CN102165501A

CN102165501A - 用于优化道路交通网络内灯控交叉点上的交通控制的方法

Info

Publication number: CN102165501A
Application number: CN2009801381563A
Authority: CN
Inventors: 安德烈亚斯.波斯钦格; 马丁.邦兹; 于尔根.米克; 莱茵霍尔德.坦纳特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2029-07-27
Also published as: EP2329476B1; DK2329476T3; CN102165501B; EP2329476A1; WO2010037581A1; DE102008049568A1; US20110181440A1; PL2329476T3; US8698650B2

Abstract

本发明涉及用于优化道路交通网络(N)内的灯控交叉点(K)上的交通控制的方法，其中通过信号灯设备的信号组(s)根据对应的信号时间控制向交叉点(K)的驶入口(l)的车辆交通，其中对于接近信号组(s)的车辆根据取决于信号时间的交通模型从交通数据确定交通参数(w_s(t)，h_s(t))，且其中为确定最优信号时间将交通参数(w_s(t)，h_s(t))加权且加和，且通过改变信号时间将如此形成的目标函数(PI)优化。通过对于每个车辆单独地确定交通参数(w_s(t)，h_s(t))且根据其策略重要性为执行预先给定的交通策略而单独地将交通参数(w_s(t)，h_s(t))加权，使得可以改进地执行预先给定的交通策略。

Description

用于优化道路交通网络内灯控交叉点上的交通控制的方法

技术领域

本发明涉及用于优化道路交通网络内的灯控交叉点上的交通控制的方法，其中通过信号灯设备的信号组根据对应的信号时间控制向交叉点的驶入口的车辆交通，其中对于接近信号组的车辆，根据取决于信号时间的交通模型从交通数据确定交通参数，且其中为确定最优信号时间将交通参数加权且加和，且通过改变信号时间来优化如此形成的目标函数。

背景技术

在市内道路交通网络内，通过信号灯设备控制向交叉点的驶入口的车辆交通。信号灯设备包括分组为用于不同交通流的信号组的信号发生器，所述信号发生器构造为向交通参与者发出灯光信号。典型地，通过自己的信号组控制的主要交通方向和次要交通方向在交叉点上交叉。信号灯设备进一步包括其中运行了信号程序的控制设备，以根据确定的信号时间接通信号组。对于每个信号组，信号时间包括通过绿灯开始和绿灯结束的时刻在循环时间内限定的绿灯时间，以及停止交通的红灯阶段和释放交通的绿灯阶段的阶段次序。基本上，可分为固定时间信号控制和取决于交通的信号控制，所述固定时间信号控制带有例如取决于每日时间的固定的信号时间而不可能通过交通参与者影响，而在所述取决于交通的信号控制中交通参与者可影响信号程序。在部分或完全取决于交通的控制中，作为框架信号计划预先给定信号程序，其过渡阶段不可改变而保持中间时间，但其持续时间可按需要在可预先给定的允许范围内延长或缩短。为通过信号灯设备控制在多个交叉点上的交通运行，将相邻的交叉点的信号程序协调。在此，绿灯时间通过信号程序的时间错开而相互确定，使得例如多数车辆可保持确定的速度无停止地通过多个交叉点。

应优化进行对于道路交通内的交叉点的阶段次序的选择、循环时间的选择、绿灯时间的分布和错开时间的测算。这既适合带有事先确定的交通数据的按计划的优化，也适合用于基于实际测量的交通数据来优化交通运行的方法。已知的优化方法这样改变阶段次序选择、循环时间选择、绿灯分布和错开时间，使得产生作为交通参数的加权和而形成的目标函数的优化的值。

从Siemens公司1994年11月出版的预定号为A24705-X-A367-*-04的小册子“Versatzoptimierung im Straβennetz：VERO”中已知用于优化道路网内的信号灯设备的协调的方法，所述方法从流向信号灯设备的各个驶入口强度分布出发，即从分别到达驶入口的结束处的交通强度分布出发。在当前待协调的交叉点的信号程序和已协调的相邻的交叉点或多个交叉点之间确定优化的错开时间。为此，将具有在最后一个交叉点和当前待协调交叉点之间运动的车辆群的车辆的等待时间和停车次数的加权和形式的目标函数最小化。等待时间和停车次数在此取决于此交叉点的信号程序的阶段次序、信号程序之间的错开时间以及对车辆群建模的强度分布。

在该已知的方法中可将每个交叉点和每个信号组的交通参数进行加权。由此，可将在主方向上通过交叉点的车辆的等待时间和停车与在次方向上横穿交叉点的车辆的等待时间和停车进行不同的加权。但加权适用于所有接近交叉点的信号组的车辆。因此，用已知的方法仅能很有限地执行交通策略性的规定，例如促使确定的行驶关系，或接通部分的但使得使用者正面感受的绿灯波。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供前述类型的优化方法，所述方法更好地执行预先给定的交通策略。

通过为每个车辆单独地确定例如停车次数和等待时间的交通参数且根据其对于执行预先给定的交通策略的策略重要性将所述交通参数单独地加权，可对交通参数进行差异化分析，如需要则可进行针对车辆的个别化分析，且因此可促进或阻止车辆的确定的行驶历程。通过对于加权的有针对的建模，以此方式能够以明显改进的质量执行预先给定的交通策略，例如主交通轴上的交通集中。对于待执行的交通策略，交通参数不同的车辆例如可大概取决于其至此的行驶路途而具有不同的策略重要性。使用特定的加权，不仅可对于空间-时间关系建模而且可对于交通参与者的质量感受建模。以此，可得到交通策略规定的数学建模，且所述交通策略规定可由优化清晰地考虑。

在根据本发明的方法的优选实施例中，将分析时间段分为离散的时间间隔，且对于每个时间间隔将带有相同策略重要性的车辆的交通参数综合且共同加权。在此，根据哪个时间轴适合于仿真，分析时间段可从信号组的一个信号循环的持续时间延伸到直至多个信号循环的持续时间。以此，可对于时间间隔内带有相同策略重要性的车辆集进行分开的加权。

在根据本发明的方法的替换优选实施方式中，将分析时间段分为离散的时间间隔，且根据交通参数的策略重要性进行策略重要性曲线(Strategierelevanzprofil)的建模，利用该策略重要性曲线将该策略重要性的车辆的交通参数在该时间间隔内单独地加权。策略重要性曲线与时间对应地给出了权重，利用该权重将在时间间隔内确定的策略重要性的车辆的交通参数输入目标函数。

优选地，对共同策略重要性曲线建模，利用该共同策略重要性曲线将每个时间间隔的所有策略重要性的车辆的交通参数共同地加权。共同策略重要性与时间对应地给出了权重，利用该权重将确定的时间间隔内的所有车辆的交通参数输入目标函数。在此通过利用较少数量的变量来简化建模而导致节约用于仿真和优化的计算时间，来补偿交通参数的车辆个别化的加权的损失。

在根据本发明的方法的有利构造中，作为车辆的交通参数的策略重要性，考虑车辆的行驶历史。考虑车辆的行驶历史允许有目的地促进或阻碍确定的行驶历程，方法是，将位于已完成的行驶路途中的前交叉点(Vorknoten)处或其驶入口处的车辆的结局包括在用于目标函数的交通参数的分析中。

在根据本发明的方法的优选构造中，作为车辆的交通参数的策略重要性，考虑来自主方向驶入口或次方向驶入口的车辆的来源。对不同来源的车辆的交通参数的不同加权例如支持了在主方向和次方向驶入口上接近前交叉点的车辆的等待时间和停车的不同的策略重要性。如果例如作为交通策略，将车辆运动的集中实现在主交通轴上，则来自主方向驶入口的车辆的交通参数应比来自次方向驶入口的车辆的交通参数更强地被加权。

在根据本发明的方法的有利构造中，作为车辆的交通参数的策略重要性，考虑车辆在至少一个前交叉点经历的等待时间和/或停车次数。因此，在主交通轴上行驶较长时间的车辆，或在主交通轴上已进行一次或多次停车的车辆的停车和等待时间例如可比其他车辆的停车和等待时间更强地被加权。交通参与者所感受到的绿灯波的质量应良好，这也可以是待执行的交通策略。在此，已在主交通轴上运动的车辆的交通参数被强地加权，而从次方向驶入口转入到主轴上的转入者也可更频繁地停车。如果不希望如此，则可采用另外的策略规定，即转入主方向内的转入者在汇入到主方向车群前应最多停车一次。在此情况中，只要此车辆应停车一次，则将此车辆的停车和等待时间的权重升高。

在根据本发明的方法的另外的优选的实施方式中，目标函数由两个加权的部分和形成，在两个部分和中的一个部分和中将交通参数按照根据权利要求1至7中一项所述的方法分开地加权求和，且在另一个部分和中，将所有接近信号组的车辆的交通参数相同地加权求和。以第一部分和对于所有车辆计算了系统最优，而第二部分和的目的是对于单个的或选择的车辆的策略最优。通过将部分和加权，可预先给定在何种程度上或是否根本上应将系统最优考虑为除策略最优之外的第二优化标准。

附图说明

根据本发明的优化方法的其他特征和优点将根据在附图中图示的实施例进一步解释。

图1示意性地图示了道路网络的截面。

具体实施方式

在所述唯一的附图中示意性地图示了道路网络的截面。

根据图1，道路交通网N的每两个交叉点K和VK之间的路段以数字指标1标号，示出了向各交叉点K的驶入口。所述交叉点K及其前交叉点VK位于主交通轴上，根据交通策略规定，车辆交通向所述主交通轴集中。在交叉点K上，通过具有主方向信号组s＝1和次方向信号组s＝2的信号灯设备来控制交通，在前交叉点VK上也通过在图1中未图示的信号灯设备来控制交通，所述信号灯设备的信号时间要通过根据本发明的方法优化。

现在根据交通流量模型对于系统的状态进行如下建模。在处于过渡状态的系统中限制到信号组s的[0；t_U-1]的信号周期的持续时间的分析时间段被分为1秒长度的离散的时间间隔t。对于每个驶入口l和每个时间间隔t存储强度曲线i_l(t)和共同策略重要性曲线k_l(t)，所述强度曲线i_l(t)对应于在驶入口l上流动的瞬态交通强度，而所述共同策略重要性曲线k_l(t)对应于在时间间隔t内接近信号组s的驶入口l的车辆的等待时间w_s(t)和停车时间h_s(t)的加权。共同策略重要性曲线k_l(t)将时间间隔t的所有车辆的交通参数w_s(t)和h_s(t)的平均策略重要性仅在一个变量内加权，这带来了明显节约计算时间的优点。

在网络N的边缘处，例如在驶入口v(l)＝2处，如果此驶入口是带有不消失的交通强度i_l(t)＞0的主方向驶入口，则为共同策略重要性曲线k_l(t)赋予恒定值50，否则赋予0值。对于剩余的驶入口l的共同策略重要性曲线k_l(t)的值，通过驶入口l的前驶入口v(l)的策略重要性曲线k_v(l)(t)的值的加权来确定。在图1中，向交叉点K的驶入口l具有三个在前交叉点VK上结束的前驶入口v(l)＝1，2，3，即主方向驶入口v(l)＝2和两个次方向驶入口v(l)＝1和v(l)＝3。一般地，驶入口l具有总计V个前驶入口。根据从前驶入口发出的强度曲线i_v(l)(t)以及根据转弯率a_v(l)(t)来进行加权，所述转弯率a_v(l)(t)给出了交通强度i_v(l)(t)的从前驶入口(l)驶入或转弯到驶入口l的份额：

k_{l} (t) = \frac{Σ_{v (l) = 1}^{V} a_{v (l), l} (t) \cdot i_{v (l)} (t - tr (v (l))) \cdot k_{v (l)} (t)}{Σ_{v (l) = 1}^{V} a_{v (l), l} (t) \cdot i_{v (l)} (t - tr (v (l)))}

在此，tr(v(l))意味着前交叉点v(l)所需要的平均行驶时间。

现在，在信号组s处形成了等待队列，对该等待队列根据下式确定共同策略重要性曲线k_s(t)的值：

k_{s} (t) = \frac{k_{s} (t - 1) \cdot w_{s} (t - 1) + k_{l} (t) \cdot i_{l} (t)}{w_{s} (t - 1) \cdot i_{l} (t)}

即在此是对于等待队列内的车辆的平均权重，在该平均的权重中输入了先前时间间隔t-1的平均权重和等待时间。

原理上也可以将等待队列建模为使得仅将带有相同的策略重要性值的车辆加和；在等待队列中存在多个时间分类的车辆集合，每个车辆集合带有相同的策略重要性值。但策略重要性的此改进的形成导致计算时间增加。当然，如果所有其策略重要性值大于零的车辆不在等待队列内停车，则此方案无用处。

现在，根据如下等式在计算时间段上计算目标函数PI：

PI = Σ_{t = 0}^{t_{U} - 1} Σ_{s = 1}^{S} [(α_{s} \cdot w_{s} (t) + β_{s} \cdot h_{s} (t)) + k_{s} (t) \cdot (δ_{s} \cdot w_{s} (t) + ϵ_{s} \cdot h_{s} (t))]

在简单的构造中，可使用用于过渡状态的模型。以此，可将等待时间段限制在信号周期[0；t_U-1]上。考虑所有信号组s＝1，...，S。作为平均的共同策略重要性曲线k_s(t)的替代，可将等待时间和停车也分开地根据其各自的策略重要性以单独的策略重要性曲线加权。权重α_s和β_s是系统最优的通常的权重。如果应仅计算关于交通策略规定的策略最优，则所述权重α_s和β_s可设定为0。策略重要性曲线k_s(t)不仅是位置对应的，即至少在信号组的位置上，而且是时间对应的。权重δ_s和ε_s规定了在信号组s上应将策略重要性曲线以何程度加权。

与本发明相结合地，概念“交通策略”不仅可理解为上层的、例如由交通政策方要求的针对市内交通管理的规定，例如“主交通方向上的绿灯波”，而且可理解为一个或多个用于实现上层规定的下层子目标，例如“主方向优先权”和“不过度影响次方向”。策略重要性理解为子目标到数学可建模的边界条件的转化，例如“主方向的车辆应不必停车，次方向的车辆最多停车一次”。策略重要性曲线给出了用以满足策略重要性的度量的时间历程，例如“n次停车过度频繁”。策略重要性曲线用作权重，使用所述权重在目标函数中考虑交通参数，以能够计算关于交通策略的最优信号时间。

Claims

1.一种用于优化道路交通网络(N)内的灯控交叉点(K)上的交通控制的方法，其中通过信号灯设备的信号组(s)根据对应的信号时间控制向交叉点(K)的驶入口(l)的车辆交通，其中对于接近信号组(s)的车辆，根据取决于信号时间的交通模型，从交通数据确定交通参数(w，h)，且其中为确定最优信号时间将交通参数(w，h)加权且加和，且通过改变信号时间将如此形成的目标函数(PI)优化，其特征在于，对于每个车辆单独地确定交通参数(w，h)且根据其策略重要性为执行预先给定的交通策略单独地将交通参数(w，h)加权。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其中将分析时间段([0；t_U-1])分为离散的时间间隔(t)，且对于每个时间间隔(t)将带有相同策略重要性的车辆的交通参数(w(t)，h(t))综合且共同加权。

3.根据权利要求1所述的优化方法，其中将分析时间段([0；t_U-1])分为离散的时间间隔(t)，且根据交通参数(w(t)，h(t))的策略重要性进行策略重要性曲线的建模，以此策略重要性曲线将此策略重要性的车辆的交通参数(w(t)，h(t))在此时间间隔(t)内单独地加权。

4.根据权利要求3所述的优化方法，其中进行共同的策略重要性曲线(k(t))的建模，以此策略重要性曲线将每一个时间间隔(t)的所有策略重要性的车辆的交通参数(w(t)，h(t))共同地加权。

5.根据权利要求4所述的优化方法，其中将车辆的行驶历史考虑为车辆的交通参数(w(t)，h(t))的策略重要性。

6.根据权利要求4或5所述的优化方法，其中将来自主方向驶入口或次方向驶入口的车辆的来源考虑为车辆的交通参数(w(t)，h(t))的策略重要性。

7.根据权利要求1至6中一项所述的优化方法，其中将车辆在至少一个前交叉点(VK)经历的等待时间和/或停车次数考虑为车辆的交通参数(w(t)，h(t))的策略重要性。

8.根据权利要求1至7中一项所述的优化方法，其中目标函数由两个加权部分和形成，在两个部分和中的一个部分和中将交通参数(w_s(t)，h_s(t))按照根据权利要求1至7中一项所述的方法分开地加权和，且在另一个部分和中，将所有接近信号组(s)的车辆的交通参数(w_s(t)，h_s(t))相同地加权和。