一种展示区域绿波协调控制效果的空间时距图的作图方法与流程
本发明涉及交通信号控制技术领域，更具体的，涉及一种展示区域绿波协调控制效果的空间时距图的作图方法。
背景技术：
绿波协调控制设计将尽量使得协调方向的车流能够连续不停车地通过多个下游信号交叉口，从而可以有效减少目标车流的平均延误时间与停车次数，提高车流行驶的平滑性，减少交叉口交通事故发生，是未饱和交通状态下城市交通控制系统优先选用的一种控制手段，相关研究成果已在国内诸多城市得以广泛应用。
目前衡量一套绿波协调控制方案的实施效果主要是利用时间-距离图(简称时距图)来展示各条协调线路的绿波带宽大小。时距图是一个表达协调交叉口距离与信号配时关系，并反映出受协调控制车流运动状况的平面图，在干道绿波协调控制设计中发挥了重要作用。然而随着城市交通系统的发展，区域交通信号协调控制技术方法越来越受到设计人员的关注，需要建立一种能够整体展示区域交通信号协调控制效果优劣的表现方式。
对此，本发明将给出一种展示区域绿波协调控制效果的空间时距图的作图方法，通过绘制空间时距图，全面展示区域交通信号协调控制方案的整体绿波协调控制效果。
技术实现要素：
本发明为了方便能整体展示区域交通信号协调控制效果的优劣，方便对整个区域交通信号协调的观察，提供了一种展示区域绿波协调控制效果的空间时距图的作图方法，其能全面展示区域交通信号协调控制方案的整体绿波协调控制效果，方便观察整个区域的交通信号协调控制。
为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种展示区域绿波协调控制效果的空间时距图的作图方法，所述该作图方法步骤如下：
s1：选择区域中一个交叉口作为基准交叉口，建立空间时距图坐标系，并确定其在空间时距图坐标中的位置；
s2：根据区域中每个交叉口与基准交叉口的相对位置，确定区域中每个交叉口在空间时距图坐标系中的具体位置坐标；
s3：计算交叉口各个信号相位的绿灯起点时刻、中心点时刻、终点时刻，结合交叉口各进口停车线断面围成的棱柱体，生成各个交叉口信号配时方案时间棱柱体；所述信号配时方案时间棱柱体是反映信号配时方案的载体，棱柱体的每一个面分别表示交叉口的各个进口方向，每一个面所填充的色块高度表示该进口方向协调相位的相位时长，这对于绘制整个空间时距图将起到一个基础的作用。
s4：计算协调线路i的第1个交叉口i(i,1)至第n个交叉口i(i,n)的绿波带宽度；完成协调线路i上行方向的绿波带定位；
s5：计算协调线路i的第n个交叉口i(i,n)至第1个交叉口i(i,1)的绿波带宽度；完成协调线路i下行方向的绿波带定位；
s6：计算协调线路i上行绿波带在第j个交叉口i(i,j)的绿波带起点时刻
连接各个交叉口上行绿波带的起点时刻，得到协调线路i上行绿波带起始轨迹线，连接各个交叉口上行绿波带的终点时刻，得到协调线路i上行绿波带终止轨迹线，确定上行绿波带起始轨迹线、上行绿波带终止轨迹线后得到协调线路i的上行绿波带；
s7：计算协调线路i下行绿波带在第j个交叉口i(i,j)的绿波带起点时刻
连接各个交叉口下行绿波带的起点时刻，得到协调线路i下行绿波带起始轨迹线，连接各个交叉口下行绿波带的终点时刻，得到协调线路i下行绿波带终止轨迹线，确定下行绿波带起始轨迹线、下行绿波带终止轨迹线后得到协调线路i的下行绿波带，完成作图。
优选地，步骤s1，以基准交叉口作为原点，选取由西往东为x轴正向、由北往南为y轴正向、时间为z轴，建立空间时距图坐标系。
优选地，步骤s3，计算交叉口各个信号相位的绿灯起点时刻、中心点时刻、终点时刻，其中计算公式如下：
其中：i表示交叉口所在的拟协调线路序号；j表示交叉口在拟协调线路的交叉口编号，定义交叉口编号由小到大的方向为协调线路上行方向，交叉口编号由大到小的方向为协调线路下行方向；
进一步地，将交叉口各进口停车线断面围成一个棱柱体，各进口停车线断面对应为交叉口信号配时方案时间棱柱体的侧面；在交叉口信号配时方案时间棱柱体的各个侧面上，将所对应的协调相位绿灯时间段用指定色块标出，形成一个包含交叉口信号配时方案信息的时间棱柱体。
优选地，步骤s4，确定协调线路i上行方向的绿波带宽度，对绿波带进行定位，具体步骤如下：
s401：计算协调线路i上行方向的第1个交叉口i(i,1)至第2个交叉口i(i,2)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s402：计算协调线路i上行方向的第1个交叉口i(i,1)至第j个交叉口i(i,j)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s403：得到协调线路i上行方向的第1个交叉口i(i,1)至最后一个交叉口i(i,n)的绿波带宽度
优选地，步骤s5，确定协调线路i下行方向的绿波带宽度，对绿波带进行定位，具体步骤如下：
s501：计算协调线路i下行方向的第1个交叉口i(i,n)至第2个交叉口i(i,n-1)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s502：计算协调线路i下行方向的交叉口i(i,n)至交叉口i(i,j)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s503：得到协调线路i下行方向的第1个交叉口i(i,n)至最后一个交叉口i(i,1)的绿波带宽度
进一步地，计算协调线路i上行绿波带在交叉口i(i,j)的绿波带起点时刻
其中：1≤j＜n；
进一步地，计算协调线路i下行绿波带在交叉口i(i,j)的绿波带起点时刻
其中，1＜j≤n；
本发明的有益效果如下：
1)本发明可以反映多股协调车流的运动状况，全面展示区域交通信号协调控制方案的整体绿波协调控制效果。
2)本发明通过建立各个交叉口信号配时方案时间棱柱体，实现了对路网中交叉口之间时空关系的三维立体描述，有助于建立路网协调控制优化模型。
3)本发明得到协调线路的上行、下行绿波带，构成完成的协调线路，从而可以实现展示区域内协调路径链与协调路径集的整体控制效果，实现路网交通信号协调控制效果的直观可视化。
附图说明
图1是本发明实施例的路网结构与交叉口位置图。
图2是本实施例的各交叉口相位的绿灯时间统计图。
图3是本实施例的各交叉口相位的绿灯起点时刻和绿灯终点时刻统计图。
图4是本发明的步骤流程图。
图5是本实施例的各交叉口相位的绿灯起点三维坐标。
图6是本实施例的各交叉口相位的绿灯终点三维坐标。
图7是本实施例的信号配时方案时间棱柱体。
图8是本实施例计算得到各条干线的双向绿波带宽结果。
图9是本实施例各交叉口在各个进口方向上的绿波带起点三维坐标。
图10是本实施例各交叉口在各个进口方向上的绿波带终点三维坐标。
图11是本实施例的展示区域绿波协调控制效果的空间时距图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
实施例1
已知某个区域路网结构与交叉口位置如图1所示，公共信号周期为90s，各交叉口均采用进口单独放行方式，各交叉口相位的绿灯时间如图2所示，各交叉口相位的绿灯起点时刻和绿灯终点时刻如图3所示，各路段的绿波设计行驶速度均为14m/s。
如图4所示，一种展示区域绿波协调控制效果的空间时距图的作图方法，所述该作图方法步骤如下：
步骤s1：本实施例选取交叉口i1作为区域基准交叉口；以区域基准交叉口作为原点，选取由西往东为x轴正向、由北往南为y轴正向、时间为z轴，建立空间时距图坐标系；
步骤s2：根据区域中每个交叉口与基准交叉口的相对位置，确定其在空间时距图坐标系中的具体位置坐标，如图1所示；
步骤s3：计算交叉口各个信号相位的绿灯起点时刻、中心点时刻、终点时刻，结合交叉口各进口停车线断面围成的棱柱体，生成各个交叉口信号配时方案时间棱柱体；
其中交叉口各个信号相位的绿灯起点时刻、中心点时刻、终点时刻的计算公式如下：
其中：i表示交叉口所在的拟协调线路序号；j表示交叉口在拟协调线路的交叉口编号，定义交叉口编号由小到大的方向为协调线路上行方向，交叉口编号由大到小的方向为协调线路下行方向；
对于区域内各交叉口按照其所在协调线路和所处位置编号需进行进一步定义，例如，对于南北向协调线路r1上的交叉口i1、i4、i7，可再定义为交叉口i(1,1)、i(1,2)、i(1,3)，对于南北向协调线路r2上的交叉口i2、i5、i8，可再定义为交叉口i(2,1)、i(2,2)、i(2,3)，对于南北向协调线路r3上的交叉口i3、i6、i9，可再定义为交叉口i(3,1)、i(3,2)、i(3,3)，对于东西向协调线路r4上的交叉口i1、i2、i3，可再定义为交叉口i(4,1)、i(4,2)、i(4,3)，对于东西向协调线路r5上的交叉口i4、i5、i6，可再定义为交叉口i(5,1)、i(5,2)、i(5,3)，对于东西向协调线路r6上的交叉口i7、i8、i9，可再定义为交叉口i(6,1)、i(6,2)、i(6,3)。
本实施例将交叉口各进口停车线断面围成一个棱柱体，各进口停车线断面对应为交叉口信号配时方案时间棱柱体的侧面；在交叉口信号配时方案时间棱柱体的各个侧面上，将所对应的协调相位绿灯时间段用指定色块标出，形成一个包含交叉口信号配时方案信息的时间棱柱体。
根据各交叉口在空间时距图坐标系中的具体位置坐标和图3所示的各交叉口相位绿灯起点时刻和绿灯终点时刻，确定各交叉口的相位绿灯起点和终点三维坐标，分别如图5、图6所示。根据步骤s3，构建的各个交叉口信号配时方案时间棱柱体，如图7所示。所述信号配时方案时间棱柱体是反映信号配时方案的载体，棱柱体的每一个面分别表示交叉口的各个进口方向，每一个面所填充的色块高度表示该进口方向协调相位的相位时长，这对于绘制整个空间时距图将起到一个基础的作用。
步骤s4：计算协调线路i上行方向的绿波带宽度，完成上行方向的绿波带定位，具体步骤如下：
首先计算第1个交叉口至第2个交叉口的绿波带宽及其起点和终点，是为后续计算第1个交叉口至第3个交叉口、第1个交叉口至第4个交叉口、直至第1个交叉口至第n个交叉口的整条干道绿波带宽做准备。
s401：计算协调线路i上行方向的第1个交叉口i(i,1)至第2个交叉口i(i,2)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s402：计算协调线路i上行方向的第1个交叉口i(i,1)至第j个交叉口i(i,j)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s403：得到协调线路i上行方向的第1个交叉口i(i,1)至最后一个交叉口i(i,n)的绿波带宽度
步骤s5：计算协调线路i下行方向的绿波带宽度，完成下行方向的绿波带定位，具体步骤如下：
s501：计算协调线路i下行方向的第1个交叉口i(i,n)至第2个交叉口i(i,n-1)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s502：计算协调线路i下行方向的交叉口i(i,n)至交叉口i(i,j)的绿波带宽度；其计算公式如下：
其中：
s503：得到协调线路i下行方向的第1个交叉口i(i,n)至最后一个交叉口i(i,1)的绿波带宽度
本实施例根据步骤s4、步骤s5计算得到各条干道的绿波带宽结果如图8所示。
步骤s6：计算协调线路i上行绿波带在交叉口i(i,j)的绿波带起点时刻
连接各个交叉口上行绿波带的起点时刻，得到协调线路i上行绿波带起始轨迹线，连接各个交叉口上行绿波带的终点时刻，得到协调线路i上行绿波带终止轨迹线，确定上行绿波带起始轨迹线、上行绿波带终止轨迹线后得到协调线路i的上行绿波带。
步骤s7：计算协调线路i下行绿波带在交叉口i(i,j)的绿波带起点时刻
连接各个交叉口下行绿波带的起点时刻，得到协调线路i下行绿波带起始轨迹线，连接各个交叉口下行绿波带的终点时刻，得到协调线路i下行绿波带终止轨迹线，确定下行绿波带起始轨迹线、下行绿波带终止轨迹线后得到协调线路i的下行绿波带。
其中，根据步骤s4、步骤s5计算得到各交叉口在各个进口方向上的绿波带起点三维坐标如图9所示。根据步骤s4、步骤s5计算得到各交叉口在各个进口方向上的绿波带终点三维坐标如图10所示。
根据以上的方法步骤，本实施例最终得到展示区域绿波协调控制效果的空间时距图，如图11所示。本实施例实现了对路网中交叉口之间时空关系的三维立体描述，有助于建立路网协调控制优化模型。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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