CN110363997B - 一种有施工区交叉口信号配时优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有施工区交叉口信号配时优化方法，包括如下步骤：步骤一、计算岛式施工区饱和流率；步骤二、计算进口道释放率状态变化的时刻；步骤三、计算交叉口进口道的车辆延误；步骤四、计算有施工区情况下的相位清空时间；步骤五、建立目标函数并求出最优解作为有施工区情况下的信号配时。本发明对FVD模型进行改进，提出了信号交叉口岛式施工区饱和流率模型；在车辆到达‑离去延误模型的基础上提出了岛式施工区交叉口信号优化模型；从而在存在岛式施工区交叉口最大程度上保障机动车与非机动车通行安全。本发明规划出的岛式交叉口信号优化较好，能够保证乘客具有较好的出行体验。

Description

一种有施工区交叉口信号配时优化方法

技术领域

本发明涉及一种有施工区交叉口信号配时优化方法。

背景技术

近年来，发达国家在维护和重建老旧交通设施，发展中国家在建设新的交通设施，这使得国内外高速公路和城市干线上存在大量的施工区。在美国，施工高峰期时大约有3000个施工区存在。联邦公路管理局的调查显示，道路建设是导致人们对交通系统不满意的第二个原因。根据美国能源部的报告显示驾驶员所经历的非经常性延误大约有24％是由施工区造成的。

施工区广泛存在于公路和城市道路当中，并且对道路通行能力和交通安全等有着明显的负面影响。现存关于施工区的研究主要集中在高速公路施工区，研究内容多为交通安全、通行能力、排队长度以及交通延误等等，而在城市道路施工区的研究，特别是交叉口信号配时优化研究十分有限。

现有关于施工区交通流的主要研究都关注高速公路施工区。Adeli等提出了一个针对高速公路施工区的中观交通流模型，在交通流的速度-密度关系表达式中考虑了施工区车道减少这个因素，从而建立了新的适用于速度-密度模型，该模型对于高速公路施工区具有很强的适应性。Meng等基于元胞自动机模型，提出了施工区交通流模型，该模型考虑了施工区长度和车道的减少两个因素，并采用新加坡的交通数据对模型进行了验证。Ng建立了基于元胞传输原理的施工区微观交通流模型，仅考虑了车道减少这一因素，但和之前模型相比，该模型放宽了施工区内车辆到达方式的假设，由之前的确定性变成了随机性。Weng等对相关数据进行分析，研究了驾驶员从进入施工区合流区域、通过这一区域的合并行为以及合并过程中的碰撞风险。Fei等通过考虑驾驶行为差异和车辆加速度在移动状态和起动状态之间的差异，提出了一个包含施工区的高速公路双车道元胞自动机交通流模型，其中道路被分为正常区，合并区和施工区，不同区域的车辆根据不同的车道变换规则和位置更新规则向前移动，并在文中提出了相关交通管理措施。仿真结果表明，当车辆密度较小时，施工区前的车辆密集随着车辆合并概率的减小而增大。Anvari等将社会力模型与车辆跟驰模型相结合进行改进，用于描述车辆动态运动。

当前只有有限的研究关注城市道路施工区的问题。Sadegh等研发了一款名为ARTWORK的城市道路施工区交通仿真工具，用以评价城市中交叉口附近的路段施工区对交叉口信号控制的影响。Joseph等研发了一款专门分析城市主干道上施工区的工具，用来分析和评价两信号交叉口之间存在一个施工区的交通系统。Tsyganov等采集到奥斯汀、圣安东尼奥市及休斯顿都市区等城市干道的交通事故数据，为改善城市干道施工区的交通信号控制方案提供了参考。Li和Bai[6]研究了多起在城市干道施工区发生的交通事故，发现在都存在施工区情况下交叉口的交通事故率较非交叉口低，这可能是由于交叉口车辆的相对速度较低的缘故。Heaslip等通过仿真来估计城市道路施工区多种影响因素影响下的通行能力变化，这些影响因素包括：左转车辆比例、施工区至下游交叉口的距离以及每个车道组绿信比。研究结果显示干道上的施工区会影响整条道路的通行能力，并且很大程度上受到施工区与下游交叉口间距的影响。Shaaban和Elnashar也探讨了涉及到施工区的交叉口问题，并提出了一种施工区布局策略。

当前对施工区影响下信号方面的研究十分有限。Wong对高速公路上双向邻近的两个路段施工区的信号协调控制建立了最优化模型，并采用元胞自动机对最优化模型和等饱和信号配时进行了仿真对比，结果表明，最优化模型比等饱和信号配时更加优化。Yang对路段施工区不同流量汇入时的信号控制进行了研究，分析了低流量时随着流量的增加早期汇入、常见汇入和最后汇入阶段的信号优化控制方法，并对高流量下的信号控制提出了LBSM模型，仿真结果显示车辆的延误和停车次数都得到了优化。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种有施工区交叉口信号配时优化方法，针对岛式施工区交叉口，如图1所示。通过对FVD模型进行改进，提出了信号交叉口岛式施工区饱和流率模型；在此基础上分析了交叉口进口道交通波受施工区影响下的传递过程，从而在车辆到达-离去延误模型的基础上提出了岛式施工区交叉口信号优化模型；搭建VISSIM仿真平台并对VISSIM中车辆跟驰模型参数进行了标定；最后对本发明所提出的模型采用VISSIM仿真软件对两种配时策略下的信号配时进行实例仿真。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种有施工区交叉口信号配时优化方法，包括如下步骤：

步骤一、计算岛式施工区饱和流率；

步骤二、计算进口道释放率状态变化的时刻；

步骤三、计算交叉口进口道的车辆延误；

步骤四、计算有施工区情况下的相位清空时间；

步骤五、建立目标函数并求出最优解作为有施工区情况下的信号配时。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1)全面性：本发明中充分考虑了信号周期结束时没有排队和有排队车辆两种情况对交通波在岛式施工区交叉口进口道的传递过程，以及对交叉口进口道非饱与饱和两种状态下的车辆延误，并且从两相位和四相位信号配时情况对相位延误求最优解。

2)安全性：本发明对FVD模型进行改进，提出了信号交叉口岛式施工区饱和流率模型；在车辆到达-离去延误模型的基础上提出了岛式施工区交叉口信号优化模型；从而在存在岛式施工区交叉口最大程度上保障机动车与非机动车通行安全。

3)最优性：本发明采用了车均延误、排队长度作为评价指标比较方案的改进效果。选取计算结果中各相相位延误相加最小作为最优结果。在两相位和四相位信号配时情况下，通过信号优化，仿真验证表明排队和延误均减少。因而本发明规划出的岛式交叉口信号优化较好，能够保证乘客具有较好的出行体验。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为岛式施工区交叉口示意图；

图2为交叉口车辆运行轨迹图；

图3为平面曲线图；

图4为无排队时交叉口进口道交通波图；

图5为有排队时交叉口进口道交通波图；

图6为非饱和状态下车辆到达-离去曲线图；

图7为过饱和状态下车辆到达-离去曲线图；

图8为岛式施工区直行车辆路径图。

具体实施方式

一种有施工区交叉口信号配时优化方法，包括如下内容：

一、岛式施工区饱和流率模块

岛式施工区饱和流率模块建立了交叉口岛式施工区车辆跟驰模型，进一步提出了岛式施工区饱和流率计算模型，并收集数据对模型相关参数进行标定。

(1)岛式施工区车辆跟驰行为建模

饱和流率是进行信号交叉口配时时的一个十分关键的指标，为了计算岛式施工区的饱和流率，本发明考虑岛式施工区的特征，对现有的跟驰模型进行改进，从而用来计算岛式施工区的饱和流率。本发明对现有的最优速度车辆跟驰模型进行改进，获得适用于交叉口岛式施工区的新的车辆跟驰模型。最优速度车辆跟驰模型能比较好地模拟车辆跟驰行为，同时具有表达式简单，容易进行数据推导和变形的优点。首个最优速度车辆跟驰模型是由Bando等提出的，之后Jiang等考虑了正负速度差对跟驰车辆的影响，提出了全速差OV模型(Full Velocity Difference Model)。本发明就是对FVD模型进行改进，建立施工区车辆跟驰模型。FVD模型的表达式如下：

式中，κ＞0为司机敏感系数；λ≥0为速度差的反应系数单位；Δx＝x_n+1(t)-x_n(t)为后车n和前车n+1的间距；Δv＝v_n+1(t)-v_n(t)为车辆n和n+1的速度差；x_n+1(t)和v_n+1(t)分别为车辆n+1的位置和速度；x_n(t)和v_n(t)分别为车辆n的位移和速度；V(Δx)为最优速度，它的表达式如下：

式中，v_max为车辆行驶的最大速度，一般为道路限速，h_c为车辆之间的安全间距。

岛式施工区的存在大大影响了车辆通过交叉口的驾驶行为。由于施工区的存在，车辆不可能像没有施工区的时候，沿直线通过交叉口，而是需要通过一个曲线绕过施工区，如图2所示。车辆进入交叉口以后，需要经过弯道L₁，直道L₂和弯道L₃，才能驶离交叉口。其中，弯道L₁对车辆通过有施工区交叉口形成了瓶颈，交叉口的饱和流率受限于弯道的几何特征。所以，岛式施工区的车辆跟驰模型实质上就是建立车辆通过弯道L₁时的车辆跟驰模型。

在FVD跟驰模型中，v_max一般取直线道路的限速，但当存在施工区时，除了道路限速还会受到弯道曲率等因素的影响，所以v_max的取值为弯道最大通过速度和道路限速之间的最小值，则有：

v_max＝min(V,V_c) (3)

其中，V为交叉口限速；V_c为车辆通过弯道的最大通行速度。可使用速度与平面曲度之间的关系模型进行计算，表达式如下：

V_C＝77.3-0.145B (4)

式中，B为平面曲度，使用下式进行计算:

B＝(θ₁+θ₂)/L (5)

其中，θ₁和θ₂为转弯弧度；L为路段总长，如图3所示。

将最大速度限制添加到FVD模型方程当中，则岛式施工区车辆跟驰模型改进如下：

式中，Δx'为弯道上前后两辆车之间的弧段长度；h_c为行驶安全间距；L为路段总长。

在均衡状态下，可通过车辆跟驰模型得到有施工区交叉口的饱和流率。令式(6)中的跟驰车辆和前车的速度相同，得到下式：

由公式(7)可以得到：

则根据公式(8)和车头时距公式，可得到岛式施工区饱和流率的表达式如下：

从公式(9)可以看出，岛式施工区的饱和流率是通过岛式施工区交叉口的交通流平均速度v_n的函数。由于岛式施工区的存在，交叉口交通流的平均速度也受到了影响，所以需要对车辆平均速度进行建模。平均速度与施工区和交叉口的几何尺寸相关，所以本发明建立了如下平均速度计算模型：

v_n＝a₀+a₁ENW+a₂EXW+a₃WL+a₄MD+a₅WSD+a₆WED (10)

式中，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为待标定的参数；ENW为进口道宽度；EXW为出口道宽度；施工区占用交叉口的长度WL和宽度WD；施工区上边界到进口道分隔带距离MD；施工区距离进口道停车线距离WSD；施工区到出口道距离WED。

根据公式(9)和(10)最终可以得到岛式施工区信号交叉口的饱和流率，从而为进一步获得进行岛式施工区信号交叉口通行能力提供了计算方法。

(2)模型标定与验证

1数据调查

为了对建立的岛式施工区交叉口饱和流率模型进行标定和验证，本发明采集了真实的岛式施工区交叉口交通流数据。数据采集的地点为正在进行地铁建设的某省会城市，城市内有大量的施工区存在。采集了两个岛式施工区信号交叉口的数据，数据采集时间为晚高峰时段(17:30～19:00)，采集的方式是通过拍摄车流量视频，然后对视频中的交叉口进口车道各方向的交通量、到达流率、饱和流率、平均速度、信号灯等信息进行提取。采集10个周期的平均数据作为最终进行模型标定和验证的数据，其中一个施工区数据用来进行模型标定，另一个施工区数据进行模型验证。表1为采集的交通流数据。

表1施工区信号交叉口调研数据

2标定与验证方法

本发明参数的标定采用的是求非线性规划最优解的形式，也是目前有关模型进行参数标定比较常见的方法。自变量取为待标定的各个参数，目标函数可取待标定模型产生的数据与实测数据的差值取最小。用各个参数的取值范围作为该非线性最优化问题约束条件，得到下面的非线性规划的形式：

式中：ω为目标函数值，表示标定模型模拟施工区速度Z_s与真实速度Z_r的差值；M为标定数据总量；p为待标定的参数的向量集，各参数取值范围为0～1；g_i(p)为关于p的第i个线性的约束条件；h_j(p)为关于p的第j个非线性的约束条件；n_g、n_h分别是上述线性与非线性约束条件的数目。

解非线性问题可以使用遗传算法进行求解，对于最优化问题，利用在MATLAB自带算法工具箱中遗传算法GA函数进行编程便能得到最优目标函数，从而确定最优目标函数下的最优参数集，其最优参数求解结果如下表2所示。将岛式施工区标定的速度代入到饱和流率计算公式中，便可求得岛式施工区饱和流率。为了对拟合速度求出的饱和流率结果进行评价，选取平均绝对误差(MAE，Mean Absolute Error)、平均绝对相对误差(MARE，MeanAbsolute Relative Error)与泰尔的不平等系数U对结果进行评价。

其中，Z_r,k，Z_s,k分别表示第k次仿真对应的饱和流率的实际数据与仿真数据；N表示仿真次数。

3结果分析

选取最佳拟合结果作为速度拟合参数最终值，如表2所示。表3为模型标定的精度，从表中可以看出，模型计算岛式施工区饱和流率结果与真实数据较接近，特别是在验证中，MARE的值都是小于0.15的，说明误差在15％以后，模型拟合的精度比较高。

表2最优参数结果

表3结果评价

二、岛式施工区信号交叉口配时模块

根据岛式施工区交通流特征分析了车辆到达离去规律，建立了新的交通延误模型，并进一步提出了岛式施工区最优信号配时方法。

(1)岛式施工区信号交叉口交通波分析

无施工区影响下，绿灯信号开始后停车波与启动波交汇时，消散波产生，车辆以饱和流率消散和对应的速度驶离交叉口。但在岛式施工区影响下，绿灯信号开始后进口道释放率开始从饱和流率释放，由于受到岛式施工区的限制，进口道释放率随后会下降到岛式施工区饱和流率。根据岛式施工区饱和流率模型，可以得到岛式施工区影响下车辆通过岛式施工区的饱和流率和速度。在有施工区时进口道释放率从绿灯开始到结束存在从饱和流率到岛式施工区饱和流率两个状态，所以必须求得释放率状态变化的时刻，才能对进口道延误进行计算，进而对交叉口的信号配时进行优化。

由于岛式施工区对交叉口进口道的影响主要体现为对进口道释放率的影响，其交通波的传递过程和没有施工区时基本相同，所以可以用交通波对进口道释放率状态的变化进行分析。本发明将分信号周期结束时没有排队和有排队车辆两种情况对交通波在岛式施工区交叉口进口道的传递过程进行分析并计算进口道释放率状态变化的时刻t₁的大小。

(1)信号周期结束时没有排队

图4为信号周期结束时没有排队情况下的交通波示意图。横轴t为时间，纵轴x为车辆到进口道的距离，图中斜线m₁为进口道车辆的停车波，斜线m₂为启动波，斜线m₃为消散波，c、r、g分别为信号周期时长、有效红灯时间和有效绿灯时间，t₁为进口道释放率从饱和流率变为施工区饱和流率时的时刻。如图4所示，红灯开始后，到达交叉口的车辆在停车线后不断排队，形成排队停车波；当绿灯开始后，车辆开始驶离停车线；当启动波与停车波交汇时，此时排队车辆开始进行消散，消散波产生，由于施工区的存在，消散波波速此时为施工区饱和流率下的速度，最后信号周期结束时车辆完全消散。

红灯开启时，停车波开始产生并向上游蔓延，排队波波速为：

式中，w_q为停车波速，q为到达流率，ρ为到达交通流密度，ρ_j为最大交通流密度。

绿灯开启时，启动波开始产生并向上游蔓延，停车波继续传播，直到二者交汇停止传播。启动波波速为：

式中，q_m为进口道饱和流率，v_m为饱和流率下的车辆通行速度。

当启动波传递到停车线前排队队尾时，此时停车线前的排队长度最长，消散波此时向下游蔓延。若交叉口无施工区，车辆将以饱和流率释放，但当交叉口有施工区影响时，车辆释放率下降为施工区所允许的饱和流率，则根据式(15)和(16)可得有施工区情况下的交叉口消散波波速w_d和进口道释放率变化时刻t₁为：

w_d＝v_wz (17)

式中，v_wz为施工区饱和流率对应下的车辆速度。

(2)信号周期结束时存在排队

如果在一个给定的信号配时周期结束时，进口道有车辆不能驶离停车线，则信号周期结束时未通过车辆产生压缩波，从而在周期结束时产生排队车辆，则以此类推，在下一周期和以后的周期结束时同样会产生排队车辆，所以信号周期结束存在排队时进口道的交通波状态可以用如图5所示的第二周期来表示。在图5中，t₁′和t₁为进口道释放率从饱和流率下降到施工区饱和流率时在第一和第二信号周期内的所在时刻，t₂为第一周期结束时未消散车辆压缩波在第二周期内传递所需的时间。

在第一个周期内，与信号周期结束时没有排队的情况相似，一开始到达车辆的排队波为w_q，绿灯开始后启动波为w_s，交通流的消散波波速为w_d，在绿灯信号结束时，未通过的车辆的排队波w_c和停车波蔓延时间t₁′为：

式中，q_wz为施工区饱和流率，v_wz为施工区饱和流率下的通行速度。

则在第一个周期结束后，压缩波在下一周期的持续时间t₂可以由如下公式求得：

(c-t′₁+t₂)·w_d+w_c·t₂＝w_s·t′₁ (21)

从而求得

在第二周期时，根据排队波w_q、压缩波w_c以及启动波w_s，可以得到进口道释放率变化时刻t₁存在如下关系式：

t₂·w′_q+(t₁-t₂)·w_q＝w_s·(t₁-r) (23)

从而信号周期结束时存在排队情况下，进口道释放率变化时刻t₁的公式为：

(2)岛式施工区信号交叉口信号控制算法

1交叉口进口道车辆延误算法

交叉口进口道的车辆延误可以利用车辆到达-离去曲线进行计算，由于岛式施工区对交叉口进口道的影响主要体现为对进口道释放率的影响，进口道释放率从绿灯开始到结束存在从饱和流率到岛式施工区饱和流率两个状态，所以在求得释放率状态变化的时刻t₁后，便可以对交叉口进口道车辆延误进行计算。本文将对进口道非饱和与饱和两种状态下的车辆延误进行讨论。

(1)非饱和状态下进口道延误计算

假设在一个信号周期内车辆的到达率和进口道通过能力为常数，则车辆的受阻延误与车辆到达率的关系可以用图6的车辆到达-离去曲线进行计算。在图6中，横轴t为时间，纵轴p为累计车辆数。在一个信号周期内，进口方向全部车辆的相位延误D等于阴影多边形OABC的面积。

没有施工区影响时进口道释放率为定值，当有施工区时，受到施工区的影响，从绿灯开始到结束过程中，进口道释放率从原饱和流率变为岛式施工区饱和流率。进口道释放率变化的时刻为t₁，大小分别为q_m和q_wz。因此阴影部分的面积大小，即进口道的延误D为：

(2)过饱和进口道延误算法

图7为过饱和信号周期中车辆的受阻延误情况，同样，图中阴影部分的面积即为过饱和情况下的车辆延误。在图7中，n为在信号周期开始时进口道滞留排队车辆数，n′为信号周期结束时滞留排队车辆数。

则信号周期内该进口方向的车辆延误D′和周期结束时排队车辆数n′为：

n′＝n+qc-q_wz(c-t₁)-q_m(t₁-r) (27)

如果进口道周期结束时排队车辆数n′大于初始排队车辆数n，排队队长会随着周期数的增加而造成排队上溯，所以进口道排队长度应当处于稳定状态以避免排队上溯，则信号周期结束时应当保证n′≤n。

2清空时间计算

相位清空时间通常采用黄灯时间，但由于交通流受施工区影响通行速度降低，在黄灯时间结束后，可能存在相位交通流未完全通过交叉口而与另一相位交通流相冲突的情况，将造成不同相位之间相互干扰，因此，本发明需要对有施工区情况下的相位清空时间进行重新计算。图8为施工区直行车辆路径示意图，根据图8可以计算交通流从西进口道到东进口道到达冲突点的距离，由第一段弯道、第二段直道和最后弯道的一半组成，其计算公式如下：

式中，θ₁和θ₂为弯道转弯弧度；r₁和r₂为弯道半径；L为施工区长度。

则交通流从进口道到完全通过冲突点所需时间为：

式中，t_c为到达冲突点的时间。

设施工区长为L，施工区上边界到东进口道和西出口道中间分隔带的距离分别为w₁，w₂，施工区到东进口道和西出口道的距离分别为L₁，L₂。

则从东进口道到西出口道的第一个弯道转弯弧度θ₁和半径r₁以及从东进口道到西出口的第二个弯道转弯弧度θ₂和半径r₂为：

将半径和弧度代入到公式(28)和(29)中，便可求得从东进口道到西出口道相位的清空时间t_c为：

同理，其余各进口道转弯弧度和半径以及相对应相位的清空时间便可以求得。

3目标函数确定

相位延误是交叉口信号控制中重要的评价指标，通过对相位延误分析可获知车辆通过交叉口时的受阻情况和信号控制效果，因此本发明选取以延误最小为目标函数进行有施工区情况下的信号配时。表达式如下：

式中，D(i)为第i个相位延误时间，N为相位总数。

在信号交叉口内存在施工区时，交叉口车辆通行受阻，交叉口进口道的车辆延误会发生很大改变，目标函数式(33)中的D(i)根据“1)交叉口进口道车辆延误算法”计算得到。本发明采用枚举算法对目标函数进行求解，首先计算各相位的清空时间，然后根据各进口道到达流量、进口道释放流率以及给定的绿灯时间和周期时长，计算进口道饱和度状态，确定各相位车辆延误的计算方法，最后，选取计算结果中各相相位延误相加最小作为最优结果。

Claims (6)

1.一种有施工区交叉口信号配时优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、计算岛式施工区饱和流率：

(1)建立岛式施工区车辆跟驰模型：

式中，v_n(t)为车辆n的速度，κ>0为司机敏感系数；λ≥0为速度差的反应系数单位；△v为车辆n和n+1的速度差；△x'为弯道上前后两辆车之间的弧段长度；V(△x')为最优速度；h_c为行驶安全间距；V为交叉口限速；V_c为车辆通过弯道的最大通行速度；

(2)按如下公式计算岛式施工区饱和流率：

其中：平均速度v_n的计算模型如下：

v_n＝a₀+a₁ENW+a₂EXW+a₃WL+a₄MD+a₅WSD+a₆WED

式中，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆为待标定的参数；ENW为进口道宽度；EXW为出口道宽度；施工区占用交叉口的长度WL和宽度WD；施工区上边界到进口道分隔带距离MD；施工区距离进口道停车线距离WSD；施工区到出口道距离WED；

(3)对模型进行标定：

1)采集真实的岛式施工区交叉口交通流数据：

采集两个岛式施工区信号交叉口的数据，数据采集时间为晚高峰时段，采集的方式是通过拍摄车流量视频，然后对视频中的交叉口进口车道各方向的交通量、到达流率、饱和流率、平均速度、信号灯信息进行提取；采集10个周期的平均数据作为最终进行模型标定和验证的数据，其中一个施工区数据用来进行模型标定，另一个施工区数据进行模型验证；

2)标定：

参数的标定采用求非线性规划最优解的形式，自变量取待标定的各个参数，目标函数取待标定模型产生的数据与实测数据的差值取最小，用各个参数的取值范围作为该非线性最优化问题的约束条件，得到如下非线性规划的形式：

式中：ω为目标函数值，表示标定模型模拟施工区速度Z_s与真实速度Z_r的差值；M为标定数据总量；p为待标定的参数的向量集，各参数取值范围为0～1；g_i(p)为关于p的第i个线性的约束条件；h_j(p)为关于p的第j个非线性的约束条件；n_g、n_h分别是上述线性与非线性约束条件的数目；

利用在MATLAB自带算法工具箱中遗传算法GA函数进行编程得到最优目标函数，进而确定最优目标函数下的最优参数集，将岛式施工区标定的速度代入到饱和流率计算公式中，即求得岛式施工区饱和流率；

步骤二、计算进口道释放率状态变化的时刻；

步骤三、计算交叉口进口道的车辆延误；

步骤四、计算有施工区情况下的相位清空时间；

步骤五、建立目标函数并求出最优解作为有施工区情况下的信号配时。

2.根据权利要求1所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法，其特征在于：步骤二所述计算进口道释放率状态变化时刻的方法为：

(1)计算信号周期结束时不存在排队情况下，进口道释放率变化时刻t₁：

1)计算排队波波速：

式中，w_q为停车波速，q为到达流率，ρ为到达交通流密度，ρ_j为最大交通流密度；

2)计算启动波波速：

式中，q_m为进口道饱和流率，v_m为饱和流率下的车辆通行速度；

3)计算交叉口消散波波速w_d和进口道释放率变化时刻t₁：

w_d＝v_wz

式中，v_wz为施工区饱和流率对应下的车辆速度，r为有效红灯时间；

(2)计算信号周期结束时存在排队情况下，进口道释放率变化时刻t₁：

1)计算在绿灯信号结束时，未通过的车辆的排队波w_c和停车波蔓延时间t′₁：

2)计算压缩波在下一周期的持续时间t₂：

式中，c为信号周期时长；

3)计算进口道释放率变化时刻t₁：

3.根据权利要求2所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法，其特征在于：步骤三所述计算交叉口进口道的车辆延误的方法为：

(1)计算非饱和状态下进口道的车辆延误：

(2)计算过饱和状态下进口道的车辆延误D′和周期结束时排队车辆数n′：

n′＝n+qc-q_wz(c-t₁)-q_m(t₁-r)

式中，n为在信号周期开始时进口道滞留排队车辆数，n′为信号周期结束时滞留排队车辆数，n′≤n。

4.根据权利要求3所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法，其特征在于：步骤四所述计算有施工区情况下的相位清空时间的方法为：

(1)计算交通流从西进口道到东进口道到达冲突点的距离：

式中，θ₁和θ₂为弯道转弯弧度；r₁和r₂为弯道半径；L为施工区长度；分别按如下公式计算得到：

式中，施工区上边界到东进口道和西出口道中间分隔带的距离分别为w₁，w₂，施工区到东进口道和西出口道的距离分别为L₁，L₂；

(2)计算从东进口道到西出口道相位的清空时间t_c：

(3)计算其余各进口道转弯弧度和半径以及相对应相位的清空时间。

5.根据权利要求4所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法，其特征在于：步骤五所述目标函数为：

式中，D(i)为第i个相位延误时间，N为相位总数。

6.根据权利要求5所述的一种有施工区交叉口信号配时优化方法，其特征在于：步骤五所述目标函数的求解方法为：首先计算各相位的清空时间，然后根据各进口道到达流量、进口道释放流率以及给定的绿灯时间和周期时长，计算进口道饱和度状态和各相位的车辆延误，最后，选取计算结果中各相相位延误相加的最小值作为最优解。

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