相位差两级优化线控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种相位差两级优化线控系统及方法，其中系统包括：复数个终端信号控制器，所述终端信号控制器设置于各路口并与信号机通信连接，用于采集并反馈各路口的实时信息以及信号机的控制；一中心系统预测模块，与所述终端信号控制器通信连接，用于接收所述终端信号控制器反馈的实时信息，并根据所述实时信息生成预测数据；一区域控制系统优化模块，与所述中心系统预测模块和所述复数个终端信号控制器通信连接，接收所述中心系统预测模块的预测数据生成优化参数并将所述优化参数发送给各所述终端信号控制器。由于采用了本发明的一种相位差两级优化线控系统，具有贴合实际、准确度高、操作便捷、设备简单、成本低廉、优化程度高的优点。
【专利说明】相位差两级优化线控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及公路运输大类中的交通工程与交通管理分支下的交通控制领域，尤其涉及一种相位差两级优化线控系统及方法。
【背景技术】
[0002]道路交通信号控制(红绿灯控制)是保证道路交通安全和畅通的重要技术手段，信号周期(Cycle)、绿信比(Split)和相位差(Offset)是协调控制交通信号的三个基本配时参数。合理的信号周期长度和绿信比是减少单路口绿灯损失时间和停车延误的关键因素，而相位差控制是实现多路口之间协调控制、减少停车次数和停车延误的最重要的控制参数。
[0003]相位差也称绿灯起步时距，是指相邻两个路口放行绿灯的时间差(单位:秒)，良好的相位差配置可使车辆不要停车连续通过多个路口，减少停车次数、停车延误和降低能源消耗，这也是交通信号协调控制的系统目标。
[0004]在实际应用中，一般把相邻的一组路口划分成一个子区，并指定其中一个路口为关键路口，以子区为单位进行相位差优化和调整，关键路口的绿灯开始时间作为子区中其他路口同步信号，关键路口的相位差定义为0，子区中其他路口绿灯开始时间相对于关键路口的时间差(单位:秒)定义为该路口的相位差数值。
[0005]现有技术中的线控系统及方法，主要存在以下一些不足之处:
[0006]1、对于到达交叉口的交通流描述过于理想化，和实际车流特性比较有较大的差别，应用在实际工程应用中，计算误差较大。
[0007]2、部分研究忽略了排队长度的计算或把排队长度设置为一个固定值，行程时间部分计算不是很准确，因此在相位差的计算中，和实际的应用有较大的差别。
[0008]3、部分研究的交通流模型选择在不同算法中标定不准确，有些选择连续车队进行描述，有些选择固定车队进行描述。
[0009]4、部分参数在实际工程应用中无法采集，或者采集设备的铺设成本过高、投资过大，难以在实际工作中开展，只能靠假设。
[0010]5、算法过于复杂，没有考虑到区控服务器的运算能力，实时获得计算数据比较困难，系统中包含的子区越多，获得计算结果越慢。
[0011]6、针对单个路口的优化研究内容很多，但针对于整个路网的系统优化的研究较少，因此得不到系统内部各个子区的最优解。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种相位差两级优化线控系统及方法，具有贴合实际、准确度高、操作便捷、设备简单、成本低廉、优化程度高的优点。
[0013]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0014]本发明的一种相位差两级优化线控系统，包括:[0015]复数个终端信号控制器，所述终端信号控制器设置于各路口并与信号机通信连接，用于采集并反馈各路口的实时信息以及信号机的控制；
[0016]一中心系统预测模块，与所述终端信号控制器通信连接，用于接收所述终端信号控制器反馈的实时信息，并根据所述实时信息生成预测数据；
[0017]一区域控制系统优化模块，与所述中心系统预测模块和所述复数个终端信号控制器通信连接，接收所述中心系统预测模块的预测数据生成优化参数并将所述优化参数发送给各所述终端信号控制器。
[0018]本发明的进一步改进在于，所述终端信号控制器包括埋设于当前路口的检测器。
[0019]本发明的进一步改进在于，所述实时信息包括当前周期的路段流量数据和绿灯利用率数据。
[0020]本发明的一种相位差两级优化线控方法，包括步骤:
[0021]将所需控制的协调线路划分为复数个子区，每一所述子区包括相邻的至少两路口，选取所述子区中的一路口作为关键路口，将所述子区内除所述关键路口外的其他路口作为协调路口 ；将所述关键路口协调方向的直行相位作为关键相位；并将所述协调路口的协调方向的直行相位作为协调相位；
[0022]在每一所述路口设置终端信号控制器，并通过终端信号控制器采集所述路口的流量数据和绿灯利用率数据；所述中心系统预测模块根据所述流量数据计算获得所述预测数据；
[0023]建立一交通延误模型；
[0024]所述区域控制系统优化模块将所述预测数据代入所述交通延误模型，并利用所述交通延误模型计算获得优化参数；所述优化参数包括各协调相位相对于关键相位的最优相位差，所述最优相位差为各所述路口间的双向总延误取最小值时当前协调相位相对于关键相位的相位差值；将所述优化参数分别传送给对应的所述终端信号控制器。
[0025]本发明的进一步改进在于，所述交通延误模型为:
[0026]将协调方向的一第一方向作为下行方向；将协调方向一第二方向作为上行方向；按照所述下行方向依次标示所述子区的路口，将按下行方向的所述子区的第一个路口至倒数第二个路口中任一个路口标示为路口 i，l < i <子区路口总数-1 ;标示路口 i沿所述下行方向的下一个路口为路口 i+Ι ；
[0027]所述子区的各所述路口间的双向总延误的公式为:
[0028]
【权利要求】
1.一种相位差两级优化线控系统，其特征在于，包括: 复数个终端信号控制器，所述终端信号控制器设置于各路口并与信号机通信连接，用于采集并反馈各路口的实时信息以及信号机的控制； 一中心系统预测模块，与所述终端信号控制器通信连接，用于接收所述终端信号控制器反馈的实时信息，并根据所述实时信息生成预测数据； 一区域控制系统优化模块，与所述中心系统预测模块和所述复数个终端信号控制器通信连接，接收所述中心系统预测模块的预测数据生成优化参数并将所述优化参数发送给各所述终端信号控制器。
2.根据权利要求1所述的相位差两级优化线控系统，其特征在于，所述终端信号控制器包括埋设于当前路口的检测器。
3.根据权利要求2所述的相位差两级优化线控系统，其特征在于，所述实时信息包括当前周期的路段流量数据和绿灯利用率数据。
4.基于权利要求3所述的相位差两级优化线控系统的一种相位差两级优化线控方法，其特征在于，包括步骤: 将所需控制的协调线路划分为复数个子区，每一所述子区包括相邻的至少两路口，选取所述子区中的一路口作为关键路口，将所述子区内除所述关键路口外的其他路口作为协调路口 ；将所述关键路口协调方向的直行相位作为关键相位；并将所述协调路口的协调方向的直行相位作为协调相位； 在每一所述路口设置终端信号控制器，并通过终端信号控制器采集所述路口的流量数据和绿灯利用率数据；所述中心系统预测模块根据所述流量数据计算获得所述预测数据；` 建立一交通延误模型； 所述区域控制系统优化模块将所述预测数据代入所述交通延误模型，并利用所述交通延误模型计算获得优化参数；所述优化参数包括各协调相位相对于关键相位的最优相位差，所述最优相位差为各所述路口间的双向总延误取最小值时当前协调相位相对于关键相位的相位差值；将所述优化参数分别传送给对应的所述终端信号控制器。
5.根据权利要求4所述的相位差两级优化线控方法，其特征在于，所述交通延误模型为: 将协调方向的一第一方向作为下行方向；将协调方向一第二方向作为上行方向；按照所述下行方向依次标示所述子区的路口，将按下行方向的所述子区的第一个路口至倒数第二个路口中任一个路口标示为路口 i，l < i <子区路口总数-1 ;标示路口 i沿所述下行方向的下一个路口为路口 i+Ι ; 所述子区的各所述路口间的双向总延误的公式为:
+(I? 爲? 厲Ii?l.)
6.根据权利要求5所述的相位差两级优化线控方法，其特征在于， 所述路口 i至路口 i+Ι间的车队头部受阻延误d卜i+1的公式为:
7.根据权利要求6所述的相位差两级优化线控方法，其特征在于，所述路口i至路口i+Ι间路段的平均速度V卜i+1和路口 i+Ι至路口 i间路段的平均速度Vi+1y通过一路段均速公式获得，所述路段均速公式为: 单车道时:
8.根据权利要求7所述的相位差两级优化线控方法，其特征在于， 所述路口 i+1处下行方向的车辆排队长度Si+1和路口 i处上行方向的车辆排队长度Si采用通过一排队长度公式计算获得的当前路口排队车辆数N,或采用所述检测器测量到的排队长度N测；当Nq〈 N测时，米用Ntl ;当Ntl≥ N测时，米用N测； 所述排队长度公式为:Nq = qt a kq/ (k_-kq)； 其中Nq为当前路口排队车辆数^为当前路口的车辆流量Atgs为当前路段堵塞密度，通过人工设置获得；kq为当前路段密度，kq = q/v, V为当前路段均速。
9.根据权利要求8所述的相位差两级优化线控方法，其特征在于，所述当前路口的车辆流量q根据所述终端信号控制器采集的前三个周期的实际流量数据q1、q2、q3和一路段流量公式计算获得， 如q1、q2、Q3按照时间从小到大排列，则所述路段流量公式为:
【文档编号】G08G1/082GK103778793SQ201410073686
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】汪志涛, 张子力 申请人:上海骏码交通科技有限公司