CN104183145B - 交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有效解决了上下行相位的冲突，并且不会损失各个相位的绿灯时间的高效节能的交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法，根据预先设置的相位方案以及当前周期的各相位绿灯时间，按照通行时间最短的原则调整相序，安排每个运行周期的一套相序方案，然后根据绿灯时间和相序方案以及当前的路口信息，给出干道车队的引导车速，使之不遇红灯的通过交叉路口，其优点在于有效地解决了上下行相位的冲突，并且不会损失各个相位的绿灯时间，是一种高效节能的干线协调控制方法。

Description

交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法

技术领域

本发明属于交通控制技术领域，具体涉及一种有效解决了上下行相位的冲突，并且不会损失各个相位的绿灯时间的高效节能的交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法。

背景技术

城市道路交通拥堵是现代城市面临的主要问题，严重影响了社会经济的可持续发展与和谐社会的构建，其管理与控制的优劣将直接影响城市道路交通拥堵或疏通的效果，而城市主干线交通畅通化又是整体的重心，尤其是城市主干线在交通流高峰期，由于交通流在大部分交叉口遇到红灯停顿产生的拥堵会从小面积扩大到大面积，其负面影响对城市交通拥堵是极其严重的。因此搞好城市干线交通信号控制是城市交通畅通化措施的重点。

目前，针对城市道路交通的双向绿波带控制已有公开的研究成果,如:Little首先提出了MAXBAND,针对包括n个路口s1,,,Sn的城市交通干线,给出一组优化的相位差,使尽可能多的机动车在设定的速度范围内能够一次不停的通过交通干线。Gartner在MAXBAND方法的基础上提出了MULTIBAND,许多重要特性都进行了改进,如车辆排队的清空时间,左转车辆,干线中不同路段实现不同带宽，但这些方法对交通干线都有严格的物理要求,如路口间距必须相等或成倍数,否则效果就会打折扣,因此很难在实际中推广应用。

目前国内研究的双向绿波协调控制方法为优化选定的干线协调系统的公共周期，绿信比，上行相位差以及下行相位差，例如，专利号为CN101325008A的干线双向绿波协调控制方法中通过计算干线协调参数上行相位差和下行相位差进行干线绿波协调控制，但在实际运行过程中，根据相位差进行协调控制时，某个路口的上下行相位重合或者离散的情况不可避免，出现时采取的措施只能是牺牲某干线协调相位的通过带宽。另外，专利号为CN1O2024335A的发明专利，该发明专利是一种服务于干道绿波协调控制的车速引导方法，具体涉及到干道路段的车速计算，但并没有涉及干道多路口双向绿波协调控制方法。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明针对城市交通干线双向绿波协调控制的问题而提出一种交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法，目前干线协调控制研究的主要控制参数为公共周期，绿信比，上行相位差和下行相位差，本发明不同之处在于不根据上下行相位差进行协调控制，取而代之根据预先设置好的相位方案对各个路口相序进行优化，根据优化后的相序可得出路段行驶预留时间，进而给出允许速度范围内最大的引导车速，以此实现各个路口间协调控制。

本发明的目的是这样实现的：

一种交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法，根据预先设置好的相位方案对各个路口相序进行优化，根据优化后的相序得出路段行驶预留时间，进而给出允许速度范围内最大的引导车速，以此实现各个路口间协调控制，其特征在于：它至少包括如下部分：

步骤一)、路口相位方案设置：在协调控制中为了处理上相下位与下行相位的冲突，首先对路口相位方案进行预先设定，设定包括两方面：

1)、各个路口的相位方案：控制子区内的s1，s3路口相位方案是西直行西左转为相位1，东直行东左转为相位2，北直行北左转为相位3，南直行南左转为相位4，s2的相位方案是东西直行为相位1，东西左转为相位2，北直行北左转为相位3，南直行南左转为相位4；

2)、干线协调相位方案：干道的协调相位是路口s1的相位2，路口s2的相位1以及路口s3的相位1；

步骤二)、相序调整：设计支路相位排前可行度函数，用于衡量支路相位安排在干线协调相位之前的可行性，对排前支路相位进行设定，进而优化相序，支路相位排前可行度函数表示为：

$d_n^b=\frac{L}{(t_l^r+s_n{t}_b^g-m*t)*v_{\max }},(n=\mathrm{1,2,3};b=\mathrm{0,3,4,3}+4;m=\mathrm{0,1}....);$

$t_l^r=\left\{\begin{array}{cc}0& (n=2)\\ s_1{t}_1^g-s_2{t}_p^g& (n=1)\\ s_3{t}_2^g-s_2{t}_p^g& (n=3)\end{array}\right.;$

其中：为路口n，支路相位b排前可行度，当时候表示可行，当或者表示时间不充裕和超过最大车速，不可行；L为路段长度，为排前支路相位的绿灯时间，与排前支路相位的绿灯时间之和构成协调相位启动的预留时间，m表示当前车道滞留车辆排队数，t表示每辆车驶离路口所需时间，v_max为干道路段允许的最大车速，n表示路口标号，b表示支路相位，分别为路口s_n支路相位3的绿灯时间，支路相位4的绿灯时间；支路相位排前可行度的物理意义是在允许车速范围内车速越大，相位的排前可行度越大；

相序调整的原则是：为使得干道车辆的通行时间最短，在干线协调相位之前不设置任何支路相位，或将绿灯时间较小的支路相位设置在协调相位之前，依当前路口的支路相位排前可行度而定，协调相位之后的相位可依次进行放行；

相序调整的方法是：在干线协调相位之前，不设置任何支路相位，或者设置某一个，或者某两个支路相位；具体方法是：计算支路相位的四种情况下的排前可行度函数值，进而选择在(0,1]范围内且最大排前可行度值所对应的支路相位设定为排前相位，确定排前支路相位以后即可确定各路口相序；

步骤三)、三路口控制子区协调控制方法：协调控制方法属于对控制子区协调控制前的准备工作：首先，对选定的控制子区按照相位方案设置各个路口相位；然后，在每个周期开始运行前，设定各个路口的相序以及各个路段的引导车速；最后，开始周期的运行。

所述的步骤三)又具体分为以下五个步骤：

步骤1)、首先，对选定的控制子区按照相位方案设置各个路口的相位；

步骤2)、得到控制子区周期开始时各个路口相位的绿灯时间以及各路口车辆信息之后，按照相序调整方法设定在路口s2干线协调相位之前的排前支路相位，然后根据路口s2的排前支路相位，设定路口s1干线协调相位之前的排前支路相位，以及路口s3干线协调相位之前的排前支路相位，据此确定各个路口相序；

步骤3)、根据步骤2)确定的相序信息，给出上行路段s1-s2,下行路段s3-s2的引导车速以及上行路段s2-s3，下行路段s2-s1的引导车速，并且输出到各个路段入口处安装的显示屏；

步骤4)、对控制子区，开始本周期的运行；

步骤5)、本周期运行完毕后返回到步骤2)，开始下一周期。

本发明具有如下特点：

1、对路口的间距没有严格的物理要求，路口距离相差不大即可；

2、路口不同的相位搭配方案有效解决了上下行协调相位的冲突，避免了路口协调相位发生重合或离散的现象，并且保证了路口各个相位绿灯时间完整不受损失；

3、在确定的周期以及绿信比条件下，每个周期内对各路口进行相序调整，在保证干线协调相位启动时间最短的同时，使得路段上的车流在允许车速范围内行车速度最大，即满足路段通行时间最短的要求。

因此本发明提出的基于城市干线控制子区的高效节能速度引导方法具有实时性好，高效引导城市干线车流，提高绿波控制效益等优点。

附图说明

图1为本发明交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制对象示意图。

图2为路口s1，s3相位分配搭配方案。

图3为路口s2相位分配搭配方案。

图4为路口s1相序组合方案。

图5为路口s3相序组合方案。

图6为路口s2相序组合方案。

图7为三路口控制子区双向绿波协调控制流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法，根据预先设置的相位方案以及当前周期的各相位绿灯时间，按照通行时间最短的原则调整相序，根据本发明内容安排每个运行周期的一套相序方案，然后根据绿灯时间和相序方案以及当前的路口信息，给出干道车队的引导车速，使之不遇红灯的通过交叉路口，其优点在于有效地解决了上下行相位的冲突，并且不会损失各个相位的绿灯时间，是一种高效节能的干线协调控制方法。

目前，干线协调控制研究的主要控制参数为公共周期，绿信比，上行相位差和下行相位差，本发明不同之处在于不根据上下行相位差进行协调控制，取而代之根据预先设置好的相位方案对各个路口相序进行优化，本发明根据预先设置好的相位方案对各个路口相序进行优化，根据优化后的相序得出路段行驶预留时间，进而给出允许速度范围内最大的引导车速，以此实现各个路口间协调控制，它至少包括如下部分：

步骤一)、路口相位方案设置：在协调控制中为了处理上相下位与下行相位的冲突，首先对路口相位方案进行预先设定，设定包括两方面：

1)、各个路口的相位方案：控制子区内的s1，s3路口相位方案是西直行西左转为相位1，东直行东左转为相位2，北直行北左转为相位3，南直行南左转为相位4，s2的相位方案是东西直行为相位1，东西左转为相位2，北直行北左转为相位3，南直行南左转为相位4；

2)、干线协调相位方案：干道的协调相位是路口s1的相位2，路口s2的相位1以及路口s3的相位1；

步骤二)、相序调整：设计支路相位排前可行度函数，用于衡量支路相位安排在干线协调相位之前的可行性，对排前支路相位进行设定，进而优化相序，支路相位排前可行度函数表示为：

$d_n^b=\frac{L}{(t_l^r+s_n{t}_b^g-m*t)*v_{\max }},(n=\mathrm{1,2,3};b=\mathrm{0,3,4,3}+4;m=\mathrm{0,1}....);$

$t_l^r=\left\{\begin{array}{cc}0& (n=2)\\ s_1{t}_1^g-s_2{t}_p^g& (n=1)\\ s_3{t}_2^g-s_2{t}_p^g& (n=3)\end{array}\right.;$

其中：为路口n，支路相位b排前可行度，当时候表示可行，当或者表示时间不充裕和超过最大车速，不可行；L为路段长度，为排前支路相位的绿灯时间，与排前支路相位的绿灯时间之和构成协调相位启动的预留时间，m表示当前车道滞留车辆排队数，t表示每辆车驶离路口所需时间，v_max为干道路段允许的最大车速，n表示路口标号，b表示支路相位，分别为路口s_n支路相位3的绿灯时间，支路相位4的绿灯时间；支路相位排前可行度的物理意义是在允许车速范围内车速越大，相位的排前可行度越大；

相序调整的原则是：为使得干道车辆的通行时间最短，在干线协调相位之前不设置任何支路相位，或将绿灯时间较小的支路相位设置在协调相位之前，依当前路口的支路相位排前可行度而定，协调相位之后的相位可依次进行放行；

相序调整的方法是：在干线协调相位之前，不设置任何支路相位，或者设置某一个，或者某两个支路相位；具体方法是：计算支路相位的四种情况下的排前可行度函数值，进而选择在(0,1]范围内且最大排前可行度值所对应的支路相位设定为排前相位，确定排前支路相位以后即可确定各路口相序；

步骤三)、三路口控制子区协调控制方法：协调控制方法属于对控制子区协调控制前的准备工作：首先，对选定的控制子区按照相位方案设置各个路口相位；然后，在每个周期开始运行前，设定各个路口的相序以及各个路段的引导车速；最后，开始周期的运行，分为以下五个步骤：

步骤1)、首先，对选定的控制子区按照相位方案设置各个路口的相位；

步骤2)、得到控制子区周期开始时各个路口相位的绿灯时间以及各路口车辆信息之后，按照相序调整方法设定在路口s2干线协调相位之前的排前支路相位，然后根据路口s2的排前支路相位，设定路口s1干线协调相位之前的排前支路相位，以及路口s3干线协调相位之前的排前支路相位，据此确定各个路口相序；具体是得到控制子区周期开始时各个路口相位的绿灯时间以及路口车辆信息之后，即路口s1相位1，相位2，相位3，相位4的绿灯时间同理路口s2的相位绿灯时间路口s3的相位绿灯时间各个路口干线协调相位的滞留车辆数m；按照相序调整方法计算路口s2的选择(0,1]在范围内取值最大的相位排前可行值对应的支路相位设定为路口s2干线协调相位的排前相位；然后，根据路口s2的支路相位安排情况，计算路口s3的选择(0,1]在范围内取值最大的相位排前可行值对应的支路相位设定为路口s3干线协调相位的排前相位；同理，计算路口s1的选择(0,1]在范围内取值最大的相位排前可行值对应的支路相位设定为路口s1干线协调相位的排前支路相位，据此确定各个路口的相序；

步骤3)、根据步骤2)确定的相序信息，给出上行路段s1-s2,下行路段s3-s2的引导车速以及上行路段s2-s3，下行路段s2-s1的引导车速，并且输出到各个路段入口处安装的显示屏；

步骤4)、对控制子区，开始本周期的运行；

步骤5)、本周期运行完毕后返回到步骤2)，开始下一周期。

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：本发明交通干线控制子区协调控制方法用于某城市的三个相邻路口，该城市干线为双向六车道，由于右转车道不参与信号灯控制，所以不考虑右转车道。分别在各相位车道停车线处安装磁感线圈1以及距离停车线200米出安装磁感线圈2，用于检测车道内的车辆滞留数，在干道路段上游入口处安装电子显示屏，用于显示提示车速。该控制子区路段s1-s2长度为600m,路段s2-s3长度为500m，设每辆车离开交叉路口的时间为t_leave＝1s，干线最大行车速度v_max＝30m/s，具体实施步骤如下：

步骤1)、首先，对选定的控制子区按照相位方案设置各个路口的相位；

步骤2)、当得到每个控制子区周期开始时各个路口相位的绿灯时间以及路口车辆信息之后：路口s1相位1，相位2，相位3，相位4的绿灯：s₁g₁＝35s,s₁g₂＝40,s₁g₃＝20,s₁g₄＝25，路口s2的相位绿灯时间s₂g₁＝30,s₂g₂＝20,s₂g₃＝30,s₂g₄＝40，路口s3的相位绿灯时间s₃g₁＝40,s₃g₂＝25,s₃g₃＝25,s₃g₄＝30；各交通路口干线协调相位的滞留车辆数为：路口s1相位2的滞留车辆数为4，路口s2的相位1的滞留车辆数为5，路口s3的相位1的滞留车辆数为5；按照相序调整方法计算路口s2支路相位的排前相位可行度：选择在(0,1]范围内取值最大的相位排前可行值对应的支路相位设定为路口s2干线协调相位的排前相位，在此，将路口s2的支路相位3作为排前相位安排在干线协调相位1之前，即路口s2的相序为：相位3-相位1-相位2-相位4或者相位3-相位1-相位4-相位2；然后，根据路口s2的支路相位安排情况，计算路口s3的相位排前可行度：选择在(0,1]范围内取值最大的相位排前可行值对应的支路相位设定为路口s3干线协调相位的排前相位，在此将路口s3的相位3作为干线协调相位的排前相位安排在干线协调相位之前，即路口s3的相序为：相位2-相位3-相位1-相位4；同理，计算路口s1的选择在(0,1]范围内取值最大的相位排前可行值对应的支路相位设定为路口s2干线协调相位的排前相位，在此将路口s1的支路相位3作为干线协调的相位的排前相位安排在干线协调相位之前，即路口s1的相序为:相位1-相位3-相位2-相位4；

步骤3)、根据步骤2)确定的相序信息，给出上行路段s1-s2,下行路段s3-s2的引导车速以及上行路段s2-s3，下行路段s2-s1的引导车速，并且输出到各个路段入口处安装的显示屏；

步骤4)、对控制子区，开始本周期的运行；

步骤5)、本周期运行完毕后返回到步骤(2)，开始下一周期。

Claims (2)

1.一种交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法，根据预先设置好的相位方案对各个路口相序进行优化，根据优化后的相序得出路段行驶预留时间，进而给出允许速度范围内最大的引导车速，以此实现各个路口间协调控制，其特征在于：它至少包括如下部分：

步骤一)、路口相位方案设置：在协调控制中为了处理上行相位与下行相位的冲突，首先对路口相位方案进行预先设定，设定包括两方面：

1)、各个路口的相位方案：控制子区内的s1，s3路口相位方案是西直行西左转为相位1，东直行东左转为相位2，北直行北左转为相位3，南直行南左转为相位4，s2的相位方案是东西直行为相位1，东西左转为相位2，北直行北左转为相位3，南直行南左转为相位4；

2)、干线协调相位方案：干线的协调相位是路口s1的相位2，路口s2的相位1以及路口s3的相位1；

步骤二)、相序调整：设计支路相位排前可行度函数，用于衡量支路相位安排在干线协调相位之前的可行性，对排前支路相位进行设定，进而优化相序，支路相位排前可行度函数表示为：

其中：为路口n，支路相位b排前可行度，当时候表示可行，当或者表示时间不充裕和超过最大车速，不可行；L为路段长度，为排前支路相位的绿灯时间，与排前支路相位的绿灯时间之和构成协调相位启动的预留时间，m表示当前车道滞留车辆排队数，t表示每辆车驶离路口所需时间，v_max为干线路段允许的最大车速，n表示路口标号，b表示支路相位，分别为路口s_n支路相位3的绿灯时间，支路相位4的绿灯时间；支路相位排前可行度的物理意义是在允许车速范围内车速越大，相位的排前可行度越大；

相序调整的原则是：为使得干线车辆的通行时间最短，在干线协调相位之前不设置任何支路相位，或将绿灯时间较小的支路相位设置在协调相位之前，依当前路口的支路相位排前可行度而定，协调相位之后的相位可依次进行放行；

相序调整的方法是：在干线协调相位之前，不设置任何支路相位，或者设置某一个，或者某两个支路相位；具体方法是：计算支路相位的四种情况下的排前可行度函数值，进而选择在(0,1]范围内且最大排前可行度值所对应的支路相位设定为排前相位，确定排前支路相位以后即可确定各路口相序；

步骤三)、三路口控制子区协调控制方法：协调控制方法属于对控制子区协调控制前的准备工作：首先，对选定的控制子区按照相位方案设置各个路口相位；然后，在每个周期开始运行前，设定各个路口的相序以及各个路段的引导车速；最后，开始周期的运行。

2.根据权利要求1所述的交通干线三路口控制子区双向绿波协调控制方法，其特征在于：所述的步骤三)又具体分为以下五个步骤：

步骤1)、首先，对选定的控制子区按照相位方案设置各个路口的相位；

步骤2)、得到控制子区周期开始时各个路口相位的绿灯时间以及各路口车辆信息之后，按照相序调整方法设定在路口s2干线协调相位之前的排前支路相位，然后根据路口s2的排前支路相位，设定路口s1干线协调相位之前的排前支路相位，以及路口s3干线协调相位之前的排前支路相位，据此确定各个路口相序；

步骤3)、根据步骤2)确定的相序信息，给出上行路段s1-s2,下行路段s3-s2的引导车速以及上行路段s2-s3，下行路段s2-s1的引导车速，并且输出到各个路段入口处安装的显示屏；

步骤4)、对控制子区，开始本周期的运行；

步骤5)、本周期运行完毕后返回到步骤2)，开始下一周期。