专利名称：道路分区域短程同步控制方法
技术领域：
本发明属于 城市道路交通控制领域，尤其是一种道路分区域短程同步控制方法。
背景技术：
道路交叉口是城市交通流的主要冲突点，大量调查分析数据表明，城市交通出行 延误的40 % 60 %发生在交叉口，合理解决交叉口交通流冲突、提高运行效率十分重要。 因此，交叉口信号灯控制在城市道路交通控制管理领域中占据重要地位。早期的交叉口信号灯控制为单点、固定配时方式，通过对不同方向交通通行权的 时间分离达到安全输导交叉口车辆的目的。这一控制方式虽然在早期的城市交通控制中发 挥了重要作用，但其缺点是显然的城市道路网络的交通流分布在一天内不断变化，固定配 时方式难以适应这一变化，从而带来绿灯时间利用率的降低和车辆延误的增加。针对这一问题，国内外的交通科研和工程人员开展了大量的研究工作，基于不断 进步的数学理论和自动控制技术，研发了单点感应控制、区域协调控制等控制方式和系统。 单点感应控制系统基于采集的交叉口进(出)口道车流数据来实时优化调整信号灯配时， 以适应交通流量和不同方向交通需求分布的频繁变化。这一系统具有较强的灵活性，在交 叉口饱和度不高时能够显著提高信号周期有效时间的利用效率，但在高峰各个方向均接近 饱和时配时优化余地很小，基本等同于固定配时系统，且由于各个交叉口独立运行，难以保 障车流连续运行，网络系统效率不高。区域协调控制按空间范围不同可分为“线控”、“面控” 两种线控，又称绿波，是区域协调控制系统的特例，是指通过设定沿一条路线上各交叉口 的信号灯相位差和配时使得车辆能连续经过多个交叉口而无需停车；面控，即区域协调控 制，通过对路网内若干交叉口的信号灯进行协调控制，达到减少甚至消除车辆交叉口受阻 概率、提高网络运行效率的目的。区域系统控制系统近年来发展迅速，以英国的SCOOTS系 统和澳大利亚的SCATS系统应用最为广泛。然而，在系统推广和使用过程中人们逐渐发现， 现有的区域协调控制对网络运行效率提高的效果在高峰拥挤时段几乎消失殆尽，整个系统 此时蜕化为单点控制系统。经分析发现，现有面控方法难以适应地面道路网络交叉方向交通需求均处于高峰 状态的情况，研究能够适应不同方向高交通需求下的面控方法和系统十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种道路分区域短程同步控制方法，能够适应路网交叉方 向均处于高交通需求状态下的区域协调控制，在高峰时段仍能有效提高网络交通的运行效率。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种道路分区域短程同步控制方法，其包括以下步骤1)根据道路的交通流量和设施状况划分区域，将路网分为若干个区域；2)每个区域内所有交叉口信号灯采用相同配时方案，且同一流向绿灯同步开启放行、同步关闭禁行。 进一步，所述步骤1)对道路的交通流量和设施状况进行调查，将道路分为畅通、 拥挤和阻塞，基于调查结果绘制道路运行状况分布图，确定不同拥挤区域的分界带，取分界 带中线处交叉口作为区域边界划分为若干区域。根据道路运行状态分布图，找到拥挤区域的核心拥挤路段，基于此确定拥挤区域 间衔接的畅通路段，画出畅通路段组成区域作为边界带，选择边界带中心线处的交叉口组 成的连线作为小区域的分界线。所述分界带内有左转专用相位的交叉口作为分界点。所述步骤2)中的配时方案是在区域内的所有交叉口采用同周期、单向同绿信比、 零相位差的统一配时方案，其中，区域内的同周期的确定是先在各交叉口单独采用单点或 固定配时方法进行配时，然后选取所有交叉口中最大周期长作为区域信号灯的配时周期 长；单向同绿信比是先统计区域内交叉方向断面最大车流量，按交叉方向流量比确定该区 域信号灯配时交叉方向绿信比。将一天分为早高峰、晚高峰和平峰三个时段，按不同时段确定配时周期长和配时 交叉方向绿信比，在不同时段采用不同配时方案进行控制。还包括在区域内的主干路和主干路相交、以及流量大的主干路与次干路相交的 交叉口安装交通数据采集系统，采集交叉口各进口道流量数据，监测区域流量空间分布的 长期变化趋势，对信号灯配时方案进行优化更新。短程同步控制的方法是根据道路网络设施基本条件和交通运行状况调研结果， 完成控制子区域的划分；根据子区域内各交叉口交叉方向交通流量比例随时间的变化特 征，以降低总体延误为目标，制定不同时段(如高峰时段、平峰时段)的子区域信号灯配 时方案(统一的周期长、交叉方向的绿信比)；选择区域内重要交叉口安装交通数据采集系 统，监测流量变化的长期趋势，不断进行配时方案的优化更新。由于采用了以上技术方案，本发明的有益效果是本发明的小区域路网内同一流 向车辆同步绿灯放行的信号灯协调控制方法使得交叉方向的车流在一个周期内都可以连 续通过若干交叉口，且无需考虑路网内不同方向车流的需求大小和到达分布特征，可有效 减小高峰时段车辆的交叉口停车概率，降低延误。
图1是本发明的控制系统示意图。图2是本发明的小区域短程同步控制方案设计示意图。图3是小区域划分方法示意图。图4是小区域分路网分方向最大流量计算示意图。
具体实施例方式由于城市道路网络交通流量和空间分布随时间而频繁变化，传统的信号灯交叉口 单点、固定配时方式往往会带来有效绿灯时间利用效率的降低。因此，许多城市都采用了区 域协调控制系统，在实时采集交通信息的基础上，采用方案选择式对一定区域内的交叉口 信号灯进行协调控制，以维持车辆连续运行，提高网络运行效率。然而，现有的区域协调控制系统在来自各个方向交通需求量均接近饱和时难以发挥作用作为“面控”特例，绿波控 制在保障主线交通运行效率的同时，带来了相交道路运行效率的下降，当相交道路交通需 求较大时，系统总体运行效率不高；而兼顾不同方向交通需求的“面控”，当各个方向交通需 求均较大时，周期长、绿信比、相位差等关键参数确定困难，往往顾此失彼，系统运行接近单 点控制。基于对现有城市道路网络区域协调控制系统在高峰时段失效机理的认识，本发明 提出的方法是对小范围高密度路网内的所有交叉口信号灯配时采用同周期、单向同绿信 比、零相位差的短程同步控制方法，实施方法是将路网划分为若干小区域，针对每个小区域 的不同交通特征给出合适的交叉口信号灯配时方案，区域内所有交叉口信号灯配时方案相 同，且同一流向绿灯同步开启放行、同步关闭禁行(此时交叉方向绿灯同步开启放行)。
本发明高密度城市地面道路网络分区域短程同步控制方法，包括(1)对小区域 内所有交叉口信号灯采用相同配时方案，且同一流向绿灯同步开启放行、同步关闭禁行， 保证即使在高峰时段，区域内交叉方向的车流在一个信号灯周期内也可连续通过若干交 叉口 ；(2)小区域的划分方法是对城市道路网络的设施基本情况和交通运行情况进行全 面调查，将城市交通运行状况分成畅通、拥挤、阻塞三个等级，基于调查结果绘制城市道路 交通运行状况分布图，找到不同拥挤区域的分界带(拥挤区域外由较畅通或畅通路段组 成的区域)，可取分界带中线附近交叉口作为小区域边界，并可优先考虑分界带内有左转 专用相位的交叉口作为分界点；(3)小区域内信号灯配时方案的设计方法将一天的时间 (6:00-20:00)分为早高峰、晚高峰和平峰三个时段，统计各时段小区域内各交叉口进口道 流量，按单点、固定配时方法分别给出信号灯周期长，选择关键交叉口(最大周期长)周期 长作为该时段区域信号灯配时周期长，统计小区域交叉方向断面最大车流量，按交叉方向 流量比确定该时段区域信号灯配时交叉方向绿信比，所有交叉口同一流向信号灯相位差为 零；(4)小区域交叉方向断面最大流量为一个方向上网络割集包含所有路段流量和中的最 大值；(5)系统实施采用方案选择式，按(3)中方法制定不同时段的控制方案，根据时段调 用不同方案；(6)选择小区域内的主干路和主干路相交以及流量大的主干路与次干路相交 的交叉口安装交通数据采集系统，采集交叉口各进口道流量数据，监测区域流量空间分布 的长期变化趋势，采用(3)中方法对信号灯配时进行优化更新。以下结合附图所示实施示例对本发明作进一步的说明。本发明给出的短程同步控制的方法和系统的实施步骤如下步骤一、对路网的道路设施条件和交通运行状况进行调查。道路设施条件包括路 段车道数、中央分隔带行驶、机非分隔带形式、交叉口进口道车道数、车道功能划分等信息， 采用人工巡视法进行调查；交通运行状况包括各个路段的分方向流量、道路行程车速等信 息，流量数据可利用部分交叉口已布设的数据采集器进行自动采集，并辅以人工调查进行 补充，道路行程车速调查采用浮动车调查法，可利用已有出租车和公交车的GPS数据，部分 路段可补充一些跟车调查数据。步骤二、调查数据处理。将采用步骤一方法收集的数据整理成各个路段的流量和 行程车速。步骤三、基于步骤二中整理得到的行程车速给出各个路段的运行状况评价，分为 畅通、拥挤、阻塞三个等级。(行程车速的分级阈值可在实施过程中，根据实际需求确定)
步骤四、控制小区域划分。绘制路网交通运行状态分布图(图3)，找到拥挤区域 (I-IV)的核心拥挤路段(阻塞路段或大量拥挤路段)，基于此确定拥挤区域间衔接的畅通 路段，画出畅通路段组成区域作为边界带，选择靠近边界带中心线的交叉口(设置左转专 用相位的交叉口优先选择)组成的连线作为小区域的分界线。步骤五、小区域短程同步控制方案设计。小区域内所有交叉口采用同周期、单向同 绿信比、零相位差的统一配时方案，同一流向绿灯同步开启放行、同步关闭禁行(图2)。信 号周期长的确定方法是首先各交叉口单独进行信号灯配时方案设计，设计方法与单点、固 定配时方法相同；然后取所有交叉口最大周期长作为区域信号灯配时周期长。绿信比的确 定方法是首先计算小区域路网交叉流向的最大流量，如图4所示路网，设东西流向道路共 有η条，每条包含m个路段，取Qij i e [l，n]，je [1，m]代表东西向第i条道路第j个路
段的调查流量，则该路网东西向最大流量应为=Imax(Gy)，南北向最大流量Qsnmax计
算方法相同；然后取路网信号灯配时东西向绿灯时间gew和南北向绿灯时间gsn之比gew/gsn =QewmJQsn _，从而给出小区域信号配时方案。步骤六、分时段方案设计。将一天时间(6:00-20:00)分为早高峰、晚高峰和平峰 三个时段，针对每个小区域采用步骤五给出的方法分别给出不同时段的不同配时方案。其 中，早高峰、晚高峰、平峰三个时段的划分视城市交通需求变化而定，对同一城市同一区域 而言，通常时段较为固定，因此可确定方案转换的时间点。从长期而言，可基于区域内交通 检测系统采集数据，对三个时段进行定期修正。步骤七、控制系统实施。针对每个小区域设置区域信号控制处理器(图1)，并上设 一个控制中心，控制中心采用步骤五、步骤六方法给出各子区域信号配时的分时段方案，形 成方案集，分发给小区域信号控制处理器，小区域信号控制处理器根据时段调用相应方案， 完成区域内信号灯控制。步骤八、配时方案优化更新。选择小区域内的主要道路交叉口安装交通数据自动 采集设备(图1)，采集交叉口各流向交通流量数据，可基于数据长期监测区域内交通流量 分布的变化趋势，采用步骤五方法不断优化更新配时方案。主要道路交叉口的选择方法是 优先选择主干路和主干路相交的交叉口，资金许可时大流量的主干路与次干路交叉口也应 监测，具体实施时可基于已有系统进行补充建设。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种道路分区域短程同步控制方法，其特征在于其包括以下步骤1)根据道路的交通流量和设施状况划分区域，将路网分为若干个区域；2)每个区域内所有交叉口信号灯采用相同配时方案，且同一流向绿灯同步开启放行、 同步关闭禁行。
2.如权利要求1所述的道路分区域短程同步控制方法，其特征在于所述步骤1)对道 路的交通流量和设施状况进行调查，将道路分为畅通、拥挤和阻塞，基于调查结果绘制道路 运行状况分布图，确定不同拥挤区域的分界带，取分界带中线处交叉口作为区域边界划分 为若干区域。
3.如权利要求2所述的道路分区域短程同步控制方法，其特征在于根据道路运行状 态分布图，找到拥挤区域的核心拥挤路段，基于此确定拥挤区域间衔接的畅通路段，画出畅 通路段组成区域作为边界带，选择边界带中心线处的交叉口组成的连线作为小区域的分界线。
4.如权利要求2或3所述的道路分区域短程同步控制方法，其特征在于所述分界带 内有左转专用相位的交叉口作为分界点。
5.如权利要求1所述的道路分区域短程同步控制方法，其特征在于所述步骤2)中 的配时方案是在区域内的所有交叉口采用同周期、单向同绿信比、零相位差的统一配时方 案，其中，区域内的同周期的确定是先在各交叉口单独采用单点或固定配时方法进行配时， 然后选取所有交叉口中最大周期长作为区域信号灯的配时周期长；单向同绿信比是先统计 区域内交叉方向断面最大车流量，按交叉方向流量比确定该区域信号灯配时交叉方向绿信 比。
6.如权利要求5所述的道路分区域短程同步控制方法，其特征在于将一天分为早高 峰、晚高峰和平峰三个时段，按不同时段确定配时周期长和配时交叉方向绿信比，在不同时 段采用不同配时方案进行控制。
7.如权利要求1所述的道路分区域短程同步控制方法，其特征在于还包括在区域内 的主干路和主干路相交、以及流量大的主干路与次干路相交的交叉口安装交通数据采集系 统，采集交叉口各进口道流量数据，监测区域流量空间分布的长期变化趋势，对信号灯配时 方案进行优化更新。
全文摘要
本发明公开了一种道路分区域短程同步控制方法，其针对道路的交通流量和设施状况进行调查，将道路分为畅通、拥挤和阻塞，基于调查结果绘制道路运行状况分布图，确定不同拥挤区域的分界带，划分为若干区域；每个区域内所有交叉口信号灯采用相同配时方案，且同一流向绿灯同步开启放行、同步关闭禁行。区域信号灯配时方案选择关键交叉口周期长作为区域信号灯配时周期长，按交叉方向最大流量比确定该区域信号灯配时交叉方向绿信比。本发明的方法使得区域内交叉方向的车流在一个周期内都可以连续通过若干交叉口，且无需考虑路网内不同方向车流的需求大小和到达分布特征，可有效减小高峰时段车辆的交叉口停车概率，降低延误。
文档编号G08G1/081GK102074117SQ20101060949
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者孙立军, 杜豫川, 邵敏华 申请人:同济大学