CN110910662B - 车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法 - Google Patents

车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法 Download PDF

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CN110910662B CN201911304062.0A CN201911304062A CN110910662B CN 110910662 B CN110910662 B CN 110910662B CN 201911304062 A CN201911304062 A CN 201911304062A CN 110910662 B CN110910662 B CN 110910662B
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Abstract

车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，属于交通运输工程领域，具体涉及一种单点自适应交通信号优化控制方法。使更多的车辆可在绿灯时间内通过道路交叉口，提高道路交叉口的通行效率，减少交通堵塞。本发明根据车路协同系统获得的实时车辆通行信息优化计算得到，每一周期信号配时方案都是可变的。即在第k‑1周期结束前，通过车路协同系统界定哪些车辆归属于第k信号周期可通过道路交叉口，并对车辆进行速度诱导；然后以车辆延误、停车次数加权作为综合评价指标，并赋以不同的权重，以车均PI最小为目标，计算得到第k周期的信号优化配时方案。本发明适用于交通信号灯相位绿灯配时使用。

Description

车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法
技术领域
本发明属于交通运输工程领域，具体涉及一种单点自适应交通信号优化控制方法。
背景技术
在当前的单点自适应信号控制方法中，信号控制参数优化依赖于检测器检测数据的短时预测结果，而预测数据的误差过大，将会导致优化结果的科学性难以得到保证；在车路协同环境下，车辆在道路上的实时行驶状况(行驶速度、位置、出行路径等)可由路侧电子设备获得，即可获取任一时间区间内车辆在交叉口的通行需求，而且还能对每辆车的行驶速度进行诱导，为交通信号的精确控制与交叉口时空资源的最大化利用提供了数据质量保障。但是现有的车路协同系统并未应用到交叉口的交通灯配时方案优化技术领域，车辆在交叉口通行效率低的问题仍未得到解决，造成了严重的交通堵塞。
发明内容
本发明是为了解决在现有车路协同系统控制下，车辆在道路交叉路口通行效率低的问题，提供了一种车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法。
本发明所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，该方法基于车路协同系统实现；所述车路协同系统包括路侧电子设备；所述路侧电子设备用于获取道路上行驶车辆的实时状态信息；
所述方法的具体步骤为：
步骤一、获取道路交叉口各个方向行驶的车辆的状态信息；
步骤二、根据所述车辆的状态信息、道路的最大与最小速度和交通信号灯各相位绿灯开启时刻及持续时间，界定一个信号周期内道路交叉口各个方向可以通过车辆的道路边界及边界内的车辆数；
步骤三、根据绿灯时长及道路最高及最低的限速、所述道路边界内的车辆数，确定各相位需要速度诱导的目标车辆的诱导速度；
步骤四、计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的停车次数和延误时间；
步骤五、利用步骤四所述的每辆汽车的停车次数和延误时间，计算一个周期内道路交叉口的综合效率评价值；
步骤六、利用所述综合效率评价值，确定道路交叉口一个信号周期内信号灯各相位绿灯时间，进而获得各相位绿灯配时方案。
进一步地，步骤一中获取道路交叉口各个方向行驶的车辆的状态信息包括：道路交叉口各个方向行驶的车辆的位置、速度和转向信息。
进一步地，步骤二中所述界定一个信号周期各个方向可以通过道路交叉口的道路边界及边界内的车辆数的方法相同，针对信号周期k第i相位r方向，可以通过道路交叉口的可以通过车辆的道路边界及边界内的车辆数的获得方法包括：
设第k个信号周期的开启时刻为tk，该信号周期第i相位的绿灯显示时间为gk,i，则第i相位的绿灯开启时刻为：
Figure BDA0002322605420000021
式中，tk,i为第k周期第i相位的绿灯开启时刻，单位s；gk,i为第k周期第i相位的绿灯时长，单位s；I为绿灯间隔时间，单位s；
根据需要在第i相位r方向通行的车辆的状态信息、道路的最大限速和交通灯的第i相位绿灯开启时刻及持续时间，确定第k个信号周期第i相位r方向可以通过道路交叉口的车辆的道路边界：
Figure BDA0002322605420000022
式中，道路交叉口可以通过车辆的道路边界的起点为该相位信号灯对应的停车线，
Figure BDA0002322605420000023
为第k周期第i相位道路交叉口r方向可以通过车辆的道路边界的长度，单位m；Vmax为道路限定的最大行驶速度，单位m/s；
第i相位道路交叉口r方向可以通过车辆的道路边界内所有车辆
Figure BDA0002322605420000024
包括两部分，即tk时刻的初始排队车辆数
Figure BDA0002322605420000025
和tk时刻可以通过车辆的道路边界内正在运行的车辆数
Figure BDA0002322605420000026
即：
Figure BDA0002322605420000027
进一步地，步骤三所述确定各相位需要速度诱导的目标车辆的诱导速度的具体方法包括：
对第k周期第i相位r方向最大可放行的车辆数的获取方法进行说明；
步骤三一、根据第i相位绿灯持续时间及道路最高及最低的限速确定需要速度诱导的第一辆目标车辆和最后一辆目标车辆；
当第k周期第i相位绿灯开启后，车辆在路段上以最低限速行驶恰好可以不停车通过道路交叉口，且前一辆车需低于最低限速行驶才能通过道路交叉口，则该车为可诱导的第一辆车；当车辆进入每相位可以通过车辆的道路边界后以最高限速行驶，在绿灯结束时刚好离开道路交叉口停车线，则该车为可诱导的最后一辆车；
步骤三二、确定最大可放行的车辆数；
具体为：
Figure BDA0002322605420000031
为第k周期i相位r方向可放行的最大车辆数；
Figure BDA0002322605420000032
式中，l为启动损失时间，单位s；
Figure BDA0002322605420000033
为第i相位r方向车辆通过道路交叉口的饱和车头时距，单位s；
Figure BDA0002322605420000034
为r方向第i相位放行车辆的车道数。
步骤三三、根据最大可放行的车辆数、需要速度诱导的第一辆目标车辆和最后一辆目标车辆和饱和车头时距，确定每辆车的诱导速度；其中，饱和车头时距是车辆饱和状态下前后两辆车通过停车线的时间差；
具体为：
第k周期第i相位r方向的第Nk r ,i辆车为可诱导的第一辆车，所述可诱导的第一辆车需要满足：
Figure BDA0002322605420000035
且
Figure BDA0002322605420000036
式中，
Figure BDA0002322605420000037
分别为经速度诱导后第k周期第i相位r方向第
Figure BDA0002322605420000038
和
Figure BDA0002322605420000039
辆车预计驶离道路交叉口时刻，单位s；
Figure BDA00023226054200000310
是第k周期第i相位r方向的第
Figure BDA00023226054200000311
辆车tk时刻距离道路交叉口停车线的距离；单位m；
Figure BDA00023226054200000312
是第k周期第i相位r方向的第
Figure BDA00023226054200000313
辆车tk时刻距离道路交叉口停车线的距离；单位m；
Vmin为道路最低限速，单位m/s；
第i相位r方向第j辆车的诱导车速
Figure BDA00023226054200000314
的确定方法为：
当
Figure BDA0002322605420000041
时，不进行速度诱导，车辆按正常速度行驶；
当
Figure BDA0002322605420000042
时，若：
Figure BDA0002322605420000043
则：
Figure BDA0002322605420000044
此时，车辆驶离道路交叉口的时刻为：
Figure BDA0002322605420000045
若：
Figure BDA0002322605420000046
则：
Figure BDA0002322605420000047
Figure BDA0002322605420000048
式中，
Figure BDA0002322605420000049
为经速度诱导后第k周期第i相位r方向第j辆车预计驶离道路交叉口的时刻，单位s；Vmax为道路最低限速，单位m/s；
Figure BDA00023226054200000410
为第k周期i相位r方向的第j辆车在tk时刻距离道路交叉口停车线的距离，单位m
当诱导速度大于道路最高限速Vmax时，令诱导速度
Figure BDA00023226054200000411
此时，绿灯期间存在车流空挡的情况；
同时，还需要满足
Figure BDA00023226054200000412
进一步地，步骤四中所述计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的停车次数的具体方法为：
当
Figure BDA00023226054200000413
时，若
Figure BDA00023226054200000414
当
Figure BDA0002322605420000051
时：
若
Figure BDA0002322605420000052
若
Figure BDA0002322605420000053
当
Figure BDA0002322605420000054
时：
若
Figure BDA0002322605420000055
若
Figure BDA0002322605420000056
若
Figure BDA0002322605420000057
当
Figure BDA0002322605420000058
时：
若
Figure BDA0002322605420000059
若
Figure BDA00023226054200000510
其中
Figure BDA00023226054200000511
为第k周期第i相位r方向第j辆车的停车次数。
进一步地，步骤四中所述计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的延误时间的具体方法为：以第k周期i相位r方向车辆在通过道路交叉口前的延误时间举例进行说明，具体为：
Figure BDA00023226054200000512
式中，
Figure BDA00023226054200000513
为第k周期第i相位r方向第j辆车的延误时间，单位s；
Figure BDA00023226054200000514
为车辆的正常行驶车速，单位m/s；
当
Figure BDA00023226054200000515
不能在绿灯持续时间内通过道路交叉口的车辆延误时间：
Figure BDA00023226054200000516
n为交叉口信号控制相位数，车辆初始排队的延误：
Figure BDA00023226054200000517
式中，
Figure BDA00023226054200000518
为初始排队的第q辆车的延误时间，单位s。
进一步地，步骤五中利用步骤四所述的停车次数和和延误时间，计算一个周期内道路交叉口的综合效率评价值的具体过程为：
Figure BDA0002322605420000061
Figure BDA0002322605420000062
式中，w1、w2为车辆延误、停车次数的权重；PIk为一个周期内道路交叉口的综合效率评价值；
Figure BDA0002322605420000063
为第k周期i相位r方向到达的第j辆车的PI值。
进一步地，步骤六中所述利用所述综合评价值，确定各相位绿灯时间的具体方法为：
通过求取车均最小PI值，获取各相位绿灯时长，以第i相位的绿灯时长gk,i获取方法进行举例说明：
Figure BDA0002322605420000064
式中，pi为车均PI值；PIk为第k周期的车辆总PI值。
本发明所述的道路交叉口的信号配时方案，根据车路协同系统获得的实时车辆通行信息优化计算得到，每一周期信号配时方案都是可变的。即在第k-1周期结束前，通过车路协同系统界定哪些车辆归属于第k信号周期可通过道路交叉口，并对车辆进行速度诱导；然后以车辆延误、停车次数加权作为综合评价指标(PI)，并赋以不同的权重，以车均PI最小为目标，计算得到第k周期的信号优化配时方案，达到提高交叉口通行效率、减少停车次数的目的。
附图说明
图1为该方法下界定的道路交叉口可以通过车辆的道路边界示意图；
图2为道路限速示意图；
图3行驶车辆诱导速度示意图；
图4为交叉口车辆状态示意图。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，该方法主要针对孤立的道路交叉口使用；该方法基于车路协同系统实现；所述车路协同系统包括路侧电子设备；所述路侧电子设备用于获取道路上行驶车辆的实时状态信息；
所述方法的具体步骤为：
步骤一、获取道路交叉口各个方向行驶的车辆的状态信息；
步骤二、根据所述车辆的状态信息、道路的最大与最小速度和交通信号灯各相位绿灯开启时刻及持续时间，界定一个信号周期内道路交叉口各个方向可以通过车辆的道路边界及边界内的车辆数；
步骤三、根据绿灯时长及道路最高及最低的限速、所述道路边界内的车辆数，确定各相位需要速度诱导的目标车辆的诱导速度；
步骤四、计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的停车次数和延误时间；
步骤五、利用步骤四所述的每辆汽车的停车次数和延误时间，计算一个周期内道路交叉口的综合效率评价值；
步骤六、利用所述综合效率评价值，确定道路交叉口一个信号周期内信号灯各相位绿灯时间，进而获得各相位绿灯配时方案。
本实施方式所述的交通信号灯各相位是交叉口一组信号灯，例如，十字交叉口需要四组信号灯，即为四个相位。且本实施方式所述的道路交叉口为孤立的道路交叉口，每个相位对应方向的道路足够长，不影响本发明所述方法的实施。
车路协同技术就是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。本实施方式所述的车路协同系统还包括云端管理系统、智能车载装置、信号灯控制装置，所述信号灯控制装置用于控制每个道路交叉口信号灯的配时，同时通过云端管理系统向需要速度诱导的车辆的智能车载装置发送诱导速度信号等。
进一步地，步骤一中获取道路交叉口各个方向行驶的车辆的状态信息包括：道路交叉口各个方向行驶的车辆的位置、速度和转向信息。
进一步地，步骤二中所述界定一个信号周期各个方向可以通过道路交叉口的道路边界及边界内的车辆数的方法相同，针对信号周期k第i相位r方向，可以通过道路交叉口的可以通过车辆的道路边界及边界内的车辆数的获得方法包括：
设第k个信号周期的开启时刻为tk，该信号周期第i相位的绿灯显示时间为gk,i，则第i相位的绿灯开启时刻为：
Figure BDA0002322605420000081
式中，tk,i为第k周期第i相位的绿灯开启时刻，单位s；gk,i为第k周期第i相位的绿灯时长，单位s；I为绿灯间隔时间，单位s；
根据需要在第i相位r方向通行的车辆的状态信息、道路的最大限速和交通灯的第i相位绿灯开启时刻及持续时间，确定第k个信号周期第i相位r方向可以通过道路交叉口的车辆的道路边界：
Figure BDA0002322605420000082
式中，道路交叉口可以通过车辆的道路边界的起点为该相位信号灯对应的停车线，
Figure BDA0002322605420000083
为第k周期第i相位道路交叉口r方向可以通过车辆的道路边界的长度，单位m；Vmax为道路限定的最大行驶速度，单位m/s；
第i相位道路交叉口r方向可以通过车辆的道路边界内所有车辆
Figure BDA0002322605420000084
包括两部分，即tk时刻的初始排队车辆数
Figure BDA0002322605420000085
和tk时刻可以通过车辆的道路边界内正在运行的车辆数
Figure BDA0002322605420000086
即：
Figure BDA0002322605420000087
本实施方式所述的可以通过道路交叉口车辆的边界的确定方法为在假设边界内的最后一辆车前方无车辆阻碍的情况下以道路最大限速在一个信号周期内正好能够通过交叉口。
进一步地，步骤三所述确定各相位需要速度诱导的目标车辆的诱导速度的具体方法包括：
对第k周期第i相位r方向最大可放行的车辆数的获取方法进行说明；
步骤三一、根据第i相位绿灯持续时间及道路最高及最低的限速确定需要速度诱导的第一辆目标车辆和最后一辆目标车辆；
当第k周期第i相位绿灯开启后，车辆在路段上以最低限速行驶恰好可以不停车通过道路交叉口，且前一辆车需低于最低限速行驶才能通过道路交叉口，则该车为可诱导的第一辆车；当车辆进入每相位可控边界后以最高限速行驶，在绿灯结束时刚好离开道路交叉口停车线，则该车为可诱导的最后一辆车；
步骤三二、确定最大可放行的车辆数；
具体为：
Figure BDA0002322605420000091
为第k周期i相位r方向可放行的最大车辆数；
Figure BDA0002322605420000092
式中，l为启动损失时间，单位s；
Figure BDA0002322605420000093
为第i相位r方向车辆通过道路交叉口的饱和车头时距，单位s；
Figure BDA0002322605420000094
为r方向第i相位放行车辆的车道数。
步骤三三、根据最大可放行的车辆数、需要速度诱导的第一辆目标车辆和最后一辆目标车辆和饱和车头时距，确定每辆车的诱导速度；其中，饱和车头时距是车辆饱和状态下前后两辆车通过停车线的时间差；
具体为：
第k周期第i相位r方向的第
Figure BDA0002322605420000095
辆车为可诱导的第一辆车，所述可诱导的第一辆车需要满足：
Figure BDA0002322605420000096
且
Figure BDA0002322605420000097
式中，
Figure BDA0002322605420000098
分别为经速度诱导后第k周期第i相位r方向第
Figure BDA0002322605420000099
和
Figure BDA00023226054200000910
辆车预计驶离道路交叉口时刻，单位s；
Figure BDA00023226054200000911
是第k周期第i相位r方向的第
Figure BDA00023226054200000912
辆车tk时刻距离道路交叉口停车线的距离；单位m；
Figure BDA00023226054200000913
是第k周期第i相位r方向的第
Figure BDA00023226054200000914
辆车tk时刻距离道路交叉口停车线的距离；单位m；
Vmin为道路最低限速，单位m/s；
第i相位r方向第j辆车的诱导车速
Figure BDA0002322605420000101
的确定方法为：
当
Figure BDA0002322605420000102
时，不进行速度诱导，车辆按正常速度行驶；
当
Figure BDA0002322605420000103
时，若：
Figure BDA0002322605420000104
则：
Figure BDA0002322605420000105
此时，车辆驶离道路交叉口的时刻为：
Figure BDA0002322605420000106
若：
Figure BDA0002322605420000107
则：
Figure BDA0002322605420000108
Figure BDA0002322605420000109
式中，
Figure BDA00023226054200001010
为经速度诱导后第k周期第i相位r方向第j辆车预计驶离道路交叉口的时刻，单位s；Vmax为道路最低限速，单位m/s；
Figure BDA00023226054200001011
为第k周期i相位r方向的第j辆车在tk时刻距离道路交叉口停车线的距离，单位m
当诱导速度大于道路最高限速Vmax时，令诱导速度
Figure BDA00023226054200001012
此时，绿灯期间存在车流空挡的情况；
同时，还需要满足
Figure BDA00023226054200001013
为了使更多的车辆可以不停车通过交叉口，通过车路协同系统实时诱导车辆速度，减少车辆的停车。因绿灯时长的限制以及道路最高及最低限速的约束，并非所有车辆都需进行速度诱导。
例如：车辆以最低限速行驶到达交叉口的时间为：15:31:33、15:31:35、15:31:38、15:31:41、15:31:46、15:31:49、15:31:54、15:31:58、15:32:02、15:32:05。
车辆以最高限速行驶到达交叉口的时间为：15:31:31、15:31:33、15:31:34、15:31:36、15:31:38、15:31:40、15:31:42、15:31:44、15:31:46、15:31:48。
根据排队车辆数
Figure BDA0002322605420000111
车道数
Figure BDA0002322605420000112
车辆到达交叉口的时间范围确定可进行速度诱导的第一辆车
Figure BDA0002322605420000113
以道路最低限速行驶时，第6辆车刚好可以在绿灯时间通过交叉口，而第5辆车到达时，排队还未消散。该进口道左转车辆的饱和车头时距为
Figure BDA0002322605420000114
第1、2、3、4、5辆车通过交叉口时刻的计算为：15:31:37、15:31:39、15:31:41、15:31:43、15:31:45；第6辆车通过交叉口的时间为15:31:47；第7辆车通过交叉口的时刻为15:31:49。
第6辆车的诱导速度为27.95km/s；第7辆车的诱导速度为31.45km/h。
计算如下：
Figure BDA0002322605420000115
Figure BDA0002322605420000116
Figure BDA0002322605420000117
Figure BDA0002322605420000118
Figure BDA0002322605420000119
Figure BDA00023226054200001110
和
Figure BDA00023226054200001111
分别为第5、6、7辆车通过交叉口时刻，
Figure BDA00023226054200001112
为第6、第7辆车的诱导速度，具体可诱导的最后一辆车随着绿灯时间的变化而变化。
在车辆速度可诱导的情况下，交叉口运行的最佳状态是车辆能够以饱和流率通过交叉口。诱导速度除需要满足道路最低限速及最高限速的要求外，从安全角度考虑，同一车道内的车辆，诱导的后车抵达停车线的时刻一定要晚于前车，且至少相差一个饱和车头时距。通过速度诱导，路段内的车辆整合成车队通过交叉口，提高交叉口的通行效率。
进一步地，步骤四中所述计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的停车次数的具体方法为：
当
Figure BDA00023226054200001113
时，若
Figure BDA00023226054200001114
当
Figure BDA0002322605420000121
时：
若
Figure BDA0002322605420000122
若
Figure BDA0002322605420000123
当
Figure BDA0002322605420000124
时：
若
Figure BDA0002322605420000125
若
Figure BDA0002322605420000126
若
Figure BDA0002322605420000127
当
Figure BDA0002322605420000128
时：
若
Figure BDA0002322605420000129
若
Figure BDA00023226054200001210
其中
Figure BDA00023226054200001211
为第k周期第i相位r方向第j辆车的停车次数。
进一步地，步骤四中所述计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的延误时间的具体方法为：以第k周期i相位r方向车辆在通过道路交叉口前的延误时间举例进行说明，具体为：
Figure BDA00023226054200001212
式中，
Figure BDA00023226054200001213
为第k周期第i相位r方向第j辆车的延误时间，单位s；
Figure BDA00023226054200001214
为车辆的正常行驶车速，单位m/s；
当
Figure BDA00023226054200001215
不能在绿灯持续时间内通过道路交叉口的车辆延误时间：
Figure BDA00023226054200001216
n为交叉口信号控制相位数，车辆初始排队的延误：
Figure BDA00023226054200001217
式中，
Figure BDA00023226054200001218
为初始排队的第q辆车的延误时间，单位s。
本实施方式中，第6辆车以诱导车速行驶可在绿灯期间到达，且到达时前方无排队车辆，以最高限速行驶时在红灯期间到达交叉口，前方排队车辆数为7。通过速度诱导使第6辆车与前车以饱和车头时距通过交叉口，减少绿灯时间浪费，避免了车辆停车等待。
第1辆车的停车计算为：
Figure BDA0002322605420000131
第6辆车的停车计算为：
Figure BDA0002322605420000132
第6辆车的延误计算为：
Figure BDA0002322605420000133
当
Figure BDA0002322605420000134
不能在绿灯时间通过交叉口的车辆延误：
Figure BDA0002322605420000135
初始排队车辆的延误:
Figure BDA0002322605420000136
式中
Figure BDA0002322605420000137
—初始排队的第q辆车的延误，s。
初始排队的第一辆车的延误为：
Figure BDA0002322605420000138
进一步地，步骤五中利用步骤四所述的停车次数和和延误时间，计算一个周期内道路交叉口的综合效率评价值的具体过程为：
Figure BDA0002322605420000139
Figure BDA00023226054200001310
式中，w1、w2为车辆延误、停车次数的权重；PIk为一个周期内道路交叉口的综合效率评价值；
Figure BDA00023226054200001311
为第k周期i相位r方向到达的第j辆车的PI值。
进一步地，步骤六中所述利用所述综合评价值，确定各相位绿灯时间的具体方法为：
通过求取车均最小PI值，获取各相位绿灯时长，以第i相位的绿灯时长gk,i获取方法进行举例说明：
Figure BDA0002322605420000141
式中，pi为车均PI值；PIk为第k周期的车辆总PI值。
本发明利用车路协同环境下实时动态获取路网交通信息的优势，实时确定可通行车辆的边界，确定可进行速度诱导的车辆和诱导速度，在通过计算综合指标并对车均综合指标求取最小值，确定各相位绿灯时长，获得一个周期的信号配时方案。
第6辆车以诱导车速行驶可在绿灯期间到达，且到达时前方无排队车辆，以最高限速行驶时在红灯期间到达交叉口，前方排队车辆数为7。通过速度诱导使第6辆车与前车以饱和车头时距通过交叉口，减少绿灯时间浪费，避免了车辆停车等待。
第1辆车的停车计算为：
Figure BDA0002322605420000142
第6辆车的停车计算为：
Figure BDA0002322605420000143
第6辆车的延误计算为：
Figure BDA0002322605420000144
当
Figure BDA0002322605420000145
不能在绿灯时间通过交叉口的车辆延误：
Figure BDA0002322605420000146
初始排队车辆的延误:
Figure BDA0002322605420000147
式中
Figure BDA0002322605420000148
—初始排队的第q辆车的延误，s。
初始排队的第一辆车的延误为：
Figure BDA0002322605420000149
号配时方案。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (9)

1.车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，该方法基于车路协同系统实现；所述车路协同系统包括路侧电子设备；所述路侧电子设备用于获取道路上行驶车辆的实时状态信息；
所述方法的具体步骤为：
步骤一、获取道路交叉口各个方向行驶的车辆的状态信息；
步骤二、根据所述车辆的状态信息、道路的最高与最低限速和交通信号灯各相位绿灯开启时刻及持续时间，界定一个信号周期内道路交叉口各个方向可以通过车辆的道路边界及边界内的车辆数；
界定一个信号周期各个方向可以通过道路交叉口的道路边界及边界内的车辆数的方法相同，针对信号周期k第i相位r方向，可以通过车辆的道路边界及边界内的车辆数的获得方法包括：
设第k个信号周期的开启时刻为tk，该信号周期第i相位的绿灯显示时间为gk,i，则第i相位的绿灯开启时刻为：
Figure FDA0003023490370000011
式中，tk,i为第k周期第i相位的绿灯开启时刻，单位s；gk,i为第k周期第i相位的绿灯时长，单位s；I为绿灯间隔时间，单位s；
根据需要在第i相位r方向通行的车辆的状态信息、道路的最高限速和交通灯的第i相位绿灯开启时刻及持续时间，确定第k个信号周期第i相位r方向可以通过道路交叉口的车辆的道路边界：
Figure FDA0003023490370000012
式中，道路交叉口可以通过车辆的道路边界的起点为该相位信号灯对应的停车线，
Figure FDA0003023490370000013
为第k周期第i相位道路交叉口r方向可以通过车辆的道路边界的长度，单位m；Vmax为道路限定的最大行驶速度，单位m/s；
第i相位道路交叉口r方向可以通过车辆的道路边界内所有车辆
Figure FDA0003023490370000014
包括两部分，即tk时刻的初始排队车辆数
Figure FDA0003023490370000015
和tk时刻可以通过车辆的道路边界内正在运行的车辆数
Figure FDA0003023490370000016
即：
Figure FDA0003023490370000017
步骤三、根据绿灯时长及道路最高及最低的限速、所述道路边界内的车辆数，确定各相位需要速度诱导的目标车辆的诱导速度；
步骤四、计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的停车次数和延误时间；
步骤五、利用步骤四所述的每辆汽车的停车次数和延误时间，计算一个周期内道路交叉口的综合效率评价值；
步骤六、利用所述综合效率评价值，确定道路交叉口一个信号周期内信号灯各相位绿灯时间，进而获得各相位绿灯配时方案。
2.根据权利要求1所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤一中获取道路交叉口各个方向行驶的车辆的状态信息包括：道路交叉口各个方向行驶的车辆的位置、速度和转向信息。
3.根据权利要求1所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤三所述确定各相位需要速度诱导的目标车辆的诱导速度的具体方法包括：
对第k周期第i相位r方向最大可放行的车辆数的获取方法进行说明；
步骤三一、根据第i相位绿灯持续时间及道路最高及最低的限速确定需要速度诱导的第一辆目标车辆和最后一辆目标车辆；
步骤三二、确定最大可放行的车辆数；
步骤三三、根据最大可放行的车辆数、需要速度诱导的第一辆目标车辆和最后一辆目标车辆和饱和车头时距，确定每辆车的诱导速度。
4.根据权利要求3所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤三二所述确定最大可放行的车辆数的方法为：
Figure FDA0003023490370000021
为第k周期i相位r方向可放行的最大车辆数；
Figure FDA0003023490370000022
式中，l为启动损失时间，单位s；
Figure FDA0003023490370000023
为第i相位r方向车辆通过道路交叉口的饱和车头时距，单位s；
Figure FDA0003023490370000024
为r方向第i相位放行车辆的车道数。
5.根据权利要求4所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤三三所述根据最大可放行的车辆数和需要速度诱导的第一辆目标车辆和最后一辆目标车辆和饱和车头时距，确定每辆车的诱导速度的具体方法为：
第k周期第i相位r方向的第
Figure FDA0003023490370000031
辆车为可诱导的第一辆车，所述可诱导的第一辆车需要满足：
Figure FDA0003023490370000032
且
Figure FDA00030234903700000317
式中，
Figure FDA0003023490370000033
分别为经速度诱导后第k周期第i相位r方向第
Figure FDA0003023490370000034
和
Figure FDA0003023490370000035
辆车预计驶离道路交叉口时刻，单位s；
Figure FDA0003023490370000036
是第k周期第i相位r方向的第
Figure FDA0003023490370000037
辆车tk时刻距离道路交叉口停车线的距离；单位m；
Figure FDA0003023490370000038
是第k周期第i相位r方向的第
Figure FDA0003023490370000039
辆车tk时刻距离道路交叉口停车线的距离；单位m；
Vmin为道路最低限速，单位m/s；
第i相位r方向第j辆车的诱导车速
Figure FDA00030234903700000310
的确定方法为：
当
Figure FDA00030234903700000311
时，不进行速度诱导，车辆按正常速度行驶；
当
Figure FDA00030234903700000312
时，若：
Figure FDA00030234903700000313
则：
Figure FDA00030234903700000314
此时，车辆驶离道路交叉口的时刻为：
Figure FDA00030234903700000315
若：
Figure FDA00030234903700000316
则：
Figure FDA0003023490370000041
Figure FDA0003023490370000042
式中，
Figure FDA0003023490370000043
为经速度诱导后第k周期第i相位r方向第j辆车预计驶离道路交叉口的时刻，单位s；Vmax为道路最低限速，单位m/s；
Figure FDA0003023490370000044
为第k周期i相位r方向的第j辆车在tk时刻距离道路交叉口停车线的距离，单位m；
当诱导速度大于道路最高限速Vmax时，令诱导速度
Figure FDA0003023490370000045
此时，绿灯期间存在车流空挡的情况；
同时，还满足
Figure FDA0003023490370000046
6.根据权利要求1所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤四中所述计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前的停车次数的具体方法为：
当
Figure FDA0003023490370000047
时，若
Figure FDA0003023490370000048
当
Figure FDA0003023490370000049
时：
若
Figure FDA00030234903700000410
若
Figure FDA00030234903700000411
当
Figure FDA00030234903700000412
时：
若
Figure FDA00030234903700000413
若
Figure FDA00030234903700000414
若
Figure FDA00030234903700000415
当
Figure FDA00030234903700000416
时：
若
Figure FDA00030234903700000417
若
Figure FDA00030234903700000418
其中
Figure FDA00030234903700000419
为第k周期第i相位r方向第j辆车的停车次数。
7.根据权利要求1所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤四所述计算一个信号周期内所述可以通过车辆的道路边界内每辆汽车通过道路交叉口前延误时间的具体方法为：以第k周期i相位r方向车辆在通过道路交叉口前的延误时间举例进行说明，具体为：
Figure FDA0003023490370000051
式中，
Figure FDA0003023490370000052
为第k周期第i相位r方向第j辆车的延误时间，单位s；
Figure FDA0003023490370000053
为车辆的正常行驶车速，单位m/s；
当
Figure FDA0003023490370000054
不能在绿灯持续时间内通过道路交叉口的车辆延误时间：
Figure FDA0003023490370000055
n为交叉口信号控制相位数，车辆初始排队的延误：
Figure FDA0003023490370000056
式中，
Figure FDA0003023490370000057
为初始排队的第q辆车的延误时间，单位s。
8.根据权利要求1所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤五中利用步骤四所述的停车次数和延误时间，计算一个周期内道路交叉口的综合效率评价值的具体过程为：
Figure FDA0003023490370000058
Figure FDA0003023490370000059
式中，w1、w2为车辆延误、停车次数的权重；PIk为一个周期内道路交叉口的综合效率评价值；
Figure FDA00030234903700000510
为第k周期i相位r方向到达的第j辆车的PI值。
9.根据权利要求1所述车路协同环境下单点自适应交通信号优化控制方法，其特征在于，步骤六中所述利用所述综合评价值，确定各相位绿灯时间的具体方法为：
通过求取车均最小PI值，获取各相位绿灯时长，以第i相位的绿灯时长gk,i获取方法进行举例说明：
Figure FDA0003023490370000061
式中，pi为车均PI值；PIk为第k周期的车辆总PI值。
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