CN109410610A - 一种简便实用的双向绿波配时算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通信号控制中干线绿波控制技术领域，且公开了一种简便实用的双向绿波配时算法，包括如下步骤：1)收集交叉口的数量、干线绿波速度和各交叉口之间的距离；2)计算最佳周期和绿信比，并寻找初始周期；3)计算正向距离和反向距离；4)以首交叉口为基准，计算给定绿波速度下的间隔时间；5)调整各交叉口的相位差，以达到最大绿波带宽。本发明提出了一种简便实用的双向绿波配时算法，在干线多交叉口实际情况下，在任意拟定的绿波带速度下的各交叉口的最佳相位差及相对应的正向反向绿波宽度，具有易于实施，更符合车辆行驶规律及准确求解绿波开始于绿灯起始条件下的使干道绿波带宽最大的协调控制配时方案的特点。

Description

一种简便实用的双向绿波配时算法

技术领域

本发明涉及交通信号控制中干线绿波控制技术领域，具体为一种简便实用的双向绿波配时算法。

背景技术

目前我国的城市道路网干道的交叉口基本实现了信号控制技术，然而各交叉口单独控制的单点控制模式会造成车辆在交叉口处的频繁停车，导致路网运行效率低下和出行延误增大等交通问题，为解决此问题，需要把一条干线上的相邻交叉口的交通信号统一加以协调控制，从而减少干线上车流的交通延误和停车，对于改善整个城市的交通状况具有重大意义。

“绿波交通”是干道交通信号协调控制系统的一种最有效的形式，所谓“绿波交通”，就是指车流沿某条主干道行驶过程中，连续得到一个接一个的绿灯信号，畅通无阻地通过沿途所有交叉口，这种连续绿灯信号“波”是通过对沿线交叉口统一配时的优化协调设计来实现的。

目前市场上的调节方法并不多，例如中国专利CN 103632555B中公开了一种基于绿波带宽度最大化的干道绿波协调控制配时方法，该方法具备能够准确求得使干道双向绿波带宽最大的协调控制配时方案，更易于实际使用，但是实际上驾驶员通常在绿灯起始即起步，并不在绿波带范围内，然后在下一个交叉口依旧红灯停车，严重时会迫使后继的绿波带车辆的减速行驶，从而降低绿波带的效果，使得绿波的通行效果大打折扣。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种简便实用的双向绿波配时算法，具备使干线绿波宽度最大化、计算简便、易于工程应用的干道绿波协调控制等优点，解决了实际上驾驶员通常在绿灯起始即起步，并不在绿波带范围内，然后在下一个交叉口依旧红灯停车，严重时会迫使后继的绿波带车辆的减速行驶，从而降低绿波带的效果，使得绿波的通行效果大打折扣的问题。

(二)技术方案

为实现上述使干线绿波宽度最大化、计算简便、易于工程应用的干道绿波协调控制目的，本发明提供如下技术方案：一种简便实用的双向绿波配时算法，该算法包括以下步骤：

1)收集干线上交叉口的数量N，干线绿波带速度V，干线上各交叉口之间的距离(从本交叉口的停车线到下一交叉口的停车线之间的距离为相邻交叉口的距离)参数Dist_i；

2)计算基于现有车流量和交叉口几何参数的情况下的单点控制最佳周期 C_i和绿信比G_i，设干线上首尾交叉口的距离为Dist，则理想情况下的行驶时间T＝Dist/V，取各交叉口的周期最大值C₀＝max(C_i)，并从此值开始，寻找2T/C 近似为某整数的C，这个C默认为当前干线的公共周期；

3)第一个交叉口为首交叉口，计算随后的交叉口离首交叉口的距离，记为正向距离Forward_i；以最后一个交叉口为首交叉口，依次计算其它交叉口离最后一个交叉口的距离，记为反向距离Backward_i；

4)不失一般性，可以设首个交叉口的绿波相位差为零，并以此为基础，可以计算得到按设定的行驶速度经过其它交叉口的间隔时间ForwardT_i；

5)先假定最后一个交叉口的相位差为其间隔时间，并假定反向行驶的初始时刻也为ForwardT_N，即BackwardT_N＝ForwardT_N；

6)基于当前设定的绿波带速度V和当前各交叉口与最后一个交叉口的距离Backward_i，计算各交叉口的反向绿波起始时间BackwardT_i；

7)综合各交叉口的绿时长、正向绿波起始时间ForwardT_i、反向绿波起始时间BackwardT_i，计算在此情况下本交叉口的最佳相对相位差Diff_i和此时的交叉口绿波宽度GW_i；

a)令反向绿波起始时间与正向绿波起始时间之差并除以交叉口周期为 gap，即可令gap＝(BackwardT_i-ForwardT_i)％C；

b)若gap小于当前交叉口的绿时长，则可设定当前交叉口相位差为正向绿波时间除以周期的余数，即Diff_i＝ForwardT_i％C，此条件下，正向绿波宽为 gap，反向绿波宽为G_i-gap；

c)若gap<C-G_i，则当前交叉口不满足双向绿波条件，必须重新设定，若 gap>C-G_i，则正向绿波宽可设定为wid1，相应地可求得当前交叉口的相位差为Diff_i＝(ForwardT_i-(G_i-wid1))％C，此时，正向绿波宽为wid1＝gap-(C-G_i)，反向绿波宽为gap；

8)求得所有交叉口的相位差Diff_i和正向绿波宽wid1、反向绿波宽wid2 后，令总体绿波宽wid＝min(wid1，wid2)，保存当前的绿波宽度wid；

9)减少最后一个交叉口的相位差Diff_N＝Diff_N-1，并再次重复过程7)、8)，重新计算新的绿波宽度，并与以前所得的绿波宽度比较，保留较大值，一直重复此过程G_N次；

10)调整绿波带速度值，并重复4)至9)过程，以求得最大的绿波宽度，可以根据需要在设定限速值附近3～5km/h范围内进行求解，以解得最大的绿波宽度wid和相应的各交叉口的相对相位差Diff_i。

优选的，所述步骤4～6)根据绿波带速度和交叉口间距计算正向和反向绿波带起始时间；所述步骤7)根据正向和反向的绿波带起始时间计算各交叉口的相位差；所述步骤10)在设定绿波带附近寻找最佳绿波带所对应的交叉口相位差。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种简便实用的双向绿波配时算法，具备以下有益效果：

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

传统的干线绿波控制数解法不易于工程实施，未考虑车辆在交叉口绿灯亮即起步，且起始车流密集的实际情况，未考虑机动车行驶过程中的实际延误，将交叉口的车辆通行理想化为所有时刻随机到达，造成实际绿波控制效果不佳，本发明提出了一种简便实用的双向绿波配时算法，可以满足干线多交叉口实际情况下，在任意拟定的车辆行驶速度条件下的各交叉口的最佳相位差及相对应的正向反向绿波宽度，具有易于实施，更符合实际车辆行驶规律及准确求解绿波开始于绿灯起始条件下的使干道绿波带宽最大的协调控制配时方案的特点。

附图说明

图1为本发明提出的一种简便实用的双向绿波配时算法的流程图；

图2为本发明第一时距图；

图3为本发明第二时距图；

图4为本发明第三时距图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种简便实用的双向绿波配时算法，该算法包括以下步骤：

1)收集干线上交叉口的数量N，干线绿波带速度V，干线上各交叉口之间的距离(从本交叉口的停车线到下一交叉口的停车线之间的距离为相邻交叉口的距离)参数Dist_i；

2)计算基于现有车流量和交叉口几何参数的情况下的单点控制最佳周期 C_i和绿信比G_i，设干线上首尾交叉口的距离为Dist，则理想情况下的行驶时间T＝Dist/V，取各交叉口的周期最大值C₀＝max(C_i)，并从此值开始，寻找2T/C 近似为某整数的C，这个C默认为当前干线的公共周期；

3)第一个交叉口为首交叉口，计算随后的交叉口离首交叉口的距离，记为正向距离Forward_i；以最后一个交叉口为首交叉口，依次计算其它交叉口离最后一个交叉口的距离，记为反向距离Backward_i；

4)不失一般性，可以设首个交叉口的绿波相位差为零，并以此为基础，可以计算得到按设定的行驶速度经过其它交叉口的间隔时间ForwardT_i；

5)先假定最后一个交叉口的相位差为其间隔时间，并假定反向行驶的初始时刻也为ForwardT_N，即BackwardT_N＝ForwardT_N；

6)基于当前设定的绿波带速度V和当前各交叉口与最后一个交叉口的距离Backward_i，计算各交叉口的反向绿波起始时间BackwardT_i；

7)综合各交叉口的绿时长、正向绿波起始时间ForwardT_i、反向绿波起始时间BackwardT_i，计算在此情况下本交叉口的最佳相对相位差Diff_i和此时的交叉口绿波宽度GW_i；

a)令反向绿波起始时间与正向绿波起始时间之差并除以交叉口周期为 gap，即可令gap＝(BackwardT_i-ForwardT_i)％C；

b)若gap小于当前交叉口的绿时长，则可设定当前交叉口相位差为正向绿波时间除以周期的余数，即Diff_i＝ForwardT_i％C，此条件下，正向绿波宽为gap，反向绿波宽为G_i-gap；

c)若gap<C-G_i，则当前交叉口不满足双向绿波条件，必须重新设定，若 gap>C-G_i，则正向绿波宽可设定为wid1，相应地可求得当前交叉口的相位差为Diff_i＝(ForwardT_i-(G_i-wid1))％C，此时，正向绿波宽为wid1＝gap-(C-G_i)，反向绿波宽为gap；

8)求得所有交叉口的相位差Diff_i和正向绿波宽wid1、反向绿波宽wid2 后，令总体绿波宽wid＝min(wid1，wid2)，保存当前的绿波宽度wid；

9)减少最后一个交叉口的相位差Diff_N＝Diff_N-1，并再次重复过程7)、8)，重新计算新的绿波宽度，并与以前所得的绿波宽度比较，保留较大值，一直重复此过程G_N次；

10)调整绿波带速度值，并重复4)至9)过程，以求得最大的绿波宽度，可以根据需要在设定限速值附近3～5km/h范围内进行求解，以解得最大的绿波宽度wid和相应的各交叉口的相对相位差Diff_i。

所述步骤4～6)根据绿波带速度和交叉口间距计算正向和反向绿波带起始时间；所述步骤7)根据正向和反向的绿波带起始时间计算各交叉口的相位差；所述步骤10)在设定绿波带附近寻找最佳绿波带所对应的交叉口相位差。

本发明的一种简便实用的双向绿波配时算法，举例说明如下：

设某城市有七个交叉口需要设计成双向绿波带，不失一般性，可假定其交叉口代号为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7，其中第一个交叉口为C1，最后一个交叉口为C7，经过调研分析并优化后，拟定的干线绿波的公共周期为108 秒，各交叉口之间的距离、协调相位绿时长、协调相位绿信比如下表所示。

序号	交叉口	与前一交叉口距离(米)	绿时长(秒)	绿信比
					1	C1	0	60	55.56％
2	C2	450	60	55.56％
					3	C3	500	37	34.26％
4	C4	340	60	55.56％
					5	C5	410	40	37.04％
6	C6	630	69	63.89％
					7	C7	380	60	55.56％

可以很方便地求得在干线设定速度为60km/h、50km/h、30km/h等不同条件下的各交叉口信号控制的最佳相位差，比如假定干线绿波设定速度为 60km/h，在±5km/h范围内求解最佳绿波，则可以计算得到双向绿波的参数配置为

序号	交叉口	与前一交叉口距离(米)	绿时长(秒)	绿信比	相位差(秒)
						1	C1	0	60	55.56％	0
2	C2	450	60	55.56％	-7
						3	C3	500	37	34.26％	59
4	C4	340	60	55.56％	47
						5	C5	410	40	37.04％	3
6	C6	630	69	63.89％	43
						7	C7	380	60	55.56％	62

其对应的时距图如附图2所示(行车速度为55km/h时取得最大绿波带，正向反向的绿波带宽均为23秒)

假定干线绿波设定速度为50km/h，在±5km/h范围内求解最佳绿波，则可以计算得到双向绿波的参数配置为

序号	交叉口	与前一交叉口距离(米)	绿时长(秒)	绿信比	相位差(秒)
						1	C1	0	60	55.56％	0
2	C2	450	60	55.56％	0
						3	C3	500	37	34.26％	66
4	C4	340	60	55.56％	54
						5	C5	410	40	37.04％	10
6	C6	630	69	63.89％	49
						7	C7	380	60	55.56％	64

其对应的时距图如附图3所示(行车速度为52km/h时取得最大绿波带，正向反向的绿波带宽均为25秒)

假定干线绿波设定速度为30km/h，在±5km/h范围内求解最佳绿波，则可以计算得到双向绿波的参数配置为

序号	交叉口	与前一交叉口距离(米)	绿时长(秒)	绿信比	相位差(秒)
						1	C1	0	60	55.56％	0
2	C2	450	60	55.56％	47
						3	C3	500	37	34.26％	4
4	C4	340	60	55.56％	47
						5	C5	410	40	37.04％	3
6	C6	630	69	63.89％	43
						7	C7	380	60	55.56％	104

其对应的时距图如附图4所示(行车速度为28km/h时取得最大绿波带，正向绿波带宽为27秒，反向绿波带宽为26秒)

综上所述，本发明提出了一种简便实用的双向绿波配时算法，可以满足干线多交叉口实际情况下，在任意拟定的车辆行驶速度条件下的各交叉口的最佳相位差及相对应的正向反向绿波宽度，具有易于实施，更符合实际车辆行驶规律及准确求解绿波开始于绿灯起始条件下的使干道绿波带宽最大的协调控制配时方案的特点。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种简便实用的双向绿波配时算法，其特征在于：该算法包括以下步骤：

1)收集干线上交叉口的数量N，干线绿波带速度V，干线上各交叉口之间的距离(从本交叉口的停车线到下一交叉口的停车线之间的距离为相邻交叉口的距离)参数Dist_i；

2)计算基于现有车流量和交叉口几何参数的情况下的单点控制最佳周期C_i和绿信比G_i，设干线上首尾交叉口的距离为Dist，则理想情况下的行驶时间T＝Dist/V，取各交叉口的周期最大值C₀＝max(C_i)，并从此值开始，寻找2T/C近似为某整数的C，这个C默认为当前干线的公共周期；

3)第一个交叉口为首交叉口，计算随后的交叉口离首交叉口的距离，记为正向距离Forward_i；以最后一个交叉口为首交叉口，依次计算其它交叉口离最后一个交叉口的距离，记为反向距离Backward_i；

4)不失一般性，可以设首个交叉口的绿波相位差为零，并以此为基础，可以计算得到按设定的行驶速度经过其它交叉口的间隔时间ForwardT_i；

5)先假定最后一个交叉口的相位差为其间隔时间，并假定反向行驶的初始时刻也为ForwardT_N，即BackwardT_N＝ForwardT_N；

6)基于当前设定的绿波带速度V和当前各交叉口与最后一个交叉口的距离Backward_i，计算各交叉口的反向绿波起始时间BackwardT_i；

7)综合各交叉口的绿时长、正向绿波起始时间ForwardT_i、反向绿波起始时间BackwardT_i，计算在此情况下本交叉口的最佳相对相位差Diff_i和此时的交叉口绿波宽度GW_i；

a)令反向绿波起始时间与正向绿波起始时间之差并除以交叉口周期为gap，即可令gap＝(BackwardT_i-ForwardT_i)％C；

b)若gap小于当前交叉口的绿时长，则可设定当前交叉口相位差为正向绿波时间除以周期的余数，即Diff_i＝ForwardT_i％C，此条件下，正向绿波宽为gap，反向绿波宽为G_i-gap；

c)若gap<C-G_i，则当前交叉口不满足双向绿波条件，必须重新设定，若gap>C-G_i，则正向绿波宽可设定为wid1，相应地可求得当前交叉口的相位差为Diff_i＝(ForwardT_i-(G_i-wid1))％C，此时，正向绿波宽为wid1＝gap-(C-G_i)，反向绿波宽为gap；

8)求得所有交叉口的相位差Diff_i和正向绿波宽wid1、反向绿波宽wid2后，令总体绿波宽wid＝min(wid1，wid2)，保存当前的绿波宽度wid；

9)减少最后一个交叉口的相位差Diff_N＝Diff_N-1，并再次重复过程7)、8)，重新计算新的绿波宽度，并与以前所得的绿波宽度比较，保留较大值，一直重复此过程G_N次；

10)调整绿波带速度值，并重复4)至9)过程，以求得最大的绿波宽度，可以根据需要在设定限速值附近3～5km/h范围内进行求解，以解得最大的绿波宽度wid和相应的各交叉口的相对相位差Diff_i。

2.根据权利要求1所述的一种简便实用的双向绿波配时算法，其特征在于：所述步骤4～6)根据绿波带速度和交叉口间距计算正向和反向绿波带起始时间；所述步骤7)根据正向和反向的绿波带起始时间计算各交叉口的相位差；所述步骤10)在设定绿波带附近寻找最佳绿波带所对应的交叉口相位差。