一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法与装置与流程

本发明涉及智能交通领域中的道路交通信号控制领域，具体涉及一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法与装置，满足左转线路有轨电车的绿波带宽要求基础上，最大化社会车辆绿波带宽。
背景技术：
：随着绿色出行概念的兴起，节约能源、提高能效、减少污染、兼顾效率的现代有轨电车已成为中小城市公交的骨干模式。现代有轨电车通常采用路中或路侧地面敷设式轨道，对于路中式有轨电车在平面交叉口处与机动车存在交通冲突，交通组织方式较为复杂，如果缺少合理、有效的信号控制方案，不仅会导致有轨电车和社会车辆在交叉口处的延误增加，通行效率降低，还易引发交通事故。目前国内外学者在绿波方面研究的对象主要是社会车辆以及常规公交车辆，对于包含有轨电车的绿波模型主要存在两个方面的不足，一个方面是缺乏综合考虑有轨电车和社会车辆的绿波模型，第二个方面是少数综合考虑有轨电车和社会车辆的绿波模型中，仅仅只能解决直行线路有轨电车的优先通行，当有轨电车在交叉口转向时，则无法为其提供绿波，从而增加了有轨电车的延误水平，降低了有轨电车的通行效率。技术实现要素：发明目的：针对现有方法的不足，本发明目的在于提供了一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法与装置，通过设计以社会车辆绿波带宽最大为优化目标的混合整数线性规划模型，构建了社会车辆绿波系统、左转线路有轨电车绿波系统的约束条件、两个绿波系统之间的交互性约束条件以及信号周期时长约束条件，该模型可以满足左转线路有轨电车绿波通行的基础上，获得社会车辆绿波带宽的最优解，从而有效降低有轨电车在交叉口的停车次数和延误水平，同时还兼顾社会车辆通行效率。技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法，包括以下步骤：(1)获取左转线路有轨电车绿波设计需求的路段几何参数和交通参数、交叉口信号控制参数、社会车辆行驶性能参数、有轨电车行驶性能参数、有轨电车停靠站参数；(2)构建混合整数线性规划模型，模型的优化目标为社会车辆双向绿波带宽加权之和最大化，模型的约束条件包括社会车辆的绿波约束、左转线路有轨电车绿波约束、社会车辆与左转线路有轨电车交互约束、信号周期时长约束；(3)计算混合整数线性规划模型的最优解，得到最优控制方案，包括最优的周期长度、优化路径路段最优绿波带宽、各交叉口的相序相位以及各交叉口的相位差、社会车辆路段行程时间、左转线路有轨电车路段行程时间、左转线路有轨电车停靠时间。作为优选，所述步骤(1)中获取的路段几何参数包括交叉口间距，路段交通参数包括上下行社会车辆交通量、交叉口信号控制参数包括周期长度、上下行红绿灯时长、有轨电车交叉口清空时间，社会车辆行驶性能参数包括路段平均速度最大最小值，有轨电车行驶性能参数包括路段平均速度最大最小值，有轨电车停靠站参数包括停靠站时间最大最小值、每两个交叉口之间的停靠站数目。作为优选，所述步骤(2)中混合整数线性规划模型的目标表示为：其中：bgi和分别为干线上、下行方向交叉口si与si+1之间的绿波带宽，ai和分别为交叉口si与si+1之间的上、下行方向路段的社会车辆绿波带宽的权重，可以用路段的直行社会车流量表示，n为交叉口数量。作为优选，所述步骤(2)中社会车辆的绿波约束包括：上下行社会车辆绿波的相位差约束：其中：wgi和wg(i+1)分别为交叉口si与si+1处的上行社会车辆绿波带中线与上行红灯时间右侧的时间差值，和分别为交叉口si与si+1处的下行红灯时间左侧与下行社会车辆绿波带中线的时间差值，li为交叉口si的干线上行左转相位，为交叉口si的干线下行左转相位，δi和为0-1变量，ri为交叉口si的上行直行相位所对应红灯时间，tgi为社会车辆从交叉口si行驶至si+1处的行程时间，为社会车辆从交叉口si+1行驶至si处的行程时间，mgi为周期时长的整数倍。避免社会车辆绿波带触碰到红灯时间的约束：bgi/2≤wgi≤1-ri-bgi/2bgi/2≤wg(i+1)≤1-ri-bgi/2相邻两个交叉口之间社会车辆行程时间约束：(li/vg,max)z≤tgi≤(li/vg,min)z其中：li为交叉口si与si+1之间的距离，vg,max与vg,min分别为社会车辆平均行驶车速的最大值和最小值，为交叉口si的下行直行相位所对应红灯时间，z为信号周期时长的倒数，即z＝1/c，c为信号周期时长。作为优选，所述步骤(2)中左转线路有轨电车的绿波约束包括：上、下行有轨电车的行程时间约束：τmin≤τlij≤τmax其中：vt,max和vt,min为有轨电车平均行驶车速的最大值和最小值，ni为交叉口si与si+1之间有轨电车站台的数量，ttli为上行左转线路的有轨电车从交叉口si行驶至si+1处的行程时间，为下行左转线路的有轨电车从交叉口si+1行驶至si处的行程时间，τlij为上行左转线路的有轨电车在交叉口si与si+1之间第j个站台的停靠等待时间，为下行左转线路的有轨电车在交叉口si与si+1之间第j个站台的停靠等待时间，τmax和τmin为有轨电车在站台停靠等待时间的最大值和最小值。避免左转线路有轨电车直行通过交叉口时绿波带触碰到红灯时间的约束：1-ri-wtli-btl≥tcliwtli≥0其中：wtli和wtl(i+1)分别为交叉口si与si+1处的上行有轨电车左转线路绿波带前锋与上行红灯时间右侧的时间差值，btl为左转线路有轨电车的上行绿波带宽，tcli为上行方向的左转线路有轨电车在交叉口si处的清空时间；和分别为交叉口si与si+1处的下行红灯时间左侧与下行方向左转线路的有轨电车绿波带后锋的时间差值，为左转线路有轨电车的下行绿波带宽，为下行方向的左转线路有轨电车在交叉口si处的清空时间。避免左转线路有轨电车转弯通过交叉口时绿波带触碰到红灯时间的约束：左转线路有轨电车最小带宽约束：btl≥bt,min其中：bt,min为左转线路有轨电车带宽最小值。作为优选，所述步骤(2)社会车辆与左转线路有轨电车交互约束：(wtli-wtl(i+1)+ttli)-(wgi-wg(i+1)+tgi)＝mtli其中：mtli、为信号周期时长的整数倍。作为优选，所述步骤(2)信号周期时长约束：1/cmax≤z≤1/cmin其中：cmax和cmin为满足信号配时方案的最大信号周期时长和最小信号周期时长。作为优选，所述步骤(3)最优解中各交叉口的相序相位可以通过δi和变量来表示，相位差可以表示为：φgi＝ri/2-ri+1/2+wgi-wg(i+1)+tgi其中：φgi为交叉口si+1与si的上行红灯时间中心时刻的时间差值，为交叉口si与si+1的下行红灯时间中心时刻的时间差值。基于相同的发明构思，本发明提供的一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法。有益效果：本发明提出的路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法，能够在满足左转线路有轨电车通行需求的条件下，最大化社会车辆绿波带宽加权和。该方法可以满足左转线路有轨电车绿波通行的基础上，获得社会车辆绿波带宽的最优解，从而有效降低有轨电车在交叉口的停车次数和延误水平，同时还兼顾社会车辆通行效率。附图说明图1为本发明实施例的方法流程图。图2为本发明实施例中示例的干线示意图。图3为本发明实施例中示例的干线上各交叉口的主路信号相位组合图。图4为本发明实施例中示例的绿波时空图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。本发明实施例公开的一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法，主要包括以下步骤：s1、获取左转线路有轨电车绿波设计需求的路段几何参数和交通参数、交叉口信号控制参数、社会车辆行驶性能参数、有轨电车行驶性能参数、有轨电车停靠站参数。具体包括：采集交叉口间距，道路流量信息：利用流量采集设备(包括但不限于：电磁感应、超声波感应、视频监控等)获取每条道路的交通流量需求；确定干线中各个交叉口的单点配时方案：可以采用道路上现有的信号配时方案，也可以根据韦伯斯特公式计算每个交叉口最佳周期，然后计算交叉口各相位绿灯时长、红灯时长以及黄灯时长，通过实地调查得到有轨电车在交叉口的清空时间；确定模型输入参数的最大最小值：社会车辆行驶性能参数包括路段平均速度最大最小值，有轨电车行驶性能参数包括路段平均速度最大最小值，有轨电车停靠站参数包括停靠站时间最大最小值，每两个交叉口之间的停靠站数目，有轨电车电车绿波带宽最小值。模型输入参数的意义及单位如下：c表示信号周期长度，单位：s；z表示z＝1/c，单位：s-1；li表示交叉口si与si+1之间的路段长度，单位：m；表示交叉口si上(下)行方向的左转相位，单位：cycles；表示交叉口si上(下)行直行相位所对应的红灯时间，单位：cycles；表示交叉口处上(下)行有轨电车的清空时间，单位：cycles；cmax(cmin)表示周期时长的最大(最小)值，单位：s；vg,max(vg,min)表示社会车辆平均行驶车速的最大(最小)值，单位：m·s-1；vt,max(vt,min)表示有轨电车平均行驶车速的最大(最小)值，单位：m·s-1；bt,min表示有轨电车绿波带宽的最小值，单位：cycles；τmax(τmin)表示有轨电车停靠等待时间的最大(最小)值，单位：cycles；ni表示交叉口si与si+1之间的有轨电车停靠站数量；目标函数中交叉口si与si+1之间的上(下)行方向路段的社会车辆绿波带宽的权重，可以用路段直行社会车流量来表示。s2、构建混合整数线性规划模型，模型的优化目标为社会车辆双向绿波带宽加权之和最大化。模型的约束条件包括社会车辆的绿波约束、左转线路有轨电车绿波约束、社会车辆与左转线路有轨电车交互约束、信号周期时长约束。具体地，混合整数线性规划模型的目标表示为：其中：bgi和分别为干线上、下行方向交叉口si与si+1之间的社会车辆绿波带宽，n为交叉口数量。社会车辆的绿波约束包括：上下行社会车辆绿波的相位差约束：其中：wgi和wg(i+1)分别为交叉口si与si+1处的上行社会车辆绿波带中线与上行红灯时间右侧的时间差值，和分别为交叉口si与si+1处的下行红灯时间左侧与下行社会车辆绿波带中线的时间差值，δi和为0-1变量，tgi为社会车辆从交叉口si行驶至si+1处的行程时间，为社会车辆从交叉口si+1行驶至si处的行程时间，mgi为周期时长的整数倍。避免社会车辆绿波带触碰到红灯时间的约束：bgi/2≤wgi≤1-ri-bgi/2bgi/2≤wg(i+1)≤1-ri-bgi/2相邻两个交叉口之间社会车辆行程时间约束：(li/vg,max)z≤tgi≤(li/vg,min)z其中：tgi为社会车辆从交叉口si行驶至si+1处的行程时间，为社会车辆从交叉口si+1行驶至si处的行程时间。左转线路有轨电车的绿波约束包括：上、下行有轨电车的行程时间约束：τmin≤τlij≤τmax其中：vt,max和vt,min为有轨电车平均行驶车速的最大值和最小值，ttli为上行左转线路的有轨电车从交叉口si行驶至si+1处的行程时间，为下行左转线路的有轨电车从交叉口si+1行驶至si处的行程时间，τlij为上行左转线路的有轨电车在交叉口si与si+1之间第j个站台的停靠等待时间，为下行左转线路的有轨电车在交叉口si与si+1之间第j个站台的停靠等待时间。避免左转线路有轨电车直行通过交叉口时绿波带触碰到红灯时间的约束：1-ri-wtli-btl≥tcliwtli≥0其中：wtli和wtl(i+1)分别为交叉口si与si+1处的上行有轨电车左转线路绿波带前锋与上行红灯时间右侧的时间差值，btl为左转线路有轨电车的上行绿波带宽，tcli为上行方向的左转线路有轨电车在交叉口si处的清空时间；和分别为交叉口si与si+1处的下行红灯时间左侧与下行方向左转线路的有轨电车绿波带后锋的时间差值，为左转线路有轨电车的下行绿波带宽。避免左转线路有轨电车转弯通过交叉口时绿波带触碰到红灯时间的约束：其中：下标i表示左转线路有轨电车转弯时的交叉口编号。左转线路有轨电车最小带宽约束：btl≥bt,min社会车辆与左转线路有轨电车交互约束：(wtli-wtl(i+1)+ttli)-(wgi-wg(i+1)+tgi)＝mtli其中：mtli、为信号周期时长的整数倍。信号周期时长约束：1/cmax≤z≤1/cmin最优解中各交叉口的相序相位可以通过δi和变量来表示，相位差可以表示为：φgi＝ri/2-ri+1/2+wgi-wg(i+1)+tgi其中：φgi为交叉口si+1与si的上行红灯时间中心时刻的时间差值，为交叉口si与si+1的下行红灯时间中心时刻的时间差值。s3、计算混合整数线性规划模型的最优解，得到最优控制方案，包括最优的周期长度、优化路径路段最优绿波带宽、各交叉口的相序相位以及各交叉口的相位差、社会车辆路段行程时间、左转线路有轨电车路段行程时间、左转线路有轨电车停靠时间。基于相同的发明构思，本发明实施例提供的一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的一种路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制方法。下面结合图2所示的具体场景，对本发明实施例的方案做详细说明。本场景中，干线路段的几何条件和流量信息皆已知，规定了上下行方向，干线一共有6个交叉口，5个路段，其中左转线路有轨电车在上行方向的第4个交叉口左转通行，通过交通调查，可以得到模型的输入参数。干线上6个信号交叉口的主要控制参数，见表1；表1干线信号交叉口主要控制参数干线上5个路段的主要控制参数，见表2。表2干线路段主要参数路段l1l2l3l4l5路段长度/m650700550600700上行方向路段站台数/个11111下行方向路段站台数/个11111社会车辆速度最小值/(m·s-1)1212121212社会车辆速度最大值/(m·s-1)1616161616有轨电车速度最小值/(m·s-1)8.58.58.58.58.5有轨电车速度最大值/(m·s-1)12.512.512.512.512.5有轨电车停靠时间最小值/s2525252525有轨电车停靠时间最大值/s6060606060上行方向社会车辆流量/(pcu·h-1·lane-1)307543578798436下行方向社会车辆流量/(pcu·h-1·lane-1)206356494646574构建如前所述的路中式左转线路有轨电车的绿波协调控制的混合整数线性规划模型，计算模型的全局最优解。表3给出了每个交叉口的相位最优组合方式，结合表4和图3可以得到模型输出结果中各交叉口信号控制方案，例如上行方向第1个交叉口有轨电车直行，根据表3的结果，对应表4的组合三，因此第1个交叉口主路的信号控制方案应该采用图3中左侧组合三；上行方向第4个交叉口有轨电车转弯，根据表3的结果，对应表4的组合一，因此第4个交叉口主路的信号控制方案应该采用图3中右侧组合一。路段参数的优化结果见表5。表3各交叉口信号控制方案0-1变量s1s2s3s4s5s6δi001010δi010100表4不同相位组合对应的δi和表5路段参数优化结果社会车辆与左转线路有轨电车的绿波时空图如图4所示。左转线路有轨电车绿波进行了平滑处理，将停站等待时间包含在行程时间之内，绿波的斜率表示有轨电车在该路段的平均车速。当前第1页12