CN104464311A - 一种城市道路路口信号协调控制的优化方法 - Google Patents

一种城市道路路口信号协调控制的优化方法 Download PDF

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吴志周
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    • G08G1/07Controlling traffic signals
    • G08G1/08Controlling traffic signals according to detected number or speed of vehicles

Abstract

本发明公开了一种城市道路路口信号协调控制的优化方法,与现有技术相比,本发明基于对相邻路口上下游车流状态的分析,借鉴波动理论,通过对比上游路口的停止波和下游路口的启动波的大小及上游路口干道方向车辆排队状况,确定该信号控制路口的状态值,得出在不同状态下信号协调控制可靠性区间,能够将过饱和路口的排队溢出控制在一定的范围内,大大降低过饱和路口出现死锁的概率,同时也让排队溢出成为在过饱和条件下道路路口的一种有益的自我调节,实现本发明的目的。

Description

一种城市道路路口信号协调控制的优化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种信号协调控制的优化方法,特别涉及一种智能交通领域用于道路 路口信号协调控制的城市道路路口过饱和条件下信号协调控制的优化方法。
背景技术
[0002] 城市道路路口信号协调控制系统在城市交通中发挥着越来越重要的作用,城市交 通管理者都试图借助城市交通信号协调控制系统来缓解城市交通问题。由于机动车的快速 增长,很多城市都出现了道路交通饱和甚至过饱和的情况,过饱和条件下,路口间通行能力 不匹配,会引起排队聚集现象,容易产生排队溢出。
[0003] 城市道路路口信号协调控制系统具有安装成本低、维护简易、高效、实时和自动化 水平高等优点,得到了大量推广应用。目前,很多城市都建立了智能交通系统ITS平台并配 置了城市道路路口信号协调控制系统,用于减少车辆延误,提高路口通行能力。
[0004] 交通信号协调控制系统一般由车辆信息的采集和分析、交通模型(用于计算延误 时间和排队长度等等)、配时方案参数优化调整、信号控制方案的执行、方案效果反馈等五 个子系统组成,5个子系统相互配合、协调工作,共同完成交通控制任务。
[0005] 交通模型是利用特定的算法将路口的交通状态数据经过计算得出路口的交通状 态参数,然后通过分析得出路口信号协调控制方案;交通模型是交通信号协调控制的核心 技术环节。
[0006] 在过饱和条件下,路口的排队溢出技术是交通信号协调控制的重要内容,但目前 已应用的各种系统中关于过饱和条件下的排队溢出控制技术都有很多不足。
[0007] 因此,特别需要一种城市道路路口过饱和条件下信号协调控制的优化方法,已解 决上述现有存在的问题。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于提供一种城市道路路口过饱和条件下信号协调控制的优化方 法,针对现有技术的不足,基于对过饱和条件下路口车辆排队特性的分析,从车流运行波动 理论出发,使路口在处于过饱和状态下不死锁。
[0009] 本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0010] 本发明的城市道路路口信号协调控制的优化方法,它包括如下步骤:
[0011] (1)在收集路段交通流数据的基础上,分别计算消散波W1和阻塞波W2;
[0012] (2)若 W1 彡 W2,终止;
[0013] (3)若<«2,如果消散波W1和阻塞波W 2的交点落在两路口中间的路段上,则表示 干道方向没有发生溢出现象,按一般信号协调控制的相位差处理;
[0014] (4)若Wl〈w2,如果消散波W1和阻塞波W 2的交点落在第i路口内部或第i路口的上 游,则表示干道方向已经发生溢出;
[0015] (5)通过公式:xB彡gi+Δ T且yA彡〇,计算得出可靠性区间Δ T :
Figure CN104464311AD00051
[0016] 其中,L为路口间距,q为排队长度,xB为从计时开始时刻到启动波传播到第i路 口的时间;gi为从计时开始时刻到第i路口红灯结束的时间;yA为消散波和阻塞波的交点; Vi为第i路口上游的车辆平均行驶速度。
[0017] 在本发明的一个实施例中,由第i路口上游处的感应线圈在绿灯初期产生的每条 饱和车头时距^及速度&数据得到:
[0018] 第i路口上游的平均饱和车头时距
Figure CN104464311AD00052
[0019] 第i路口上游的饱和流量:
Figure CN104464311AD00053
[0020] 第i路口上游的车辆平均行驶速度:
Figure CN104464311AD00054
[0021] 第i路口上游车辆进入路口的车流密度为
Figure CN104464311AD00055
[0022] 其中,η为取得的有效数据的个数,然后依此可得第i+Ι个路口上游的饱和流量 Qi+1、第i+Ι个路口上游的车辆平均行驶速度vi+1和第i+Ι个路口上游的车流密度k i+1,从而 得到:
Figure CN104464311AD00056
[0023] 消散波:
[0024] 阻塞波:
[0025] 在本发明的一个实施例中,第i路口和第i+Ι路口之间信号控制周期相等,实现相 邻两路口之间的协调控制。
[0026] 在本发明的一个实施例中,第i路口和第i + Ι路口在干道方向的绿信比的有效通 行时间为gi,保证通行能力匹配。
[0027] 本发明的城市道路路口信号协调控制的优化方法,与现有技术相比,基于对相邻 路口上下游车流状态的分析,借鉴波动理论,通过对比上游路口的停止波和下游路口的启 动波的大小及上游路口干道方向车辆排队状况,确定该信号控制路口的状态值,得出在不 同状态下信号协调控制可靠性区间(相位差),能够将过饱和路口的排队溢出控制在一定 的范围内,大大降低过饱和路口出现死锁的概率,同时也让排队溢出成为在过饱和条件下 道路路口的一种有益的自我调节,实现本发明的目的。
[0028] 本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了 解。
附图说明
[0029] 图1为本发明的路段车辆的时空轨迹图;
[0030] 图2为本发明的城市道路路口信号协调控制的优化方法的流程示意图。
具体实施方式
[0031] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结 合具体图示,进一步阐述本发明。
[0032] 本发明的城市道路路口信号协调控制的优化方法,在路口单点信号控制的基础 上,将上下游路口的信号相位差作为重要参数,来进行路口的排队溢出控制,符号定义如 下:
[0033] (1)路口间距L :两相邻路口的距离,计算时取从上游路口停车线到下游路口停车 线的距离。
[0034] (2)排队长度q :下游路口绿灯开始时刻排队车辆从停车线向上游延伸的队列长 度。
[0035] (3)相位差Λ T :上下游路口绿灯开始时刻的最小时间间隔。
[0036] (4)有效通行时间gi :路口的有效通行时间为绿灯时间与黄灯时间之和。
[0037] (5)上游路口驶入流量Qi :单位时间内驶出上游路口停车线的车辆总数。
[0038] (6)上游路口驶入车速Vi :车流驶出上游路口停车线单位长度道路上的车辆数。
[0039] (7)上游路口车流密度Ici :车流驶出上游路口停车线单位长度道路上的车辆数。
[0040] (8)下游路口驶出流量Qi+1 :单位时间内驶出下游路口停车线的车辆总数。
[0041] (9)下游路口驶出车速vi+1 :车辆驶出下游路口停车线时的地点车速。
[0042] (10)下游驶出车流密度ki+1 :车流驶出下游路口停车线单位长度道路上的车辆 数。
[0043] (11)阻塞密度h :车流排队停止不动是单位长度道路上的车辆数。
[0044] (12)消散波W1 :车流由排队静止变为启动运行的状态向车队后方传播的速度。
[0045] (13)阻塞波W2 :车流由运行变为排队静止的状态向车队后方传播的速度。
[0046] 如图1和图2所示,本发明的城市道路路口过饱和条件下信号协调控制的优化方 法,它包括如下步骤:
[0047] (1)在收集路段交通流数据的基础上,分别计算消散波W1和阻塞波W2 ;
[0048] (2)若 W1 彡 W2,终止;
[0049] (3)若<«2,如果消散波W1和阻塞波W 2的交点落在两路口中间的路段上,则表示 干道方向没有发生溢出现象,按一般信号协调控制的相位差处理;
[0050] (4)若Wl〈w2,如果消散波W1和阻塞波W 2的交点落在第i路口内部或第i路口的上 游,则表示干道方向已经发生溢出;
[0051] (5)通过公式:xB彡gi+Δ T且yA彡〇,计算得出可靠性区间Δ T :
Figure CN104464311AD00061
[0052] 其中,L为路口间距,q为排队长度,xB为从计时开始时刻到启动波传播到第i路 口的时间; gi为从计时开始时刻到第i路口红灯结束的时间;yA为消散波和阻塞波的交点。
[0053] 在本发明中,由第i路口处的感应线圈在绿灯初期产生的每条饱和车头时距^及 速度k数据得到:
[0054] 第i路口上游的平均饱和车头时距
Figure CN104464311AD00071
[0055] 第i路口上游的饱和流量
Figure CN104464311AD00072
[0056] 第i路口上游的车辆平均行驶速度:
Figure CN104464311AD00073
[0057] 第i路口上游车辆进入路口的车流密度为
Figure CN104464311AD00074
[0058] 其中,η为取得的有效数据的个数,然后依此可得第i+Ι个路口上游的饱和流量 Qi+1、第i+Ι个路口上游的车辆平均行驶速度vi+1和第i+Ι个路口上游的车流密度k i+1,从而 得到:
Figure CN104464311AD00075
[0059] 消散波:
[0060] 阻塞波: -Q
[0061] 在本实施例中,第i路口和第i+Ι路口之间信号控制周期相等,实现相邻两路口之 间的协调控制。
[0062] 在本实施例中,第i路口和第i+Ι路口在干道方向的绿信比的有效通行时间为gi, 保证通行能力匹配。
[0063] 参见图2,本发明的城市道路路口过饱和条件下信号协调控制的优化方法,操作步 骤如下:
[0064] 1、路段交通状态数据收集处理:
[0065] 功能:计算得到路口的车流量,行驶速度和车辆密度数据;
[0066] 输入:饱和车头时距和车辆速度;
[0067] 输出:饱和流量、车辆平均行驶速度和车流密度。
[0068] 2、路口状态判别
[0069] 功能:根据路段交通状态数据收集处理中所得数据,判断可靠性区间是否存在;
[0070] 输入:饱和流量、车辆平均行驶速度和车流密度;
[0071] 输出:路口交通状态,判定可靠性区间是否存在。
[0072] 3、可靠性区间计算
[0073] 功能:得到相位差的可靠性区间;
[0074] 输入:消散波速、阻塞波速、绿灯时长、路口间距和路段车辆平均行驶速度;
[0075] 输出:可靠性区间。
[0076] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本领域的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变 化和改进都落入本发明要求保护的范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。

Claims (4)

1. 一种城市道路路口信号协调控制的优化方法,其特征在于,它包括如下步骤: (1) 在收集路段交通流数据的基础上,分别计算消散波 W1和阻塞波1¾ ; (2) 若IvPiv3 ,终止; (3) Sm<W2 ,如果消散波W1和阻塞波1¾的交点落在两路口中间的路段上,则表示 干道方向没有发生溢出现象,按一般信号协调控制的相位差处理; (4)gWl<W2 ,如果消散波和阻塞波1¾的交点落在第i路口内部或第i路口的上 游,则表示干道方向已经发生溢出; (5) 通过公式:JCjSgf+ΔΤ且兄ίίO,计算得出可靠性区间AT :
Figure CN104464311AC00021
其中,为路口间距,g为排队长度,为从计时开始时刻到启动波传播到第i路口 的时间;gi为从计时开始时刻到第i路口红灯结束的时间;为消散波和阻塞波的交点; 舄为第i路口上游的车辆平均行驶速度。
2. 如权利要求1所述的城市道路路口信号协调控制的优化方法,其特征在于,由第i路 口上游处的感应线圈在绿灯初期产生的每条饱和车头时距毳及速度Vf数据得到: 第i路口上游的平均饱和车头时距 第i路口上游的饱和流量= 第i路口上游的车辆平均行驶速度:V广Ifvi ra>-I 第i路口上游车辆进入路口的车流密度为:t,= @ v, 其中,η为取得的有效数据的个数,然后依此可得第i+l个路口上游的饱和流量:0m、 第i+1个路口上游的车辆平均行驶速度·^和第i+1个路口上游的车流密度jtg,从而得 到: 消散波 Rt-M Λ/ 阻塞波 Ki-K1
3. 如权利要求1所述的城市道路路口信号协调控制的优化方法,其特征在于,第i路口 和第i+Ι路口之间信号控制周期相等,实现相邻两路口之间的协调控制。
4. 如权利要求1所述的城市道路路口信号协调控制的优化方法,其特征在于,第i路口 和第i+Ι路口在干道方向的绿信比的有效通行时间为g,,保证通行能力匹配。
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