CN103247184B - 一种相邻交叉口双向协调控制效益的快速评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相邻交叉口双向协调控制效益的快速评估方法。本发明通过计算双向协调相位差距离 D ，合理选取协调控制阈值，判断相邻交叉口是否适合实施双向协调控制，并计算双向协调控制效益系数，评价双向协调方案的控制效益。本发明方法简便有效，利于操作。

Description

一种相邻交叉口双向协调控制效益的快速评估方法

技术领域

本发明涉及一种控制效益的评估方法，特别是涉及一种相邻交叉口双向协调控制效益的评估方法。

背景技术

信号交叉口作为城市交通网络中的关键点，其通畅性对城市路网运行状态至关重要。实现道路双向交通流的协调控制可以极大减少交通流延误、改善交通拥堵。现有的实现交叉口双向协调的控制方法多基于结果，且计算流程复杂，不利于掌握。

双向协调控制的研究始于20世纪50年代，经过几十年的发展，目前常用的双向协调优化方法有图解法、数解法、Maxband法等。图解法是通过直观的绿波带对应，不断调整通过带速度和周期时长，从而确定相位差，获得理想的绿波带带宽；数解法是通过寻找系统中各实际信号距离理想信号的最大挪移量最小来获得最优相位差；Maxband法则是通过建立绿波带宽度的线性规划问题进行求解。上述现有协调控制法均计算出了协调控制结果，但计算过程复杂，编程实现困难，不利于交通工程师操作，在系统中占用内存多，对所得控制方案没有明确的评价。

需要建立一种计算简单、便于掌握、节省内存的相邻交叉口双向协调控制效益的快速评价方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种相邻交叉口双向协调控制效益的评估方法。本发明以相邻交叉口为研究对象，以单点方案为基础，通过定义对向协调相位差距离，提出双向协调绿波带带宽阈值和双向协调控制效益系数，以此评价相邻交叉口双向协调控制效益。

本发明所采用的技术方案是：

本发明具体包括以下步骤：

（1）确定协调相位绿灯时间和协调距离；

（2）计算双向协调相位差距离D；

（3）计算协调阈值，判断是否适合双向协调控制；

（4）计算双向协调控制效益系数，评价双向协调方案控制效益。

本发明通过提出双向协调相位差距离，计算双向协调控制效益系数，对相邻交叉口协调控制效益快速评估，方法简便有效，利用操作。

附图说明

图1是相邻交叉口双向协调控制效益快速评估方法流程图；

图2是待选协调车流示意图；

图3是协调控制相关参数含义示意图；

图4是案例相邻交叉口协调距离示意图；

图5是案例相邻交叉口信号方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于案例实施方式表述的范围。

本发明的前提是相邻交叉口单点方案已经优化完毕，具体是相邻交叉口相位相序、绿信比均已确定，且周期时长相等，案例给出相邻交叉口A、B的3套信号方案，如图5。

图1图示了相邻交叉口双向协调控制效益快速评估方法的流程。本发明的前提是单点方案已经确定，重点在于计算相邻交叉口之间已有信号方案的双向协调控制效益。本发明方法具体是：

（1）确定协调相位绿灯时间和协调距离

定义i到i+1路口方向为正向，i+1到i路口为反向，根据协调车流确定协调相位绿灯时间和协调距离。

正向协调的上游绿灯时间可以是上游交叉口驶入协调路段的任意受信号控制的车流对应的相位绿灯时间，下游协调绿灯时间可以是下游交叉口的驶出协调路段的任意受信号控制的车流对应的相位绿灯时间。待选协调车流示意图如图2，以正向协调为例，若上下游左直右车流均受信号控制，则正向协调车流组合方式有①④、①⑤、①⑥、②④、②⑤、②⑥、③④、③⑤、③⑥共9种，根据协调控制需求确定正向协调车流，其对应的相位绿灯时间为正向协调绿灯时间。反向协调绿灯时间的选取方式同上。

C——协调交叉口公共周期，单位秒(s)；

g_i——路口i的正向协调车流对应的绿灯时间，单位秒(s)；

g_i'——路口i的反向协调车流对应的绿灯时间，单位秒(s)；

r_i——路口i的正向协调车流对应的红灯时间，单位秒(s)；

r_i'——路口i的反向协调车流对应的红灯时间，单位秒(s)，以上参数具体见图3；

S_i——路口i的交叉口尺寸，单位米(m)，具体指协调车流在交叉口行驶的距离，即从车辆驶入交叉口方向的停车线到车辆驶入协调路段的行驶轨迹长度，其长度应随协调车流的不同而不同，具体见图4；

L_i,j——路口i与路口j之间路段长度，单位米(m)，相邻协调路口L_i,i+1，根据道路实际情况，L_i,i+1与L_i+1,i可以不相等；

L_i,i+1+S_i、L_i+1,i+S_i+1分别为正、反向协调距离。

依据控制需求确定协调车流，本案例确定正向直行和反向直行到左转为协调车流，由此确定协调绿灯时间。

方案1：交叉口A正向绿灯时间为38s、反向绿灯为32s，交叉口B正向绿灯为47s、反向绿灯为48s；

方案2：交叉口A正向绿灯时间为32s、反向绿灯为28s，交叉口B正向绿灯为39s、反向绿灯为35s；

方案3：交叉口A正向绿灯时间为23s、反向绿灯为26s，交叉口B正向绿灯为29s、反向绿灯为31s；

并有协调车流实测得到车辆在交叉口行驶的距离S_A=80m、S_B=35m，正向协调距离为80+480=560m，反向协调距离为35+480=515m，具体见图4。

（3）计算双向协调相位差距离D

计算双向协调相位差距离：D=min(|b-a|,|C-(b-a)|)

其中： $a=\mathrm{mod}(O_{i,i+1}-g_{i+1}+\min (g_{i+1},g_i)+\frac{|g_{i+1}-g_i|}{2},C),$ 是正向协调相位差；

$b=\mathrm{mod}(O^i-O^{i+1}-O_{i+1,i}-g_{i+1}^{\text{'}}+\min (g_{i+1}^{\text{'}},g_i^{\text{'}})+\frac{|g_{i+1}^{\text{'}}-g_i^{\text{'}}|}{2},C),$ 是反向协调相位差；

是正向协调车流以正向协调期望速度v_i,i+1在协调距离L_i,i+1+S_i上行驶所用的时间，单位秒(s)；

是反向协调车流以反向协调期望速度v_i+1,i在协调距离L_i+1,i+S_i+1上行驶所用的时间，单位秒(s)；

Oⁱ，是路口i的正向协调绿灯起点和反向协调绿灯起点的时间差，单位秒(s)，与相位相序设置和待协调相位绿灯时间有关，见图3。

案例中由协调绿灯时间和方案知两交叉口内部相位差如下：

方案1：O^A=38s，O^B=22s，a=40s，b=87s，D=47s；

方案2：O^A=32s，O^B=27s，a=41s，b=60s，D=19s；

方案3：O^A=23s，O^B=18s，a=42s，b=46s，D=4.5s。

（4）判断是否适合双向协调控制

双向协调绿波带带宽阈值为w，且知0<w<min(g_i,g_i+1,g'_i,g'_i+1)，w建议取值为15s。

若λ-D≥2w，则适合双向协调，否则，不适合双向协调，双向协调控制效益为0。

其中： $\mathrm{\&lambda;}=\min (g_{i+1},g_i)+\frac{|g_{i+1}-g_i|}{2}+\min \left(g_{i+1,}^{\text{'}}{g}_i^{\text{'}}\right)+\frac{|g_{i+1}^{\text{'}}-g_i^{\text{'}}|}{2}.$

本案例中，双向协调绿波带带宽阈值w取20s：

方案1：λ=83s，λ-D=36s<2w=40s，不适宜双向协调控制；

方案2：λ=67s，λ-D=48s>2w=40s，适宜双向协调控制；

方案3：λ=55s，λ-D=50s>2w=40s，适宜双向协调控制。

（5）双向协调方案控制效益评价

对于适合双向协调的方案，计算双向协调控制效益系数值越大，表示双向协调控制效益越好。

本案例中，双向协调绿波带带宽阈值w取20s：

方案1：不适宜双向协调控制，双向协调控制效益系数为0；

方案2：适宜双向协调控制，双向协调控制效益系数(λ-D)/C=0.300；

方案3：适宜双向协调控制，双向协调控制效益系数(λ-D)/C=0.588。

方案1不适宜做双向协调控制，方案3的协调方案比方案2的协调方案控制效益更好。

Claims (1)

1.一种确定相邻交叉口是否适合双向协调控制的方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：

(1)依据协调车流确定协调相位绿灯时间和协调距离；

(2)计算双向协调相位差距离D；具体是：

D＝min(|b-a|,|C-(b-a)|)

其中： $a=\mathrm{mod}(O_{i,i+1}-g_{i+1}+\min (g_{i+1},g_i)+\frac{|g_{i+1}-g_i|}{2},C),$ 是正向协调相位差； $b=\mathrm{mod}({O^i-O^{i+1}-O}_{i+1,i}-g_{i+1}^{\&prime;}+\min (g_{i+1}^{\&prime;},g_i^{\&prime;})+\frac{{|g}_{i+1}^{\&prime;}-g_i^{\&prime;}|}{2},C),$ 是反向协调相位差；是正向协调车流以正向协调期望速度v_i,i+1在协调距离L_i,i+1+S_i上行驶所用的时间，是反向协调车流以反向协调期望速度v_i+1,i在协调距离L_i+1,i+S_i+1上行驶所用的时间，g_i为第i交叉口正向协调相位绿灯时间，g_i'为第i交叉口反向协调相位绿灯时间，C为协调控制公共周期，Oⁱ、Oⁱ⁺¹是路口i和i+1的正向协调绿灯起点和反向协调绿灯起点的时间差；

(3)确定双向协调绿波带带宽阈值，判断是否适合双向协调控制，具体是：

设双向协调绿波带带宽阈值为w，且0<w<min(g_i,g_i+1,g'_i,g'_i+1)；

若λ-D≥2w，则适合双向协调，否则，不适合双向协调；

其中： $\mathrm{\&lambda;}=\min (g_{i+1},g_i)+\frac{|g_{i+1}-g_i|}{2}+\min (g_{i+1}^{\&prime;},g_i^{\&prime;})+\frac{|g_{i+1}^{\&prime;}-g_i^{\&prime;}|}{2};$

g_i+1表示路口i+1的正向协调车流对应的绿灯时间，g'_i+1表示路口i+1的反向协调车流对应的绿灯时间。