协调方向重复放行的干线协调优化方法与流程

本发明涉及一种协调方向重复放行的干线协调优化方法。
背景技术：
：城市交通信号控制是城市交通的重要组成部分，而随着城市化进程的发展，交通拥堵问题日趋严重，干线及区域信号协调控制因其协调控制的优势，成了近些年来主要的研究内容之一。特别是干线协调控制，因其使干线交通速度提高，停车次数减少，减少闯红灯现象及追尾事故概率等优势，已经得到了世界各国的公认的“减少交叉口延误的有效途径”。“重复放行”指在信号周期内某通行相位在多个阶段可以通行的情况。现阶段的干线协调优化均由交通信控工程师通过干线现状调查，利用最大绿波带maxband模型、多绿波带宽multiband模型等方法进行优化调整，其中干线的公共周期时长和各路口的信号周期时长均是由交通信控工程师凭借经验进行配置。这种以经验为主导优化配置的方法效率低下且耗费大量人力，需要交通信控工程师根据经验不断测试调整，若某路口本身的信号控制方案存在“多次放行”情况，则干线协调公共信号周期内的“重复放行”对干线协调优化提出了更大的难度要求，其中选择哪一段绿灯时长作为协调阶段成为个大问题。针对公共周期内协调方向“重复放行”的状况，怎样实现干线协调的自动优化，提高干线协调效率是研究的重点之一。技术实现要素：本发明的目的是提供一种协调方向重复放行的干线协调优化方法，针对公共周期内协调方向“重复放行”的情况，提高了重复方向干线协调优化的效率，减少了信控人员的工作量，解决现有技术中存在的现阶段复杂情况下干线协调需人员根据经验多次调整测试优化的问题。本发明的技术解决方案是：一种协调方向重复放行的干线协调优化方法，采集路口信号控制方案的基础上绘制时距图，识别路口公共周期内的重复放行情况，分别基于干线协调模型对各情况求解，最终对比得到干线协调最优方案；包括以下步骤，s1、对接交通信号控制系统，采集路口的基础信息和信号控制方案，确定协调干线及其各路口的协调方向；s2、基于协调干线各路口的信号控制方案确定公共周期及其各路口周期时长，并对各协调路口的信号控制配时方案进行优化；s3、基于绘制协调干线时距图对路口协调方向重复放行进行识别，确定干线正方向公共周期内协调方向通行次数n；s4、.基于步骤s3确定的正反向协调方向公共周期内通行次数n求解出分别将公共周期内某段绿灯时长设为协调相位情况下各信控路口与信号配时有关的参数指标；s5、基于公共周期协调通行次数，循环求解出路口间带宽和相位差最优解，即为干线最优协调方案。进一步地，步骤s2具体为，s21、将各协调路口的信号控制方案进行整合确定各路口的周期时长，具体为，确定公共周期时长c，并将现有路口信号控制方案的周期时长ci与公共周期c比较，确定可配置为双周期或大小周期的路口及其周期时长c′i；s22、基于步骤s1中信号控制方案中相位阶段的最大绿灯时长/最小绿时时长以及s21步骤得到的周期时长对各路口的配置方案进行优化。进一步地，步骤s22具体为，s221、根据步骤s21优化调整的路口周期c′i与原有路口周期ci的相位绿时比值αi按比例调整得到相位阶段的绿灯时长g′ij；s222、基于信号控制方案各相位阶段的最大绿灯时长和最小绿灯时长对步骤s221求解的相位阶段绿灯时长g′ij进行调整。进一步地，步骤s221中，各相位阶段绿灯时长为：g′ij＝αi*gij式中，g′ij为i路口j相位阶段调整后的绿灯时长，gij为i路口j相位阶段的初始绿灯时长，αi为i路口相位绿时比例，c′i为调整后的周期时长，ci为初始周期时长；同时若路口交通信号控制方案存在锁定相位，则相位绿时比值αi求解时需要剔除锁定相位的绿灯时长gi锁，即：进一步地，步骤s222具体为，s2221、若优化调整的相位阶段绿灯时长则i路口j相位的绿灯时长缩减至最大绿灯时长缩减的绿灯时长按绿时比例βij扩大至周期以内非调整相位阶段的相位，即协调干线上除协调路口以外路口的绿灯时长为：式中，βij为i路口j相位阶段的绿时比例；gij为i路口j相位阶段的初始绿灯时长；ci为初始周期时长；(g′ij)′为剔除锁定相位后i路口周期范围内j阶段的绿灯时长；同时若所有相位阶段均大于最大绿灯时长，则将路口周期时长调整为公共周期；s2222、若优化调整的路口相位阶段绿灯时长则i路口j相位的绿灯时长扩大至最小绿灯时长增加的绿灯时长按绿时比例βij缩小至周期范围内除协调相位外其他相位，同时若所有优化相位均小于最小绿灯时长，则将路口的周期时长调整为公共周期；s2223、若优先调整的路口相位阶段绿灯时长则无需调整直接转到步骤s3。进一步地，步骤s3具体为，s31、将路口各干线优化调整后的信号控制方案汇总，以公共周期c作为周期时长，协调方向相位阶段为绿灯时长，非协调方向相位为红灯时长绘制出时距图，从而确定出正反方向公共周期c内的红灯时长tred、红灯时段[t开，t结]及红灯时段内的红灯时长tred；其中，红灯时段[t开，t结]指公共周期内红灯开始时刻至到达最近协调相位方向阶段的时刻，其中t开为红灯开始时刻，t结为绿灯开始时刻，同时红灯时段内的红灯时长tred＝t开—t结；s32、比较红灯时段内的红灯时长tred与公共周期c内的红灯时长tred，确定正反向协调方向公共周期内通行次数n。进一步地，步骤s32具体为，若正反向红灯时段均等于公共周期c内的红灯时长，即tred＝tred，则该路口正方向协调方向没周期均只能通行一次，通行次数n＝1，存储该红灯开始结束时刻对的红灯中心时刻t中，直接转到步骤s4；否则，标记路口存在重复放行流向，确定公共周期内所有红灯开始结束时刻对，即正反向协调方向公共周期内通行次数n，同时分别存储各组红灯时段内的红灯中心时刻并转到步骤s4。进一步地，步骤s4具体为，基于正反向协调方向公共周期内通行次数n求解出路口在各情况下正反向的红灯时间率δin以及正向红灯中心时刻到其相近反向红灯中心时刻的时间率δin；其中，公共周期内通行次数n≥2时，分别将公共周期内某段绿灯时长设为协调相位，将其他绿灯时间均设为红灯时间进行求解，即：式中，δin为i路口第n种情况下红灯时间率，包括正向红灯时间率和反向红灯时间率为基于步骤s3确定的i路口公共周期c内的红灯时长；c为公共周期时长；δin为i路口第n种情况下正反向红灯中心时刻的时间率；为i路口第n种情况下的正向红灯中心时刻；为i路口第n种情况下相近的反向红灯中心时刻。进一步地，步骤s4中，针对公共周期内通行次数n≥2时的路口，分别将公共周期内某段绿灯时长设为协调相位情况，建立出路口情况参数指标表，包括路口编号、协调方向、情况序号、正反方向、公共周期时长、协调时刻段、正向红灯时间率、反向红灯时间率、正反向红灯中心时刻的时间率。进一步地，步骤s5具体为，s51、根据设定的正反向速度，求解出正反向行程时间，即：式中，li为i路口至下一路口的距离，vi为正反向车辆速度，ti为正反向行程时间；s52、将步骤s51的正反向形成时间及步骤s4求解的参数数值输入干线协调模型中，循环求解出路口间带宽和相位差，其中循环的次数为正反向协调方向公共周期内通行次数n；s53、将各公共周期内某段绿灯时长设为协调相位的求解进行汇总，并对目标函数最大的路口间带宽和相位差进行排名，选出最优解作为干线协调方案。本发明的有益效果是：该种协调方向重复放行的干线协调优化方法，针对现阶段双周期、大小周期干线协调均是由人为判断测试的现状，本发明的干线协调对协调路口的周期研究均以公共周期来考虑，对公共周期内存在的多次协调放行相位阶段分别作为协调阶段进行求解，循环得到最优的干线协调方案，大大提高了干线协调的效率，同时面对路口本就存在重复放行、搭接相位等复杂状况，提供了高效的干线协调优化的方法。附图说明图1是本发明实施例协调方向重复放行的干线协调优化方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例针对公共周期内协调方向“重复放行”选取哪一段作为协调阶段，怎样合理高效率优化干线协调信号方案的问题，实施例提出一种协调方向重复放行的干线协调优化方法，采集路口基础信息和方案信息，确定路口的周期类型并优化路口交通信号控制方案，在此基础上识别出公共周期内的“重复放行”阶段，分别将各阶段默认为协调阶段求解出模型参数，从而依托干线协调模型循环得到最优解。一种协调方向重复放行的干线协调优化方法，采集路口信号控制方案的基础上绘制时距图，识别路口公共周期内的重复放行情况，分别基于干线协调模型对各情况求解，最终对比得到干线协调最优方案。如图1，具体包括以下步骤：s1.对接交通信号控制系统，采集路口的基础信息和信号控制方案，确定协调干线及其各路口的协调方向。s11.采集路网内各路口的基础信息和信号控制方案。具体来说，基础信息包括渠化特征信息、检测设备信息、灯组信息、常规通行相位，信号控制方案具体包括调度计划、时段划分、各相位阶段的基准绿灯时长/最大绿灯时长和最小绿灯时长。s12.对信号协调的干线进行配置。具体来说，确定协调的信号控制路口及其各路口的协调方向，求解出各协调路口之间的距离，设置各协调路口之间的正/反向速度，进而基于步骤s11确定具体的信号控制方案。s2.基于协调干线各路口的信号控制方案确定公共周期及其各路口周期时长，并对各协调路口的信号控制配时方案进行优化。s21.将各协调路口的信号控制方案进行整合确定各路口的周期时长，其中交通需求数值由路口检测设备采集的交通流量确定。具体来说，确定公共周期时长c，并将现有路口信号控制方案的周期时长ci与公共周期c比较，确定可配置为双周期或大小周期的路口及其周期时长c′i。一般说来，根据干线协调优化的公知常识，将各协调路口现有信号控制方案中最大周期作为公共周期c，将其所在路口默认为干线协调的关键路口。同时根据周期比值大小确定路口的周期类型，其中：式中，为周期比值；ci为i路口现有信号控制方案周期时长；c为公共周期时长。同时周期比值对应的周期类型如下。s22.基于步骤s1中信号控制方案中相位阶段的最大绿灯时长/最小绿时时长以及步骤s21得到的周期时长对各路口的配置方案进行优化。s221.根据步骤s21优化调整的路口周期c′i与原有路口周期ci的相位绿时比值αi按比例调整得到相位阶段的绿灯时长g′ij。具体来说，各相位阶段绿灯时长为：g′ij＝ai*gij式中，g′ij为i路口j相位阶段调整后的绿灯时长，gij为i路口j相位阶段的初始绿灯时长，αi为i路口相位绿时比例，c′i为调整后的周期时长，ci为初始周期时长。同时若路口交通信号控制方案存在锁定相位，则相位绿时比值αi求解时需要剔除锁定相位的绿灯时长gi锁，即s222.基于信号控制方案各相位阶段的最大绿灯时长和最小绿灯时长对步骤s221求解的相位阶段绿灯时长g′ij进行调整。具体来说，1)若优化调整的相位阶段绿灯时长则i路口j相位的绿灯时长缩减至最大绿灯时长缩减的绿灯时长按绿时比例βij扩大至周期以内非调整相位阶段的相位，即协调干线上除协调路口以外路口的绿灯时长为：式中，βij为i路口j相位阶段的绿时比例；gij为i路口j相位阶段的初始绿灯时长；ci为初始周期时长；(g′ij)′为剔除锁定相位后i路口周期范围内j阶段的绿灯时长；同时若所有相位阶段均大于最大绿灯时长，则将路口周期时长调整为公共周期；2)若优化调整的路口相位阶段绿灯时长则i路口j相位的绿灯时长扩大至最小绿灯时长增加的绿灯时长按绿时比例βij缩小至周期范围内除协调相位外其他相位，同时若所有优化相位均小于最小绿灯时长，则将路口的周期时长调整为公共周期；3)若优先调整的路口相位阶段绿灯时长则无需调整直接转到步骤s3。s3.基于绘制协调干线时距图对路口协调方向重复放行进行识别，确定干线正方向公共周期内协调方向通行次数n。s31.将路口各干线优化调整后的信号控制方案汇总，以公共周期c作为周期时长，协调方向相位阶段为绿灯时长，非协调方向相位为红灯时长绘制出时距图，从而确定出正反方向公共周期c内的红灯时长tred、红灯时段[t开，t结]及红灯时段内的红灯时长tred。具体来说，红灯时段[t开，t结]指公共周期内红灯开始时刻至到达最近协调相位方向阶段的时刻，其中t开为红灯开始时刻，t结为绿灯开始时刻，同时红灯时段内的红灯时长tred＝t开—t结。一般对于重复方向状况，路口公共周期内存在多个红灯时段。如一个周期为100秒的配时方案，则两个公共周期为200s，正向中协调方向为前50s，则红灯开始结束时刻对为[50,100]和[150,200]，红灯开始结束时刻对的红灯时长为50s。s32.比较红灯时段内的红灯时长tred与公共周期c内的红灯时长tred，确定正反向协调方向公共周期内通行次数n。具体来说，若正反向红灯时段均等于公共周期c内的红灯时长，即tred＝tred，则该路口正方向协调方向没周期均只能通行一次，通行次数n＝1，存储该红灯开始结束时刻对的红灯中心时刻t中，直接转到步骤s4。否则标记路口存在重复放行流向，确定公共周期内所有红灯开始结束时刻对，即正反向协调方向公共周期内通行次数n，同时分别存储各组红灯时段内的红灯中心时刻并转到步骤s4；一般情况下，双周期、大小周期及协调方向重复放行的路口，其均存在协调方向重复情况，即公共周期内通行次数n≥2。s4.基于上一步骤确定的正反向协调方向公共周期内通行次数n对路口方向方式进行分别求解，并确定将公共周期内某段绿灯时长设为协调相位的不同情况下各信控路口与信号配时有关的参数指标。具体来说，基于正反向协调方向公共周期内通行次数n求解出路口在各情况下正反向的红灯时间率δin以及正向红灯中心时刻到其相近反向红灯中心时刻的时间率δin：其中公共周期内通行次数n≥2时，分别将公共周期内某段绿灯时长设为协调相位，将其他绿灯时间均设为红灯时间进行求解，即：式中，δin为i路口第n种情况下红灯时间率，包括正向红灯时间率和反向红灯时间率为基于s3步骤确定的i路口公共周期c内的红灯时长；c为公共周期时长；δin为i路口第n种情况下正反向红灯中心时刻的时间率；为i路口第n种情况下的正向红灯中心时刻；为i路口第n种情况下相近的反向红灯中心时刻。进一步针对多情况下的路口建立出路口情况参数指标表，表格内容包括：路口编号、协调方向、情况序号、正反方向、公共周期时长、协调时刻段、正向红灯时间率、反向红灯时间率、正反向红灯中心时刻的时间率。如协调干线某路口a在公共周期100s，其协调方向为南北直行，南直行为正向并存在重复放行情况，其相位阶段如下所示：南北直行南北左转南通行东西直行东西左转2515151612其中南直行存在两段放行阶段，即[0,25]、[46,61]，则分别将其作为协调阶段求解，得到的路口情况参数指标表如下：s5.基于公共周期协调通行次数，循环求解出路口间带宽和相位差最优解，即为干线最优协调方案。s51.根据设定的正反向速度，求解出正反向行程时间，即：式中，li为i路口至下一路口的距离，vi为正反向车辆速度，ti为正反向行程时间。s52.将步骤s51的正反向形成时间及步骤s4求解的参数数值输入干线协调模型中，循环求解出路口间带宽和相位差，其中循环的次数为正反向协调方向公共周期内通行次数n。一般情况下，可选择的干线协调模型包括maxband和multiband。s53.将各种以公共周期内某段绿灯时长设为协调相位的求解进行汇总，并对目标函数最大的路口间带宽和相位差进行排名，选出最优解作为干线协调方案。该种协调方向重复放行的干线协调优化方法，针对公共周期内存在重复协调放行阶段的路口，创新的提出将公共周期内的协调放行时刻和红灯开始结束时刻对这一概念，分别将其中一段作为协调相位阶段，求解出红灯时间率和正向红灯中心时刻到其相近反向红灯中心时刻的时间率，并将其作为参数代入干线协调模型中，循环求解得到干线协调方案。该种协调方向重复放行的干线协调优化方法，提出将路口信号方案中各相位阶段的最大/最小绿灯时长作为限制条件，在根据配置的周期时长优化信号方案各阶段时长时，若存在冲突则以最大/最小绿灯时长为主，提高了干线协调配置的合理性。当前第1页12