi, i=l , 2，…，N ;然後選取所有Lfi中的最大值作為理想信號相對位置可能取值Xk下幹線綠波帶寬的前綠波損失LfMk,選取所有Lbi中的最大值作為理想信號相對位置可能取值Xk下幹線綠波帶寬的後綠波損失LbMk;最後計算理想信號相對位置可能取值Xk下的幹線綠波帶寬度 GWB0j，k=50%-LfMk-LfMk ；
[0015]34)選取所有GWBO^t中的最大值作為理想信號間距a的可能取值、下，幹線上的最大綠波帶寬度GWBj ；
[0016]4)選取所有幹線上的最大綠波帶寬度GWB^中的最大值，將它所對應的理想信號間距a的可能取值~作為最優理想信號間距值a%然後計算幹線最優公共周期值Cf=2a7V，進而根據綠時差計算規則計算得到第i個交叉口的綠時差Oi，最後將幹線最優公共周期值Cf和所有交叉口的綠時差作為使幹線綠波寬度最大的最優協調控制配時方案。
[0017]本發明方法在傳統幹道綠波協調控制數解方法基礎上做出改進，能夠快速求解得到使幹道雙向綠波帶寬度最大的協調控制配時方案。
[0018]有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0019]傳統幹線綠波協調控制數解方法存在不易於工程實施、沒有考慮車輛運行過程中的實際延誤和綠波損失計算原理考慮不全面等問題。本發明基於傳統數解法中存在的問題提出了新的幹線綠波協調控制配時方法，通過分別計算前後綠信損失改進了有效綠波帶寬寬度的計算原理，通過設置換算距離在數解法中考慮實際車輛運行中的延誤情況，通過改變理想信號取值方法使得求解結果更易於實際使用，並提出了新的最優理想信號位置找尋方法。本發明提出的方法易於實施、更符合實際車輛運行情況且可以準確求得使幹道雙向綠波帶寬最大的協調控制配時方案。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法的流程圖。【具體實施方式】:
[0021]下面進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落於權利要求所限定的範圍。
[0022]本發明的基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法，包括如下步驟:
[0023]I)調查得到幹道上信號交叉口幾何設置參數和基本配時參數:對幹線上信號交叉口的基本幾何參數和配時參數進行調查，調查得到幹線上信號交叉口個數為N個，第i個交叉口和第一個交叉口間的路段長度為DOi, i=l，2，".，Ν，第i個交叉口的綠信比為Ai,i=l, 2，…，N，幹線上公共信號周期C的取值範圍為C e [Cfflin, CmaJ，幹線上車輛的平均運行速度為V。
[0024]本發明通過計算交叉口間的換算距離Di考慮車輛實際運行中存在的延誤，計算方法如下:
[0025]Di = DOi+CQ^i+li+SD)#
[0026]其中，Di是換算後上遊交叉口 i和下遊交叉口 i+Ι之間的新假想距離；D0i上遊交叉口 i和下遊交叉口 i+Ι之間的實際距離；Q是下遊交叉口 i+Ι處每個直行車道上的平均先期排隊車輛；h排隊車輛消散的車頭時距離山是車輛啟動損失；SD是公共運輸在路段1-1+Ι上的平均停站時間是車輛的平均運行速度。
[0027]2)計算理想信號間距的取值範圍和迭代步長，並生成理想信號間距a所有可能取值的集合。
[0028]傳統數解法提出了 「理想信號」的概念，尋找幹線上「理想信號」的位置，即「理想信號」的間距，是傳統數解法的核心任務。本方法沿用了傳統數解法中的實際交叉口綠時差設置方法:「理想信號」是綠信比為50%、在幹線上等距離分布的虛擬交叉口，理想信號間距是指這些虛擬交口之間的距離，相鄰理想信號之間組成交互協調，即綠時差為50%。幹線上的實際交叉口和最近的理想信號之間組成同步式協調，即綠時差為0%。
[0029]然而傳統數解法存在不方便實際工程實施、找到的理想信號間距並不是最優解等問題，本方法就理想信號間距取值、綠波損失計算方法和最優理想信號間距找尋方法三個方面對傳統數解法進行了改進。其中，首先按照如下方法計算理想信號間距的取值範圍和迭代步長:基於步驟I)中調查得到的基本參數，計算理想信號間距a的取值範圍和a值的迭代步長s ;理想信號間距a的取值範圍為:a e [Cfflin.v/2, Cfflax.v/2]，理想信號間距a的迭代步長為:s=v/2 ；
[0030]然後根據計算得到的理想信號間距a的取值範圍和迭代步長，計算理想信號間距a所有的可能取值Aj,並生成理想信號間距a所有可能取值的集合A，A= (Cfflin.v/2, Cfflin.v/2+s, Cmin *v/2+2s,...Cmin.ν/2+8*υ-1)，...Cmax.ν/2}，其中 Aj=Cmin.v/2+s* (j_l)，j=l，2，…，Cmax_Cmin+l，j 為可能選取的迭代步長數，j=l, 2，...，Cmax-Cmin+1。
[0031]3)分別計算理想信號間距a的每一個可能取值Aj下，幹線上的最大綠波帶寬度GffBj ;對於每一個可能取值Aj,計算步驟大致為先計算在理想信號間距a的可能取值Aj下理想信號相對位置的取值集合X ;然後計算在理想信號間距a的可能取值Aj下，所有理想信號相對位置可能取值Xk下幹線綠波帶寬度值GWBOu;最後選取其中的最大值作為幹線上的最大綠波帶寬度GWBp具體的步驟如下:
[0032]31)計算理想信號間距分割向量:採用環形分割的思想，若干線上有N個信號控制交叉口，則理想信號相對位置的可能取值最多有2N個。具體計算方法如下:
[0033]首先計算幹線交叉口餘數向量Y=Iiy1, y2,…，yN]，其中Ji為Di除以Aj所得到的餘數。基於得到的幹線交叉口餘數向量y，採用環形分割的思想，將幹線上的所有交叉口排列在一個圓環中，其中圓環的周長代表了理想信號間隔a的可能取值~，圓周中交叉口間的弧長代表在一個理想信號間隔中各個交叉口間的相對距離yi。將得到的圖形繞圓心旋轉180度後和原來的圖形重合。基於旋轉後的圖形得到旋轉餘數向量y』 =[y/，y2』，一，yN』 ]，將餘數向量I和旋轉餘數向量y』中的所有元素合併到一個向量中，並將合併後所有元素按取值從小到大順序排序，得到理想信號間距分割向量Y=LY1, Y2，-,Y2J ；
[0034]32 )計算理想信號相對位置取值集合
[0035]基於理想信號間距分割向量Y計算理想信號相對位置取值集合X=K1, X2,…，X2J，其中 Xk= (Yk+Yk+1) /2，k=l, 2，…，2N-1，X2n= (Y2N+Ap /2 ；
[0036]33)計算理想信號間距a的可能取值Aj下，每一個理想信號相對位置可能取值Xk下幹線綠波帶寬度值GWB0j，k
[0037]綜合考慮交叉口實際綠信比、實際交叉口與理想信號之間的錯移距離、實際交叉口相對理想信號的前後位置，單個交叉口處綠波損失的計算規則如表1所示。
[0038]表1綠波損失計算規則
[0039]
【權利要求】
1.一種基於綠波帶寬度最大化的幹道綠波協調控制配時方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟: 1)對幹線上信號交叉口的基本幾何參數和配時參數進行調查，得到幹線上信號交叉口個數為N個，第i個交叉口和第一個交叉口間的路段長度為DOi, i=l, 2，…，N，第i個交叉口的綠信比為λ i，i=l，2，...，N，幹線上公共信號周期C的取值範圍為C e [Cmin，Cmax]，幹線上車輛的平均運行速度為V，計算交叉口間的換算距離Di, i=l, 2，…，N ; 2)基於所述步驟I)中調查得到的基本參數，計算理想信號間距a的取值範圍為:a e [Cfflin.v/2，Cfflax.v/2]，理想信號間距a的迭代步長為:s=v/2 ;然後根據公式Aj=Cmin.v/2+s*(j-l)計算理想信號間距a所有的可能取值Aj,並生成理想信號間距a所有可能取值的集合 A，A= ICmin.v/2, Cmin.v/2+s, Cmin.v/2+2s,...Cmin.v/2+s* (j_l)，...Cmax.v/2}，其中j為可能選取的迭代步長數，j=l, 2，…，Cmax-Cmin+1 ； 3)按照如下方法，分別計算理想信號間距a的每一個可能取值Aj下，幹線上的最大綠波帶寬度: 31)首先計算幹線交叉口餘數向量Y=Iiypy2,…，yN]，其中YiSDi除以Aj所得到的餘數，然後基於所述幹線交叉口餘數向量7計算旋轉餘數向量7』 = [71』，72』，一，7/]，最後將幹線交叉口餘數向量y和旋轉餘數向量y』中的所有元素合併到一個向量中，並將合併後得到向量中的所有元素按取值從小到大順序排序，得到理想信號間距分割向量Y=LY1, Y2, -,Y2J ； 32)計算理想信號相對位置取值集合X=K1,X2,…Xk,…，X2J，其中理想信號相對位置可能取值 Xk= (Yk+Yk+1) /2，k=l, 2，…，2N-1，X2n= (Y2N+Ap /2 ； 33)首先利用綠信損失計算規則，按照如下方法分別計算每一個理想信號相對位置可能取值Xk下的幹線綠波帶寬度`GWBO&: 計算理想信號相對位置可能取值Xk下信號交叉口 i對應的前綠波損失Lfi和後綠波損失Lbi;i=l，2，…，N;然後選取所有Lfi中的最大值作為理想信號相對位置可能取值Xk下幹線綠波帶寬的前綠波損失LfMk,選取所有Lbi中的最大值作為理想信號相對位置可能取值Xk下幹線綠波帶寬的後綠波損失LbMk ;最後計算理想信號相對位置可能取值Xk下的幹線綠波帶寬度 GWB0j，k=50%-LfMk-LfMk ； 34)選取所有GWBO&中的最大值作為理想信號間距a的可能取值Aj下，幹線上的最大綠波帶寬度GWBj ； 4)選取所有幹線上的最大綠波帶寬度GWB^中的最大值，將它所對應的理想信號間距a的可能取值~作為最優理想信號間距值:，然後計算幹線最優公共周期值Cf=2a7V，進而根據綠時差計算規則計算得到第i個交叉口的綠時差Oi,最後將幹線最優公共周期值Cf和所有交叉口的綠時差作為使幹線綠波寬度最大的最優協調控制配時方案。
【文檔編號】G08G1/081GK103632555SQ201310617878
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】季彥婕, 胡波, 王煒, 湯鬥南 申請人:東南大學