CN104091451B - 交通干线信号协调控制的过渡调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交通信号控制方法，尤其是一种交通干线信号协调控制的过渡调整方法，属于交通干线协调控制的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述交通干线信号协调控制的过渡调整方法包括：以当日零点为协调控制方案的起始点，根据道路交通信号机在方案切换时刻距离下一协调周期开始的剩余周期时长，给出协调控制过渡调整中的周期调整方法；根据协调控制过渡调整中周期的调整策略，分别给出了采用周期缩短及延长时绿灯时长的分配方法，获取各相位绿灯时长，最终形成各协调控制过渡方案。本发明操作方便，能实现协调控制方案的平滑过渡，适应范围广，安全可靠。

Description

交通干线信号协调控制的过渡调整方法

技术领域

本发明涉及一种交通信号控制方法，尤其是一种交通干线信号协调控制的过渡调整方法，属于交通干线协调控制的技术领域。

背景技术

在城市交通信号干线协调控制中，当路口信号机从当前协调控制方案调整到目标协调方案时，既希望控制方案能随着交通状况的变化快速地做出调整，但又不能变化太剧烈，以防止配时参数突变引发路面交通的剧烈波动造成对车流的阻滞和影响，降低了新方案执行的预期效益。因此，亟需建立并实现一种快速、平稳、实用的交通信号协调控制方案过渡方法，从而保证交通流运行的平稳和连续。

国外学者对交通干线协调控制方案过渡调整的调节参数、调节方向、周期数目等因素进行了分析，形成了以Dwell、Add法为代表的信号控制方案过渡方法。近年来，国内学者在交通干线信号协调控制方案过渡方法研究方面也取得了一些进展，建立了不同情况下的信号协调方案过渡算法；提出了单周期对称调节过渡算法与多周期加权调节过渡算法。然而，上述过渡调整方法对于交通信号控制设备如何实现协调方案的快速调整涉及较少，未考虑道路交通信号机实现过渡调整过程中的实际需求，因此，在实际应用中将受到较大的限制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种交通干线信号协调控制的过渡调整方法，其操作方便，能实现协调控制方案的平滑过渡，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，一种交通干线信号协调控制的过渡调整方法，所述过渡调整方法包括如下步骤：

a、交通干线的协调控制区内包含有编号为Ι₁、Ι₂、...Ι_i、...、Ι_n的n个交叉口，在对协调控制区内各交叉口进行协调时的公共信号周期为C_A；选取零点为基准点，对所述协调控制区内各交叉口进行相位差偏移，S_i为交叉口I_i在方案切换时刻T_t距离零点的绝对秒数，则在方案切换时刻T_t，当前控制方案周期运行结束时刻，交叉口I_i对应的目标协调方案信号周期已执行时间C_fi为：

C_fi＝(S_i-O_i)modC_A

交叉口I_i距离下一次协调相位起始时间，即剩余周期时间C_li为：

C_li＝C_A-C_fi

其中，mod为取模运算，O_i为交叉口I_i与交通干线内设定的交叉口协调相位差参考点间的目标绝对相位差；交叉口信号过渡期间运行周期时长允许区间为[C_min,C_max]，每次周期时长调整的步幅范围为[-ΔC_max,ΔC_max]；

b、根据剩余周期时间C_li与交叉口信号过渡期间运行周期时长允许区间为[C_min,C_max]之间的关系，调整过渡周期时长，以使得调整过渡周期时长后，交叉口I_i能快速调整到目标协调控制方案。

所述步骤b中，当剩余周期时间C_li在[C_min,C_A]时，只需执行一次过渡周期时长C_ti＝C_li，且缩短的过渡周期时长为C_ri＝C_A-C_li。

交通干线内交叉口信号相位绿灯时间在[P_min,P_max]之间，相位绿灯时间的分配先从非协调相位开始缩短，每个相位减少的时间为：

其中，N_pi为交叉口协调控制方案的相位个数；当相位递减后的时间小于相位最小绿灯时间P_min，则相位递减后的时间修正为最小绿灯时间P_min，即递减的时间为原有相位时间P_Oi和最小相位时间P_min之差，即Δt'_ri＝P_Oi-P_min，相位递减的时间在[Δt'_ri,Δt_ri]之间依次类推，最后一个相位的递减时间为其他相位递减后的剩余时间， ${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{rl}}=\min \{C_{\mathrm{ri}}-\underset{i=1}{\overset{N_P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ri}},{{\mathrm{\Δt}}^{\′}}_{\mathrm{ri}}\}.$

所述步骤b中，当剩余周期时间C_li在[0,C_min]时，采用延长过渡周期时长的方法来逐步调整到位，执行过渡周期时长为：

C_ti＝C_A+ΔC_max，

ΔC_max为周期调整的最大步幅，最后一次周期的延长时长为C_ei＝C_limodΔC_max；需要调整的过渡周期次数为：

交通干线内交叉口信号相位绿灯时间在[P_min,P_max]之间，当延长过渡周期时长时，对各相位的绿灯时间进行延长，将延长的周期时长分配给各相位绿灯时间；则有，从协调相位开始分配，每次相位延长的绿灯时间为：

当相位延长后的时长大于相位最大绿灯时间P_max，则相位延长后的时间修整为最大绿灯时间P_max，即延长的时间为原有相位时间P_Oi和最大相位时间P_max之差，即Δt′_ei＝P_max-P_Oi，相位延长的时间在[Δt′_ei,Δt_ei]之间，依次类推，其中最后一个相位的延长绿灯时间为：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{el}}=\min \{C_{\mathrm{ei}}-\underset{i=1}{\overset{N_P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ei}},{{\mathrm{\Δt}}^{\′}}_{\mathrm{ei}}\}.$

本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：

1、基于当日零点为道路交通信号机协调控制方案的起始点，简单方便，便于实现。

2、协调控制能够在较短的时间内调整到目标协调方案，实现交通流平滑过渡。

3、综合考虑周期调节步幅和范围区间，灵活性高。

4、即可以实现不同控制方式之间的切换，也可以用于区域协调控制中，适用范围广。

附图说明

图1为本发明过渡运行的时间关系图。

图2为本发明交通干线的示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

为了能实现协调控制方案的平滑过渡，本发明过渡调整方法包括如下步骤：

a、交通干线的协调控制区内包含有编号为Ι₁、Ι₂、...Ι_i、...、Ι_n的n个交叉口，在对协调控制区内各交叉口进行协调时的公共信号周期为C_A；选取零点为基准点，对所述协调控制区内各交叉口进行相位差偏移，S_i为交叉口I_i在方案切换时刻T_t距离零点的绝对秒数，则在方案切换时刻T_t，当前控制方案周期运行结束时刻，交叉口I_i对应的目标协调方案信号周期已执行时间C_fi为：

C_fi＝(S_i-O_i)modC_A

交叉口I_i距离下一次协调相位起始时间，即剩余周期时间C_li为：

C_li＝C_A-C_fi

其中，mod为取模运算，O_i为交叉口I_i与交通干线内设定的交叉口协调相位差参考点间的目标绝对相位差；交叉口信号过渡期间运行周期时长允许区间为[C_min,C_max]，每次周期时长调整的步幅范围为[-ΔC_max,ΔC_max]；

一般地，以交叉口I₁首相位绿灯起始时间作为其他交叉口协调相位差的参考点，交叉口I₁～I_n的目标绝对相位差分别为O₁～O_n，其中，目标绝对相位差O₁为零。

b、根据剩余周期时间C_li与交叉口信号过渡期间运行周期时长允许区间为[C_min,C_max]之间的关系，调整过渡周期时长，以使得调整过渡周期时长后，交叉口I_i能快速调整到目标协调控制方案。

本发明实施例中，对于过渡周期时长的调整首先需要知道对应交叉口在方案切换时刻T_t对应的剩余周期时长C_li，从而决定需要执行的过渡周期时长。具体地，

当剩余周期时间C_li在[C_min,C_A]时，只需执行一次过渡周期时长C_ti＝C_li，且缩短的过渡周期时长为C_ri＝C_A-C_li。本发明实施例中，各交叉口由独立的信号机进行控制，信号机执行完上述一次过渡周期时长时，信号机内的运行周期以及相位差均调整到目标协调控制方案，在下一个运行周期时，信号机将按照目标协调控制方案进行控制。

信号机在过渡周期内，依然按照当前控制方案的周期进行运行，为了能够适应所述过渡周期时长的缩短，需要对绿灯时间的分配，具体地：

交通干线内交叉口信号相位绿灯时间在[P_min,P_max]之间，相位绿灯时间的分配先从非协调相位开始缩短，每个非协调相位减少的时间为：

其中，N_pi为交叉口协调控制方案的相位个数，为向上的取整运算；当相位递减后的时间小于相位最小绿灯时间P_min，则相位递减后的时间修正为最小绿灯时间P_min，即递减的时间为原有相位时间P_Oi和最小相位时间P_min之差，即Δt′_ri＝P_Oi-P_min，相位递减的时间在[Δt′_ri,Δt_ri]之间依次类推，最后一个相位的递减时间为其他相位递减后的剩余时间，本发明实施例中，相位绿灯的时间的分配先从非协调相位开始缩短，是为了获得尽可能大的绿波带宽；其中，带宽是指车辆在协调的各交叉口间连续获得通行的绿灯时间长度。绿波是指车流通过若干个相邻交叉口都能获得连续绿灯的信号状态。交叉口信号相位绿灯时间[P_min,P_max]可以根据路况以及实际需要进行选择设置，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

进一步地，当剩余周期时间C_li在[0,C_min]时，采用延长过渡周期时长的方法来逐步调整到位，执行过渡周期时长为

C_ti＝C_A+ΔC_max，

ΔC_max为周期调整的最大步幅，最后一次周期(本发明实施例中，对于延长过渡周期时长时，采用多次调整来实现)的延长时长为C_ei＝C_limodΔC_max；需要调整的过渡周期次数为：

交通干线内交叉口信号相位绿灯时间在[P_min,P_max]之间，当延长过渡周期时长时，对各相位的绿灯时间进行延长，将延长的周期时长分配给各相位绿灯时间；则有，从协调相位开始分配，本发明实施例中，相位绿灯的时间的分配采用从协调相位开始分配，主要是为了能获得尽可能大的绿波带宽；每次相位延长的绿灯时间为：

当相位延长后的时长大于相位最大绿灯时间P_max，则相位延长后的时间修整为最大绿灯时间P_max，即延长的时间为进入过渡调整前的上一控制方案的相位时间P_Oi和最大相位时间P_max之差，即Δt′_ei＝P_max-P_Oi，相位延长的时间在[Δt′_ei,Δt_ei]之间，依次类推，其中最后一个相位的延长绿灯时间为：

${\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{el}}=\min \{C_{\mathrm{ei}}-\underset{i=1}{\overset{N_P-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{ei}},{{\mathrm{\Δt}}^{\′}}_{\mathrm{ei}}\}.$

如图2所示，以一条干线共包含4个信号交叉口为例，各交叉口原有固定方案周期分别为100、80、90、95s，选取交叉口1作为相位差设置的基准交叉口，协调控制方案公共周期时长为100s，各交叉口的第一个相位为协调控制相位，周期调整步幅为[0～30s]，交叉口信号过渡期间运行周期时长允许区间为[60～140s]。各路口新的协调配时方案及相位差如表1所示，可以得到各交叉口协调方案过渡周期时长及各相位绿灯时间。

表1各路口新的协调配时方案(单位：s)

交叉口调整过程：以交叉口1为例进行详细说明。在06:00:15时刻交叉口1开始方案切换，此时协调控制方案周期已执行时间为C_f1＝15s，则剩余周期时间C_l1＝100-15＝85s，在协调周期时长区间[60～140s]内，因此下一个过渡周期直接运行85秒，交叉口1在06:01:40调整到位。如表2所示。

表2交叉口1协调相位调整时间

根据缩短周期时长相位绿灯时长的分配规则，首先缩短非协调相位的绿灯时间，最后再缩短协调相位的绿灯时间，交叉口1相位1～4的缩短时间分别为3s、4s、4s、4s。缩短后的相位时间分别为32s、16s、21s、16s。表3为各交叉口信号周期及相位的具体调整时间。

表3各交叉口信号周期及相位调整时间(单位：s)

表3中交叉口1、2、4均只需通过1个过渡信号周期就可以调整到新的协调控制方案，而交叉口3则需要2个过渡信号周期的调整；在调节方向上，交叉口1采用缩短周期的方法进行过渡，其他交叉口则采用延长周期时长的方法进行过渡；在周期调整总量方面，交叉口4调整量最小，为1s。交叉口3的调整量最大，为33s。

本发明以当日零点为协调控制方案的起始点，根据道路交通信号机在方案切换时刻距离下一协调周期开始的剩余周期时长，给出协调控制过渡调整中的周期调整方法；根据协调控制过渡调整中周期的调整策略，分别给出了采用周期缩短及延长时绿灯时长的分配方法，获取各相位绿灯时长，最终形成各协调控制过渡方案。

Claims (4)

1.一种交通干线信号协调控制的过渡调整方法，其特征是，所述过渡调整方法包括如下步骤：

(a)、交通干线的协调控制区内包含有编号为Ι₁、Ι₂、...Ι_i、...、Ι_n的n个交叉口，在对协调控制区内各交叉口进行协调时的公共信号周期为C_A；选取零点为基准点，对所述协调控制区内各交叉口进行相位差偏移，S_i为交叉口I_i在方案切换时刻T_t距离零点的绝对秒数，则在方案切换时刻T_t，当前控制方案周期运行结束时刻，交叉口I_i对应的目标协调方案信号周期已执行时间C_fi为：

C_fi＝(S_i-O_i)modC_A

交叉口I_i距离下一次协调相位起始时间，即剩余周期时间C_li为：

C_li＝C_A-C_fi

其中，mod为取模运算，O_i为交叉口I_i与交通干线内设定的交叉口协调相位差参考点间的目标绝对相位差；交叉口信号过渡期间运行周期时长允许区间为[C_min,C_max]，每次周期时长调整的步幅范围为[-ΔC_max,ΔC_max]；

(b)、根据剩余周期时间C_li与交叉口信号过渡期间运行周期时长允许区间为[C_min,C_max]之间的关系，调整过渡周期时长，以使得调整过渡周期时长后，交叉口I_i能快速调整到目标协调控制方案；

所述步骤(b)中，当剩余周期时间C_li在[0,C_min]时，采用延长过渡周期时长的方法来逐步调整到位，执行过渡周期时长为：

C_ti＝C_A+ΔC_max，

ΔC_max为周期调整的最大步幅，最后一次周期的延长时长为C_ei＝C_limodΔC_max；需要调整的过渡周期次数为：

2.根据权利要求1所述的交通干线信号协调控制的过渡调整方法，其特征是：所述步骤(b)中，当剩余周期时间C_li在[C_min,C_A]时，只需执行一次过渡周期时长C_ti＝C_li，且缩短的过渡周期时长为C_ri＝C_A-C_li。

3.根据权利要求2所述的交通干线信号协调控制的过渡调整方法，其特征是：交通干线内交叉口信号相位绿灯时间在[P_min,P_max]之间，相位绿灯时间的分配先从非协调相位开始缩短，每个相位减少的时间为：

其中，N_pi为交叉口协调控制方案的相位个数；当相位递减后的时间小于相位最小绿灯时间P_min，则相位递减后的时间修正为最小绿灯时间P_min，即递减的时间为原有相位时间P_Oi和最小相位时间P_min之差，即Δt'_ri＝P_Oi-P_min，相位递减的时间在[Δt'_ri,Δt_ri]之间依次类推，最后一个相位的递减时间为其他相位递减后的剩余时间，

4.根据权利要求1所述的交通干线信号协调控制的过渡调整方法，其特征是：交通干线内交叉口信号相位绿灯时间在[P_min,P_max]之间，当延长过渡周期时长时，对各相位的绿灯时间进行延长，将延长的周期时长分配给各相位绿灯时间；则有，从协调相位开始分配，每次相位延长的绿灯时间为：

N_pi为交叉口协调控制方案的相位个数，当相位延长后的时长大于相位最大绿灯时间P_max，则相位延长后的时间修整为最大绿灯时间P_max，即延长的时间为原有相位时间P_Oi和最大相位时间P_max之差，即Δt′_ei＝P_max-P_Oi，相位延长的时间在[Δt′_ei,Δt_ei]之间，依次类推，其中最后一个相位的延长绿灯时间为：

${\mathrm{\Δt}}_{e1}=min\{C_{ei}-\underset{i=1}{\overset{N_P-1}{\Σ}}{\mathrm{\Δt}}_{ei},{{\mathrm{\Δt}}^{\′}}_{ei}\}.$