一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法及其工作方法；所述建立方法包括如下步骤：建立排队长度限制条件模型，得出能避免交通溢流发生的相位差范围；建立基于最小延误的相位差优化方法，得出相位差与延误时间的函数关系；根据排队长度限制条件模型和最小延误相位差优化方法分别对相位差的不同约束，两者相结合取交集中的最小值即得到既能避免溢流发生又使车辆延误时间最小的交通溢流协调控制优化模型。本发明的有益效果：有效避免城市主干路早晚高峰时段“交通溢流”现象的发生。
【专利说明】一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法及其工作方法。
【背景技术】
[0002]经济的快速发展促进了城市现代化的步伐，使人们的出行方式变得更加多样化、快捷化。自上世纪80年代我国开始出现私人汽车，截止2003年小汽车保有量突破千万辆，而突破两千万辆仅仅用了三年时间，目前我国的小汽车保有量已过亿。这个庞大的数字，不单纯的意味着人们出行更加便捷了，随之衍生出的很多问题诸如交通拥堵、事故多发、环境污染、噪声加剧等，已经使人们的生活质量严重下降。
[0003]城市主干路作为城市道路网的骨架和城市交通的大动脉，承担了巨大的交通压力，交通流量大、选择路径多、信号控制主导、混行现象严重等，这都导致了主干路更加容易发生交通拥堵。而近年来，拥堵程度愈发严重，“交通溢流”现象频频出现。“交通溢流”现象是交通供需矛盾加剧导致的严重后果，是道路交通流过饱和状态的负面效应在空间维度的表现，表现在空间上是下游交叉口产生的排队占用了下游交叉口到上游交叉口所有的道路空间，表现在时间上是上游交叉口车辆无法在绿灯时间驶入下游交叉口，造成了绿灯时间的浪费。这种效应如果持续下去，会像水流一样在道路这条管道中蔓延开来，从一个交叉口的锁死逐渐扩散到周围交叉口的锁死直至整个交通路网的瘫痪，这种后果是极其恶劣也是我们最不愿看到的。因此，对于交通溢流的发生机理和控制策略研究具有非常大的现实意义。
[0004]交通控制方法有很多，根据控制范围不同又可分为点控、线控和面控。点控即单点信号控制，研究对象为单个交叉口，但随着城市主干路道路交通流量的加大，线控即干路协调控制已成为专家学者的研究热点。通过查阅大量中英文参考文献发现，协调控制方法的研究主要集中在未饱和协调路径的控制方法建模上，而针对过饱和协调路径的文献很少，交通溢流作为一种特殊的过饱和形态，这方面的文献几乎没有。
[0005]此外，通过对现有发明专利和技术进行检索发现，有关“路段交通溢流控制方法”的报道在国内外还是个空白。
[0006]中国发明专利“基于视频反馈的交通溢流控制方法(201210062524.4) ”通过视频信息反馈路段车辆排队情况，溢流发生前提前启动上游红灯信号阻止车辆进入路段，这种方法虽然创新性很强，但只适用于局部交叉口饱和度较高或某一路段易发生交通溢流的情况，像济南市东西向主干路，早晚高峰时段很多相邻的交叉口饱和度都很高，如果单纯为了避免某路段发生交通溢流而提前启动上游红灯，会打破主干路的协调控制规律，导致上游交叉口排队车辆增多，从而继续往上游传播发生交通溢流，而本专利通过优化各相邻交叉口间的相位差来避免溢流发生可弥补这一不足。
[0007]中国发明专利“一种饱和交通状态下单路口信号优化控制方法(201010510785.9) ”提出的是一种针对饱和交通流状态下的单点信号控制方法，而本专利提出的是一种协调控制方法。[0008]中国发明专利“一种基于交通干线软封闭区视频检测识别实现绿波带通行控制的研究(201310047477.0) ”提出了一种新颖的方法实现协调控制路径上的绿波带通行控制，绿波协调控制作为研究最广泛的传统协调控制方法，适应于饱和度较低的协调路径，而本专利针对的是饱和度较高的协调路径。
[0009]总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是:如何在交通溢流的形成机理、识别及交通信号的协调控制策略方面形成一套较为完善的理论指导体系，为从根本上解决交通溢流现象引起的严重拥堵问题提供理论依据。
【发明内容】
[0010]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法及其工作方法，它具有针对性强、实用价值高、模型效率高、算法简单等优点。
[0011]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0012]一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法，包括如下步骤:
[0013]步骤⑴和步骤⑵是并列进行的；
[0014]步骤(1):建立排队长度限制条件模型，得出能避免交通溢流发生的相位差范围；
[0015]步骤(2):建立基于最小延误的相位差优化方法，得出相位差与延误时间的函数关系;
[0016]步骤(3):根据步骤(2)的排队长度限制条件模型和步骤(3)的最小延误相位差优化方法分别对相位差的不同约束，两者相结合取交集中的最小值即得到既能避免溢流发生又使车辆延误时间最小的交通溢流协调控制优化模型，如下:
[0017]
【权利要求】
1.一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法，其特征是，包括如下步骤: 步骤(1)和步骤(2)是并列进行的； 步骤(1):建立排队长度限制条件模型，得出能避免交通溢流发生的相位差范围； 步骤(2):建立基于最小延误的相位差优化方法，得出相位差与延误时间的函数关系；步骤⑶:根据步骤⑵的排队长度限制条件模型和步骤⑶的最小延误相位差优化方法分别对相位差的不同约束，两者相结合取交集中的最小值即得到既能避免溢流发生又使车辆延误时间最小的交通溢流协调控制优化模型。
2.如权利要求1所述的一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法，其特征是，所述步骤(3)的交通溢流协调控制优化模型如下:
3.如权利要求1所述的一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法，其特征是，所述步骤(1)的建立排队长度限制条件模型的具体步骤为:步骤(1-1):结合改进的交通波模型，得出滞留排队长度1^((^)和停车排队长度
4.如权利要求1所述的一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法，其特征是，所述步骤(2)的基于最小延误的相位差优化方法的具体步骤为:步骤(2-1):在定数理论的基础上，分析过饱和交叉口的停车延误情况，得出延误时间的计算公式=Ciyv =| +，其中X为过饱和交叉口的饱和度，C为信号周期时长，tE为红灯时长，H1为交叉口从未饱和状态到饱和状态所持续的周期数； 步骤(2-2):从过饱和交叉口扩展到两相邻交叉口组成的过饱和协调路径，并给出相位差与延误时间的函数关系
5.如权利要求1所述的一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法所建立的交通溢流协调控制优化模型的工作方法，其特征是，包括如下步骤: 步骤a):计算协调路径上各交叉口的饱和度，将饱和度与设定阈值进行比较，如果饱和度大于等于设定阈值就利用改进的F-B法进行信号配时，计算得到各交叉口的信号周期时长；如果饱和度小于设定阈值就利用F-B法进行信号配时，计算得到各交叉口的信号周期时长； 步骤b):将步骤a)中得到信号周期时长中的最大周期时长作为公共信号周期时长； 步骤c):将协调路径上的所有交叉口利用步骤b)的公共信号周期时长按照流量比yi重新分配绿灯时间，其中i相位的流量比
6.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述步骤a)的计算协调路径上各交叉口的饱和度步骤为: 步骤a-Ι):采集交叉口各进口道的车流量，计算各进口道饱和度； 步骤a-2):取进口道饱和度最大者作为该交叉口的饱和度。
7.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述步骤a)的改进的F-B法的步骤为: a-31)确定交叉口的相位和相序；a-32)采集各进口道的实际小时车流量和小时滞留排队车辆数，计算得到压缩车流量; a-33)计算总损失时间L和各相位流量比之和Y，进而得出交叉口的最佳周期时长
λ r.I I r.Cl.bL+b-.......................0 一fa-34)分配各相位的绿灯时长& = (C0其中Yi为i相位的流量比，Y为各相位的流量比之和。
8.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述步骤a)的F-B法的步骤为: a-41)确定交叉口的相位和相序； a-42)调查各进口道的实际小时车流量； a-43)计算总损失时间L和各相位流量比之和Y，进而得出交叉口的最佳周期时长.f* ____ 1.5L+5, a-44)分配各相位的绿灯时长gi = (C0 - L).|，其中Yi为i相位的流量比，Y为各相位的流量比之和。
9.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述步骤c)的步骤为: 将协调路径上的所有交叉口利用步骤b)的公共信号周期时长按照流量比yi重新分配 绿灯时间，其中i相位的流量比
10.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述步骤d)的步骤为: 步骤d-1):将两相邻信号控制交叉口的各个参数:路段长度、期望速度、信号周期和协调相位绿灯时长，输入交通溢流协调控制优化模型； 步骤d-2):通过数值计算得出两相邻交叉口的最优相位差值； 步骤d-3):依 此类推，直至得到协调路径上所有两相邻交叉口的相位差值。
【文档编号】G08G1/081GK103927892SQ201410179405
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】张传俊, 石群, 孙兴伟, 兰春福 申请人:山东比亚科技有限公司