CN109584539B - 一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法 - Google Patents

一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法 Download PDF

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CN109584539B CN201811418873.9A CN201811418873A CN109584539B CN 109584539 B CN109584539 B CN 109584539B CN 201811418873 A CN201811418873 A CN 201811418873A CN 109584539 B CN109584539 B CN 109584539B
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Abstract

本发明涉及一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法，该方法包括以下步骤：首先，对多股车流汇入情形下的路段排队演变进行分析，利用冲击波理论建立排队长度模型和延误模型；其次，定义排队权重用于表示不同情形下排队长度的影响程度，建立以上下行加权排队总长最小为主目标、总延误最小为次目标，分层求解最优相位差的流程；最后，建立了高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法。本发明克服了已有模型方法不考虑多股车流汇入而导致在实际应用中存在的缺陷，提出了更符合城市交通管理者及实际交通参与者期望的路段协调控制目标及方法，为城市交通拥堵主动防控特别是高饱和度路段上下游信号协调优化问题的解决提供方法支持。

Description

一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法
技术领域
本发明涉及智能交通领域，更具体的，涉及一种高饱和度路段上下游交叉口间的相位差优化方法。
背景技术
在交通高峰期，城市路段流量趋于饱和时，常出现周期性的长距离排队，甚至出现溢流现象，造成路口瘫痪，严重影响交通安全。信号协调控制在干道交通控制和缓解拥堵方面有着至关重要的作用，故众多学者对干道协调优化展开了深入研究，其方向主要分为两类：
一类是以绿波带最宽为优化目标，通过建立绿波带宽与信号周期、相位差、相序方式、绿信比、行驶速度等变量间的数学模型，以求解最大带宽的信号参数取值，其中LITTLE、GARTNER分别提出了经典的MAXBAND模型和MULTIBAND模型；李祥尘通过优化干线上交叉口的信号相位和相序，来增加干线上相邻交叉口间相位差的调整区间，从而提升干线双向绿波带的带宽；刘小明提出了一种优化相位差时兼顾协调范围内不同数量连续路口间的绿波带宽，进而使控制范围内绿波协调的综合带宽最大化的方法；荆彬彬在MAXBAND模型的基础上考虑车队实际行驶速度在一定范围随机波动的特性，以双向绿波带宽之和最大为一级目标，以速度波动百分比之和最大为二级目标，建立了一种绿波协调控制目标规划模型。
另一类则是以延误最小为优化目标，通过分析不同情形下车流到达规律，提出延误计算方法并建立相位差优化模型。万绪军对上、下行车辆在交叉口的延误规律进行分析研究，提出三角形延误方程，并以沿干线双向行驶的车辆延误最小为目标,建立了干线相位差调节的优化模型；卢凯针对行驶车队在一个以红灯启亮为起始的信号周期之内到达和跨越一个以红灯启亮为起始的信号周期到达两种情况，对停车延误进行了分析研究，得到了包括延误时间在内的性能指标与相邻交叉口相位差等协调控制变量之间的相关关系；曲大义基于相邻信号交叉口的车流到达特性，针对各种状况下关联交叉口间的排队集结与消散，建立了干线协调控制相位差优化模型；鄢小文通过分析不同周期下相邻交叉口间的车流到达规律，利用交通波理论建立了不同周期相邻交叉口间的延误模型，并提出了基于最小延误的不同周期交叉口间的相位差优化方法。
对于饱和度较高的路段，相比绿波带带宽及延误，周期性的长距离排队是城市交通管理者及实际交通参与者更迫切期待解决的问题，而现有对排队长度研究主要集中于如何利用先进交通检测技术精准估计路段排队长度，鲜有考虑排队长度的影响程度、以排队长度影响最小为干道协调优化目标的研究。
发明内容
为了解决现有技术对排队长度研究鲜有考虑排队长度的影响程度、以排队长度影响最小为干道协调优化目标进行研究的不足，本发明提供了一种高饱和度路段上下游交叉口间的相位差优化方法。本发明首先使用适用于高和度路段的冲击波理论描述存在直行、左转、右转三股汇入车流时下游交叉口排队车辆的集结-消散过程，其次建立相邻交叉口间的排队长度模型与延误模型，定义排队影响权重，提出了上下行加权排队总长最小作为主、总延误最小为次的相位差分层优化方法。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法，包括以下步骤：
步骤S1：路段说明及建系，具体包括以下步骤：
步骤S101:路段几何条件及上下游相位设置，有相邻十字交叉口Ia、Ib，路段Ia Ib长度为L，公共信号周期为C，皆设置为三相位，相序依次为相位1南北直行、相位2南北左转、相位3东西放行，依相序用
Figure GDA0002516009380000021
表示交叉口Ia各相位时长，用
Figure GDA0002516009380000022
表示交叉口Ib各相位时长，不考虑黄灯时间与全红时间，即
Figure GDA0002516009380000023
下游交叉口Ib相位1相对上游交叉口Ia相位1的红灯相位差为
Figure GDA0002516009380000024
上游交叉口Ia相位1相对下游交叉口Ib相位1的红灯相位差可为
Figure GDA0002516009380000025
各股车流平均速度km/h等于路段下行车速vab；
步骤S102：进行建系；以交叉口Ib西进口停车线为初始距离建立距离轴，方向指向交叉口Ia，初始距离l＝0m；以Ib交叉口第n个周期相位1红灯起始时刻为初始时刻建立时间轴，初始时刻t＝0s；
步骤S2：路段排队长度与延误建模，具体包括以下步骤：
步骤S201：排队长度建模：t＝0时，到达车流
Figure GDA0002516009380000026
自停车线起停车排队，车流状态由
Figure GDA0002516009380000027
变为停车状态(0,kj)，同时产生波速为
Figure GDA0002516009380000028
的排队波向Ia传播；
Figure GDA0002516009380000031
时，波速为
Figure GDA0002516009380000032
的排队波传播了
Figure GDA0002516009380000033
的时长后，与
Figure GDA0002516009380000034
进入路段时产生的到达波相遇，
Figure GDA0002516009380000035
的车流状态由
Figure GDA0002516009380000036
向停车状态(0,kj)转变，排队波波速变为
Figure GDA0002516009380000037
有
Figure GDA0002516009380000038
Figure GDA0002516009380000039
时，波速
Figure GDA00025160093800000310
的排队波传播了
Figure GDA00025160093800000311
的时长后与
Figure GDA00025160093800000312
的到达波相遇，波速变为
Figure GDA00025160093800000313
时，波速
Figure GDA00025160093800000314
的排队波传播了
Figure GDA00025160093800000315
的时长后与
Figure GDA00025160093800000316
的到达波相遇，波速变为
Figure GDA00025160093800000317
有
Figure GDA00025160093800000318
Figure GDA00025160093800000319
Figure GDA00025160093800000320
Figure GDA00025160093800000321
时，交叉口Ib相位1绿灯起亮，停车线后的车流由停车状态(0,kj)转变为消散状态(qm,km)，产生波速为uj,m的消散波向Ia传播，有
Figure GDA00025160093800000322
Figure GDA00025160093800000323
时，波速
Figure GDA00025160093800000324
的排队波传播了
Figure GDA00025160093800000325
时长后与消散波相遇，路段排队长度达到最大值
Figure GDA00025160093800000326
时，有
Figure GDA00025160093800000327
到达状态车流参数说明：其中，
Figure GDA0002516009380000041
表示初始时刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第1股车流，车辆状态
Figure GDA0002516009380000042
其中
Figure GDA0002516009380000043
表示车流
Figure GDA0002516009380000044
的车流流量(pcu/h)，
Figure GDA0002516009380000045
表示车流
Figure GDA0002516009380000046
的密集程度即车流密度(pcu/km)，且由交通流特性可知，
Figure GDA0002516009380000047
类似的，用
Figure GDA0002516009380000048
表示刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第2股车流，车流状态
Figure GDA0002516009380000049
用
Figure GDA00025160093800000410
表示刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第3股车流，车流状态
Figure GDA00025160093800000411
用
Figure GDA00025160093800000412
表示第刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第4股车流，车流状态
Figure GDA00025160093800000413
且车流
Figure GDA00025160093800000414
与车流
Figure GDA00025160093800000415
是上游交叉口Ia经由相同相位进入路段Ia Ib；
排队状态和消散状态车流参数说明：当车流到达停止线时，会依次停车等待，此时车流流量为0，令停车状态车流密度为kj，则车流停车状态表示为(0,kj)，通常
Figure GDA00025160093800000416
当绿灯起亮时，车流由停车状态转变为消散状态离开交叉口，令消散状态的车流流量为qm，通常为路段的最大通行能力，令消散状态的车流密度为km，则车流消散状态表示为(qm,km)；
交通波参数说明：由交通流的冲击波理论，指在交通密度和流量的变化处，交通流会产生一个与拥挤交通流方向相反的波，波速取决于前后流量变化与密度变化的比值，以第n个周期
Figure GDA00025160093800000417
车流到达停车线时的情形为例进行说明：车流状态由
Figure GDA00025160093800000418
变为停车状态(0,kj)，自停车线起产生排队波，波速(km/h)表示为
Figure GDA00025160093800000419
有
Figure GDA00025160093800000420
波速为负，表示其方向向后；类似地，用
Figure GDA0002516009380000051
分别表示车流
Figure GDA0002516009380000052
Figure GDA0002516009380000053
由到达状态转变为停车状态时产生的排队波波速，用uj,m、
Figure GDA0002516009380000054
分别表示停车状态车流、车流
Figure GDA0002516009380000055
转变为消散状态时产生的消散波波速。因计算表达需要，下文中用
Figure GDA0002516009380000056
表示波速为
Figure GDA0002516009380000057
的排队波传播之时长，类似地
Figure GDA0002516009380000058
表示波速为
Figure GDA0002516009380000059
的排队波传播之时长；
步骤S202：延误时间建模：延误是因信号控制造成车流状态改变，实际行驶时长相对车流状态不变通过路段所增加的时长，即实际行驶时长与以到达车速驶过排队路段的时间差，可分为排队延误和消散延误，对车流排队消散的分析如下；
Figure GDA00025160093800000510
时，最大排队处与Ib间的车辆自停车状态(0,kj)完全转变成消散状态(qm,km)，自Ia到达最大排队处的车流为
Figure GDA00025160093800000511
车流状态为
Figure GDA00025160093800000512
两不同的车流状态间产生波速为
Figure GDA00025160093800000513
的离去波向Ib传播，有
Figure GDA00025160093800000514
假定排队车辆均清空，则
Figure GDA00025160093800000515
时，离去波在初始周期结束前到达Ib，消散状态车流全部驶离交叉口Ib，有
Figure GDA00025160093800000516
以排队演变分分析与排队消散分析为基础，构建延误模型，
Figure GDA00025160093800000517
表示到达车流
Figure GDA00025160093800000518
形成的排队波、消散波与头车轨迹、后续车流
Figure GDA00025160093800000519
的头车轨迹围成的面积，
Figure GDA00025160093800000520
表示后续车流
Figure GDA00025160093800000521
对应围成的面积；
Figure GDA00025160093800000522
表示
Figure GDA00025160093800000523
形成的消散波、离去波与头车轨迹、后续车流
Figure GDA00025160093800000524
头车轨迹所围成的面积，
Figure GDA00025160093800000525
Figure GDA00025160093800000526
表示后续车流
Figure GDA00025160093800000527
对应围成的面积；车流延误可用各区域的面积与对应车流密度的相乘得到，
Figure GDA00025160093800000528
Dn表示第n周期的总排队延误、总消散延误、总延误，有
Figure GDA0002516009380000061
步骤S3：提出高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法,具体包括以下步骤:
步骤S301:定义排队长度影响系数：
高饱和度城市路段常出现周期性长距离排队甚至溢流，不同情形下，同一路段上、下行方向排队长度的影响也存在不同，通常有以下情形：
(1)路段上、下行方向所处道路环境对排队长度无特殊要求；
(2)路段某方向的下游路段易出现溢流现象，该方向的排队长度适当增加将有利于下游的溢流控制；
(3)路段某方向上设有一重要场所的出入口，当该方向的排队车辆超过出入口位置时，出入车辆需停车等待直至排队消散至出入口处；
故定义路段上下行加权总长ΔL，上下行总延误D，有
Figure GDA0002516009380000062
式中：
Figure GDA0002516009380000063
分表示上、下行最大排队长度；αu、αd分别表示上、下行排队长度影响权重，其取值规则为：在情形(1)下取值1，情形(2)下结合实际取大于1值，情形(3)下结合实际取小于1值；Du、Dd分别表示上、下行延误；
步骤S302：对相位差进行优化，依次以minΔL和minD作为目标建立相位差优化流程，对相位差进行分层求解。
优选的，步骤S302的具体步骤如下：
步骤S303：输入上下游交叉口信号参数、交通流参数，并根据路段环境特征，确定上、下行排队长度影响权重αu、αd；
步骤S304：令相位差
Figure GDA0002516009380000064
判段初始周期到达车流归属，依次建立排队长度模型、延误模型；
步骤S305：以1s为步长，使用枚举法遍历
Figure GDA0002516009380000065
同时计算并存储相应相位差下的ΔL、D；
步骤S306：以minΔL为第一层优化目标，寻找对应的相位差取值范围，得到有效解空间；
步骤S307：以minD为第二层优化目标，从上一层优化的有效解空间中得到最优相位差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过分析存在直行、左转、右转三股汇入车流情形下的路段排队演变，构建了更具有广泛适用性的排队长度模型，现有研究中往往忽略左转或右转车流汇入而导致理论模型在实际应用中存在一定制约性。
2、相比现有基于最小延误的相位差优化方法，本发明所提出的优化方法更符合城市交通管理者及实际交通参与者对于路段协调控制目标的期望，能够获得更优的综合效益。
3、本发明为为城市交通拥堵主动防控及快速疏导问题的解决提供方法支持。
附图说明
图1为高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法解析图。
图2为路段几何条件及相位设置示意图。
图3为排队演变分析示意图。
图4为延误分析示意图。
图5为路网参数输入参数图。
图6为路网配时信息图。
图7为仿真实验结果图。
图8为本发明的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、图3以及图4所示，一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法，包括以下步骤：
步骤S1：路段说明及建系，具体包括以下步骤：
步骤S101:路段几何条件及上下游相位设置，有相邻十字交叉口Ia、Ib，路段Ia Ib长度为L，公共信号周期为C，皆设置为三相位，相序依次为相位1南北直行、相位2南北左转、相位3东西放行，依相序用
Figure GDA0002516009380000071
表示交叉口Ia各相位时长，用
Figure GDA0002516009380000081
表示交叉口Ib各相位时长，不考虑黄灯时间与全红时间，即
Figure GDA0002516009380000082
下游交叉口Ib相位1相对上游交叉口Ia相位1的红灯相位差为
Figure GDA0002516009380000083
上游交叉口Ia相位1相对下游交叉口Ib相位1的红灯相位差可为
Figure GDA0002516009380000084
各股车流平均速度km/h等于路段下行车速vab；
步骤S102：进行建系；以交叉口Ib西进口停车线为初始距离建立距离轴，方向指向交叉口Ia，初始距离l＝0m；以Ib交叉口第n个周期相位1红灯起始时刻为初始时刻建立时间轴，初始时刻t＝0s；
步骤S2：路段排队长度与延误建模，具体包括以下步骤：
步骤S201：排队长度建模：t＝0时，到达车流
Figure GDA0002516009380000085
自停车线起停车排队，车流状态由
Figure GDA0002516009380000086
变为停车状态(0,kj)，同时产生波速为
Figure GDA0002516009380000087
的排队波向Ia传播；
Figure GDA0002516009380000088
时，波速为
Figure GDA0002516009380000089
的排队波传播了
Figure GDA00025160093800000810
的时长后，与
Figure GDA00025160093800000811
进入路段时产生的到达波相遇，
Figure GDA00025160093800000812
的车流状态由
Figure GDA00025160093800000813
向停车状态(0,kj)转变，排队波波速变为
Figure GDA00025160093800000814
有
Figure GDA00025160093800000815
Figure GDA00025160093800000816
时，波速
Figure GDA00025160093800000817
的排队波传播了
Figure GDA00025160093800000818
的时长后与
Figure GDA00025160093800000819
的到达波相遇，波速变为
Figure GDA00025160093800000820
时，波速
Figure GDA00025160093800000821
的排队波传播了
Figure GDA00025160093800000822
的时长后与
Figure GDA00025160093800000823
的到达波相遇，波速变为
Figure GDA00025160093800000824
有
Figure GDA00025160093800000825
Figure GDA00025160093800000826
Figure GDA00025160093800000827
Figure GDA0002516009380000091
时，交叉口Ib相位1绿灯起亮，停车线后的车流由停车状态(0,kj)转变为消散状态(qm,km)，产生波速为uj,m的消散波向Ia传播，有
Figure GDA0002516009380000092
Figure GDA0002516009380000093
时，波速
Figure GDA0002516009380000094
的排队波传播了
Figure GDA0002516009380000095
时长后与消散波相遇，路段排队长度达到最大值
Figure GDA0002516009380000096
时，有
Figure GDA0002516009380000097
参数说明:
到达状态车流参数说明：其中，
Figure GDA0002516009380000098
表示初始时刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第1股车流，车辆状态
Figure GDA0002516009380000099
其中
Figure GDA00025160093800000910
表示车流
Figure GDA00025160093800000911
的车流流量(pcu/h)，
Figure GDA00025160093800000912
表示车流
Figure GDA00025160093800000913
的密集程度即车流密度(pcu/km)，且由交通流特性可知，
Figure GDA00025160093800000914
类似的，用
Figure GDA00025160093800000915
表示刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第2股车流，车流状态
Figure GDA00025160093800000916
用
Figure GDA00025160093800000917
表示刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第3股车流，车流状态
Figure GDA00025160093800000918
用
Figure GDA00025160093800000919
表示第刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第4股车流，车流状态
Figure GDA00025160093800000920
且车流
Figure GDA00025160093800000921
与车流
Figure GDA00025160093800000922
是上游交叉口Ia经由相同相位进入路段Ia Ib；
排队状态和消散状态车流参数说明：当车流到达停止线时，会依次停车等待，此时车流流量为0，令停车状态车流密度为kj，则车流停车状态表示为(0,kj)，通常
Figure GDA00025160093800000923
当绿灯起亮时，车流由停车状态转变为消散状态离开交叉口，令消散状态的车流流量为qm，通常为路段的最大通行能力，令消散状态的车流密度为km，则车流消散状态表示为(qm,km)；
交通波参数说明：由交通流的冲击波理论，指在交通密度和流量的变化处，交通流会产生一个与拥挤交通流方向相反的波，波速取决于前后流量变化与密度变化的比值，以第n个周期
Figure GDA0002516009380000101
车流到达停车线时的情形为例进行说明：车流状态由
Figure GDA0002516009380000102
变为停车状态(0,kj)，自停车线起产生排队波，波速(km/h)表示为
Figure GDA0002516009380000103
有
Figure GDA0002516009380000104
波速为负，表示其方向向后；类似地，用
Figure GDA0002516009380000105
分别表示车流
Figure GDA0002516009380000106
Figure GDA0002516009380000107
由到达状态转变为停车状态时产生的排队波波速，用uj,m、
Figure GDA0002516009380000108
分别表示停车状态车流、车流
Figure GDA0002516009380000109
转变为消散状态时产生的消散波波速。因计算表达需要，下文中用
Figure GDA00025160093800001010
表示波速为
Figure GDA00025160093800001011
的排队波传播之时长，类似地
Figure GDA00025160093800001012
表示波速为
Figure GDA00025160093800001013
的排队波传播之时长；
步骤S202：延误时间建模：延误是因信号控制造成车流状态改变，实际行驶时长相对车流状态不变通过路段所增加的时长，即实际行驶时长与以到达车速驶过排队路段的时间差，可分为排队延误和消散延误，对车流排队消散的分析如下；
Figure GDA00025160093800001014
时，最大排队处与Ib间的车辆自停车状态(0,kj)完全转变成消散状态(qm,km)，自Ia到达最大排队处的车流为
Figure GDA00025160093800001015
车流状态为
Figure GDA00025160093800001016
两不同的车流状态间产生波速为
Figure GDA00025160093800001017
的离去波向Ib传播，有
Figure GDA00025160093800001018
假定排队车辆均清空，则
Figure GDA00025160093800001019
时，离去波在初始周期结束前到达Ib，消散状态车流全部驶离交叉口Ib，有
Figure GDA0002516009380000111
以排队演变分分析与排队消散分析为基础，构建延误模型，
Figure GDA0002516009380000112
表示到达车流
Figure GDA0002516009380000113
形成的排队波、消散波与头车轨迹、后续车流
Figure GDA0002516009380000114
的头车轨迹围成的面积，
Figure GDA0002516009380000115
表示后续车流
Figure GDA0002516009380000116
对应围成的面积；
Figure GDA0002516009380000117
表示
Figure GDA0002516009380000118
形成的消散波、离去波与头车轨迹、后续车流
Figure GDA0002516009380000119
头车轨迹所围成的面积，
Figure GDA00025160093800001110
Figure GDA00025160093800001111
表示后续车流
Figure GDA00025160093800001112
对应围成的面积；车流延误可用各区域的面积与对应车流密度的相乘得到，
Figure GDA00025160093800001113
Dn表示第n周期的总排队延误、总消散延误、总延误，有
Figure GDA00025160093800001114
步骤S3：提出高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法,具体包括以下步骤:
步骤S301:定义排队长度影响系数：
高饱和度城市路段常出现周期性长距离排队甚至溢流，不同情形下，同一路段上、下行方向排队长度的影响也存在不同，通常有以下情形：
(1)路段上、下行方向所处道路环境对排队长度无特殊要求；
(2)路段某方向的下游路段易出现溢流现象，该方向的排队长度适当增加将有利于下游的溢流控制；
(3)路段某方向上设有一重要场所的出入口，当该方向的排队车辆超过出入口位置时，出入车辆需停车等待直至排队消散至出入口处；
故定义路段上下行加权总长ΔL，上下行总延误D，有
Figure GDA00025160093800001115
式中：
Figure GDA00025160093800001116
分表示上、下行最大排队长度；αu、αd分别表示上、下行排队长度影响权重，其取值规则为：在情形(1)下取值1，情形(2)下结合实际取大于1值，情形(3)下结合实际取小于1值；Du、Dd分别表示上、下行延误；
步骤S302：对相位差进行优化，依次以minΔL和minD作为目标建立相位差优化流程，对相位差进行分层求解。
实施例2
本实施例以图2所示为仿真路段建立仿真对上述模型进行验证，包括2个交叉口(Ia、Ib)和1条路段Ia Ib，路段Ia Ib长度为L，公共信号周期为C，皆设置为三相位，相序依次为相位1南北直行、相位2南北左转、相位3东西放行，依相序用
Figure GDA0002516009380000121
表示交叉口Ia各相位时长，用
Figure GDA0002516009380000122
表示交叉口Ib各相位时长，不考虑黄灯时间与全红时间，即
Figure GDA0002516009380000123
下游交叉口Ib相位1相对上游交叉口Ia相位1的红灯相位差为
Figure GDA0002516009380000124
上游交叉口Ia相位1相对上游交叉口Ib相位1的红灯相位差可为
Figure GDA0002516009380000125
以下所指相位差均为下行红灯相位差
Figure GDA0002516009380000126
路网参数输入信息如图5所示，路网配饰信息如图6所示。
路段交通模拟结果分析：
改变仿真软件中“随机因子”参数，模拟5组仿真实验，对比本发明输出的相位差方案与基于延误最小的相位差方案所得的路段车均延误、上下行最大排队总长、平均停车次数三项指标，对高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法的结果的可靠性验证分析。两方案车均延误、上下行最大排队总长、平均停车次数的输出情况，如图7所示。
(1)上下行最大排队总长
从图7可以看出，本发明所得方案的最大排队总长明显优于基于延误最小的相位差方案，其中方案1所得上下行最大排队总长平均值为225.39m，方案2所得上下行最大排队总长平均值为255.45。本发明有效缩短了路段上下行最大排队总长。
(2)平均停车次数
从图7可以看出，本发明所得方案的平均停车次数明显优于基于延误最小的相位差方案，其中方案1所得上下行最大排队总长平均值为0.52次，方案2所得上下行最大排队总长平均值为0.58次。本发明有效减少了平均停车次数。
(3)车均延误
从图7可以看出，本发明所得方案的车均延误略高于基于延误最小的相位差方案，其中方案1所得车均延误的平均值为30.33s，方案2所得车均延误的平均值为29.56s。本发明将引发车均延误的轻微上升。
以上分析说明了高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法对路段相位差协调的可靠性。

Claims (2)

1.一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：路段说明及建系，具体包括以下步骤：
步骤S101:路段几何条件及上下游相位设置，有相邻十字交叉口Ia、Ib，路段Ia Ib长度为L，公共信号周期为C，皆设置为三相位，相序依次为相位1南北直行、相位2南北左转、相位3东西放行，依相序用
Figure FDA0002516009370000011
表示交叉口Ia各相位时长，用
Figure FDA0002516009370000012
表示交叉口Ib各相位时长，不考虑黄灯时间与全红时间，即
Figure FDA0002516009370000013
下游交叉口Ib相位1相对上游交叉口Ia相位1的红灯相位差为
Figure FDA0002516009370000014
上游交叉口Ia相位1相对下游交叉口Ib相位1的红灯相位差可为
Figure FDA0002516009370000015
各股车流平均速度km/h等于路段下行车速vab；
步骤S102：进行建系；以交叉口Ib西进口停车线为初始距离建立距离轴，方向指向交叉口Ia，初始距离l＝0m；以Ib交叉口第n个周期相位1红灯起始时刻为初始时刻建立时间轴，初始时刻t＝0s；
步骤S2：路段排队长度与延误建模，具体包括以下步骤：
步骤S201：排队长度建模：t＝0时，到达车流
Figure FDA0002516009370000016
自停车线起停车排队，车流状态由
Figure FDA0002516009370000017
变为停车状态(0,kj)，同时产生波速为
Figure FDA0002516009370000018
的排队波向Ia传播；
Figure FDA0002516009370000019
时，波速为
Figure FDA00025160093700000110
的排队波传播了
Figure FDA00025160093700000111
的时长后，与
Figure FDA00025160093700000112
进入路段时产生的到达波相遇，
Figure FDA00025160093700000113
的车流状态由
Figure FDA00025160093700000114
向停车状态(0,kj)转变，排队波波速变为
Figure FDA00025160093700000115
有
Figure FDA00025160093700000116
Figure FDA00025160093700000117
时，波速
Figure FDA00025160093700000118
的排队波传播了
Figure FDA00025160093700000119
的时长后与
Figure FDA00025160093700000120
的到达波相遇，波速变为
Figure FDA00025160093700000121
Figure FDA00025160093700000122
时，波速
Figure FDA00025160093700000123
的排队波传播了
Figure FDA00025160093700000124
的时长后与
Figure FDA00025160093700000125
的到达波相遇，波速变为
Figure FDA00025160093700000126
有
Figure FDA0002516009370000021
Figure FDA0002516009370000022
Figure FDA0002516009370000023
Figure FDA0002516009370000024
时，交叉口Ib相位1绿灯起亮，停车线后的车流由停车状态(0,kj)转变为消散状态(qm,km)，产生波速为uj,m的消散波向Ia传播，有
Figure FDA0002516009370000025
Figure FDA0002516009370000026
时，波速
Figure FDA0002516009370000027
的排队波传播了
Figure FDA0002516009370000028
时长后与消散波相遇，路段排队长度达到最大值
Figure FDA0002516009370000029
Figure FDA00025160093700000210
时，有
Figure FDA00025160093700000211
到达状态车流参数说明：其中，
Figure FDA00025160093700000212
表示初始时刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第1股车流，车辆状态
Figure FDA00025160093700000213
其中
Figure FDA00025160093700000214
表示车流
Figure FDA00025160093700000215
的车流流量(pcu/h)，
Figure FDA00025160093700000216
表示车流
Figure FDA00025160093700000217
的密集程度即车流密度(pcu/km)，且由交通流特性可知，
Figure FDA00025160093700000218
类似的，用
Figure FDA00025160093700000219
表示刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第2股车流，车流状态
Figure FDA00025160093700000220
用
Figure FDA00025160093700000221
表示刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第3股车流，车流状态
Figure FDA00025160093700000222
用
Figure FDA00025160093700000223
表示第刻由上游交叉口Ia到达下游交叉口Ib的第4股车流，车流状态
Figure FDA0002516009370000031
且车流
Figure FDA0002516009370000032
与车流
Figure FDA0002516009370000033
是上游交叉口Ia经由相同相位进入路段Ia Ib；
排队状态和消散状态车流参数说明：当车流到达停止线时，会依次停车等待，此时车流流量为0，令停车状态车流密度为kj，则车流停车状态表示为(0,kj)，通常
Figure FDA0002516009370000034
当绿灯起亮时，车流由停车状态转变为消散状态离开交叉口，令消散状态的车流流量为qm，通常为路段的最大通行能力，令消散状态的车流密度为km，则车流消散状态表示为(qm,km)；
交通波参数说明：由交通流的冲击波理论，指在交通密度和流量的变化处，交通流会产生一个与拥挤交通流方向相反的波，波速取决于前后流量变化与密度变化的比值，以第n个周期
Figure FDA0002516009370000035
车流到达停车线时的情形为例进行说明：车流状态由
Figure FDA0002516009370000036
变为停车状态(0,kj)，自停车线起产生排队波，波速(km/h)表示为
Figure FDA0002516009370000037
有
Figure FDA0002516009370000038
波速为负，表示其方向向后；类似地，用
Figure FDA0002516009370000039
分别表示车流
Figure FDA00025160093700000310
Figure FDA00025160093700000311
由到达状态转变为停车状态时产生的排队波波速，用uj,m、
Figure FDA00025160093700000312
分别表示停车状态车流、车流
Figure FDA00025160093700000313
转变为消散状态时产生的消散波波速； 因计算表达需要，下文中用
Figure FDA00025160093700000314
表示波速为
Figure FDA00025160093700000315
的排队波传播之时长，类似地
Figure FDA00025160093700000316
表示波速为
Figure FDA00025160093700000317
的排队波传播之时长；
步骤S202：延误时间建模：延误是因信号控制造成车流状态改变，实际行驶时长相对车流状态不变通过路段所增加的时长，即实际行驶时长与以到达车速驶过排队路段的时间差，可分为排队延误和消散延误，对车流排队消散的分析如下；
Figure FDA0002516009370000041
时，最大排队处与Ib间的车辆自停车状态(0,kj)完全转变成消散状态(qm,km)，自Ia到达最大排队处的车流为
Figure FDA0002516009370000042
车流状态为
Figure FDA0002516009370000043
两不同的车流状态间产生波速为
Figure FDA0002516009370000044
的离去波向Ib传播，有
Figure FDA0002516009370000045
假定排队车辆均清空，则
Figure FDA0002516009370000046
时，离去波在初始周期结束前到达Ib，消散状态车流全部驶离交叉口Ib，有
Figure FDA0002516009370000047
以排队演变分分析与排队消散分析为基础，构建延误模型；
Figure FDA0002516009370000048
表示到达车流
Figure FDA0002516009370000049
形成的排队波、消散波与头车轨迹、后续车流
Figure FDA00025160093700000410
的头车轨迹围成的面积，
Figure FDA00025160093700000411
表示后续车流
Figure FDA00025160093700000412
对应围成的面积；
Figure FDA00025160093700000413
表示
Figure FDA00025160093700000414
形成的消散波、离去波与头车轨迹、后续车流
Figure FDA00025160093700000415
头车轨迹所围成的面积，
Figure FDA00025160093700000416
Figure FDA00025160093700000417
表示后续车流
Figure FDA00025160093700000418
对应围成的面积；车流延误可用各区域的面积与对应车流密度的相乘得到，
Figure FDA00025160093700000419
Dn表示第n周期的总排队延误、总消散延误、总延误，有
Figure FDA00025160093700000420
步骤S3：提出高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法,具体包括以下步骤；
步骤S301:定义排队长度影响系数；
高饱和度城市路段常出现周期性长距离排队甚至溢流，不同情形下，同一路段上、下行方向排队长度的影响也存在不同，通常有以下情形：
(1)路段上、下行方向所处道路环境对排队长度无特殊要求；
(2)路段某方向的下游路段易出现溢流现象，该方向的排队长度适当增加将有利于下游的溢流控制；
(3)路段某方向上设有一重要场所的出入口，当该方向的排队车辆超过出入口位置时，出入车辆需停车等待直至排队消散至出入口处；
故定义路段上下行加权总长ΔL，上下行总延误D，有
Figure FDA0002516009370000051
式中：
Figure FDA0002516009370000052
分表示上、下行最大排队长度；αu、αd分别表示上、下行排队长度影响权重，其取值规则为：在情形(1)下取值1，情形(2)下结合实际取大于1值，情形(3)下结合实际取小于1值；Du、Dd分别表示上、下行延误；
步骤S302：对相位差进行优化，依次以minΔL和minD作为目标建立相位差优化流程，对相位差进行分层求解。
2.根据权利要求1所述的一种高饱和度路段上下游交叉口间相位差优化方法，其特征在于，步骤S302的具体步骤如下：
步骤S303：输入上下游交叉口信号参数、交通流参数，并根据路段环境特征，确定上、下行排队长度影响权重αu、αd；
步骤S304：令相位差
Figure FDA0002516009370000053
判段初始周期到达车流归属，依次建立排队长度模型、延误模型；
步骤S305：以1s为步长，使用枚举法遍历
Figure FDA0002516009370000054
同时计算并存储相应相位差下的ΔL、D；
步骤S306：以minΔL为第一层优化目标，寻找对应的相位差取值范围，得到有效解空间；
步骤S307：以minD为第二层优化目标，从上一层优化的有效解空间中得到最优相位差。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110175692B (zh) * 2019-04-16 2023-05-02 同济大学 一种基于轨迹数据的干线交叉口协调控制方法
CN111951567B (zh) * 2019-05-14 2023-05-26 阿里巴巴集团控股有限公司 数据的处理方法、装置、设备及计算机存储介质
CN110853380B (zh) * 2019-10-15 2021-09-03 同济大学 一种基于轨迹数据的信号控制时段划分方法
CN111311949B (zh) * 2020-02-29 2021-07-16 华南理工大学 一种面向非封闭式协调线网的信号相位相序优化方法
CN111612669B (zh) * 2020-04-24 2023-04-25 浙江大华技术股份有限公司 车道排队长度估算方法、系统、计算机设备和存储介质
CN111899506B (zh) * 2020-06-12 2023-04-11 上海应用技术大学 基于电子警察数据的交通溢流判别方法
CN113284336B (zh) * 2021-04-04 2022-07-26 北方工业大学 一种用于计算上下游路口协调度的通行状态表征方法
CN113706895B (zh) * 2021-08-31 2023-04-14 深圳大学 干道相位差的优化方法、装置、设备和计算机存储介质
CN114187766B (zh) * 2021-11-08 2023-04-07 航天科工广信智能技术有限公司 一种基于饱和率的道路服务水平评价方法
CN114627660B (zh) * 2022-03-11 2023-01-20 公安部交通管理科学研究所 面向非均衡交通流的交叉口信号实时迭代优化控制方法
CN115035716B (zh) * 2022-05-31 2024-04-12 上海商汤智能科技有限公司 控制信号相位差确定方法及装置、电子设备和存储介质
CN115691105B (zh) * 2022-09-06 2023-09-15 昆明理工大学 一种考虑车队离散的路段行人过街最大压信号控制方法
CN115691172B (zh) * 2022-10-26 2024-04-26 山东理工大学 高负荷状态强关联交叉口群链式防堵控制相位差优化方法
CN116434575B (zh) * 2022-12-15 2024-04-09 东南大学 一种考虑行进时间不确定性的公交绿波方案鲁棒生成方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5257194A (en) * 1991-04-30 1993-10-26 Mitsubishi Corporation Highway traffic signal local controller
US9189957B2 (en) * 2013-08-30 2015-11-17 Siemens Industry, Inc. Single cycle offset adjustment for traffic signal controllers using a threshold percentage of the cycle length
CN103927892B (zh) * 2014-04-29 2016-01-13 山东比亚科技有限公司 一种交通溢流协调控制优化模型的建立方法及其工作方法
CN104123849B (zh) * 2014-07-14 2016-06-22 昆明理工大学 一种考虑动态排队长度的相邻交叉口双向联动控制方法
CN108010345A (zh) * 2017-11-30 2018-05-08 中原智慧城市设计研究院有限公司 用于溢流防控的过饱和交通干道协调控制方法
CN108510764B (zh) * 2018-04-24 2023-11-10 南京邮电大学 一种基于q学习的多路口自适应相位差协调控制系统及方法

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