基于混合交通流延误模型的交叉口配时方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于城市交通信号控制领域，更具体地涉及一种基于混合交通流延误模型 的交叉口配时方法，该方法能够根据混合交通流的特性，建立混合交通流的消散模型及延 误模型，获取混合交通流情况下的单个交叉口的近似最优配时方案。
【背景技术】
[0002] 随着中国经济的高速增长以及城市化进程的加快，大量人口涌入城市，交通设施 兴建和改善的速度远远赶不上人们日益增长的交通需求，交通拥堵问题日益突出。交通拥 堵不仅仅在北京、上海等大城市存在，也广泛存在于三四线城市。由于经济因素以及地理环 境等因素制约，现有交通设施与交通需求之间的矛盾，无法通过不断新建道路来实现。因此 交通信号控制方案的优化对整个城市交通状况的改善方面起着不可替代的作用。
[0003] 电动自行车等非机动车辆以其价格低廉、使用方便、节省空间、对环境友好等优势 得到人们的青睐。尤其在三四线城市中，以电动自行车为代表的非机动车辆在交通流中 占的比重较大，已对交叉口配时方案产生了不容忽视的影响。传统的交叉口配时方法，如 Webster方法，是基于机动车延误模型获得的，并未考虑混合交通流的影响，因此并不适用 于非机动车影响较大的交通状况。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种混合交通流下的 交叉口配时方法，能在车流量发生变化、非机动车比例难以确定等实际工程应用的复杂环 境中，计算出交叉口的最佳周期、绿灯时间等配时参数，为混合交通流情况下的交通控制提 供一种有效的配时方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于混合交通流延误模型的交叉口配时方 法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1，获取交叉口交通参数；
[0007] 步骤2,建立非机动车消散模型；
[0008] 步骤3,建立混合消散模型；
[0009] 步骤4,对非机动车平均延误进行建模；
[0010] 步骤5,获取混合交通流下的平均延误；
[0011] 步骤6,计算最佳配时周期；
[0012] 步骤7,计算配时方案的各个参数。
[0013] 基于上述技术方案可知，本发明的配时方法与现有技术相比的显著效果在于：直 接利用混合交通流模型对交叉口最佳周期等配时参数进行求解，对混合交通流情况下的交 叉口配时提供了一种有效的配时方法；克服了由于传统的技术并未考虑到以电动自行车为 代表的非机动车与机动车混合的交通流的情况，在实际工程应用方面往往需要做出较大的 调整的问题。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的交叉口配时方法的流程图；
[0015] 图2为典型交叉口的非机动车分布示意图；
[0016]图3为机动车的消散模型的示意图；
[0017] 图4为混合交通流的消散模型的示意图；
[0018] 图5为非机动车到达与消散的时距图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。以下实施例在以 本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围 不限于下述的实施例。
[0020] 本发明公开了一种基于混合交通流延误模型的交叉口配时方法，该方法能够根据 混合交通流的特性，获取混合交通流情况下的单个交叉口的近似最优配时方案，其原理为： 首先建立了以电动自行车为代表的非机动车消散模型，以及混合交通流消散模型，再由消 散模型得到平均延误公式，并且在对平均延误公式进行合理近似后得到最佳配时周期，然 后由最佳配时周期推导出各相位的绿灯时间等配时参数。
[0021] 如图1所示，本发明的基于混合交通流延误模型的交叉口配时方法，包括以下步 骤：
[0022] (1)获取交叉口交通参数
[0023] 获取交叉口交通参数步骤包括：预先了解交叉口渠化状况、非机动车等待区容量， 以及车流量等参数。
[0024] (2)建立非机动车消散模型
[0025] 对以电动自行车为代表的非机动车的消散过程进行建模，如图2所示，在交通信 号灯为红灯时，非机动车开始在机动车停止线前方的等待区域集结，该区域能够容纳R行， 1列非机动车。如果电动车流量很大，超过该等待区容量，则会发生溢出，溢出部分的电动 车会在机动车的旁边形成队列。假设非机动车以一个恒定的速率f?到达，其队列亦以一个 恒定的速率消散。定义单列非机动车队列在消散过程中的最大速率为饱和流量0。，定义 从交通信号灯由绿变红开始，到非机动车达到饱和流量的这段时间为非机动车的延迟时间 S。由此建立非机动车消散模型，图3和图4分别描述了无非机动车影响时的车辆消散过 程和混和交通流情况下的车辆消散过程。
[0026] (3)建立混合交通流消散模型
[0027] 在等待区的电动车消散之后，停车线后方的机动车开始消散，如图5所示，假设机 动车以恒定的速率q到达，经过一段小时间t的延迟后，其队列亦以一个恒定的速率s消 散，定义该消散率s为机动车饱和流量。假设一个周期内黄灯时间为A，绿灯时间为G，机动 车损失时间为L v，机动车有效绿灯时间为，则通过下式
[0028] A+G=Lv+Gev
[0029] 可获得绿灯时间和机动车有效绿灯时间之间的关系。
[0030](4)对非机动车平均延误进行建模
[0031] 根据步骤1中所述的非机动车消散模型，推导出非机动车辆的平均延误公式如 下：
[0032]
[0033] 式中，f?为非机动车流量，R为交通信号灯变为绿灯时刻等待区车辆的行数， R.一 1 ^ n为非机动车的有效绿灯时间和绿灯时间的比值，c为周期长度。
[0034] (5)获取混合交通流下的平均延误
[0035] 对于机动车，平均延误为
[0036]
[0037] 式中，A为机动车有效绿灯时间与绿灯时间的比值，q为机动车流量，x为饱和度， 通过尤=^计算。
[0038] 引入非机动车延误在总延误中所占的权重变量a，由此可得到混合交通流下的延 误
[0039]
[0040] 通常情况下，〇< a < 1。该公式提供的是一个交叉口特定方向入口通道车辆的 平均延误，
[0041] -个周期内，交叉口总体平均延误由下式获得：
[0042]
1-1
[0043] 式中N为总通道I
%总加权车流量，q;为第i个通道的 车流量，a i为第i个通道非机动车所占延误的权重。
[0044] (6)计算最佳配时周期
[0045] 由步骤（5)中的总体平均延误公式，可得到周期和平均延误的关系，在实际应用 中，需要获得的关键参数是平均延误最小时的周期，而非平均延误的数值。由于实际中的周 期都是以秒为单位，并且会限定在一定范围内，所以可以通过下式获得：
[0046]
[0047] 外下，。。乃取.1 土柯别，i乃柯别可行集。
[0048] (7)计算绿灯时间等其他参数
[0049] 获得最佳周期cO后，进一步确定各个相位的绿灯时间等参数，绿灯时间可由下式 得到：
[0050]
[0051] 式中yj为相位j放行通道中流量比的较大值，P为相位数，A为一个周期内总的黄 灯时间，L为一个周期内总的损失时间，Aj为相位j的黄灯时间，L j为相位j的损失时间，G j 即为相位j的绿灯时间。
[0052] 求出6,后，再根据每个相位的限制做出调整，使得
[0053] Gjnin^ G ^ G jnax