一种协调路径链绿波带宽多轮优化方法

本发明属于交通信号控制的，具体涉及一种协调路径链绿波带宽多轮优化方法。

背景技术：

1、绿波协调控制能够实现车辆连续不停车地通过多个信号交叉口，可以减少车辆因在信号交叉口等待红灯而产生的延误时间与停车次数，进而提高车辆在道路上行驶的顺畅性。在进行绿波协调控制设计过程中，现有的设计方法多以整个干道绿波带宽最大或者各个路段绿波带宽之和最大作为优化目标，未能从协调路径链长度可变的角度考虑实现对各级协调路径链绿波带宽的全面优化。如何合理调整各交叉口的相位差，在满足不改变全程绿波带宽的前提下，实现对各级协调路径链绿波带宽的进一步优化值得探究。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种协调路径链绿波带宽多轮优化方法。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

2、本发明的一个方面，提供了一种协调路径链绿波带宽多轮优化方法，包括下述步骤：

3、确定各协调路径链所经过交叉口的协调相位及其绿灯起止时刻点；

4、根据各协调路径链包含的协调路径数量，确定各协调路径链的绿波带宽优化最大轮数及各轮协调路径集，确定控制区域的绿波带宽优化最大轮数；

5、针对各轮协调路径集，计算各轮次各交叉口相位差的上移容许量、下移容许量，确定交叉口相位差调整对象及调整量；

6、输出各交叉口的相位差调整量最终结果。

7、作为优选的技术方案，所述确定各协调路径链所经过交叉口的协调相位及其绿灯起止时刻点，具体为：

8、根据初始绿波协调设计方案，确定各协调路径链li在交叉口ij的协调相位k(i,j)，以及相应的绿灯初始起始时刻点tgs(i,j)和初始绿灯结束时刻点tge(i,j)。

9、作为优选的技术方案，各协调路径链li的绿波带宽优化最大轮数rmaxi为ni-1，ni为协调路径链li所包含的交叉口数量；

10、所述各轮协调路径集为各协调路径链在该轮进行绿波带宽优化的优化对象，具体为：定义协调路径链li中第p条协调路径作为协调路径链中第1条协调路径，对于某一协调路径链li，以r条由协调路径链li中连续ni-r条协调路径构成的协调路径链作为第r轮绿波带宽优化的优化对象；

11、所述控制区域的绿波带宽优化最大轮数为rmax＝max{rmaxi}。

12、作为优选的技术方案，所述针对各轮协调路径集，计算各轮次各交叉口相位差的上移容许量、下移容许量，确定交叉口相位差调整对象及调整量，具体为：

13、进行第r轮第t次优化：

14、s301、确定绿灯起始时刻点和绿灯结束时刻点：

15、确定各协调路径链li在交叉口ij的协调相位k(i,j)的绿灯起始时刻点和绿灯结束时刻点计算公式如下：

16、

17、

18、式中，tgs(i,j)、tge(i,j)分别为各协调路径链li在交叉口ij的协调相位k(i,j)的绿灯初始起始时刻点和初始绿灯结束时刻点；为交叉口ij的相位差调整量，其中进行第1轮第1次优化时

19、s302、确定绿波带起始时刻点和绿波带结束时刻点：

20、确定各协调路径链在交叉口ij的绿波带起始时刻点和绿波带结束时刻点

21、s303、确定相位差上移容许量和下移容许量：

22、确定各协调路径链在交叉口ij的相位差上移容许量和下移容许量计算公式如下：

23、

24、

25、定义协调路径链中满足和的交叉口分别构成协调路径链相位差上移容许量瓶颈集合和相位差下移容许量瓶颈集合满足和的交叉口分别构成协调路径链相位差上移容许量非瓶颈集合和相位差下移容许量非瓶颈集合

26、确定协调路径集在交叉口ij的相位差上移容许量和下移容许量计算公式如下：

27、

28、

29、定义满足和的交叉口分别构成协调路径集相位差上移容许量瓶颈集合和相位差下移容许量瓶颈集合

30、s304、根据绿波带宽是否达到极限值划分协调路径链集合：

31、根据各协调路径链的绿波带宽是否达到极限值，定义绿波带宽达到极限值的协调路径链集合绿波带宽未达到极限值的协调路径链集合

32、s305、判断终止绿波带宽优化与确定相位差调整对象及调整量。

33、作为优选的技术方案，步骤s304中，所述绿波带宽达到极限值的条件为：

34、对于协调路径链上的交叉口若即交叉口同时在协调路径集相位差上、下移容许量瓶颈集合内，且交叉口分别在协调路径链相位差上移容许量瓶颈集合和相位差下移容许量瓶颈集合内，此时协调路径链的绿波带宽达到极限值；特别地，若交叉口为同一交叉口，协调路径链的绿波带宽即为交叉口协调相位时间。

35、作为优选的技术方案，步骤s305中，所述判断终止绿波带宽优化与确定相位差调整对象及调整量，具体为：

36、根据相位差上、下移容许量和协调路径链集合划分情况，包括：

37、情况1：若即在第r轮第t次绿波带宽优化中所有协调路径链的绿波带宽均已经达到极限值，此时判断是否满足绿波带宽优化终止条件，若满足，结束绿波带宽优化，定义为此时交叉口ij的相位差调整量跳转至输出各交叉口的相位差调整量最终结果的步骤；若不满足，不再对交叉口ij进行相位差调整，此时交叉口ij的相位差调整量为：返回s301继续进行第r+1轮第1次绿波带宽优化；

38、情况2：若即在第r轮第t次绿波带宽优化中存在协调路径链的绿波带宽尚未达到极限值，此时计算交叉口ij的相位差调整量的具体步骤为：

39、确定各绿波带宽尚未达到极限值的协调路径链最小非零相位差上移容许量和下移容许量计算公式如下：

40、

41、

42、确定协调路径集最小非零相位差上移容许量和下移容许量计算公式如下：

43、

44、

45、定义此时协调路径集最小非零相位差上移容许量为协调路径链在交叉口的相位差上移容许量协调路径集最小非零相位差下移容许量为协调路径链在交叉口的相位差下移容许量

46、定义绿波协调设计方案的公共信号周期为c，考虑到绿波带宽存在的情况下定义一个大于等于c的正数m；

47、判断协调路径集最小非零相位差上移容许量和下移容许量的大小，具体如下：

48、(a)若计算处于协调路径链相位差上移容许量瓶颈集合的交叉口的协调路径集相位差下移容许量最小值，计算公式如下：

49、

50、判断能否通过减少集合中交叉口相位差以提升协调路径链绿波带宽，具体如下：

51、若表明此时不能减少集合中交叉口相位差，因此对于协调路径链在交叉口ij的非零相位差上移容许量，令：并返回s305再次计算集合中各协调路径链及协调路径集的最小非零相位差上移容许量和下移容许量；

52、若表明此时能够减少集合中交叉口相位差，交叉口ij的相位差调整量为：

53、

54、并返回s301进行第r轮第t+1次绿波带宽优化；

55、(b)若计算处于协调路径链相位差下移容许量瓶颈集合的交叉口的协调路径集相位差上移容许量最小值，计算公式如下：

56、

57、判断能否通过增加集合中交叉口相位差以提升协调路径链绿波带宽，具体如下：

58、若表明此时不能增加集合中交叉口相位差，因此对于协调路径链在交叉口ij的非零相位差下移容许量，令：并返回s305再次计算集合中各协调路径链及协调路径集的最小非零相位差上移容许量和下移容许量；

59、若表明此时能够增加集合中交叉口相位差，交叉口ij的相位差调整量为：

60、

61、并返回s301进行第r轮第t+1次绿波带宽优化。

62、作为优选的技术方案，所述绿波带宽优化终止条件为：

63、(a)若r＝rmax，即已达到控制区域的绿波带宽优化最大轮数，优化结束；

64、(b)若r≠rmax，对于满足即所有交叉口的相位差上移容许量和下移容许量均为0，此时所有交叉口的相位差不存在进一步优化的空间，优化结束；

65、继续进行第r+1轮第1次绿波带宽优化条件为：若r≠rmax，使得或即存在交叉口的相位差上移容许量或下移容许量不为0。

66、作为优选的技术方案，所述输出各交叉口的相位差调整量最终结果，具体为：

67、确定交叉口ij的最终相位差oj，计算公式如下：

68、

69、式中，mod为求模运算。

70、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

71、(1)本发明通过综合分析各信号交叉口相位差的上移容许量与下移容许量，在保证全程绿波带宽不变的基础上，提出了一种对各级协调路径链绿波带宽进行多轮优化的方法，可以同时优化控制区域内的多条协调路径链。

72、(2)本发明提供的设计方法能够在不改变公共信号周期、相位时间、相位相序的情况下，仅通过对各交叉口相位差的多轮优化，最大限度地增大各级协调路径链的绿波带宽，实现了协调路径链整体绿波协调控制效果的进一步提升。