一种基于通行需求平衡的交叉口相位时间分配方法与流程

本发明涉及交通信号控制领域，特别涉及一种基于通行需求平衡的交叉口相位时间分配方法。

背景技术：

相位时间是进行单交叉口信号配时设计时所需确定的关键参数，其取值大小对于防止路段交通拥堵、减少交叉口停车延误都发挥着至关重要的作用。某一信号相位时间越大则越有利于该信号相位车辆的通行，但同时将不利于其它信号相位车辆的通行。

当以交叉口关键车流平均延误时间最小作为相位时间分配原则，此时将要求各股关键车流的饱和度应近似相等、交叉口总饱和度达到最小，各信号相位时间应根据其关键车流交通流量比按比例进行分配；当以满足交叉口关键车流通行需求作为相位时间分配原则，此时将依据交叉口各股关键车流的饱和度实用限值进行相位时间分配，各信号相位时间应根据其关键车流所需的最小绿信比按比例进行分配。

目前，关于交叉口信号相位时间分配方案的设计，大多仅注重考虑关键车流与独立相位车流的通行效益，往往采取直接分解或叠加的分配方法，既而忽略了非关键车流及跨相位车流的通行需求，因此从整个交叉口的运行效益来看，并不能满足交叉口信号配时的全局优化要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于通行需求平衡的交叉口相位时间分配方法，根据交叉口各股车流所需的最短通行时间，综合考虑了关键车流与非关键车流、独立相位车流与跨相位车流的通行需求，更好地提升了交叉口的整体通行效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于通行需求平衡的交叉口相位时间分配方法，包括以下步骤：

S1、列出所有总时长已知且通行时间待分配的车流组合；

S2、计算步骤S1中各车流组合所需的最短通行时间；

S3、计算各车流组合的总时长与最短通行时间之间的商值；

S4、选取商值最小的车流组合，进行通行时间与相位时间的分配；

S5、判断是否所有车流的通行时间均已确定，若是，则交叉口相位时间分配完毕；若否，则返回步骤S1，进入下一轮的车流通行时间与相位时间分配。

进一步地，所述步骤S1，在第一轮的车流通行时间与相位时间分配中，由于只有信号周期时长已知，因此只需列出所有构成一个信号周期的车流组合；在后续各轮的车流通行时间与相位时间分配中，将存在总时长为信号周期或已知相位时间和的通行时间待分配的车流组合。

进一步地，所述步骤S2中车流组合所需的最短通行时间由各股车流所需的最短通行时间相加得到，所述各股车流所需的最短通行时间由其各自的通行需求事先确定。

进一步地，所述步骤S3中商值的大小反映了车流的供需比，而供需比越小的车流越需要优先进行通行时间的分配。

进一步地，所述步骤S4，各股车流的通行时间将根据其所需的最短通行时间进行比例分配，而当各股车流的通行时间确定后，相应的相位时间也随之确定。

进一步地，所述步骤S5，若存在一股或多股跨相位车流，则本轮车流通行时间的分配将确定多个相位时间和，所述的时间和可能将在下一轮车流通行时间分配中，用以确定步骤S1中所述的通行时间待分配的车流组合。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

1、本方法优化得到的交叉口信号相位时间分配方案，能够满足所有关键车流与非关键车流、独立相位车流与跨相位车流的通行需求。

2、本方法通过对相位时间的多轮优化分配，实现了对跨相位车流与非关键车流的通行时间优化，有效提升了交叉口的整体通行效率。

3、本方法给出了一种程序化的交叉口信号相位时间分配方法，使得获取交叉口信号相位时间分配方案更加合理、科学与规范。

附图说明

图1是本发明一种基于通行需求平衡的交叉口相位时间分配方法的步骤流程图；

图2是本发明一种基于通行需求平衡的交叉口相位时间分配方法实施例中交叉口的信号相位与车流对应关系图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

某交叉口针对6股车流采用三相位信号控制方式，其中车流1在相位1和相位2获得通行权，车流2在相位1获得通行权，车流3和车流4在相位2获得通行权，车流5在相位3和相位1获得通行权，车流6在相位3获得通行权，信号相位与车流对应关系如图2所示。已知信号周期时长C＝120s，车流1、2、3、4、5、6所需的最短通行时间分别为t_min1＝58s、t_min2＝12s、t_min3＝36s、t_min4＝30s、t_min5＝72s、t_min6＝48s。

如图1所示，本实施例包括以下实施步骤：

步骤1(第一轮)：列出所有总时长已知且通行时间待分配的车流组合。

在第一轮的车流通行时间与相位时间分配中，由于只有信号周期时长已知，因此只需列出所有构成一个信号周期的车流组合。所有总时长已知且通行时间待分配的车流组合包括{1,6}、{2,3,6}、{2,4,6}、{3,5}、{4,5}。

步骤2(第一轮)：计算步骤1中各车流组合所需的最短通行时间。

车流组合{1,6}所需的最短通行时间为t_min1+t_min6＝58+48＝106s，车流组合{2,3,6}所需的最短通行时间为t_min2+t_min3+t_min6＝12+36+48＝96s，车流组合{2,4,6}所需的最短通行时间为t_min2+t_min4+t_min6＝12+30+48＝90s，车流组合{3,5}所需的最短通行时间为t_min3+t_min5＝36+72＝108s，车流组合{4,5}所需的最短通行时间为t_min4+t_min5＝30+72＝102s。

步骤3(第一轮)：计算各车流组合的总时长与最短通行时间之间的商值。

车流组合{1,6}、{2,3,6}、{2,4,6}、{3,5}、{4,5}的总时长与最短通行时间之间的商值分别为1.132、1.250、1.333、1.111、1.176。

步骤4(第一轮)：选取商值最小的车流组合，对其所含车流的通行时间进行分配，再确定相应的相位时间。

选取步骤3中商值最小的车流组合{3,5}，根据车流3与车流5所需的最短通行时间按比例分配其通行时间，即车流3的通行时间车流5的通行时间再确定相位2的时长为40s，相位3与相位1的总时长为80s。车流4的通行时间t₄＝t₃＝40s。

步骤5(第一轮)：判断是否所有车流的通行时间均已确定，若是，则交叉口相位时间分配完毕；若否，则返回步骤1进入下一轮的车流通行时间与相位时间的分配。

本轮确定了车流3、4、5的通行时间，车流1、2、6的通行时间待定，需返回步骤1进入下一轮的车流通行时间与相位时间的分配。在本轮车流通行时间的分配中，确定相位3与相位1的总时长为80s，该时间和将在下一轮车流通行时间分配中用以确定通行时间待分配的车流组合。

步骤1(第二轮)：列出所有总时长已知且通行时间待分配的车流组合。

在第二轮的车流通行时间与相位时间分配中，将存在总时长为信号周期和相位3与相位1时间和的通行时间待分配的车流组合。所有总时长已知且通行时间待分配的车流组合包括{1,6}、{2,6}，其中总时长为信号周期且通行时间待分配的车流组合为{1,6}，总时长为相位3与相位1时间和且通行时间待分配的车流组合为{2,6}。

步骤2(第二轮)：计算步骤1中各车流组合所需的最短通行时间。

车流组合{1,6}所需的最短通行时间为t_min1+t_min6＝58+48＝106s，车流组合{2,6}所需的最短通行时间为t_min2+t_min6＝12+48＝60s。

步骤3(第二轮)：计算各车流组合的总时长与最短通行时间之间的商值。

车流组合{1,6}、{2,6}的总时长与最短通行时间之间的商值分别为1.132、1.333。

步骤4(第二轮)：选取商值最小的车流组合，对其所含车流的通行时间进行分配，再确定相应的相位时间。

选取步骤3中商值最小的车流组合{1,6}，根据车流1与车流6所需的最短通行时间按比例分配其通行时间，即车流1的通行时间车流6的通行时间再确定相位3的时长为54s，相位1的时长为26s。车流2的通行时间t₂＝t₁-t₃＝t₅-t₆＝26s。

步骤5(第二轮)：判断是否所有车流的通行时间均已确定，若是，则交叉口相位时间分配完毕；若否，则返回步骤1进入下一轮的车流通行时间与相位时间的分配。

本轮确定了车流1、2、6的通行时间，至此所有车流的通行时间均已确定，车流1、2、3、4、5、6的通行时间分别取值为66、26、40、40、80、54，交叉口相位时间分配完毕，相位1、2、3的分配时间分别取值为26、40、54。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。