一种交通小区协调优化方法与流程

技术特征：

1.一种交通小区协调优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定所研究的城市路网范围，获取基础资料，包括研究范围内所有道路的通行能力、研究范围内的平均小时交通生成量、到达终点车辆数与驶出路网车辆数的比例；

2)将整个交通网络划分为若干个交通控制小区，以小区为网络交通流优化对象，对所研究的城市交通路网进行简化；

3)构造网络优化有向图：以小区为节点，以边表示小区之间的道路，将路网抽象为点边组成的有向图；

4)绘制宏观基本图

4.1)布设检测器，在各个小区边界的出入口布设检测器，收集数据；

4.2)根据所收集数据，绘制区域及各个小区宏观基本图，宏观基本图模型的纵坐标为驶出车辆数，单位为辆/分钟，即通过道路驶出小区或网络边界的车辆数与支路到达终点的车辆数之和；横坐标为区域内车辆数，对于整体路网而言，宏观基本图的纵坐标为网络内车辆数，对于小区而言，其宏观基本图的纵坐标为小区内车辆数；

5)利用聚类方法将宏观基本图的散点分为上升段、持续段和下降段三类，并分别进行线性拟合；

6)以小区之间的流量为决策变量建立网络优化模型，优化目标为输出车辆数最大同时路网利用率较高，约束条件为各节点的最大车辆数和各边的通行能力；

7)输入路网当前运行状态下的各节点内车辆数，求解模型，获得边上最佳流量。

2.一种交通小区协调优化方法，其特征在于：在步骤2)，交通小区是具有一定交通关联度的交叉口和路段的集合，关联性较大的交叉口划归为同一小区，交通小区划分的方法有：基于谱方法的小区划分方法，基于交通流特性的小区划分方法或交通工程师根据经验进行手动划分。

3.一种交通小区协调优化方法，其特征在于：在步骤3)，将小区抽象成节点，将小区之间的连接道路抽象为边，形成由节点与边组成的网络优化有向图；其中节点编号与简化前的小区编号相对应，节点之间是否存在边，及边的方向取决于原网络中两个小区之间是否有相应方向的路段相连，简化后的有向图主要用来描述网络的宏观状态；其中节点的属性包括小区的宏观基本图、区内能容纳最大车辆数；节点对有向图输出的状态变量有小区内的车辆数，进入小区车辆数与驶出小区车辆数；边的属性主要为方向通行能力，边输出的状态变量为各小区间的交通流。

4.一种交通小区协调优化方法，其特征在于：在步骤5)，利用聚类方法将每一个小区的宏观基本图的散点分成三类，之后用直线进行分段拟合；设三段拟合函数分别为：f₁(n)，f₂(n)，f₃(n)则:

G(n)＝min{f₁(n),f₂(n),f₃(n)}

式中：n为网络内车辆数；G(n)为驶出网络车辆数，单位为辆/分钟；

在步骤6)，建立网络优化模型，包括以下内容：

6.1)确定每个交通小区的最优点

根据宏观基本图特性，令持续段和下降段的交点作为网络运行的最优点(n^m,g^m)，该点表示网络处于驶出流量最大情况下网络内容纳的车辆数最多的状态，该状态的网络运行效率最高，服务车辆数也相对较多；

6.2)网络优化模型决策变量为小区之间的交通流，表示第t个研究时段由小区i到小区j的交通量；

6.3)网络优化模型的目标为使整体路网的运行状态处于最优水平，即使每个小区的优化后的状态点与最优点的距离之和最小，所以网络优化模型的目标函数为:

$F=Min\underset{i\∈N}{\Σ}{\left(n_i^t-n_i^m\right)}^2-{\left(g_i^t-g_i^m\right)}^2$

式中，为小区i在第t个研究时段内的车辆数；为小区i在第t个研究时段内的驶出车辆数；

6.4)根据步骤5)对各个小区的宏观基本图进行聚类分段拟合的结果，有：

$g_i^t=min\{f_{1i}^t\left(n_i^t\right),f_{2i}^t\left(n_i^t\right),f_{3i}^t\left(n_i^t\right)\}$

6.5)根据流量守恒原则，有：

$n_i^t=n_i^{t-1}+O_i^t+\underset{\{j:(i,j)\∈A\}}{\Σ}{q}_{ji}^t-\underset{\{j:(i,j)\∈A\}}{\Σ}{q}_{ij}^t-\frac{{\mathrm{\α}}_i^t}{1-{\mathrm{\α}}_i^t}\underset{\{j:(i,j)\∈A\}}{\Σ}{q}_{ij}^t$

其中，为小区i在上一个研究时段内的车辆数；为小区i在第t个研究时段内产生的交通量；为小区i在第t个研究时段到小区j的交通量；为第t个研究时段小区i到达终点的车辆数占所有驶出小区车辆数的比例；

6.6)网络优化模型的约束条件有：

①小区内车辆数不得超过小区能容纳的最大车辆数，即为小区i达到阻塞密度对应小区车辆数，从小区宏观基本图获得；

②小区间的交通流应小于边的通行能力，即Cij表示连接小区i和小区j的边的通行能力；

③小区间的交通流应大于边的最小交通量，即d_ij表示小区i到小区j的最小交通量；

④进入每个小区的车辆数应小于该小区能接受的最大流量，即为小区i在第t个研究时段内能够接受的最大流量；

⑤每个小区的驶出车辆数应小区该小区能够流出的最大流量，即为小区i在第t个研究时段内能够流出的最大流量。

5.一种交通小区协调优化方法，其特征在于：在步骤7)，求解模型是以网络状态为输入条件进行求解，解为各小区之间的流量，根据现状路网及其运行状态，确定以下参数：

①每个小区的最优点(n^m,g^m)；

②当前状态下，各个小区内的车辆数

③当前状态下，各个小区在单位时间内产生的交通量

④各个小区到达终点的车辆数占所有驶出小区车辆数的比例

⑤各个小区的能容纳的最大车辆数

⑥连接小区i和小区j的边的通行能力C_ij；边上最小交通量d_ij,；

⑦当前状态下，各个小区能够接受的最大流量及够流出的最大流量

对优化模型进行求解，获得即为小区间最优交通流量值。