CN110689741B - 一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法 - Google Patents

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CN110689741B CN201910973211.6A CN201910973211A CN110689741B CN 110689741 B CN110689741 B CN 110689741B CN 201910973211 A CN201910973211 A CN 201910973211A CN 110689741 B CN110689741 B CN 110689741B
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Abstract

一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，本发明涉及交通信号协调控制方法。本发明是为了解决现有绿波宽度受限、协调相位绿灯利用率低、机动车停车次数多的问题。过程为：采集各个交叉口的进口车道流量；计算执行单点控制的周期时长；将交叉口分为I类和II类；确定公共周期的取值区间；定义干线系统参数；构建相位组合方案的约束以及周期与相位绿灯等量关系；将交叉口划入不同集合；确定绿灯启亮和结束时刻；确定协调车流头车和尾车的驶离时刻；计算三类绿波带宽；构建I类交叉口干线直行相位与相交道路左转不相邻时和相邻时干线形成绿波带约束条件；确定目标函数；确定各交叉口信号配时参数。本发明用于城市交通控制技术领域。

Description

一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法
技术领域
本发明涉及干线交叉口交通信号协调控制方法。属于城市交通控制技术领域。
背景技术
干线协调控制是一种重要的城市交通控制方式。合理的干线协调可以大幅度减少主干道交通流延误，提升交叉口群的通行效率。在传统的干线协调控制方法中，各个交叉口要执行相同的周期时长，即公共周期。一般适用于流量与几何结构均比较接近的相邻交叉口。而常见的城市路网结构一般是两条主干路之间布设若干条次干路或者支路，使得交通流进行合理的集散，此时相邻交叉口的几何结构、交通流量存在较大的差异。为了将它们协调起来，可以采用双周期(干线协调时，部分交叉口周期时长为公共周期的一半，这种控制方法为双周期的协调控制)的协调控制方法，即部分交叉口的周期时长等于公共周期(各个交叉口执行相同的周期时长，把它称为公共周期)的一半。双周期协调控制的出现极大地提高了干线协调控制的应用范围。
已有的双周期协调控制要求双周期交叉口的相邻两个周期时长必须相等，且它们的和等于公共周期。但是干线协调方向的主要交通流只能利用双周期中的一个周期的绿灯时间，受周期时长必须相等的约束，无法进一步增大该周期的绿灯时间，所以限制了绿波带的宽度。同时缺乏对另一个周期的配时参数与上游交叉口左转相位配时参数的协调，上游驶来的左转交通流延误增加。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有传统的双周期协调控制由于相邻周期时长必须相等而导致的绿波宽度受限、协调相位绿灯利用率低、机动车停车次数多的问题，而提出一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法。
一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法具体过程为：
步骤一：协调控制区域一共包括N个相邻的信号交叉口，采集给定时段内各个交叉口的进口车道流量；
步骤二：交叉口编号为1,2,…,n…,N；交叉口n存在In个相位，编号为1,2,…,in…,In，计算交叉口n执行单点控制时的周期时长Cn，单位为s；具体过程为：
步骤二一、计算交叉口n的初始周期C0,n，单位s；C0,n公式为：
Figure BDA0002232786210000021
式中，Ln为交叉口n的总绿灯损失时间，单位s；Yn为交叉口n的各个相位关键车道的流量比之和；1≤n≤N,n为正整数；
所述交叉口n的总绿灯损失时间Ln计算公式为：
Figure BDA0002232786210000022
式中，
Figure BDA0002232786210000029
为交叉口n相位i的绿灯损失时间；In为交叉口n的相位数；
所述交叉口n的各个相位关键车道的流量比之和Yn计算公式为：
Figure BDA0002232786210000023
式中：
Figure BDA0002232786210000024
为交叉口n第i个相位关键车道的流量比；
所述交叉口n第i个相位关键车道的流量比
Figure BDA0002232786210000025
计算公式为：
Figure BDA0002232786210000026
式中：
Figure BDA0002232786210000027
为交叉口n第i个相位关键车道的机动车到达流量，单位pcu/h；
Figure BDA0002232786210000028
为交叉口n第i个相位关键车道的饱和流率，单位pcu/h。
步骤二二、确定单点控制时的周期时长Cn：
①若Cn,min≤C0,n≤Cn,max，则Cn＝C0,n；
②若C0,n＜Cn,min，则Cn＝Cn,min；
③若C0,n＞Cn,max，则Cn＝Cn,max；
其中：Cn,min为交叉口n的最小周期时长，单位为s；Cn,max为交叉口n的最大周期时长，单位为s；
步骤三：基于聚类方法将N个交叉口分为I类和II类，I类为采用公共周期控制的交叉口集合，II类为采用双周期控制的交叉口集合；具体过程为：
步骤三一：确定N个交叉口的周期时长的最大值Cmax和周期时长的最小值Cmin，单位s；公式为：
Cmax＝max(C1,…,CN) (5)
Cmin＝min(C1,…,CN) (6)
步骤三二：以Cmax和Cmin分别为Ⅰ类和Ⅱ类的初始集合元素，将余下的N-2个交叉口的周期依次划分到Ⅰ类和Ⅱ类的集合中：
若min(Cn-Cmin|,|Cn-Cmax|)＝|Cn-Cmax|，则Cn归为Ⅰ类；
若min(Cn-Cmin|,|Cn-Cmax|)＝|Cn-Cmin|，则Cn归为Ⅱ类；
直至所有交叉口周期均划入到两个类的集合中，分类停止；
步骤三三：根据步骤三一、步骤三二聚类得到的划入Ⅰ类中的交叉口个数为NI，划入Ⅱ类中的交叉口个数为NII，则有NⅠ+NⅡ＝N。
步骤四：确定公共周期
Figure BDA0002232786210000031
优化时的取值区间；具体过程为：
步骤四一：分别在Ⅰ类和Ⅱ类中找到周期的最小值，即
Figure BDA0002232786210000032
Figure BDA0002232786210000033
式中：
Figure BDA0002232786210000034
为Ⅰ类中第一个交叉口周期时长，
Figure BDA0002232786210000035
为Ⅰ类中第NI个交叉口周期时长；
Figure BDA0002232786210000036
为Ⅱ类中第一个交叉口周期时长，
Figure BDA0002232786210000037
为Ⅱ类中第NII个交叉口周期时长；
步骤四二：确定公共周期
Figure BDA0002232786210000041
取值区间的下限值CLower，单位为s，表达式为
Figure BDA0002232786210000042
步骤四三：确定公共周期
Figure BDA0002232786210000043
取值区间的上限值CUpper，单位为s，表达式为：
Figure BDA0002232786210000044
式中：C1,max为交叉口1的最大周期时长，单位为s，
Figure BDA0002232786210000045
为交叉口NI的最大周期时长，单位为s；
步骤五：定义干线系统参数；具体过程为：
步骤五一：定义干线直行方向为主路1，I类交叉口中与主路1相交道路为主路2，II类交叉口中与主路1相交的道路为支路；
步骤五二：定义从交叉口1至交叉口N的运行方向为下行，相反方向为上行；引入参数δ，下行方向为δ＝1，上行方向为δ＝2；
步骤五三：定义三类绿波带和协调车流；具体过程为：
第1类为主路1车流从交叉口1到交叉口N不停车经过形成的绿波带，其协调车流为第1类协调车流；
第2类为主路2车流从I类交叉口流入相邻的Ⅱ类交叉口形成的绿波带，其协调车流为第2类协调车流；
第3类为相邻的II类交叉口主路1方向未通过第1类协调车流的周期所通过的车辆形成的绿波带，其协调车流为第3类协调车流；
步骤六：构建相位组合方案的约束以及周期与相位绿灯的等量关系；
步骤七：对于I类交叉口左转车流的协调，需要将交叉口划入不同的集合；
对于连续的II类交叉口间形成的绿波带，需要将交叉口划入不同的集合；
步骤八：确定各交叉口的协调相位绿灯启亮时刻和结束时刻的表达式；
步骤九：确定协调车流头车和尾车的驶离时刻t的表达式；
步骤十：计算三类绿波带宽；
步骤十一：I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位不相邻时，构建干线形成绿波带的约束条件；
步骤十二：I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位相邻时，干线形成绿波带的约束条件构建：
步骤十三：以绿波带宽度加权和最大为优化目标，协调方向车流量为权重因子，确定目标函数；
步骤十四：采用遗传算法对各交叉口的信号配时模型进行求解，确定各交叉口信号配时参数。
本发明的有益效果为：
本发明为了提高干线协调控制效益，取消双周期控制交叉口的相邻周期时长必须相等的约束，提出了一种非等周期条件下的干线交叉口交通信号协调控制方法。这对于增大干线协调控制的绿波带宽度、减少机动车停车次数、提高协调相位绿灯利用率、干线运行车速具有重要意义。
本发明提出了一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，解决了传统的双周期协调控制由于相邻周期时长必须相等而导致的绿波宽度受限、协调相位绿灯利用率低的问题。其实现步骤为：根据单点交叉口周期时长基于聚类方法的交叉口分类；考虑最大周期时长和最小周期时长的公共周期取值区间确定；通过时刻表达，构建协调车流到达、驶离时刻与时间窗、所对应周期间的关系模型；考虑干线协调方向连续绿波带的计算；以绿波带的加权和最大为目标函数；采用遗传算法搜索最优解，确定最优的公共周期时长
Figure BDA0002232786210000051
II类交叉口奇数周期时长
Figure BDA0002232786210000052
和偶数周期时长
Figure BDA0002232786210000053
上下行协调车流到达交叉口时对应的时间窗编号wn,δ和周期编号pn,δ、路口相位差O1,n以及确定左转保护相位是否优先于直行的0-1变量
Figure BDA0002232786210000054
和
Figure BDA0002232786210000055
从而确定干线上N个交叉口的协调控制方案。本发明取消了II类交叉口相邻周期等长的约束，可以显著增大绿波带宽和相位协调率，进一步扩大了双周期控制在城市路网中的应用。
附图说明
图1为本发明I类交叉口直行左转相位不相邻条件下的干线协调示意图；
图2为本发明I类交叉口直行左转相位相邻条件下的干线协调示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法具体过程为：
步骤一：协调控制区域一共包括N个相邻的信号交叉口，采集给定时段内各个交叉口的进口车道流量；
步骤二：交叉口编号为1,2,…,n…,N；交叉口n存在In个相位，编号为1,2,…,in…,In，计算交叉口n执行单点控制(单个交叉口进行控制，不考虑其他交叉口的控制)时的周期时长Cn，单位为s；具体过程为：
步骤二一、计算交叉口n的初始周期C0,n，单位s；C0,n公式为：
Figure BDA0002232786210000061
式中，Ln为交叉口n的总绿灯损失时间(未能供车辆有效利用的绿灯时间)，单位s；Yn为交叉口n的各个相位关键车道(每个信号相位所对应方向每一个车道有各自的流率比，流率比最大的车道为关键车道)的流量比之和；1≤n≤N,n为正整数；
所述交叉口n的总绿灯损失时间Ln计算公式为：
Figure BDA0002232786210000062
式中，
Figure BDA0002232786210000063
为交叉口n相位i的绿灯损失时间，一般为3s；In为交叉口n的相位数；
所述交叉口n的各个相位关键车道的流量比之和Yn计算公式为：
Figure BDA0002232786210000064
式中：
Figure BDA0002232786210000065
为交叉口n第i个相位关键车道的流量比；
所述交叉口n第i个相位关键车道的流量比
Figure BDA0002232786210000066
计算公式为：
Figure BDA0002232786210000071
式中：
Figure BDA0002232786210000072
为交叉口n第i个相位关键车道的机动车到达流量，单位pcu/h；
Figure BDA0002232786210000073
为交叉口n第i个相位关键车道的饱和流率(指在信号灯连续显示绿灯期间，进口车道上一列连续车队通过停止线的最大流率)，单位pcu/h。
步骤二二、确定单点控制时的周期时长Cn：
①若Cn,min≤C0,n≤Cn,max，则Cn＝C0,n；
②若C0,n＜Cn,min，则Cn＝Cn,min；
③若C0,n＞Cn,max，则Cn＝Cn,max；
其中：Cn,min为交叉口n的最小周期时长(设定，最小周期、最大周期由交通工程师根据交叉口几何尺寸、交通出行习惯来确定)，单位为s；Cn,max为交叉口n的最大周期时长(设定)，单位为s；
步骤三：基于聚类方法将N个交叉口分为I类和II类，I类为采用公共周期控制的交叉口集合，II类为采用双周期控制的交叉口集合；具体过程为：
步骤三一：确定N个交叉口的周期时长的最大值Cmax和周期时长的最小值Cmin，单位s；公式为：
Cmax＝max(C1,…,CN) (5)
Cmin＝min(C1,…,CN) (6)
步骤三二：以Cmax和Cmin分别为Ⅰ类和Ⅱ类的初始集合元素，将余下的N-2个交叉口的周期依次划分到Ⅰ类和Ⅱ类的集合中：
若min(|Cn-Cmin|,|Cn-Cmax|)＝|Cn-Cmax|，则Cn归为Ⅰ类；
若min(|Cn-Cmin|,|Cn-Cmax|)＝|Cn-Cmin|，则Cn归为Ⅱ类；
直至所有交叉口周期均划入到两个类的集合中，分类停止；
步骤三三：根据步骤三一、步骤三二聚类得到的划入Ⅰ类中的交叉口个数为NI，划入Ⅱ类中的交叉口个数为NII，则有NⅠ+NⅡ＝N。
步骤四：确定公共周期
Figure BDA0002232786210000081
优化时的取值区间；具体过程为：
步骤四一：分别在Ⅰ类和Ⅱ类中找到周期的最小值，即
Figure BDA0002232786210000082
Figure BDA0002232786210000083
式中：
Figure BDA0002232786210000084
为Ⅰ类中第一个交叉口周期时长，
Figure BDA0002232786210000085
为Ⅰ类中第NI个交叉口周期时长；
Figure BDA0002232786210000086
为Ⅱ类中第一个交叉口周期时长，
Figure BDA0002232786210000087
为Ⅱ类中第NII个交叉口周期时长；
步骤四二：确定公共周期
Figure BDA0002232786210000088
取值区间的下限值CLower，单位为s，表达式为
Figure BDA0002232786210000089
步骤四三：确定公共周期
Figure BDA00022327862100000810
取值区间的上限值CUpper，单位为s，表达式为：
Figure BDA00022327862100000811
式中：C1,max为交叉口1的最大周期时长(设定，最小周期、最大周期由交通工程师根据交叉口几何尺寸、交通出行习惯来确定)，单位为s，
Figure BDA00022327862100000812
为交叉口NI的最大周期时长，单位为s；
步骤五：定义干线系统参数；具体过程为：
步骤五一：定义干线直行方向为主路1，I类交叉口中与主路1相交道路为主路2，II类交叉口中与主路1相交的道路为支路；
步骤五二：定义从交叉口1至交叉口N的运行方向为下行，相反方向为上行；引入参数δ，下行方向为δ＝1，上行方向为δ＝2；
步骤五三：定义三类绿波带和协调车流；具体过程为：
第1类为主路1车流从交叉口1到交叉口N不停车经过形成的绿波带，其协调车流为第1类协调车流；
第2类为主路2车流从I类交叉口流入相邻的Ⅱ类交叉口形成的绿波带，其协调车流为第2类协调车流；
第3类为相邻的II类交叉口主路1方向未通过第1类协调车流的周期所通过的车辆形成的绿波带，其协调车流为第3类协调车流；
步骤六：构建相位组合方案的约束以及周期与相位绿灯的等量关系；
步骤七：对于I类交叉口左转车流的协调，需要将交叉口划入不同的集合；
对于连续的II类交叉口间形成的绿波带，需要将交叉口划入不同的集合；
步骤八：确定各交叉口的协调相位绿灯启亮时刻和结束时刻的表达式；
步骤九：确定协调车流头车和尾车的驶离时刻t的表达式；
步骤十：计算三类绿波带宽；
步骤十一：I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位不相邻时(示意图如图1)，构建干线形成绿波带的约束条件；
步骤十二：I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位相邻时(示意图如图2)，干线形成绿波带的约束条件构建：
步骤十三：以绿波带宽度加权和最大为优化目标，协调方向车流量为权重因子，确定目标函数；
步骤十四：采用遗传算法对各交叉口的信号配时模型进行求解，确定各交叉口信号配时参数。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤六中构建相位组合方案的约束的以及周期与相位绿灯的等量关系；具体过程为：
Figure BDA0002232786210000091
Figure BDA0002232786210000101
Figure BDA0002232786210000102
Figure BDA0002232786210000103
Figure BDA0002232786210000104
式中：gn,1为I类交叉口或II类交叉口奇数周期下行直行相位绿灯时长(当交叉口为I类时用gn,1表示，当交叉口为II类时gn,1表示奇数周期的直行相位绿灯时长)，单位为s；gn,2为I类交叉口或II类交叉口奇数周期上行直行相位绿灯时长，单位为s；
Figure BDA0002232786210000105
为I类交叉口或II类交叉口奇数周期下行左转相位绿灯时长，单位为s；
Figure BDA0002232786210000106
为I类交叉口或II类交叉口奇数周期上行左转相位绿灯时长，单位为s；
Figure BDA0002232786210000107
为II类交叉口奇数周期时长，单位为s；
Figure BDA0002232786210000108
为II类交叉口偶数周期时长，单位为s；
Figure BDA0002232786210000109
为相交道路直行相位(只是主路协调，主路方向II类交叉口两个周期时长和其相位绿灯时长发生变化，相交道路不受影响，II类交叉口中两个周期内是相同的，可以直接表示，因为对于交叉口n是可以直接确定下来是哪种类型的交叉口的)绿灯时长，单位为s；
Figure BDA00022327862100001010
为相交道路左转相位绿灯时长，单位s；
Figure BDA00022327862100001011
为II类交叉口偶数周期时各对应相位绿灯时长，单位为s；
A为黄灯时长，单位为s；
φn为交叉口n在主路1方向有无左转保护相位(交叉口信号控制设置左转许可相位)的0-1变量，0为否，1为是；φn′为交叉口n在主路1的相交道路方向有无左转保护相位的0-1变量，0为否，1为是。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述步骤七中对于I类交叉口左转车流协调时，需要将交叉口划入不同的集合；
对于连续的II类交叉口间形成的绿波带，需要将交叉口划入不同的集合；
具体过程为：
下行、上行方向I类交叉口中主路2左转车流可以被主路1下游交叉口(相对于当前交叉口车辆行进方向的下一个交叉口)协调，分别归入集合M、
Figure BDA0002232786210000111
(下行可以被协调的交叉口归入M，上行可以被协调的交叉口归入
Figure BDA0002232786210000112
)，集合内元素个数分别为
Figure BDA0002232786210000113
和
Figure BDA0002232786210000114
(I类交叉口的下游邻近交叉口为双周期交叉口的则判定其主路2左转车流可以被协调)；
下行、上行方向II类交叉口中下游方向(车辆行进方向)仍为II类的交叉口，交叉口分别归入集合J、
Figure BDA0002232786210000115
集合内元素个数分别为NJ和
Figure BDA0002232786210000116
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述步骤八中确定各交叉口的协调相位绿灯启亮时刻和结束时刻的表达式；具体过程为：
步骤八一：以交叉口1第1个周期的相位1绿灯启亮时刻为0时刻，确定
Figure BDA0002232786210000117
步骤八二：设交叉口n主路δ方向的干线协调相位编号为
Figure BDA0002232786210000118
交叉口n为I类时主路2左转相位编号为
Figure BDA0002232786210000119
步骤八三：对于交叉口n，在0时刻正在运行的周期为交叉口n的第1个周期；
步骤八四：路口相位差O1,n指的是交叉口n与交叉口1的第1个周期的相位1的绿灯启亮时刻的差值，单位s；
步骤八五：以
Figure BDA00022327862100001110
为基本单元，将时间划分为多个时间窗，各交叉口时间窗起点为第1周期相位1的绿灯启亮时刻，时间窗编号用wn,δ表示，每个交叉口的周期编号用pn,δ表示，
Figure BDA00022327862100001111
和
Figure BDA00022327862100001112
分别表示主路δ方向交叉口n第wn,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ的第i个相位的绿灯启亮时刻和结束时刻；
步骤八六：建立周期编号与时间窗编号的关系式；
表达式为：
pn,δ＝wn,δ+θn·[wn,δ-(1-λn)] (16)
式中：pn,δ为主路δ方向交叉口n信号灯执行的第p个周期；θn为交叉口的类别，0为I类，1为II类；λn为II类交叉口周期编号(交叉口周期自己编号从1开始吗，奇数偶数都有)为奇数时为0，偶数时为1；
步骤八七：确定交叉口1主路δ方向第1个时间窗内(w1,δ＝1)协调相位的绿灯启亮时刻
Figure BDA0002232786210000121
和绿灯结束时刻
Figure BDA0002232786210000122
表达式为：
Figure BDA0002232786210000123
Figure BDA0002232786210000124
其中：φ1为交叉口1主路方向有无左转保护相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure BDA00022327862100001210
为主路δ方向交叉口1左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure BDA0002232786210000125
为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口1左转相位绿灯时长，单位为s；
θ1为交叉口1的类别，0为I类，1为II类；λ1为交叉口1是II类交叉口时周期编号的奇偶判定系数，奇数为0，偶数为1；
Figure BDA0002232786210000126
为交叉口1是II类时奇数周期的周期时长，单位为s；
Figure BDA0002232786210000127
为交叉口1是II类交叉口时偶数周期主路δ方向左转相位绿灯时长，单位为s；
Figure BDA0002232786210000128
为交叉口1是II类交叉口时偶数周期主路δ方向直行相位绿灯时长，单位为s；
g1,δ为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口1直行相位绿灯时长，单位为s；
步骤八八：确定主路δ方向交叉口n第1个时间窗
Figure BDA0002232786210000129
内所对应周期协调相位的绿灯启亮
Figure BDA0002232786210000131
时刻和绿灯结束时刻
Figure BDA0002232786210000132
表达式为：
Figure BDA0002232786210000133
Figure BDA0002232786210000134
式中：
Figure BDA0002232786210000135
为主路δ方向交叉口n左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure BDA0002232786210000136
为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口n左转相位绿灯时长，单位s；
Figure BDA0002232786210000137
为交叉口n是II类交叉口时偶数周期主路δ方向左转相位绿灯时长，单位s；
gn,δ为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口n直行相位绿灯时长，单位s；
Figure BDA0002232786210000138
为交叉口n是II类交叉口时偶数周期主路δ方向直行相位绿灯时长，单位s；
步骤八九：确定交叉口n第wn,δ个时间窗
Figure BDA0002232786210000139
内所对应周期pn,δ协调相位绿灯启亮和结束时刻；
表达式为：
Figure BDA00022327862100001310
Figure BDA00022327862100001311
步骤八十：确定集合M和
Figure BDA00022327862100001312
中交叉口n第wn,δ个时间窗主路2左转车流绿灯启亮时刻
Figure BDA00022327862100001313
和结束时刻
Figure BDA00022327862100001314
表达式为：
Figure BDA00022327862100001315
Figure BDA00022327862100001316
式中：
Figure BDA0002232786210000141
为主路1方向交叉口n左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure BDA0002232786210000142
为主路1相交道路方向交叉口n左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure BDA0002232786210000143
为交叉口n主路δ方向第wn,δ时间窗周期pn,δ的第1个相位绿灯启亮时刻；
步骤八十一：对左转车流在干线上的通行时间
Figure BDA0002232786210000144
进行等效计算；
表达式为：
Figure BDA0002232786210000145
式中：αn为交叉口n的相交道路左转车道数；βn为交叉口n的干线车道数；
步骤八十二：重新确定集合M和
Figure BDA0002232786210000146
中交叉口n第wn,δ时间窗主路2左转车流绿灯结束时刻
Figure BDA0002232786210000147
表达式为：
Figure BDA0002232786210000148
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述步骤九中确定协调车流头车和尾车的驶离时刻t的表达式；具体过程为：
步骤九一：确定下行和上行方向协调车流头车和尾车从交叉口1和交叉口N的驶离时刻；表达式为：
Figure BDA0002232786210000149
Figure BDA00022327862100001410
Figure BDA00022327862100001411
Figure BDA00022327862100001412
式中：
Figure BDA0002232786210000151
为下行方向协调车流头车在周期p1,1时从交叉口1的驶离时刻；
Figure BDA0002232786210000152
为下行方向交叉口1第1个时间窗内所对应的周期p1,1的第1个相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000153
为下行方向协调车流尾车在周期p1,1时从交叉口1的驶离时刻；
Figure BDA0002232786210000154
为下行方向交叉口1第1个时间窗内所对应的周期p1,1的第1个相位的绿灯结束时刻；
Figure BDA0002232786210000155
为上行方向协调车流头车在周期pN,2时从交叉口N的驶离时刻；
Figure BDA0002232786210000156
为上行方向交叉口N第wN,2个时间窗内所对应的周期pN,2的第1个相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000157
为上行方向协调车流尾车在周期pN,2时从交叉口N的驶离时刻；
Figure BDA0002232786210000158
为上行方向交叉口N第wN,2个时间窗内所对应的周期pN,2的第1个相位的绿灯结束时刻；
步骤九二：计算下行和上行方向车流到达下游交叉口时所对应的时刻；
表达式为：
Figure BDA0002232786210000159
Figure BDA00022327862100001510
Figure BDA00022327862100001511
Figure BDA00022327862100001512
式中：
Figure BDA00022327862100001513
为下行方向协调车流头车在周期pn,1时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001514
为下行方向协调车流头车在周期pn-1,1时从交叉口n-1的驶离时刻；
Figure BDA00022327862100001515
为下行方向协调车流尾车在周期pn,1时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001516
为下行方向协调车流尾车在周期pn-1,1时从交叉口n-1的驶离时刻；
Figure BDA0002232786210000161
为上行方向协调车流头车在周期pn,2时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000162
为上行方向协调车流头车在周期pn+1,2时从交叉口n+1的驶离时刻；
Figure BDA0002232786210000163
为上行方向协调车流尾车在周期pn,2时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000164
为上行方向协调车流尾车在周期pn+1,2时从交叉口n+1的驶离时刻；
Ln-1,n为交叉口n-1与交叉口n之间的距离，单位m；Ln,n+1为交叉口n与交叉口n+1之间的距离，单位m；
Vn-1,n为机动车在交叉口n-1与交叉口n之间的平均运行车速，单位m/s；Vn,n+1为机动车在交叉口n与交叉口n+1之间的平均运行车速，单位m/s；
步骤九三：确定干线下行和上行方向第1类和第3类协调车流头车和尾车从交叉口n的驶离时刻：
表达式为：
Figure BDA0002232786210000165
Figure BDA0002232786210000166
Figure BDA0002232786210000167
Figure BDA0002232786210000168
式中：
Figure BDA0002232786210000169
为下行方向协调车流头车在周期pn,1时从交叉口n的驶离时刻；
Figure BDA00022327862100001610
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA00022327862100001611
为下行方向协调车流尾车在周期pn,1时从交叉口n的驶离时刻；
Figure BDA00022327862100001612
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的协调相位的绿灯结束时刻；
Figure BDA00022327862100001613
为上行方向协调车流头车在周期pn,2时从交叉口n的驶离时刻；
Figure BDA00022327862100001614
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000171
为上行方向协调车流尾车在周期pn,2时从交叉口n的驶离时刻；
Figure BDA0002232786210000172
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的协调相位的绿灯结束时刻；
步骤九四：计算干线下行和上行方向第2类协调车流驶离交叉口n，到达交叉口n+1或n-1的时刻；
表达式为：
Figure BDA0002232786210000173
Figure BDA0002232786210000174
Figure BDA0002232786210000175
Figure BDA0002232786210000176
式中：
Figure BDA0002232786210000177
为下行方向第2类协调车流头车到达交叉口n+1所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000178
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的左转相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000179
为下行方向第2类协调车流尾车到达交叉口n+1所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001710
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的左转相位的绿灯结束时刻；
Figure BDA00022327862100001711
为上行方向第2类协调车流头车到达交叉口n-1所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001712
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的左转相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA00022327862100001713
为上行方向第2类协调车流尾车到达交叉口n-1所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001714
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的左转相位的绿灯结束时刻；
步骤九五：确定第2类协调车流头车和尾车驶离交叉口n+1或n-1的时刻；
表达式为：
Figure BDA0002232786210000181
Figure BDA0002232786210000182
Figure BDA0002232786210000183
Figure BDA0002232786210000184
式中：
Figure BDA0002232786210000185
为下行方向第2类协调车流头车驶离交叉口n+1所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000186
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000187
为下行方向第2类协调车流尾车驶离交叉口n+1所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000188
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位的绿灯结束时刻；
Figure BDA0002232786210000189
为上行方向第2类协调车流头车驶离交叉口n-1所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001810
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure BDA00022327862100001811
为上行方向第2类协调车流尾车驶离交叉口n-1所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001812
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位的绿灯结束时刻。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，所述步骤十中计算三类绿波带宽；具体过程为：
步骤11：计算下行方向主路1车流到达交叉口n所对应的第1类绿波带宽度
Figure BDA00022327862100001813
当n＝N时，则得到下行协调方向绿波带宽度；
同理得上行方向主路1车流到达交叉口1所对应的第1类绿波带宽度
Figure BDA00022327862100001814
表达式为：
Figure BDA00022327862100001815
Figure BDA0002232786210000191
式中：tN,b,1为下行方向第1类协调车流尾车驶离交叉口N所对应的时刻；tN,a,1为下行方向第1类协调车流头车驶离交叉口N所对应的时刻；
t1,b,2为上行方向第1类协调车流尾车驶离交叉口1所对应的时刻；t1,a,2为上行方向第1类协调车流头车驶离交叉口1所对应的时刻；
步骤12：当交叉口n∈M或
Figure BDA0002232786210000192
时，计算相应的第2类绿波带宽度
Figure BDA0002232786210000193
和
Figure BDA0002232786210000194
由于下行与上行分别存在第m段和第
Figure BDA0002232786210000195
段(这里是新提出第m段和第
Figure BDA0002232786210000196
段，因为对于第2类绿波可能存在好几段，用第m段和第
Figure BDA0002232786210000197
段来分别进行表示)绿波带，因此绿波带宽度表示为：
Figure BDA0002232786210000198
Figure BDA0002232786210000199
步骤13：当交叉口n∈J或
Figure BDA00022327862100001910
时，设上行存在第j段，下行存在第
Figure BDA00022327862100001911
段，当下行方向从交叉口n开始连续zj个交叉口为Ⅱ类交叉口，计算相应的第3类绿波带宽度表达为
Figure BDA00022327862100001912
当上行方向从交叉口n开始连续
Figure BDA00022327862100001913
个交叉口为Ⅱ类交叉口，计算相应的第3类绿波带宽度表达为
Figure BDA00022327862100001914
表达式为：
Figure BDA00022327862100001915
Figure BDA00022327862100001916
式中：
Figure BDA00022327862100001917
为下行方向第3类协调车流尾车在周期
Figure BDA00022327862100001918
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100001919
为下行方向第3类协调车流头车在周期
Figure BDA00022327862100001920
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000201
为上行方向第3类协调车流尾车在周期
Figure BDA0002232786210000202
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000203
为上行方向第3类协调车流头车在周期
Figure BDA0002232786210000204
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻。
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，所述步骤十一中I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位不相邻时(示意图如图1)，构建干线形成绿波带的约束条件；具体过程为：
步骤十一一：建立关于第1类双向绿波带的约束条件：
Figure BDA0002232786210000205
Figure BDA0002232786210000206
式中：
Figure BDA0002232786210000207
为主路δ方向协调车流尾车在周期pn,δ内驶离交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA0002232786210000208
为主路δ方向交叉口n第wn,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ的协调相位的绿灯启亮时刻；δ＝1时为下行，δ＝2时为上行；
Figure BDA0002232786210000209
为主路δ方向协调车流头车在周期pn,δ内驶离交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100002010
为主路δ方向交叉口n第wn,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ的协调相位的绿灯结束时刻；
步骤十一二：确定上行和下行车流到达进行协调的时间窗为：
Figure BDA00022327862100002011
其中：INT表示向下取整；
步骤十一三：建立关于第2类下行方向绿波带的约束条件：
Figure BDA00022327862100002012
Figure BDA00022327862100002013
式中：
Figure BDA0002232786210000211
为下行方向交叉口n+1第w′n+1,1(对应第二类下行时间窗编号发生变化，所以引入新的时间窗编号变量)个时间窗内所对应的周期pn+1,1+1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000212
为下行方向交叉口n+1第w′n+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1+1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十一四：建立关于第2类上行方向绿波带的约束条件：
Figure BDA0002232786210000213
Figure BDA0002232786210000214
式中：
Figure BDA0002232786210000215
为上行方向交叉口n-1第w′n-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2+1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000216
为上行方向交叉口n-1第w′n-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2+1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十一五：建立关于第3类双向绿波带的约束条件：
Figure BDA0002232786210000217
Figure BDA0002232786210000218
式中：
Figure BDA0002232786210000219
为主路δ方向协调车流尾车在周期pn,δ+1内到达交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100002110
为主路δ方向交叉口n第w′n,δ(wn,δ表示在第1类绿波带中，此时第3类绿波带中时间窗编号可能发生变化，所以引入w′n,δ变量)个时间窗内所对应的周期pn,δ+1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure BDA00022327862100002111
为主路δ方向协调车流头车在周期pn,δ+1内到达交叉口n所对应的时刻；
Figure BDA00022327862100002112
为主路δ方向交叉口n第w′n,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ+1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十一六：确定第2，3类绿波带约束下时间窗相应的编号w′n,δ：
w′n,δ＝wn,δ+mod[(pn,δ+1)/2] (62)。
其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是，所述步骤十二中I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位相邻时(示意图如图2)，干线形成绿波带的约束条件构建；具体过程为：
步骤十二一：对于第1类和第3类绿波带的约束条件同步骤十一；
步骤十二二：对于第2类下行方向绿波带的约束条件为：
Figure BDA0002232786210000221
Figure BDA0002232786210000222
式中：
Figure BDA0002232786210000223
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000224
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十二三：对于第2类上行方向绿波带的约束条件为：
Figure BDA0002232786210000225
Figure BDA0002232786210000226
式中：
Figure BDA0002232786210000227
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure BDA0002232786210000228
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位绿灯结束时刻。
其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是，所述步骤十三中目标函数为
Figure BDA0002232786210000231
式中：
Figure BDA0002232786210000232
为交叉口n的主路1下行方向协调相位的车流量，
Figure BDA0002232786210000233
为交叉口n的主路1上行方向协调相位的车流量，
Figure BDA0002232786210000234
为下行方向集合M中第m个交叉口左转相位的车流量，
Figure BDA0002232786210000235
为上行方向集合
Figure BDA0002232786210000236
中第
Figure BDA0002232786210000237
个交叉口左转相位的车流量，m,
Figure BDA0002232786210000238
j,
Figure BDA0002232786210000239
为集合M,
Figure BDA00022327862100002310
J,
Figure BDA00022327862100002311
中交叉口的顺序编号；NM为集合M中交叉口的数量；
Figure BDA00022327862100002312
为集合
Figure BDA00022327862100002313
中交叉口的数量；NJ为集合J中交叉口的数量；
Figure BDA00022327862100002314
为集合
Figure BDA00022327862100002315
中交叉口的数量。
此处流量值均为各相位关键车道的小时交通量，单位pcu/h。
其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是，所述步骤十四中采用遗传算法对模型进行求解，确定各交叉口信号配时参数；具体过程为：
步骤十四一：设置遗传算法参数，种群大小为30、最大迭代次数100、交叉概率Pc＝0.8和变异概率Pm＝0.01；
步骤十四二：将目标函数转化为适应度函数，对初始种群所对应的染色体进行二进制编码，产生初始种群；
步骤十四三：计算群体中个体的适应度(适应度就是指对目标函数在不同方案下的计算结果，对产生的种群所对应的方案进行计算)，通过选择操作、交叉操作和变异操作，产生新一代群体，不断迭代至收敛或最大迭代次数，迭代停止；
步骤十四四：根据当前群体中个体适应度，找到最佳适应个体(算法择优的过程，本文中是最大值)，分段解码，输出搜索结果；
步骤十四五：分别求解出交叉口
Figure BDA00022327862100002316
wn,δ、pn,δ、
Figure BDA00022327862100002317
以及各个交叉口的相位差O1,n(遗传算法通过输入参数，实现自动择优的算法)；
步骤十四六：计算I类中第n个交叉口周期内第i个相位的绿灯时长，计算公式为：
Figure BDA0002232786210000241
步骤十四七：分别计算Ⅱ类中第n个交叉口奇数周期和偶数周期中第i个相位的绿灯时长，计算公式为：
Figure BDA0002232786210000242
Figure BDA0002232786210000243
其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一：协调控制区域一共包括N个相邻的信号交叉口，采集给定时段内各个交叉口的进口车道流量；
步骤二：交叉口编号为1,2,…,n…,N；交叉口n存在In个相位，编号为1,2,…,in…,In，计算交叉口n执行单点控制时的周期时长Cn，单位为s；具体过程为：
步骤二一、计算交叉口n的初始周期C0,n，单位s；C0,n公式为：
Figure FDA0003164450040000011
式中，Ln为交叉口n的总绿灯损失时间，单位s；Yn为交叉口n的各个相位关键车道的流量比之和；1≤n≤N,n为正整数；
所述交叉口n的总绿灯损失时间Ln计算公式为：
Figure FDA0003164450040000012
式中，
Figure FDA0003164450040000013
为交叉口n相位i的绿灯损失时间；In为交叉口n的相位数；
所述交叉口n的各个相位关键车道的流量比之和Yn计算公式为：
Figure FDA0003164450040000014
式中：
Figure FDA0003164450040000015
为交叉口n第i个相位关键车道的流量比；
所述交叉口n第i个相位关键车道的流量比
Figure FDA0003164450040000016
计算公式为：
Figure FDA0003164450040000017
式中：
Figure FDA0003164450040000018
为交叉口n第i个相位关键车道的机动车到达流量，单位pcu/h；
Figure FDA0003164450040000019
为交叉口n第i个相位关键车道的饱和流率，单位pcu/h；
步骤二二、确定单点控制时的周期时长Cn：
①若Cn,min≤C0,n≤Cn,max，则Cn＝C0,n；
②若C0,n＜Cn,min，则Cn＝Cn,min；
③若C0,n＞Cn,max，则Cn＝Cn,max；
其中：Cn,min为交叉口n的最小周期时长，单位为s；Cn,max为交叉口n的最大周期时长，单位为s；
步骤三：基于聚类方法将N个交叉口分为I类和II类，I类为采用公共周期控制的交叉口集合，II类为采用双周期控制的交叉口集合；具体过程为：
步骤三一：确定N个交叉口的周期时长的最大值Cmax和周期时长的最小值Cmin，单位s；公式为：
Cmax＝max(C1,…,CN) (5)
Cmin＝min(C1,…,CN) (6)
步骤三二：以Cmax和Cmin分别为Ⅰ类和Ⅱ类的初始集合元素，将余下的N-2个交叉口的周期依次划分到Ⅰ类和Ⅱ类的集合中：
若min(|Cn-Cmin|,|Cn-Cmax|)＝|Cn-Cmax|，则Cn归为Ⅰ类；
若min(|Cn-Cmin|,|Cn-Cmax|)＝|Cn-Cmin|，则Cn归为Ⅱ类；
直至所有交叉口周期均划入到两个类的集合中，分类停止；
步骤三三：根据步骤三一、步骤三二聚类得到的划入Ⅰ类中的交叉口个数为NI，划入Ⅱ类中的交叉口个数为NII，则有NⅠ+NⅡ＝N；
步骤四：确定公共周期
Figure FDA0003164450040000031
优化时的取值区间；具体过程为：
步骤四一：分别在Ⅰ类和Ⅱ类中找到周期的最小值，即
Figure FDA0003164450040000032
Figure FDA0003164450040000033
式中：
Figure FDA0003164450040000034
为Ⅰ类中第一个交叉口周期时长，
Figure FDA0003164450040000035
为Ⅰ类中第NI个交叉口周期时长；
Figure FDA0003164450040000036
为Ⅱ类中第一个交叉口周期时长，
Figure FDA0003164450040000037
为Ⅱ类中第NII个交叉口周期时长；
步骤四二：确定公共周期
Figure FDA0003164450040000038
取值区间的下限值CLower，单位为s，表达式为
Figure FDA0003164450040000039
步骤四三：确定公共周期
Figure FDA00031644500400000310
取值区间的上限值CUpper，单位为s，表达式为：
Figure FDA00031644500400000311
式中：C1,max为交叉口1的最大周期时长，单位为s，
Figure FDA00031644500400000312
为交叉口NI的最大周期时长，单位为s；
步骤五：定义干线系统参数；具体过程为：
步骤五一：定义干线直行方向为主路1，I类交叉口中与主路1相交道路为主路2，II类交叉口中与主路1相交的道路为支路；
步骤五二：定义从交叉口1至交叉口N的运行方向为下行，相反方向为上行；引入参数δ，下行方向为δ＝1，上行方向为δ＝2；
步骤五三：定义三类绿波带和协调车流；具体过程为：
第1类为主路1车流从交叉口1到交叉口N不停车经过形成的绿波带，其协调车流为第1类协调车流；
第2类为主路2车流从I类交叉口流入相邻的Ⅱ类交叉口形成的绿波带，其协调车流为第2类协调车流；
第3类为相邻的II类交叉口主路1方向未通过第1类协调车流的周期所通过的车辆形成的绿波带，其协调车流为第3类协调车流；
步骤六：构建相位组合方案的约束以及周期与相位绿灯的等量关系；
步骤七：对于I类交叉口左转车流的协调，需要将交叉口划入不同的集合；
对于连续的II类交叉口间形成的绿波带，需要将交叉口划入不同的集合；
步骤八：确定各交叉口的协调相位绿灯启亮时刻和结束时刻的表达式；
步骤九：确定协调车流头车和尾车的驶离时刻t的表达式；
步骤十：计算三类绿波带宽；
步骤十一：I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位不相邻时，构建干线形成绿波带的约束条件；
步骤十二：I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位相邻时，干线形成绿波带的约束条件构建；
步骤十三：以绿波带宽度加权和最大为优化目标，协调方向车流量为权重因子，确定目标函数；
步骤十四：采用遗传算法对各交叉口的信号配时模型进行求解，确定各交叉口信号配时参数；
所述步骤六中构建相位组合方案的约束的以及周期与相位绿灯的等量关系；具体过程为：
Figure FDA0003164450040000041
Figure FDA0003164450040000042
Figure FDA0003164450040000043
Figure FDA0003164450040000044
Figure FDA0003164450040000045
式中：gn,1为I类交叉口或II类交叉口奇数周期下行直行相位绿灯时长，单位为s；gn,2为I类交叉口或II类交叉口奇数周期上行直行相位绿灯时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000051
为I类交叉口或II类交叉口奇数周期下行左转相位绿灯时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000052
为I类交叉口或II类交叉口奇数周期上行左转相位绿灯时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000053
为II类交叉口奇数周期时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000054
为II类交叉口偶数周期时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000055
为相交道路直行相位绿灯时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000056
为相交道路左转相位绿灯时长，单位s；
Figure FDA0003164450040000057
为II类交叉口偶数周期时各对应相位绿灯时长，单位为s；
A为黄灯时长，单位为s；
φn为交叉口n在主路1方向有无左转保护相位的0-1变量，0为否，1为是；φn′为交叉口n在主路1的相交道路方向有无左转保护相位的0-1变量，0为否，1为是；
所述步骤七中对于I类交叉口左转车流协调时，需要将交叉口划入不同的集合；
对于连续的II类交叉口间形成的绿波带，需要将交叉口划入不同的集合；
具体过程为：
下行、上行方向I类交叉口中主路2左转车流被主路1下游交叉口协调，分别归入集合M、
Figure FDA0003164450040000058
集合内元素个数分别为
Figure FDA0003164450040000059
和
Figure FDA00031644500400000510
下行、上行方向II类交叉口中下游方向仍为II类的交叉口，交叉口分别归入集合J、
Figure FDA00031644500400000511
集合内元素个数分别为NJ和
Figure FDA00031644500400000512
2.根据权利要求1所述一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述步骤八中确定各交叉口的协调相位绿灯启亮时刻和结束时刻的表达式；具体过程为：
步骤八一：以交叉口1第1个周期的相位1绿灯启亮时刻为0时刻，确定
Figure FDA00031644500400000513
步骤八二：设交叉口n主路δ方向的干线协调相位编号为
Figure FDA0003164450040000061
交叉口n为I类时主路2左转相位编号为
Figure FDA0003164450040000062
步骤八三：对于交叉口n，在0时刻正在运行的周期为交叉口n的第1个周期；
步骤八四：路口相位差O1,n指的是交叉口n与交叉口1的第1个周期的相位1的绿灯启亮时刻的差值，单位s；
步骤八五：以
Figure FDA0003164450040000063
为基本单元，将时间划分为多个时间窗，各交叉口时间窗起点为第1周期相位1的绿灯启亮时刻，时间窗编号用wn,δ表示，每个交叉口的周期编号用pn,δ表示，
Figure FDA0003164450040000064
和
Figure FDA0003164450040000065
分别表示主路δ方向交叉口n第wn,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ的第i个相位的绿灯启亮时刻和结束时刻；
步骤八六：建立周期编号与时间窗编号的关系式；
表达式为：
pn,δ＝wn,δ+θn·[wn,δ-(1-λn)] (16)
式中：pn,δ为主路δ方向交叉口n信号灯执行的第p个周期；θn为交叉口的类别，0为I类，1为II类；λn为II类交叉口周期编号为奇数时为0，偶数时为1；
步骤八七：确定交叉口1主路δ方向第1个时间窗内协调相位的绿灯启亮时刻
Figure FDA0003164450040000066
和绿灯结束时刻
Figure FDA0003164450040000067
表达式为：
Figure FDA0003164450040000068
Figure FDA0003164450040000069
其中：φ1为交叉口1主路方向有无左转保护相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure FDA00031644500400000610
为主路δ方向交叉口1左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure FDA0003164450040000071
为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口1左转相位绿灯时长，单位为s；
θ1为交叉口1的类别，0为I类，1为II类；λ1为交叉口1是II类交叉口时周期编号的奇偶判定系数，奇数为0，偶数为1；
Figure FDA0003164450040000072
为交叉口1是II类时奇数周期的周期时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000073
为交叉口1是II类交叉口时偶数周期主路δ方向左转相位绿灯时长，单位为s；
Figure FDA0003164450040000074
为交叉口1是II类交叉口时偶数周期主路δ方向直行相位绿灯时长，单位为s；
g1,δ为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口1直行相位绿灯时长，单位为s；
步骤八八：确定主路δ方向交叉口n第1个时间窗
Figure FDA0003164450040000075
内所对应周期协调相位的绿灯启亮
Figure FDA0003164450040000076
时刻和绿灯结束时刻
Figure FDA0003164450040000077
表达式为：
Figure FDA0003164450040000078
Figure FDA0003164450040000079
式中：
Figure FDA00031644500400000710
为主路δ方向交叉口n左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure FDA00031644500400000711
为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口n左转相位绿灯时长，单位s；
Figure FDA00031644500400000712
为交叉口n是II类交叉口时偶数周期主路δ方向左转相位绿灯时长，单位s；
gn,δ为I类交叉口或II类奇数周期主路δ方向交叉口n直行相位绿灯时长，单位s；
Figure FDA00031644500400000713
为交叉口n是II类交叉口时偶数周期主路δ方向直行相位绿灯时长，单位s；
步骤八九：确定交叉口n第wn,δ个时间窗
Figure FDA00031644500400000714
内所对应周期pn,δ协调相位绿灯启亮和结束时刻；
表达式为：
Figure FDA0003164450040000081
Figure FDA0003164450040000082
步骤八十：确定集合M和
Figure FDA0003164450040000083
中交叉口n第wn,δ个时间窗主路2左转车流绿灯启亮时刻
Figure FDA0003164450040000084
和结束时刻
Figure FDA0003164450040000085
表达式为：
Figure FDA0003164450040000086
Figure FDA0003164450040000087
式中：
Figure FDA0003164450040000088
为主路1方向交叉口n左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure FDA0003164450040000089
为主路1相交道路方向交叉口n左转相位先于直行相位的0-1变量，0为否，1为是；
Figure FDA00031644500400000810
为交叉口n主路δ方向第wn,δ时间窗周期pn,δ的第1个相位绿灯启亮时刻；
步骤八十一：对左转车流在干线上的通行时间
Figure FDA00031644500400000811
进行等效计算；
表达式为：
Figure FDA00031644500400000812
式中：αn为交叉口n的相交道路左转车道数；βn为交叉口n的干线车道数；
步骤八十二：重新确定集合M和
Figure FDA00031644500400000813
中交叉口n第wn,δ时间窗主路2左转车流绿灯结束时刻
Figure FDA00031644500400000814
表达式为：
Figure FDA00031644500400000815
3.根据权利要求2所述一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述步骤九中确定协调车流头车和尾车的驶离时刻t的表达式；具体过程为：
步骤九一：确定下行和上行方向协调车流头车和尾车从交叉口1和交叉口N的驶离时刻；表达式为：
Figure FDA0003164450040000091
Figure FDA0003164450040000092
Figure FDA0003164450040000093
Figure FDA0003164450040000094
式中：
Figure FDA0003164450040000095
为下行方向协调车流头车在周期p1,1时从交叉口1的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000096
为下行方向交叉口1第1个时间窗内所对应的周期p1,1的第1个相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000097
为下行方向协调车流尾车在周期p1,1时从交叉口1的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000098
为下行方向交叉口1第1个时间窗内所对应的周期p1,1的第1个相位的绿灯结束时刻；
Figure FDA0003164450040000099
为上行方向协调车流头车在周期pN,2时从交叉口N的驶离时刻；
Figure FDA00031644500400000910
为上行方向交叉口N第wN,2个时间窗内所对应的周期pN,2的第1个相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA00031644500400000911
为上行方向协调车流尾车在周期pN,2时从交叉口N的驶离时刻；
Figure FDA00031644500400000912
为上行方向交叉口N第wN,2个时间窗内所对应的周期pN,2的第1个相位的绿灯结束时刻；
步骤九二：计算下行和上行方向车流到达下游交叉口时所对应的时刻；
表达式为：
Figure FDA00031644500400000913
Figure FDA00031644500400000914
Figure FDA0003164450040000101
Figure FDA0003164450040000102
式中：
Figure FDA0003164450040000103
为下行方向协调车流头车在周期pn,1时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000104
为下行方向协调车流头车在周期pn-1,1时从交叉口n-1的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000105
为下行方向协调车流尾车在周期pn,1时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000106
为下行方向协调车流尾车在周期pn-1,1时从交叉口n-1的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000107
为上行方向协调车流头车在周期pn,2时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000108
为上行方向协调车流头车在周期pn+1,2时从交叉口n+1的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000109
为上行方向协调车流尾车在周期pn,2时到达交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001010
为上行方向协调车流尾车在周期pn+1,2时从交叉口n+1的驶离时刻；
Ln-1,n为交叉口n-1与交叉口n之间的距离，单位m；Ln,n+1为交叉口n与交叉口n+1之间的距离，单位m；
Vn-1,n为机动车在交叉口n-1与交叉口n之间的平均运行车速，单位m/s；Vn,n+1为机动车在交叉口n与交叉口n+1之间的平均运行车速，单位m/s；
步骤九三：确定干线下行和上行方向第1类和第3类协调车流头车和尾车从交叉口n的驶离时刻：
表达式为：
Figure FDA00031644500400001011
Figure FDA00031644500400001012
Figure FDA00031644500400001013
Figure FDA0003164450040000111
式中：
Figure FDA0003164450040000112
为下行方向协调车流头车在周期pn,1时从交叉口n的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000113
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000114
为下行方向协调车流尾车在周期pn,1时从交叉口n的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000115
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的协调相位的绿灯结束时刻；
Figure FDA0003164450040000116
为上行方向协调车流头车在周期pn,2时从交叉口n的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000117
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000118
为上行方向协调车流尾车在周期pn,2时从交叉口n的驶离时刻；
Figure FDA0003164450040000119
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的协调相位的绿灯结束时刻；
步骤九四：计算干线下行和上行方向第2类协调车流驶离交叉口n，到达交叉口n+1或n-1的时刻；
表达式为：
Figure FDA00031644500400001110
Figure FDA00031644500400001111
Figure FDA00031644500400001112
Figure FDA00031644500400001113
式中：
Figure FDA00031644500400001114
为下行方向第2类协调车流头车到达交叉口n+1所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001115
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的左转相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000121
为下行方向第2类协调车流尾车到达交叉口n+1所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000122
为下行方向交叉口n第wn,1个时间窗内所对应的周期pn,1的左转相位的绿灯结束时刻；
Figure FDA0003164450040000123
为上行方向第2类协调车流头车到达交叉口n-1所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000124
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的左转相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000125
为上行方向第2类协调车流尾车到达交叉口n-1所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000126
为上行方向交叉口n第wn,2个时间窗内所对应的周期pn,2的左转相位的绿灯结束时刻；
步骤九五：确定第2类协调车流头车和尾车驶离交叉口n+1或n-1的时刻；
表达式为：
Figure FDA0003164450040000127
Figure FDA0003164450040000128
Figure FDA0003164450040000129
Figure FDA00031644500400001210
式中：
Figure FDA00031644500400001211
为下行方向第2类协调车流头车驶离交叉口n+1所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001212
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA00031644500400001213
为下行方向第2类协调车流尾车驶离交叉口n+1所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001214
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位的绿灯结束时刻；
Figure FDA00031644500400001215
为上行方向第2类协调车流头车驶离交叉口n-1所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001216
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA00031644500400001217
为上行方向第2类协调车流尾车驶离交叉口n-1所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001218
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位的绿灯结束时刻。
4.根据权利要求3所述一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述步骤十中计算三类绿波带宽；具体过程为：
步骤11：计算下行方向主路1车流到达交叉口n所对应的第1类绿波带宽度
Figure FDA0003164450040000131
当n＝N时，则得到下行协调方向绿波带宽度；
同理得上行方向主路1车流到达交叉口1所对应的第1类绿波带宽度
Figure FDA0003164450040000132
表达式为：
Figure FDA0003164450040000133
Figure FDA0003164450040000134
式中：tN,b,1为下行方向第1类协调车流尾车驶离交叉口N所对应的时刻；tN,a,1为下行方向第1类协调车流头车驶离交叉口N所对应的时刻；
t1,b,2为上行方向第1类协调车流尾车驶离交叉口1所对应的时刻；t1,a,2为上行方向第1类协调车流头车驶离交叉口1所对应的时刻；
步骤12：当交叉口n∈M或
Figure FDA0003164450040000135
时，计算相应的第2类绿波带宽度
Figure FDA0003164450040000136
和
Figure FDA0003164450040000137
由于下行与上行分别存在第m段和第
Figure FDA0003164450040000138
段绿波带，因此绿波带宽度表示为：
Figure FDA0003164450040000139
Figure FDA00031644500400001310
步骤13：当交叉口n∈J或
Figure FDA00031644500400001311
时，设上行存在第j段，下行存在第
Figure FDA00031644500400001312
段，当下行方向从交叉口n开始连续zj个交叉口为Ⅱ类交叉口，计算相应的第3类绿波带宽度表达为
Figure FDA00031644500400001313
当上行方向从交叉口n开始连续
Figure FDA00031644500400001314
个交叉口为Ⅱ类交叉口，计算相应的第3类绿波带宽度表达为
Figure FDA00031644500400001315
表达式为：
Figure FDA0003164450040000141
Figure FDA0003164450040000142
式中：
Figure FDA0003164450040000143
为下行方向第3类协调车流尾车在周期
Figure FDA0003164450040000144
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000145
为下行方向第3类协调车流头车在周期
Figure FDA0003164450040000146
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000147
为上行方向第3类协调车流尾车在周期
Figure FDA0003164450040000148
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000149
为上行方向第3类协调车流头车在周期
Figure FDA00031644500400001410
内驶离交叉口n+zj-1所对应的时刻。
5.根据权利要求4所述一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述步骤十一中I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位不相邻时，构建干线形成绿波带的约束条件；具体过程为：
步骤十一一：建立关于第1类双向绿波带的约束条件：
Figure FDA00031644500400001411
Figure FDA00031644500400001412
式中：
Figure FDA00031644500400001413
为主路δ方向协调车流尾车在周期pn,δ内驶离交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001414
为主路δ方向交叉口n第wn,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ的协调相位的绿灯启亮时刻；
Figure FDA00031644500400001415
为主路δ方向协调车流头车在周期pn,δ内驶离交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001416
为主路δ方向交叉口n第wn,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ的协调相位的绿灯结束时刻；
步骤十一二：确定上行和下行车流到达进行协调的时间窗为：
Figure FDA0003164450040000151
其中：INT表示向下取整；
步骤十一三：建立关于第2类下行方向绿波带的约束条件：
Figure FDA0003164450040000152
Figure FDA0003164450040000153
式中：
Figure FDA0003164450040000154
为下行方向交叉口n+1第w′n+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1+1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000155
为下行方向交叉口n+1第w′n+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1+1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十一四：建立关于第2类上行方向绿波带的约束条件：
Figure FDA0003164450040000156
Figure FDA0003164450040000157
式中：
Figure FDA0003164450040000158
为上行方向交叉口n-1第w′n-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2+1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000159
为上行方向交叉口n-1第w′n-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2+1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十一五：建立关于第3类双向绿波带的约束条件：
Figure FDA00031644500400001510
Figure FDA00031644500400001511
式中：
Figure FDA00031644500400001512
为主路δ方向协调车流尾车在周期pn,δ+1内到达交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA00031644500400001513
为主路δ方向交叉口n第w′n,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ+1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000161
为主路δ方向协调车流头车在周期pn,δ+1内到达交叉口n所对应的时刻；
Figure FDA0003164450040000162
为主路δ方向交叉口n第w′n,δ个时间窗内所对应的周期pn,δ+1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十一六：确定第2，3类绿波带约束下时间窗相应的编号w′n,δ：
w′n,δ＝wn,δ+mod[(pn,δ+1)/2] (62)。
6.根据权利要求5所述一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述步骤十二中I类交叉口干线直行相位与相交道路左转相位相邻时，干线形成绿波带的约束条件构建；具体过程为：
步骤十二一：对于第1类和第3类绿波带的约束条件同步骤十一；
步骤十二二：对于第2类下行方向绿波带的约束条件为：
Figure FDA0003164450040000163
Figure FDA0003164450040000164
式中：
Figure FDA0003164450040000165
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure FDA0003164450040000166
为下行方向交叉口n+1第wn+1,1个时间窗内所对应的周期pn+1,1的协调相位绿灯结束时刻；
步骤十二三：对于第2类上行方向绿波带的约束条件为：
Figure FDA0003164450040000167
Figure FDA0003164450040000168
式中：
Figure FDA0003164450040000169
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位绿灯启亮时刻；
Figure FDA00031644500400001610
为上行方向交叉口n-1第wn-1,2个时间窗内所对应的周期pn-1,2的协调相位绿灯结束时刻。
7.根据权利要求6所述一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述步骤十三中目标函数为
Figure FDA0003164450040000171
式中：
Figure FDA0003164450040000172
为交叉口n的主路1下行方向协调相位的车流量，
Figure FDA0003164450040000173
为交叉口n的主路1上行方向协调相位的车流量，
Figure FDA0003164450040000174
为下行方向集合M中第m个交叉口左转相位的车流量，
Figure FDA0003164450040000175
为上行方向集合
Figure FDA0003164450040000176
中第
Figure FDA0003164450040000177
个交叉口左转相位的车流量，
Figure FDA0003164450040000178
为集合
Figure FDA0003164450040000179
中交叉口的顺序编号；NM为集合M中交叉口的数量；
Figure FDA00031644500400001710
为集合
Figure FDA00031644500400001711
中交叉口的数量；NJ为集合J中交叉口的数量；
Figure FDA00031644500400001712
为集合
Figure FDA00031644500400001713
中交叉口的数量。
8.根据权利要求7所述一种基于非等周期的干线交叉口交通信号协调控制方法，其特征在于：所述步骤十四中采用遗传算法对模型进行求解，确定各交叉口信号配时参数；具体过程为：
步骤十四一：设置遗传算法参数，种群大小为30、最大迭代次数100、交叉概率Pc＝0.8和变异概率Pm＝0.01；
步骤十四二：将目标函数转化为适应度函数，对初始种群所对应的染色体进行二进制编码，产生初始种群；
步骤十四三：计算群体中个体的适应度，通过选择操作、交叉操作和变异操作，产生新一代群体，不断迭代至收敛或最大迭代次数，迭代停止；
步骤十四四：根据当前群体中个体适应度，找到最佳适应个体，分段解码，输出搜索结果；
步骤十四五：分别求解出交叉口
Figure FDA00031644500400001714
wn,δ、pn,δ、
Figure FDA00031644500400001715
以及各个交叉口的相位差O1,n；
步骤十四六：计算I类中第n个交叉口周期内第i个相位的绿灯时长，计算公式为：
Figure FDA0003164450040000181
步骤十四七：分别计算Ⅱ类中第n个交叉口奇数周期和偶数周期中第i个相位的绿灯时长，计算公式为：
Figure FDA0003164450040000182
Figure FDA0003164450040000183
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