一种考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，采用不等饱和度信号配时思想，为协调相位绿时提供了灵活的调整优化空间，通过量化的车辆行驶速度波动区间，实现了车速不均匀情况下的协调相位绿时和相位差参数的优化。本发明将交通流运行状态的不确定性特征融入了带宽最大化优化过程，克服了传统方法无法兼顾优化干线交叉口信号周期和绿时，以及采用平均车速假设，忽略车速不均匀性的弊端，可有效增强干线单向绿波协调控制对外界干扰的容抗能力，提升干线交通流的运行效率，良好的实时性和实用性特点确保了实际应用的可操作性，对于城市道路交通信号控制优化系统建设，提升城市交通管控水平具有积极的意义。
【专利说明】一种考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能交通信号控制【技术领域】，具体是一种考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法。
【背景技术】
[0002]单向绿波控制是城市干线信号协同控制中最为常用的手段之一。针对城市干线以某向交通流为主导的交通运行模式(如早晚高峰时段的潮汐流，单行线交通流、节假日期间城市干线出入境交通流等)，以及需要对某向干线交通流进行优先疏散等情况下，采用单向绿波控制手段往往会有效提高干线道路交通运行效率，减少车辆停车次数，缩短车辆行程时间，保障干线道路交通流的平稳通行。显然，城市干线单向绿波控制优化方法的优劣直接决定了最终实施效果的好坏。
[0003]为了充分发挥干线单向绿波控制的效益，国内外研究和应用领域提出了诸多优化方法，其中，基于绿波带宽最大化的一类方法在当前获得了广泛使用，并取得了良好的应用效果，代表性的有MAXBAND、MULTIBAND等，此类方法的基本原理为通过构建周期、绿时、相位差、行驶车速等参数的关系，以实现最大绿波带宽为目标，进而获得相位差参数的理论优化解。
[0004]就单向绿波带宽最大化而言，由于不存在对向协调相位差的约束，单向绿波带宽主要受到干线交叉口的公用周期和最小协调绿时限制，传统绿波带宽最大化方法无法基于实际采集的交通流数据，对周期和绿时进行优化，往往需要借助外部算法或模型实现，限制了进一步优化扩大绿波带宽的能力；除此之外，传统绿波带宽最大化方法采用了路段平均车速的假设，忽略了车辆行驶速度的不均匀性，诸多研究结论表明，城市道路交通流因受到交叉口信号控制、道路等级、天气环境、路测停车、行人和非机动车等外界因素的影响和干扰，交通流状态具有显著的不确定性特征，而车辆行驶速度的不均匀性为其具体表现之一。在交通流状态表现出较强波动性特征时，传统方法平均车速的假设将导致较大的误差累计，尤其是当交通状况临近饱和或过饱和时，此类效应更为显著，无法有效保障交通流运行状态的平稳与连贯，甚至会引起干线协调的整体失效。
【发明内容】
[0005]发明目的:针对现有干线单向绿波带宽最大化方法无法兼顾优化干线交叉口信号周期和绿时，以及采用平均车速假设，忽略车速不均匀性的弊端，本发明提出了一种考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法。该方法采用不等饱和度信号配时思想，在满足非协调相位的交通需求，为协调相位绿时提供灵活的调整优化范围，同时依据路段车辆行驶车速的不均匀性特征，通过量化的车辆行驶速度波动区间，实现了车速不均匀情况下的协调相位绿时和相位差参数的优化。本发明提出方法将交通流运行状态的不确定性特征融入了带宽最大化优化过程，可有效增强干线单向绿波协调控制对外界干扰的容抗能力，提升干线交通流的运行效率，良好的实时性和实用性特点确保了实际应用的可操作性，对于城市道路交通信号控制优化系统建设，提升城市交通管控水平具有积极的意义。
[0006]技术方案:一种考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，所述方法包括如下步骤:
[0007]I)获取控制时段干线各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程车速、车速波动区间，以及信号设计相序、损失时间、各流向饱和流率、非协调阶段最小饱和度、非协调阶段最大饱和度作为输入数据；
[0008]2)确定干线交叉口公用周期，基于非协调阶段最小和最大饱和度，计算各交叉口非协调阶段最大和最小有效绿时，并得到各交叉口协调阶段有效绿时的调整区间；
[0009]3)基于各交叉口协调阶段最小有效绿时和路段平均行程车速，确定干线单向绿波带宽，并计算时空坐标中各交叉口的有效绿时中点坐标、最小有效绿时起始和终止坐标、最大有效绿时起始和终止坐标，绿波带宽起始和终止边界坐标；
[0010]4)基于路段速度波动区间，计算各交叉口绿波带宽起始和终止扩展边界的坐标；
[0011]5)调整干线各交叉口协调阶段有效绿时，确定各交叉口协调阶段有效绿时起始坐标和相对相位差，得到干线各交叉口的优化信号配时方案。
[0012]进一步地，
【发明内容】
还包括:
[0013]步骤I)中，干线各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程车速来源于实时采集或预测的交通流数据；车速波动区间可采用历史交通流数据标定的结果，或其他方法实时估计或预测后得出的结果；信号设计相序规定了多个信号执行阶段的次序和每个阶段内的放行方向，由唯一的协调阶段和若干非协调阶段组成；损失时间依据信号设计相序的具体形式确定，一般可取黄灯时长和全红时长的总和为损失时间；各流向饱和流率、非协调阶段最小饱和度、非协调阶段最大饱和度一般为先验配置参数；
[0014]步骤2)中，干线交叉口公用周期可直接采用先验公用周期，或利用通用的周期计算公式计算获得干线各交叉口周期时长，并取其中的最大值作为公用周期；计算各交叉口非协调阶段最大和最小有效绿时的公式为:
【权利要求】
1.一种考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 1)获取控制时段干线各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程车速、车速波动区间，以及信号设计相序、损失时间、各流向饱和流率、非协调阶段最小饱和度、非协调阶段最大饱和度作为输入数据； 2)确定干线交叉口公用周期，基于非协调阶段最小和最大饱和度，计算各交叉口非协调阶段最大和最小有效绿时，并得到各交叉口协调阶段有效绿时的调整区间； 3)基于各交叉口协调阶段最小有效绿时和路段平均行程车速，确定干线单向绿波带宽，并计算时空坐标中各交叉口的有效绿时中点坐标、最小有效绿时起始和终止坐标、最大有效绿时起始和终止坐标,绿波带宽起始和终止边界坐标； 4)基于路段速度波动区间，计算各交叉口绿波带宽起始和终止扩展边界的坐标； 5)调整干线各交叉口协调阶段有效绿时，确定各交叉口协调阶段有效绿时起始坐标和相对相位差，得到干线各交叉口的优化信号配时方案。
2.根据权利要求1所述的考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，其特征在于，所述步骤I)中， 干线各交叉口各流向交通需求、各路段平均行程车速来源于实时采集或预测的交通流数据； 车速波动区间可采用历史交通流数据标定的结果，或其他方法实时估计或预测后得出白勺结果； 信号设计相序规定了多个信号执行阶段的次序和每个阶段内的放行方向，由唯一的协调阶段和若干非协调阶段组成； 损失时间依据信号设计相序的具体形式确定，一般可取黄灯时长和全红时长的总和为损失时间； 各流向饱和流率、非协调阶段最小饱和度、非协调阶段最大饱和度一般为先验配置参数。
3.根据权利要求1所述的考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，其特征在于，所述步骤2)中， 干线交叉口公用周期可直接采用先验公用周期，或利用通用的周期计算公式计算获得干线各交叉口周期时长，并取其中的最大值作为公用周期； 计算各交叉口非协调阶段最大和最小有效绿时的公式为:
4.根据权利要求1所述的考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，其特征在于，所述步骤3)中， 干线单向绿波带宽为干线各交叉口最小协调阶段有效绿时中的极小值； 时空坐标以单向首个交叉口的绿时起点和空间位置为时间横轴(秒)和空间纵轴(米)的原点； 各交叉口的有效绿时中点坐标C的计算公式为:
5.根据权利要求1所述的考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，其特征在于，所述步骤4)中， 各交叉口(除单向首个交叉口)绿波带宽起始边扩展边界坐标O和终止扩展边界坐标ti'的计算公式为:
6.根据权利要求1所述的考虑车速不均匀性的城市干线单向绿波控制优化方法，其特征在于，所述步骤5)中， 各交叉口协调阶段有效绿时起始坐标取最小有效绿时起始坐标、最大有效绿时起始坐标及绿波带起始扩展边界三者的中间值，即
【文档编号】G08G1/081GK103778792SQ201410010017
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】夏井新, 聂庆慧, 陆振波, 黄卫, 安成川, 吕伟韬, 焦恬恬, 陈凝, 张韦华, 饶文明, 马党生 申请人:东南大学