CN107886744A - 一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法 - Google Patents
一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于城市道路交叉口控制领域，涉及一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法。本发明充分考虑了行人过街对该类交叉口公交优先信号控制的影响，提出的一种考虑行人过街的地铁站邻近交叉口公交优先信号控制新方法，创新性地建立以道路通行能力最大化和过街行人、公交乘客以及社会车辆乘客延误变化效益最优为目标的双层规划模型，解决了传统公交优先信号控制方法未考虑行人过街延误，造成行人滞留交叉口时间过长影响交通的问题，使得交叉口总效益最大化。
Description
技术领域
本发明属于城市道路交叉口控制领域，涉及一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法。
背景技术
城市道路交叉口是大量转向车流、过街人流的汇集地，也是城市交通网络的瓶颈和交通拥挤发生源。在城市道路交叉口中，拥挤程度最高、交通情况最为复杂的是一些大型公共设施、交通站点邻近的交叉口。在此类交叉口，当行人等待时间超过其可容忍的最长等待时间90s时，其违章行为将大幅增加，严重影响车辆通行，造成交通混乱。同时，交叉口的公交优先信号控制是在时间上赋予公交车辆优先通过信号交叉口的权利，是实施公交优先的重要控制手段之一。如何在此类由于出口设置及过街设施不完备导致过街行人流量占到整个进出人流量的70％以上的复杂交叉口实现公交优先信号控制是一个亟待解决的难题。
现有的公交优先信号控制方法主要应用于交通情况简单的信号交叉口，控制目标聚焦于社会车辆、公交车辆及其乘客的延误变化情况，对于存在大量过街行人的信号交叉口，在现有公交优先信号控制研究成果中没有学者考虑到优先措施对过街行人的影响。而现有的行人过街延误研究分析均只针对常规信号配时方案，并未考虑采用公交信号优先措施时过街行人延误的变化情况。
基于此，针对邻近地铁站并且同时存在大量过街人流及车流的交叉口，有必要提出一种基于公交优先，综合考虑大量过街行人、公交乘客以及社会车辆乘客延误变化最优的交叉口信号控制方法。
发明内容
本发明的目的，就是针对上述情况，建立一种考虑行人过街的地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法，该方法用于邻近地铁站并且同时存在大量过街人流及车流的交叉口，其特征在于，包括以下步骤：
S1、检测公交车的到达并预测其到达交叉口停车线的时间：
通过设置在公交车辆进口道的感应线圈检测公交车辆的到达，并预测公交车辆到达停车线所需时间t：
t＝l/v
l为布设线圈处与交叉口停车线之间的距离(m)，v为进口道公交车辆平均速度(m/s)；
S2、确定公交优先的实施策略：压缩行人专用相位绿灯时间，非优先相位不变，公交优先相位绿灯时间延长。建立以道路通行能力最大化和过街行人、公交乘客以及社会车辆乘客延误变化最优为目标的双层规划模型，具体为：
S21、建立以交叉口总通行能力为目标函数的上层规划模型：
其中，S为饱和流率；Q为交叉口通行能力；gmin为最小绿灯时间；gmax为最大绿灯时间；gi为第i相位绿灯时间；α为交叉口饱和度；
S22、确定由于公交优先相位绿灯时间的延长，公交乘客减少的人总延误：
ΔDa＝Pa(r1-Δt)
其中，Pa为公交车辆的平均载客人数；r1为公交专用相位红灯时间；Δt为相位延长的绿灯时间；
S23、确定由于公交优先相位绿灯时间的延长，优先通行相位社会车辆乘客减少的人总延误：
其中，Pb为社会车辆的平均载客人数；fj为j进口的车辆到达率；sj为j进口的饱和流率；
S24、确定由于公交优先相位绿灯时间的延长，行人专用相位绿灯缩短造成行人过街增加的总延误：
其中，Pp为平均过街行人流量；r2为行人专用相位红灯时间；tl2为行人专用相位行人过街绿灯损失时间；ts2为行人专用相位行人过街疏散时间；
S25、考虑过街行人以及公交车辆、社会车辆乘客延误的延误变化情况建立下层规划模型，最终建立的双层规划模型如下：
S3、基于双、单层规划问题的转化和遗传算法，对步骤S2中建立的模型进行求解：
S31、通过专家打分法确定各个目标权重的相关关系；
S32、根据权重系数将下层多目标问题转换为单目标规划问题，再根据模型的目标函数和约束条件，将下层问题转化为KKT条件，即可将双层规划模型转换为单层规划模型；
S33、利用遗传算法求解，得到延误效益最优条件下的绿灯延长时间，确定公交信号绿灯延长时间窗；
S4、选择最适用于当前交叉口交通状况的信号方案的实施方法：
S41、判断公交车辆是否可以在时间窗内到达，若公交车辆可以在时间窗内到达，则表明此时最适合于交叉口的配时方案应为延长公交优先相位绿灯时间的方案，进入步骤S42，若否，则表明公交车辆不能在时间窗内到达交叉口，进入步骤S43；
S42、基于求得的绿灯延长时间及确定的公交信号绿灯延长时间窗，调整交叉口信号配时方案即延长公交优先相位绿灯时间，压缩行人专用相位绿灯时间，非优先相位不变并实施，从而实现交叉口的一轮优化；
S43、此轮信号交叉口配时方案不改变，该轮优化结束。
本发明的有益效果为，针对地铁站邻近交叉口存在大量过街行人及车流的问题，本发明充分考虑了行人过街对该类交叉口公交优先信号控制的影响，提出一种考虑行人过街的地铁站邻近交叉口公交优先信号控制新方法，创新性地建立以道路通行能力最大化和过街行人、公交乘客以及社会车辆乘客延误变化效益最优为目标的双层规划模型，解决了传统公交优先信号控制方法未考虑行人过街延误，造成行人滞留交叉口时间过长影响交通的问题，使得交叉口总效益最大化。
附图说明
图1为绿灯相位延长策略实施流程图。
图2为压缩行人专用相位延长优先相位绿灯时间示意图。
图3为优先通行相位社会车辆在交叉口的排队消散特性图。
图4为行人专用相位行人过街延误分析图。
图5为实施例中人民北路与一环路相交交叉口现状信号配时方案图。
图6为实施例中人民北路与一环路相交交叉口增设行人专用相位后信号配时方案图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，给出本发明的具体实施例。
本发明的主要步骤为：
步骤一：在目标交叉口公交车进口布设线圈，检测公交车的到达并预测其到达交叉口停车线的时间；
步骤二：根据交叉口实际交通状况，建立以道路通行能力最大化和过街行人、公交乘客以及社会车辆乘客延误变化最优为目标的双层规划模型；
步骤三：求解模型，得到延误效益最优条件下的绿灯延长时间，确定公交信号绿灯延长时间窗；
步骤四：判断公交车辆是否可以在时间窗内到达，若公交车辆可以在时间窗内到达，则基于求得的绿灯延长时间及确定的公交信号绿灯延长时间窗，调整交叉口信号配时方案并实施；若公交车辆不可以在时间窗内到达，则信号配时方案无需改变。至此，一轮优化结束
实施例
四川省成都市人民北路地铁站邻近交叉口为人民北路与一环路相交的十字形交叉口，交通量大，其中11路、27路、34路等14条公交线路途经该交叉口，公交车辆流量较大。人民北路地铁站B出口位于人民北路一段，距离交叉口约60m，晚高峰期间，地铁站人流和交叉口车流较大，有大量过街行人滞留于一环路北二段路口，现以该交叉口为例。
表1为当车流和地铁人流均处于高峰期时，调查得到的该交叉口各进口的基本交通参数，设左转车道每条车道饱和流率为1200pcu/h，直行车道每条车道饱和流率为1500pcu/h；图5为该交叉口现状信号配时方案，信号周期时长187s，第一相位为东西向直行相位，第二相位为东西向左转专用相位，第三相位为南北向直行相位，第四相位为南北向左转专用相位；
表1双高峰期时，人民北路与一环路相交交叉口各进口的基本交通参数表
1.设置行人专用相位，信号配时方案如图6所示，信号周期时长217s，第一相位为东西向直行相位，第二相位为东西向左转专用相位，第三相位为南北向直行相位，第四相位为南北向左转专用相位，第五相位为行人专用相位；
2.假设第三相位为公交到达优先相位，延长第三相位绿灯时间Δt，为公交车辆提供优先通过信号交叉口的权利；
3.根据交叉口实际交通状况以道路通行能力最大化和过街行人、公交乘客以及社会车辆乘客延误变化最优为目标建立如下双层规划模型：
4.专家打分法确定考虑行人过街延误情况下，公交车辆乘客延误、社会车辆乘客延误、过街行人延误的权重系数分别为：0.6034、0.2224、0.1742，并取公交车平均载客人数为30人，社会车辆平均载客人数为3人，同时根据街道宽度，人行横道宽度，行人过街速度，行人到达流率等计算出行人过街平均损失时间约为14s，过街等候行人平均疏散时间约为4s；
5.根据权重系数将下层多目标问题转换为单目标规划问题，再根据模型的目标函数和约束条件，将下层问题转化为KKT条件，从而完成双层规划模型到单层规划模型的转换，最后通过MATLAB遗传算法进行计算。模型迭代到51代终止，适应度函数值的平均变化小于预设值，最优个体适应值为345428725，对应函数值为5.85s，即绿灯延长时间为5.85s。该周期内公交乘客延误减少4984.50s，社会车辆乘客延误减少1532.91s，过街行人增加延误500.54s，按照权重系数折减后，总延误减少3261.37s，也进一步证明了本发明的有益效果。
Claims (1)
1.一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法，该方法用于邻近地铁站并且同时存在大量过街人流及车流的交叉口，其特征在于，包括以下步骤：
S 1、检测公交车的到达并预测其到达交叉口停车线的时间：
通过设置在公交车辆进口道的感应线圈检测公交车辆的到达，并预测公交车辆到达停车线所需时间t：
t＝l/v
l为布设线圈处与交叉口停车线之间的距离，v为进口道公交车辆平均速度；
S2、确定公交优先的实施策略：压缩行人专用相位绿灯时间，非优先相位不变，公交优先相位绿灯时间延长；建立以道路通行能力最大化和过街行人、公交乘客以及社会车辆乘客延误变化最优为目标的双层规划模型，具体为：
S21、建立以交叉口总通行能力为目标函数的上层规划模型：
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其中，S为饱和流率；Q为交叉口通行能力；gmin为最小绿灯时间；gmax为最大绿灯时间；gi为第i相位绿灯时间；α为交叉口饱和度；
S22、确定由于公交优先相位绿灯时间的延长，公交乘客减少的人总延误：
ΔDa＝Pa(r1-Δt)
其中，Pa为公交车辆的平均载客人数；r1为公交优先相位红灯时间；Δt为相位延长的绿灯时间；
S23、确定由于公交优先相位绿灯时间的延长，优先通行相位社会车辆乘客减少的人总延误：
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其中，Pb为社会车辆的平均载客人数；fj为j进口的车辆到达率；sj为j进口的饱和流率；
S24、确定由于公交优先相位绿灯时间的延长，行人专用相位绿灯缩短造成行人过街增加的总延误：
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S25、考虑过街行人以及公交车辆、社会车辆乘客延误的延误变化情况建立下层规划模型，最终建立的双层规划模型如下：
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S3、基于遗传算法，对步骤S2中建立的模型进行求解：
S31、通过专家打分法确定各个目标权重的相关关系；
S32、根据权重系数将下层多目标问题转换为单目标规划问题，再根据模型的目标函数和约束条件，将下层问题转化为KKT条件，即可将双层规划模型转换为单层规划模型；
S33、利用遗传算法求解，得到延误效益最优条件下的绿灯延长时间，确定公交信号绿灯延长时间窗；
S4、选择最适用于当前交叉口交通状况的信号方案的实施方法：
S41、判断公交车辆是否可以在时间窗内到达，若公交车辆可以在时间窗内到达，则表明此时最适合于交叉口的配时方案应为延长公交优先相位绿灯时间的方案，进入步骤S42，若否，则表明公交车辆不能在时间窗内到达交叉口，进入步骤S43；
S42、基于求得的绿灯延长时间及确定的公交信号绿灯延长时间窗，调整交叉口信号配时方案即延长公交优先相位绿灯时间，压缩行人专用相位绿灯时间，非优先相位不变并实施，从而实现交叉口的一轮优化；
S43、此轮信号交叉口配时方案不改变，该轮优化结束。
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| CN201711055495.8A CN107886744A (zh) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | 一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法 |
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| CN201711055495.8A CN107886744A (zh) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | 一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法 |
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| CN107886744A true CN107886744A (zh) | 2018-04-06 |
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| CN201711055495.8A Pending CN107886744A (zh) | 2017-11-01 | 2017-11-01 | 一种用于地铁站邻近交叉口公交优先信号控制方法 |
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