CN110969846A - 一种基于双向带宽的和最大的相位差优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，包括：接收输入的绿波路段各交叉口的绿波方案和限制条件；根据当前交叉口的绿波方案计算当前交叉口的上下行调节量；根据上下行调节量确定当前交叉口上下行协调相位的所属位置关系，并根据所属位置关系确定当前交叉口的上下行最佳位置；由上下行最佳位置确定当前交叉口的相位差；在不减少双向带宽的和的前提下，根据绿波上行带宽最小值和绿波下行带宽最小值更新相位差，后根据绿波带宽需求比更新相位差。本发明的方法不限制交叉口协调相位的放行方式，适用于满足各种带宽需求下确定合适的相位差，具有良好通用性，且计算量小。

Description

一种基于双向带宽的和最大的相位差优化方法

技术领域

本申请属于交通信号协调控制领域，具体涉及一种基于双向带宽的和最大的相位差优化方法。

背景技术

绿波协调控制作为一种交通信号控制的重要策略，可以使得行驶在干线上的车流减少在交叉口的停车时间，提高行车速度，减少能源消耗和尾气排放。绿波设计的原则主要有两种：绿波带宽最大化和延误最小化。最小延误设计方法涉及到大量影响因素，且其相关参数标定困难，在实际应用中有一定的局限性。最大带宽设计方法常用的算法有图解法、数解法和模型法，传统的图解法是通过作图的方法来确定公共信号周期与相位差，不利用编程；模型法中需要求解线性规划；传统的数解法适用场景有限，主要适用于采用对称放行方式且要求双向行驶速度对称。

绿波路口相位差计算是决定绿波效果的重要因素，其结果合理与否直接影响绿波带宽的大小。针对绿波协调控制的问题现有技术中已存在部分控制方法：

例如专利申请号为201810230877.8的中国专利文献，公开了一种双向绿波协调控制方法及装置，根据公共周期、相位绿灯时间、初始排队清空时间和各路口到其下游路口的截距确定各路口相位差的取值范围，根据路口停车次数最小的原则以及路口间绿波带宽，枚举各路口的相位差的取值范围中的相位差，得到各路口的相位差集合，依次计算各路口的相位差集合中每个相位差对应的绿波带宽，根据正反向绿波带宽之和最大原则确定各路口的相位差。该方法通过枚举法在所有可行的相位差集合中找最优解，随着绿波路口个数的增加可行相位差集合成倍数增长，使得计算量过大，且不能适应多周期情况的计算。

又如专利申请号为201811175274.9的中国专利文献，公开了一种简便实用的双向绿波配时算法，根据各交叉口的绿时长、正向绿波起始时间和反向绿波起始时间来计算最佳相对相位差。该方法只适用于路口上下行放行是对称的，当上下行协调相位放行方式为搭接放行或者单独放行时不能有效计算相位差。

根据上述公开的文献可知，根据各个绿波路口的相位差取值范围，利用枚举法或者遍历剪枝法确实可以计算得到双向带宽和最大时各路口的相位差，但此类方法的循环次数与相位差取值范围和绿波路口个数直接相关，随着绿波路口的增加计算量成指数增长。再者通过优化传统数解法来计算相位差的方法，或是限制了路口协调相位的放行方式，或是不能适应多周期情况的计算。

发明内容

本申请的目的在于一种基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，该方法不限制交叉口协调相位的放行方式，适用于满足各种带宽需求下确定合适的相位差，具有良好通用性，且计算量小。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，所述基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，包括：

接收输入的绿波路段各交叉口的绿波方案和限制条件，所述限制条件包括绿波上行带宽最小值、绿波下行带宽最小值、绿波带宽需求比；

根据当前交叉口的绿波方案计算当前交叉口的上下行调节量；

根据上下行调节量确定当前交叉口上下行协调相位的所属位置关系，并根据所属位置关系确定当前交叉口的上下行最佳位置；

由上下行最佳位置确定当前交叉口的相位差；

在不减少双向带宽的和的前提下，根据绿波上行带宽最小值和绿波下行带宽最小值更新相位差，后根据绿波带宽需求比更新相位差。

作为优选，所述根据当前交叉口的绿波方案计算当前交叉口的上下行调节量，包括：

当前交叉口下行调节量包括参数d1和参数d2，计算公式如下：

其中，

表示交叉口i下行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口j下行协调相位的计算绿灯结束时刻，t^j→i表示交叉口j到交叉口i的行程时间，

表示交叉口i下行协调相位的计算绿灯开始时刻，

表示交叉口j下行协调相位的计算绿灯开始时刻，交叉口j表示当前交叉口，交叉口i表示交叉口j的相邻上游交叉口；

当前交叉口上行调节量包括参数u1和参数u2，计算公式如下：

其中，

表示交叉口i上行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口j上行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口i上行协调相位的计算绿灯开始时刻，

表示交叉口j上行协调相位的计算绿灯开始时刻，t^i→j表示交叉口i到交叉口j的行程时间。

作为优选，所述根据上下行调节量确定当前交叉口上下行协调相位的所属位置关系，包括：

交叉口j的下行协调相位绿灯时长为

则当前交叉口下行协调相位的所属位置关系包括：

若d1≥0且d2≥0，则为下行协调相位的第一位置类型；

若d1＞0且

则为下行协调相位的第二位置类型；

若

且d2＞0，则为下行协调相位的第三位置类型；

若d1≤0且d2＜0或d1＜0且d2≤0，则为下行协调相位的第四位置类型；

若d1＞0且

则为下行协调相位的第五位置类型；

若

且d2＞0，则为下行协调相位的第六位置类型；

交叉口j的上行协调相位绿灯时长为

则当前交叉口上行协调相位的所属位置关系包括：

若u1≥0且u2≥0，则为上行协调相位的第一位置类型；

若u1＞0且

则为上行协调相位的第二位置类型；

若

且u2＞0，则为上行协调相位的第三位置类型；

若u1≤0且u2＜0或u1＜0且u2≤0，则为上行协调相位的第四位置类型；

若u1＞0且

则为上行协调相位的第五位置类型；

若

且u2＞0，则为上行协调相位的第六位置类型。

作为优选，所述根据所属位置关系确定当前交叉口的上下行最佳位置，包括：

确定下行最佳位置时包括以下步骤：

(1)获取交叉口i和交叉口j的信号周期的最小值为C，初始化最优的下行调节量m1和m2为：m1＝d1、m2＝d2，并计算参数optmin：

optmin＝max(0，m1)+max(0，m2)

(2)判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，若当前交叉口的下行协调相位为第五位置类型，则执行步骤(3)；若当前交叉口的下行协调相位为第六位置类型，则执行步骤(4)；否则将当前位置类型作为下行最佳位置并结束；

(3)更新m1-＝C，m2+＝C；若max(0，m1)+max(0，m2)＞optmin，则重新判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为下行最佳位置并结束；否则更新optmin＝max(0，m1)+max(0，m2)，d1＝m1，d2＝m2，重新执行步骤(3)；

(4)更新m1+＝C，m2-＝C；若max(0，m1)+max(0，m2)＞optmin，则重新判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为下行最佳位置并结束；否则更新optmin＝max(0，m1)+max(0，m2)，d1＝m1，d2＝m2，重新执行步骤(4)；

确定上行最佳位置时包括以下步骤：

(1)获取交叉口i和交叉口j的信号周期的最小值为C，初始化最优的上行调节量m3和m4为：m3＝u1、m4＝u2，并计算参数optmin1：

optmin1＝max(0，m3)+max(0，m4)

(2)判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，若当前交叉口的上行协调相位为第五位置类型，则执行步骤(3)；若当前交叉口的上行协调相位为第六位置类型，则执行步骤(4)；否则将当前位置类型作为上行最佳位置并结束；

(3)更新m3-＝C，m4+＝C；若max(0，m3)+max(0，m4)＞optmin1，则重新判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为上行最佳位置并结束；否则更新optmin1＝max(0，m3)+max(0，m4)，u1＝m3，u2＝m4，重新执行步骤(3)；

(4)更新m3+＝C，m4-＝C；若max(0，m3)+max(0，m4)＞optmin1，则重新判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为上行最佳位置并结束；否则更新optmin1＝max(0，m3)+max(0，m4)，u1＝m3，u2＝m4，重新执行步骤(4)。

作为优选，若确定的上行最佳位置为第二位置类型且下行最佳位置为第三位置类型，则更新下行调节量的参数d1和参数d2为：

d1+＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

d2-＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

并利用更新后的参数d1和参数d2重新确定当前交叉口下行协调相位的所属位置关系作为下行最佳位置；

若确定的上行最佳位置为第三位置类型且下行最佳位置为第二位置类型，则更新上行调节量的参数u1和参数u2为：

u1+＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

u2-＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

并利用更新后的参数u1和参数u2重新确定当前交叉口上行协调相位的所属位置关系作为上行最佳位置。

作为优选，所述由上下行最佳位置确定交叉口的相位差，包括：

初始化当前交叉口的相位差f^j与相邻上游交叉口的相位差fⁱ相等，且上游交叉口的相位差fⁱ为f，并计算d_min和u_min：

d_min＝min(|d1|，|d2|)

u_min＝min(|u1|，|u2|)

初始化相位差更改值f_mid＝0，根据当前交叉口的上下行最佳位置计算相位差更改值f_mid如下：

1)当上行最佳位置为第一位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型或第四位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{u1，d_min}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{u2，d_min}；

2)当上行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型，则f_mid＝-Min{u_min，d1}；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{max(d1，|d2|)，max(u1，|u2|)}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid＝-Min{u_min，|d2|}；

3)当上行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型，则f_mid＝Min{u_min，d2}；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{max(d2，|d1|)，max(u2，|u1|)}；

若下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid＝Min{u_min，|d1|}；

4)当上行最佳位置为第四位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型或第四位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{d_min，|u2|}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{d_min，|u1|}；

则若f_mid＝0，则当前交叉口的相位差f^j＝f；否则当前交叉口的相位差f^j＝f-f_mid，并且更新d1+＝f_mid，d2-＝f_mid，u1+＝f_mid，u2-＝f_mid。

作为优选，所述在不减少双向带宽的和的前提下，根据绿波上行带宽最小值和绿波下行带宽最小值更新相位差，包括：

(1)取绿波上行带宽最小值为

绿波下行带宽最小值为

相邻上游交叉口的上行协调相位绿灯时长为

相邻上游交叉口的下行协调相位绿灯时长为

计算当前交叉口的上行带宽b_u和下行带宽b_d：

(2)初始化相位差更改值f_mid1＝0，当

时，更新f_mid1并执行步骤(4)；否则执行步骤(3)；

所述更新f_mid1包括：

若当前交叉口的上行最佳位置为第二位置类型时，则更新

若当前交叉口的上行最佳位置为第三位置类型时，则更新

否则，不改变f_mid1的值；

(3)若

且

则更新f_mid1并执行步骤(4)，否则直接执行步骤(4)；

所述更新f_mid1包括：

若当前交叉口的下行最佳位置为第二位置类型时，则更新

若当前交叉口的下行最佳位置为第三位置类型时，则更新

否则，不改变f_mid1的值；

(4)若f_mid1＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid1≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid1，并更新d1+＝f_mid1，d2-＝f_mid1，u1+＝f_mid1，u2-＝f_mid1。

作为优选，所述根据绿波带宽需求比更新相位差，包括：

(1)取绿波带宽需求比为r，相邻上游交叉口的上行协调相位绿灯时长为

相邻上游交叉口的下行协调相位绿灯时长为

计算当前交叉口的上行带宽b_u和下行带宽b_d：

初始化相位差更改值f_mid2＝0，计算上行带宽在满足带宽最小约束的前提下可减少的量dec为：

(2)若dec＞0且

则计算为了满足绿波带宽需求比下行带宽需要增加的值derta，并且执行步骤(3)；否则执行步骤(4)；

其中需要增加的值derta为：

(3)初始化mid＝0；

若当前交叉口的下行最佳位置为第二位置类型时，则更新mid＝-Min{min(min(|d2|，d1)，dec)，derta}；

若当前交叉口的下行最佳位置为第三位置类型时，则更新mid＝Min{min(min(|d1|，d2)，dec)，derta}；

若

则f_mid2＝mid，并执行步骤(4)；否则直接执行步骤(4)；

(4)若f_mid2＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid2≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid2，同时更新d1+＝f_mid2，d2-＝f_mid2，u1+＝f_mid2，u2-＝f_mid2。

作为优选，所述基于双向带宽的和最大的相位差优化方法还包括以减少车辆延误时间或停车次数为目的优化相位差；

其中以减少停车次数为目的优化相位差，包括：

(1)初始化相位差更改值f_mid3＝0；

若当前交叉口上行最佳位置为第一位置类型且下行最佳位置为第一位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(u2，d2)

否则若当前交叉口上行最佳位置为第一位置类型且下行最佳位置为第四位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(u2，|d1|)

否则若当前交叉口上行最佳位置为第四位置类型且下行最佳位置为第一位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(d2，|u1|)

否则，不改变f_mid3的值；

(2)若f_mid3＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变；否则更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid3，并且更新d1+＝f_mid3，d2-＝f_mid3，u1+＝f_mid3，u2-＝f_mid3；

其中以减少车辆延误时间为目的优化相位差，包括：

(1)计算当前交叉口与相邻上游交叉口的相位差差值f_mid4，计算公式如下：

f_mid4＝fⁱ-f^j

其中fⁱ表示相邻上游交叉口i的相位差，f^j表示当前交叉口j的相位差；

(2)计算参数od1，od2，ou1和ou2，计算公式如下：

其中

表示交叉口j上行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口i上行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口j上行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口i上行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口j下行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口i下行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口j下行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口i下行协调相位绿灯开始时刻；t^i→j表示交叉口i到交叉口j的行程时间；t^j→i表示交叉口j到交叉口i的行程时间；

(3)以参数od1，od2，ou1和ou2为上下行调节量，重新确定当前交叉口的上下行最佳位置；

(4)计算参数od_min和ou_min：

od_min＝min(|od1|，|od2|)

ou_min＝min(|ou1|，|ou2|)

(5)初始化相位差更改值f_mid5＝0，则根据当前交叉口的上下行最佳位置计算相位差更改值f_mid5如下：

1)上行最佳位置为第一位置类型时：

当下行最佳位置为第一位置类型、第五位置类型或第六位置类型，则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第二位置类型时，若u1＞0，则f_mid5＝-Min{u1，od_min}；否则若u2＜0，则f_mid5＝-Min{min(|u2|，ou1)，od_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第三位置类型时，若u2＞0，则f_mid5＝Min{u2，od_min}；否则若u1＜0，则f_mid5＝Min{min(|u1|，ou2)，od_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第四位置类型时，若u1＞0，则f_mid5＝-Min{d1，|od2|}；否则若u2＜0，则f_mid5＝-Min{min(|u2|，ou1)，|od2|}；否则f_mid5＝0；

2)上行最佳位置为第二位置类型时：

当下行最佳位置为第一位置类型，若d1＞0，则f_mid5＝-Min{d1，ou_min}；否则若d2＜0，则f_mid5＝-Min{min(|d2|，od1)，ou_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，若d2＜0且u2＜0，则f_mid5＝-Min{min(od1，ou1)，min(|d2|，|u2|)}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid5＝-Min{ou_min，|od2|}；

当下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，若

且d2＞0，则f_mid5＝-ou_min；否则f_mid5＝0；

3)上行最佳位置为第三位置类型时，

当下行最佳位置为第一位置类型，若d2＞0，则f_mid5＝Min{d2，ou_min}；否则若d1＜0，则f_mid5＝Min{min(|d1|，od2)，ou_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，若d1＜0且u1＜0，则f_mid5＝Min{min(od2，ou2)，min(|d1|，|u1|)}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid5＝Min{ou_min，|od1|}；

当下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，若

且d1＞0，则f_mid5＝ou_min；否则f_mid5＝0；

4)上行最佳位置为第四位置类型时：

当下行最佳位置为第一位置类型，若d1＞0，则f_mid5＝-Min{d1，|ou2|}；否则若d2＜0，则f_mid5＝-Min{min(|d2|，od1)，|ou2|}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第二位置类型，则f_mid5＝-Min{od_min，|ou2|}；

当下行最佳位置为第三位置类型，则f_mid5＝Min{od_min，|ou1|}；

当下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid5＝-Min{|od2|，|ou2|}；

当下行最佳位置为第五位置类型或第六位置类型，则f_mid5＝0；

则若f_mid5＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid5≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid5，同时更新d1+＝f_mid5，d2-＝f_mid5，u1+＝f_mid5，u2-＝f_mid5。

作为优选，所述基于双向带宽的和最大的相位差优化方法还包括多周期交叉口的相位差调节，所述多周期交叉口的相位差调节，包括：

(1)设各交叉口的公共周期为C_com，按顺序将绿波交叉口保存为列表Cross，即Cross＝[cross₁，cross₂，…，cross_n]，按顺序将绿波交叉口最优方案的周期保存为列表Cycle，即Cycle＝[cycle₁，cycle₂，…，cycle_n]，按顺序将绿波交叉口相位差保存为列表Offset，即Offset＝[offset₁，offset₂，…，offset_n]，并且采用

表示交叉口cross_m上行协调相位绿灯开始时间，采用

表示cross_m上行协调相位绿灯结束时间，采用t^m-1→m+1表示交叉口cross_m-1到交叉口cross_m+1的行程时间；

(2)初始化m＝2；

(3)若cycle_m＜C_com，即对应的交叉口cross_m为多周期交叉口，执行步骤(4)；否则执行步骤(11)；

(4)令k＝C_com/cycle_m，并且计算在交叉口cross_m-1上行协调相位绿灯开始时刻出发行驶到交叉口cross_m+1时的时刻gstart和在交叉口cross_m-1上行协调相位绿灯结束时刻出发行驶到交叉口cross_m+1时的时刻gend：

(5)判断当前cross_m-1和cross_m+1是否生成了绿波带，若满足以下四个条件中的任意一个，表示已经生成了绿波带，则执行步骤(11)；否则执行步骤(6)：

条件1：

条件2：

条件3：

且

条件4：gstart＞gend且((

且

)或(

且

))；

(6)设j＝1，初始化optj＝1；

(7)更新gstart和gend：

(8)按步骤(5)中的条件判断当前cross_m-1和cross_m+1是否生成了绿波带，若判断已经生成了绿波带，则optj＝j，并执行步骤(10)；否则执行步骤(9)；

(9)若j＜k，则j+＝1，并执行步骤(7)；否则执行步骤(11)；

(10)更新相位差：对于子列表[cross_m+1，…，cross_n]中的每个交叉口，其相位差均加上cycle_m*optj，并执行步骤(11)；

(11)若m＜n-1，则m+＝1，并执行步骤(3)；否则结束。

本申请提供的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)不限制交叉口协调相位的放行方式；

(2)适用于含多周期交叉口相位差的确定；

(3)不限制相关路段绿波通过带速度相同，且满足各种带宽需求；

(4)计算简洁，实现方便，可操作性强，计算效率较高。

附图说明

图1为本申请基于双向带宽的和最大的相位差优化方法的流程图；

图2为实施例下行协调相位与绿波带的六种所属位置关系图；

图3为实施例上下行最佳位置示意图；

图4为实施例中减少停车次数相位差优化的流程图；

图5为实施例中减少车辆延误相位差优化的流程图；

图6为一种多周期路口绿波带不连续示意图；

图7为对图6进行相位差优化后多周期路口绿波带连续示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

如图1所示，其中一个实施例中，提供一种基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，该方法的主要流程为：识别当前的绿波路段各交叉口的绿波方案和限制条件、依次计算各交叉口的相位差。计算时，以绿波起始交叉口为标准交叉口，不失一般性设置其相位差为1。

所述基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，以相邻两个交叉口之间的计算过程为例进行说明，相邻两个交叉口包括当前待计算相位差的交叉口，以及已知相位差的上游交叉口，计算过程包括：

步骤S1、接收输入的绿波路段各交叉口的绿波方案和限制条件，所述限制条件包括绿波上行带宽最小值、绿波下行带宽最小值、绿波带宽需求比。

本实施例优化方法首先接收绿波各交叉口可行的绿波方案，根据绿波路段历史数据确定实际平均行程速度作为绿波带通过速度，结合路段距离可计算得到实际平均行程时间。

设定绿波上行带宽最小值为

绿波下行带宽最小值为

绿波带宽需求比为r，默认上行带宽最小值不小于下行带宽，即以上行带宽重要性大于下行带宽。

根据当前绿波方案和限制条件计算相位差，使得本实施例的优化方法具有较强的灵活性，可调整输入的限制条件达到想要的绿波效果。

步骤S2、根据当前交叉口的绿波方案计算当前交叉口的上下行调节量。

定义绿波交叉口协调相位计算绿灯时间为其协调相位绿灯时间与上游交叉口生成的绿波带相交的部分。双向绿波带宽和最大实际为绿波交叉口上行协调相位计算绿灯时间最小值与下行协调相位计算绿灯时间最小值的和最大。

本实施例中的相位差是指两个相邻交叉口环结构中首相位绿灯亮起的时间差，规定绿波起始交叉口为标准交叉口，其相位差为1。设当前交叉口为交叉口j(即cross_j)，其相邻上游交叉口为交叉口i(即cross_i)，j＝i+1，交叉口i的相位差已确定，初始化交叉口j的相位差f^j等于交叉口i相位差fⁱ。

如图2所示，交叉口j下行协调相位与交叉口i下行协调相位生成的绿波带可能存在6种可能位置关系，故当前交叉口下行调节量包括参数d1和参数d2，计算公式如下：

其中，

表示交叉口i下行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口j下行协调相位的计算绿灯结束时刻，t^j→i表示交叉口j到交叉口i的行程时间，

表示交叉口i下行协调相位的计算绿灯开始时刻，

表示交叉口j下行协调相位的计算绿灯开始时刻，交叉口j表示当前交叉口，交叉口i表示交叉口j的相邻上游交叉口。

当前交叉口上行调节量包括参数u1和参数u2，计算公式如下：

其中，

表示交叉口i上行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口j上行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口i上行协调相位的计算绿灯开始时刻，

表示交叉口j上行协调相位的计算绿灯开始时刻，t^i→j表示交叉口i到交叉口j的行程时间。

步骤S3、根据上下行调节量确定当前交叉口上下行协调相位的所属位置关系，并根据所属位置关系确定当前交叉口的上下行最佳位置。

本实施例通过上下行调节量确定所属位置关系，得到的所属位置关系建立在当前交叉口与上游交叉口为同一周期上，设交叉口j的下行协调相位绿灯时长为

则当前交叉口下行协调相位的所属位置关系包括：

若d1≥0且d2≥0，则为下行协调相位的第一位置类型；

若d1＞0且

则为下行协调相位的第二位置类型；

若

且d2＞0，则为下行协调相位的第三位置类型；

若d1≤0且d2＜0或d1＜0且d2≤0，则为下行协调相位的第四位置类型；

若d1＞0且

则为下行协调相位的第五位置类型；

若

且d2＞0，则为下行协调相位的第六位置类型。

为便于直观表述，采用表1表示下行调节量与位置的关系：

表1下行调节量与位置关系

交叉口j上行协调相位的6种可能位置与上行调节量u1和u2的关系和下行情况类似。即若交叉口j的上行协调相位绿灯时长为

则当前交叉口上行协调相位的所属位置关系包括：

若u1≥0且u2≥0，则为上行协调相位的第一位置类型；

若u1＞0且

则为上行协调相位的第二位置类型；

若

且u2＞0，则为上行协调相位的第三位置类型；

若u1≤0且u2＜0或u1＜0且u2≤0，则为上行协调相位的第四位置类型；

若u1＞0且

则为上行协调相位的第五位置类型；

若

且u2＞0，则为上行协调相位的第六位置类型。

同理采用表2表示上行调节量与位置的关系：

表2上行调节量与位置关系

本实施例中计算相位差主要是根据当前交叉口上下行调节量来确定其与相邻上游交叉口的相对相位差值，根据上下行所属位置情况来确定与相邻上游交叉口相比相位差是增大或减小。对于相邻上游交叉口固定周期协调相位形成的绿波带，当前交叉口不同周期相应协调相位位置情况是不一样的，故需找到最佳位置，通过增加或减小相位差即可增加当前交叉口双向带宽和。

如图3所示，初始化交叉口j相位差与交叉口i相位差相等，在与交叉口i对应的当前周期，交叉口j上行位置情况为2，下行位置情况为6，该情况不能确定增加相位差是否可以增加交叉口j的双向带宽和。且交叉口j在上一个周期下行位置情况为2，与当前周期上行位置情况相同，可通过增加相位差来增大双向带宽和。由此，当上下行位置情况为5或者6时，需寻找最佳位置。

设交叉口i下行协调相位绿灯时间为

则交叉口j下行带宽计算公式为：

上式表明下行带宽取决于max(0，d1)+max(0，d2)的值，只需找到max(0，d1)+max(0，d2)最小的周期，即为最佳位置。初始化交叉口j相位差与交叉口i相位差相等，当交叉口j上行或者下行位置情况为6时，减少交叉口j的相位差，max(0，d1)+max(0，d2)的值的变化规律为：先递减到最优值后递增；当交叉口j上行或者下行位置情况为5时，增加交叉口j的相位差，max(0，d1)+max(0，d2)的值的变化规律也是如此。

确定下行最佳位置时包括以下步骤：

(1)获取交叉口i和交叉口j的信号周期的最小值为C，初始化最优的下行调节量m1和m2为：m1＝d1、m2＝d2，并计算参数optmin：

optmin＝max(0，m1)+max(0，m2)

(2)判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，若当前交叉口的下行协调相位为第五位置类型，则执行步骤(3)；若当前交叉口的下行协调相位为第六位置类型，则执行步骤(4)；否则将当前位置类型作为下行最佳位置并结束；

(3)更新m1-＝C，m2+＝C；若max(0，m1)+max(0，m2)＞optmin，则重新判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为下行最佳位置并结束；否则更新optmin＝max(0，m1)+max(0，m2)，d1＝m1，d2＝m2，重新执行步骤(3)；

(4)更新m1+＝C，m2-＝C；若max(0，m1)+max(0，m2)＞optmin，则重新判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为下行最佳位置并结束；否则更新optmin＝max(0，m1)+max(0，m2)，d1＝m1，d2＝m2，重新执行步骤(4)。

上行最佳位置情况的确定和下行类似，具体的，确定上行最佳位置时包括以下步骤：

(1)获取交叉口i和交叉口j的信号周期的最小值为C，初始化最优的上行调节量m3和m4为：m3＝u1、m4＝u2，并计算参数optmin1：

optmin1＝max(0，m3)+max(0，m4)

(2)判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，若当前交叉口的上行协调相位为第五位置类型，则执行步骤(3)；若当前交叉口的上行协调相位为第六位置类型，则执行步骤(4)；否则将当前位置类型作为上行最佳位置并结束；

(3)更新m3-＝C，m4+＝C；若max(0，m3)+max(0，m4)＞optmin1，则重新判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为上行最佳位置并结束；否则更新optmin1＝max(0，m3)+max(0，m4)，u1＝m3，u2＝m4，重新执行步骤(3)；

(4)更新m3+＝C，m4-＝C；若max(0，m3)+max(0，m4)＞optmin1，则重新判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为上行最佳位置并结束；否则更新optmin1＝max(0，m3)+max(0，m4)，u1＝m3，u2＝m4，重新执行步骤(4)。

上述确定最佳位置的方法简洁有效，能够快速确定上下行最佳位置情况。通常情况下，上下行最佳位置确定后，能够确定是通过增加或减小相位差达到双向带宽和最大。但存在某些特殊情况，由上下行最佳位置不能确定相位差增加或者减小时，则需重新确定最佳位置：

当上行位置情况为2且下行位置情况为3或上行位置情况为3且下行位置情况为2，此时不能确定增加或减少当前交叉口的相位差是否可以增大其双向带宽和，但可利用当前交叉口不同周期协调相位位置情况不同来改变某个方向位置情况。例如若确定的上行最佳位置为第二位置类型(即上行位置情况为2)且下行最佳位置为第三位置类型，则更新下行调节量的参数d1和参数d2为：

d1+＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

d2-＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

并利用更新后的参数d1和参数d2重新计算当前交叉口下行协调相位所属位置关系作为下行最佳位置。

若确定的上行最佳位置为第三位置类型且下行最佳位置为第二位置类型，则更新上行调节量的参数u1和参数u2为：

u1+＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

u2-＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

并利用更新后的参数u1和参数u2重新计算当前交叉口上行协调相位所属位置关系作为上行最佳位置。由此可保证能够由确定后的上下行最佳位置通过增加或减小相位差达到双向带宽和最大，保证后续计算的可行性。

步骤S4、由上下行最佳位置确定当前交叉口的相位差。

初始化当前交叉口的相位差f^j与相邻上游交叉口的相位差fⁱ相等，且上游交叉口的相位差fⁱ为f，根据上下行最佳位置确定当前交叉口相位差，以减小相位差为准，计算下行调节量绝对值的最小值d_min和上行调节量绝对值的最小值u_min：

d_min＝min(|d1|，|d2|)

u_min＝min(|u1|，|u2|)

初始化相位差更改值f_mid＝0，根据当前交叉口的上下行最佳位置计算相位差更改值f_mid如下：

1)当上行最佳位置为第一位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型或第四位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{u1，d_min}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{u2，d_min}。

即当上行最佳位置为1时，根据下行最佳位置情况计算f_mid如表3所示：

表3上行最佳位置为1时f_mid的取值情况

下行最佳位置	相位差更改值f<sub>mid</sub>
		1或4	f<sub>mid</sub>＝0
2或5	f<sub>mid</sub>＝-Min{u1，d<sub>min</sub>}
		3或6	f<sub>mid</sub>＝Min{u2，d<sub>min</sub>}

2)当上行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型，则f_mid＝-Min{u_min，d1}；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{max(d1，|d2|)，max(u1，|u2|)}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid＝-Min{u_min，|d2|}。

当上行最佳位置为2或5时，根据下行最佳位置情况计算f_mid如表4所示：

表4上行最佳位置为2或5时f_mid的取值情况

下行最佳位置	相位差更改值f<sub>mid</sub>
		1	f<sub>mid</sub>＝-Min{u<sub>min</sub>，d1}
2或5	f<sub>mid</sub>＝-Min{max(d1，|d2|)，max(u1，|u2|)}
		3或6	f<sub>mid</sub>＝0
4	f<sub>mid</sub>＝-Min{u<sub>min</sub>，|d2|}

3)当上行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型，则f_mid＝Min{u_min，d2}；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{max(d2，|d1|)，max(u2，|u1|)}；

若下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid＝Min{u_min，|d1|}。

当上行最佳位置为3或6时，根据下行最佳位置情况计算f_mid如表5所示：

表5上行最佳位置为3或6时f_mid的取值情况

4)当上行最佳位置为第四位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型或第四位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{d_min，|u2|}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{d_min，|u1|}。

当上行最佳位置为4时，根据下行最佳位置情况计算f_mid如表6所示：

表6上行最佳位置为4时f_mid的取值情况

下行情况	相位差更改值f<sub>mid</sub>
		1或4	f<sub>mid</sub>＝0
2或5	f<sub>mid</sub>＝-Min{d<sub>min</sub>，|u2|}
		3或6	f<sub>mid</sub>＝Min{d<sub>min</sub>，|u1|}

确定相位差更改值f_mid的值后，则可根据f_mid计算当前交叉口的相位差，由于初始化当前交叉口的相位差与上游交叉口的相位差相等，即为f^j＝f，则若f_mid＝0，则当前交叉口的相位差f^j＝f；否则当前交叉口的相位差f^j＝f-f_mid，并且更新d1+＝f_mid，d2-＝f_mid，u1+＝f_mid，u2-＝f_mid。

当前交叉口的相位差是由上下行最佳位置计算得到的，为了提高相位差的准确性，本实施例还需要根据约束条件更新相位差，同时也保证了本实施例相位差优化方法的通用性。

步骤S5、在不减少双向带宽的和的前提下，根据绿波上行带宽最小值和绿波下行带宽最小值更新相位差，后根据绿波带宽需求比更新相位差。

首先建立在步骤S4得到的相位差基础上，在不减少双向带宽的和的前提下，根据绿波上行带宽最小值和绿波下行带宽最小值更新相位差，包括：

(1)取绿波上行带宽最小值为

绿波下行带宽最小值为

相邻上游交叉口的上行协调相位绿灯时长为

相邻上游交叉口的下行协调相位绿灯时长为

计算当前交叉口的上行带宽b_u和下行带宽b_d：

(2)以减小相位差为正号，初始化相位差更改值f_mid1＝0，当

时，更新f_mid1并执行步骤(4)；否则执行步骤(3)；

所述更新f_mid1包括：

若当前交叉口的上行最佳位置为第二位置类型时，则更新

若当前交叉口的上行最佳位置为第三位置类型时，则更新

否则，不改变f_mid1的值；

(3)若

且

则更新f_mid1并执行步骤(4)，否则直接执行步骤(4)；

所述更新f_mid1包括：

若当前交叉口的下行最佳位置为第二位置类型时，则更新

若当前交叉口的下行最佳位置为第三位置类型时，则更新

否则，不改变f_mid1的值；

(4)若f_mid1＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid1≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid1，并更新d1+＝f_mid1，d2-＝f_mid1，u1+＝f_mid1，u2-＝f_mid1，结束带宽约束相位差更新。

其次建立在带宽约束相位差更新的基础上，在不减少双向带宽的和的前提下，所述根据绿波带宽需求比更新相位差，包括：

(1)取绿波带宽需求比为r，相邻上游交叉口的上行协调相位绿灯时长为

相邻上游交叉口的下行协调相位绿灯时长为

计算当前交叉口的上行带宽b_u和下行带宽b_d：

以减小相位差为正号，初始化相位差更改值f_mid2＝0，计算上行带宽在满足带宽最小约束的前提下可减少的量dec为：

(2)若dec＞0且

则计算为了满足绿波带宽需求比下行带宽需要增加的值derta，并且执行步骤(3)；否则执行步骤(4)；

其中需要增加的值derta为：

(3)初始化mid＝0；

若当前交叉口的下行最佳位置为第二位置类型时，则更新mid＝-Min{min(min(|d2|，d1)，dec)，derta}；

若当前交叉口的下行最佳位置为第三位置类型时，则更新mid＝Min{min(min(|d1|，d2)，dec)，derta}；

若

则f_mid2＝mid，并执行步骤(4)；否则直接执行步骤(4)；

(4)若f_mid2＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid2≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid2，同时更新d1+＝f_mid2，d2-＝f_mid2，u1+＝f_mid2，u2-＝f_mid2，结束均衡约束相位差更新。

至此完成当前交叉口的相位差计算，由于绿波路段具有多个交叉口，则依次根据相邻的两个交叉口计算当前交叉口的相位差，直至输出所有交叉口的相位差，完成该绿波路段的相位差计算。即若当前绿波路段按顺序保存的交叉口为[cross₁，cross₂，...，cross_n]，n为交叉口的总数量，其中绿波初始交叉口cross₁的相位差已知，从j为2开始以相邻两个交叉口之间的数据计算当前交叉口的相位差，依次循环计算直至j取值n得到各个交叉口的相位差。

上述相位差计算时，以当前交叉口已有的绿波方案为基础，结合实际行车数据以及各限制条件优化各交叉口的相位差，优化方法实施受限小、通用性强。

由于绿波路段的交通情况复杂，故为了提高本申请的通用性和准确性，在一实施例中，本实施例的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法还包括特殊情况相位差优化，特殊情况的相位差优化建立在步骤S5之后。

其一、以减少车辆延误时间或停车次数为目的优化相位差

当上下行调节量满足某些特殊情况，在不改变上下行现有带宽的基础上可以对当前交叉口进行再优化，该优化过程为针对除绿波初始交叉口之外满足优化条件的交叉口进行，为便于描述以下仍以当前交叉口为例进行说明，循环判断各交叉口以完成对应交叉口的相位差优化：

(1)当上下行位置情况均为1或者4时，在不改变现有带宽的基础上调节相位差，使得上游相邻交叉口在上行协调相位绿灯开始时驶出的车辆可以在当前交叉口上行协调相位绿灯开始时经过，减少车辆的停车次数。如图4中可以将相位差减少min{d2，u2}来减少停车次数，由当前交叉口的上下行位置情况来决定相位差的变化量，步骤如下：

1)初始化相位差更改值f_mid3＝0。

若当前交叉口上行最佳位置为第一位置类型且下行最佳位置为第一位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(u2，d2)

否则若当前交叉口上行最佳位置为第一位置类型且下行最佳位置为第四位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(u2，|d1|)

否则若当前交叉口上行最佳位置为第四位置类型且下行最佳位置为第一位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(d2，|u1|)

否则，不改变f_mid3的值。

2)若f_mid3＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变；否则更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid3，并且更新d1+＝f_mid3，d2-＝f_mid3，u1+＝f_mid3，u2-＝f_mid3。

(2)图5中，若交叉口i的上行协调相位计算绿灯结束时刻小于该相位的结束时刻，则可以将交叉口j的相位差增加min{|u2|，|d2|}，更新后双向带宽都没有改变，但是增加了交叉口i绿灯期间不停车通过交叉口j的车辆数，减少车辆延误。具体步骤如下：

(1)计算当前交叉口与相邻上游交叉口的相位差差值f_mid4，计算公式如下：

f_mid4＝fⁱ-f^j

其中fⁱ表示相邻上游交叉口i的相位差，f^j表示当前交叉口j的相位差。

(2)计算参数od1，od2，ou1和ou2，计算公式如下：

其中

表示交叉口j上行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口i上行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口j上行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口i上行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口j下行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口i下行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口j下行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口i下行协调相位绿灯开始时刻；t^i→j表示交叉口i到交叉口j的行程时间；t^j→i表示交叉口j到交叉口i的行程时间。

(3)以参数od1，od2，ou1和ou2为上下行调节量，按步骤S3计算当前交叉口的上下行最佳位置。

(4)计算参数od_min和ou_min：od_min＝min(|od1|，|od2|)

ou_min＝min(|ou1|，|ou2|)

初始化相位差更改值f_mid5＝0，则根据当前交叉口的上下行最佳位置计算相位差更改值f_mid5如下：

1)当上行最佳位置为第一位置类型时，根据下行最佳位置情况计算f_mid5如表7所示：

表7上行最佳位置为1时f_mid5的取值情况

2)当上行最佳位置为第二位置类型时，根据下行最佳位置情况计算f_mid5如表8所示：

表8上行最佳位置为2时f_mid5的取值情况

3)当上行最佳位置为第三位置类型时，根据下行最佳位置情况计算f_mid5如表9所示：

表9上行最佳位置为3时f_mid5的取值情况

4)当上行最佳位置为第四位置类型时，根据下行最佳位置情况计算f_mid5如表10所示：

表10上行最佳位置为4时f_mid5的取值情况

确定相位差更改值f_mid5的值后，则可根据f_mid5优化当前交叉口的相位差，若f_mid5＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid5≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid5，同时更新d1+＝f_mid5，d2-＝f_mid5，u1+＝f_mid5，u2-＝f_mid5。

其二、针对多周期交叉口调节相位差

若绿波非起始和非结束交叉口中存在多周期交叉口时，可能会出现图6中情况。图6中交叉口2的周期为公共周期的一半，即其为双周期交叉口。按步骤S1～S5计算的相位差，该交叉口相邻上游绿波交叉口1上下行绿波带经过的绿灯时间和相邻下游交叉口3上下行绿波带经过的绿灯时间不在一个周期内，造成了上下行绿波带中间被截断。针对此情况，将交叉口2相邻下游交叉口3到绿波结束交叉口的相位差加上交叉口2的周期即可解决，更新相位差后时距图7所示。

此情况具体的识别和更新相位差的步骤如下：

(1)设各交叉口的公共周期为C_com，按顺序将绿波交叉口保存为列表Cross，即Cross＝[cross₁，cross₂，…，cross_n]，按顺序将绿波交叉口最优方案的周期保存为列表Cycle，即Cycle＝[cycle₁，cycle₂，…，cycle_n]，按顺序将绿波交叉口相位差保存为列表Offset，即Offset＝[offset₁，offset₂，…，offset_n]，并且采用

表示交叉口cross_m上行协调相位绿灯开始时间，采用

表示cross_m上行协调相位绿灯结束时间，其他例如

等以此类推可得，采用t^m-1→m+1表示交叉口cross_m-1到交叉口cross_m+1的行程时间；

(2)初始化m＝2；

(3)若cycle_m＜C_com，即对应的交叉口cross_m为多周期交叉口，执行步骤(4)；否则执行步骤(11)；

(4)令k＝C_com/cycle_m，并且计算在交叉口cross_m-1上行协调相位绿灯开始时刻出发行驶到交叉口cross_m+1时的时刻gstart和在交叉口cross_m-1上行协调相位绿灯结束时刻出发行驶到交叉口cross_m+1时的时刻gend：

(5)判断当前cross_m-1和cross_m+1是否生成了绿波带，若满足下面四个条件中的任意一个，表示已经生成了绿波带，则执行步骤(11)；否则执行步骤(6)：

条件1：

条件2：

条件3：

且

条件4：gstart＞gend且((

且

)或(

且

))；

(6)设j＝1，初始化optj＝1；

(7)更新gstart和gend：

(8)按步骤(5)中的条件判断当前cross_m-1和cross_m+1是否生成了绿波带，若判断已经生成了绿波带，则optj＝j，并执行步骤(10)；否则执行步骤(9)；

(9)若j＜k，则j+＝1，并执行步骤(7)；否则执行步骤(11)；

(10)更新相位差：对于子列表[cross_m+1，…，cross_n]中的每个交叉口，其相位差均加上cycle_m*optj，并执行步骤(11)；

(11)若m＜n-1，则m+＝1，并执行步骤(3)；否则结束。

本申请提供的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，不限制交叉口协调相位的放行方式，并且可根据自定义的限制条件以及多周期交叉口等情况优化相位差，在满足优化方法通用性强的前提下，能够得到更加适用于实际场景的相位差，并且优化方法简洁，计算压力小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，包括：

接收输入的绿波路段各交叉口的绿波方案和限制条件，所述限制条件包括绿波上行带宽最小值、绿波下行带宽最小值、绿波带宽需求比；

根据当前交叉口的绿波方案计算当前交叉口的上下行调节量；

根据上下行调节量确定当前交叉口上下行协调相位的所属位置关系，并根据所属位置关系确定当前交叉口的上下行最佳位置；

由上下行最佳位置确定当前交叉口的相位差；

在不减少双向带宽的和的前提下，根据绿波上行带宽最小值和绿波下行带宽最小值更新相位差，后根据绿波带宽需求比更新相位差。

2.如权利要求1所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述根据当前交叉口的绿波方案计算当前交叉口的上下行调节量，包括：

当前交叉口下行调节量包括参数d1和参数d2，计算公式如下：

其中，

表示交叉口i下行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口j下行协调相位的计算绿灯结束时刻，t^j→i表示交叉口j到交叉口i的行程时间，

表示交叉口i下行协调相位的计算绿灯开始时刻，

表示交叉口j下行协调相位的计算绿灯开始时刻，交叉口j表示当前交叉口，交叉口i表示交叉口j的相邻上游交叉口；

当前交叉口上行调节量包括参数u1和参数u2，计算公式如下：

其中，

表示交叉口i上行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口j上行协调相位的计算绿灯结束时刻，

表示交叉口i上行协调相位的计算绿灯开始时刻，

表示交叉口j上行协调相位的计算绿灯开始时刻，t^i→j表示交叉口i到交叉口j的行程时间。

3.如权利要求2所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述根据上下行调节量确定当前交叉口上下行协调相位的所属位置关系，包括：

交叉口j的下行协调相位绿灯时长为

则当前交叉口下行协调相位的所属位置关系包括：

若d1≥0且d2≥0，则为下行协调相位的第一位置类型；

若d1>0且

则为下行协调相位的第二位置类型；

若

且d2>0，则为下行协调相位的第三位置类型；

若d1≤0且d2<0或d1<0且d2≤0，则为下行协调相位的第四位置类型；

若d1>0且

则为下行协调相位的第五位置类型；

若

且d2>0，则为下行协调相位的第六位置类型；

交叉口j的上行协调相位绿灯时长为

则当前交叉口上行协调相位的所属位置关系包括：

若u1≥0且u2≥0，则为上行协调相位的第一位置类型；

若u1>0且

则为上行协调相位的第二位置类型；

若

且u2>0，则为上行协调相位的第三位置类型；

若u1≤0且u2<0或u1<0且u2≤0，则为上行协调相位的第四位置类型；

若u1>0且

则为上行协调相位的第五位置类型；

若

且u2>0，则为上行协调相位的第六位置类型。

4.如权利要求3所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述根据所属位置关系确定当前交叉口的上下行最佳位置，包括：

确定下行最佳位置时包括以下步骤：

(1)获取交叉口i和交叉口j的信号周期的最小值为C，初始化最优的下行调节量m1和m2为：m1＝d1、m2＝d2，并计算参数optmin：

optmin＝max(0,m1)+max(0,m2)

(2)判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，若当前交叉口的下行协调相位为第五位置类型，则执行步骤(3)；若当前交叉口的下行协调相位为第六位置类型，则执行步骤(4)；否则将当前位置类型作为下行最佳位置并结束；

(3)更新m1-＝C，m2+＝C；若max(0,m1)+max(0,m2)>optmin，则重新判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为下行最佳位置并结束；否则更新optmin＝max(0,m1)+max(0,m2)，d1＝m1，d2＝m2，重新执行步骤(3)；

(4)更新m1+＝C，m2-＝C；若max(0,m1)+max(0,m2)>optmin，则重新判断当前交叉口下行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为下行最佳位置并结束；否则更新optmin＝max(0,m1)+max(0,m2)，d1＝m1，d2＝m2，重新执行步骤(4)；

确定上行最佳位置时包括以下步骤：

(1)获取交叉口i和交叉口j的信号周期的最小值为C，初始化最优的上行调节量m3和m4为：m3＝u1、m4＝u2，并计算参数optmin1：

optmin1＝max(0,m3)+max(0,m4)

(2)判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，若当前交叉口的上行协调相位为第五位置类型，则执行步骤(3)；若当前交叉口的上行协调相位为第六位置类型，则执行步骤(4)；否则将当前位置类型作为上行最佳位置并结束；

(3)更新m3-＝C，m4+＝C；若max(0,m3)+max(0,m4)>optmin1，则重新判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为上行最佳位置并结束；否则更新optmin1＝max(0,m3)+max(0,m4)，u1＝m3，u2＝m4，重新执行步骤(3)；

(4)更新m3+＝C，m4-＝C；若max(0,m3)+max(0,m4)>optmin1，则重新判断当前交叉口上行协调相位的位置类型，将此次判断的位置类型作为上行最佳位置并结束；否则更新optmin1＝max(0,m3)+max(0,m4)，u1＝m3，u2＝m4，重新执行步骤(4)。

5.如权利要求4所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，若确定的上行最佳位置为第二位置类型且下行最佳位置为第三位置类型，则更新下行调节量的参数d1和参数d2为：

d1+＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

d2-＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

并利用更新后的参数d1和参数d2重新确定当前交叉口下行协调相位的所属位置关系作为下行最佳位置；

若确定的上行最佳位置为第三位置类型且下行最佳位置为第二位置类型，则更新上行调节量的参数u1和参数u2为：

u1+＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

u2-＝min(交叉口i的信号周期，交叉口j的信号周期)

并利用更新后的参数u1和参数u2重新确定当前交叉口上行协调相位的所属位置关系作为上行最佳位置。

6.如权利要求4所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述由上下行最佳位置确定交叉口的相位差，包括：

初始化当前交叉口的相位差f^j与相邻上游交叉口的相位差fⁱ相等，且上游交叉口的相位差fⁱ为f，并计算d_min和u_min：

d_min＝min(|d1|,|d2|)

u_min＝min(|u1|,|u2|)

初始化相位差更改值f_mid＝0，根据当前交叉口的上下行最佳位置计算相位差更改值f_mid如下：

1)当上行最佳位置为第一位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型或第四位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{u1,d_min}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{u2,d_min}；

2)当上行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型，则f_mid＝-Min{u_min,d1}；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{max(d1,|d2|),max(u1,|u2|)}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid＝-Min{u_min,|d2|}；

3)当上行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型，则f_mid＝Min{u_min,d2}；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{max(d2,|d1|),max(u2,|u1|)}；

若下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid＝Min{u_min,|d1|}；

4)当上行最佳位置为第四位置类型时：

若下行最佳位置为第一位置类型或第四位置类型，则f_mid＝0；

若下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，则f_mid＝-Min{d_min,|u2|}；

若下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，则f_mid＝Min{d_min,|u1|}；

则若f_mid＝0，则当前交叉口的相位差f^j＝f；否则当前交叉口的相位差f^j＝f-f_mid，并且更新d1+＝f_mid，d2-＝f_mid，u1+＝f_mid，u2-＝f_mid。

7.如权利要求6所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述在不减少双向带宽的和的前提下，根据绿波上行带宽最小值和绿波下行带宽最小值更新相位差，包括：

(1)取绿波上行带宽最小值为

绿波下行带宽最小值为

相邻上游交叉口的上行协调相位绿灯时长为

相邻上游交叉口的下行协调相位绿灯时长为

计算当前交叉口的上行带宽b_u和下行带宽b_d：

(2)初始化相位差更改值f_mid1＝0，当

时，更新f_mid1并执行步骤(4)；否则执行步骤(3)；

所述更新f_mid1包括：

若当前交叉口的上行最佳位置为第二位置类型时，则更新

若当前交叉口的上行最佳位置为第三位置类型时，则更新

否则，不改变f_mid1的值；

(3)若

且

则更新f_mid1并执行步骤(4)，否则直接执行步骤(4)；

所述更新f_mid1包括：

若当前交叉口的下行最佳位置为第二位置类型时，则更新

若当前交叉口的下行最佳位置为第三位置类型时，则更新

否则，不改变f_mid1的值；

(4)若f_mid1＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid1≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid1，并更新d1+＝f_mid1，d2-＝f_mid1，u1+＝f_mid1，u2-＝f_mid1。

8.如权利要求7所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述根据绿波带宽需求比更新相位差，包括：

(1)取绿波带宽需求比为r，相邻上游交叉口的上行协调相位绿灯时长为

相邻上游交叉口的下行协调相位绿灯时长为

计算当前交叉口的上行带宽b_u和下行带宽b_d：

初始化相位差更改值f_mid2＝0，计算上行带宽在满足带宽最小约束的前提下可减少的量dec为：

(2)若dec>0且

则计算为了满足绿波带宽需求比下行带宽需要增加的值derta，并且执行步骤(3)；否则执行步骤(4)；

其中需要增加的值derta为：

(3)初始化mid＝0；

若当前交叉口的下行最佳位置为第二位置类型时，则更新mid＝-Min{min(min(|d2|,d1),dec),derta}；

若当前交叉口的下行最佳位置为第三位置类型时，则更新mid＝Min{min(min(|d1|,d2),dec),derta}；

若

则f_mid2＝mid，并执行步骤(4)；否则直接执行步骤(4)；

(4)若f_mid2＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid2≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid2，同时更新d1+＝f_mid2，d2-＝f_mid2，

u1+＝f_mid2，u2-＝f_mid2。

9.如权利要求8所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述基于双向带宽的和最大的相位差优化方法还包括以减少车辆延误时间或停车次数为目的优化相位差；

其中以减少停车次数为目的优化相位差，包括：

(1)初始化相位差更改值f_mid3＝0；

若当前交叉口上行最佳位置为第一位置类型且下行最佳位置为第一位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(u2,d2)

否则若当前交叉口上行最佳位置为第一位置类型且下行最佳位置为第四位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(u2,|d1|)

否则若当前交叉口上行最佳位置为第四位置类型且下行最佳位置为第一位置类型，则更新f_mid3为：

f_mid3＝min(d2,|u1|)

否则，不改变f_mid3的值；

(2)若f_mid3＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变；否则更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid3，并且更新d1+＝f_mid3，d2-＝f_mid3，u1+＝f_mid3，u2-＝f_mid3；

其中以减少车辆延误时间为目的优化相位差，包括：

(1)计算当前交叉口与相邻上游交叉口的相位差差值f_mid4，计算公式如下：

f_mid4＝fⁱ-f^j

其中fⁱ表示相邻上游交叉口i的相位差，f^j表示当前交叉口j的相位差；

(2)计算参数od1，od2，ou1和ou2，计算公式如下：

其中

表示交叉口j上行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口i上行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口j上行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口i上行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口j下行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口i下行协调相位绿灯结束时刻；

表示交叉口j下行协调相位绿灯开始时刻；

表示交叉口i下行协调相位绿灯开始时刻；t^i→j表示交叉口i到交叉口j的行程时间；t^j→i表示交叉口j到交叉口i的行程时间；

(3)以参数od1，od2，ou1和ou2为上下行调节量，重新确定当前交叉口的上下行最佳位置；

(4)计算参数od_min和ou_min：

od_min＝min(|od1|,|od2|)

ou_min＝min(|ou1|,|ou2|)

(5)初始化相位差更改值f_mid5＝0，则根据当前交叉口的上下行最佳位置计算相位差更改值f_mid5如下：

1)上行最佳位置为第一位置类型时：

当下行最佳位置为第一位置类型、第五位置类型或第六位置类型，则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第二位置类型时，若u1>0，则f_mid5＝-Min{u1,od_min}；否则若u2<0，则f_mid5＝-Min{min(|u2|,ou1),od_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第三位置类型时，若u2>0，则f_mid5＝Min{u2,od_min}；否则若u1<0，则f_mid5＝Min{min(|u1|,ou2),od_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第四位置类型时，若u1>0，则f_mid5＝-Min{d1,|od2|}；否则若u2<0，则f_mid5＝-Min{min(|u2|,ou1),|od2|}；否则f_mid5＝0；

2)上行最佳位置为第二位置类型时：

当下行最佳位置为第一位置类型，若d1>0，则f_mid5＝-Min{d1,ou_min}；否则若d2<0，则f_mid5＝-Min{min(|d2|,od1),ou_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，若d2<0且u2<0，则f_mid5＝-Min{min(od1,ou1),min(|d2|,|u2|)}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid5＝-Min{ou_min,|od2|}；

当下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，若

且d2>0，则f_mid5＝-ou_min；否则f_mid5＝0；

3)上行最佳位置为第三位置类型时，

当下行最佳位置为第一位置类型，若d2>0，则f_mid5＝Min{d2,ou_min}；否则若d1<0，则f_mid5＝Min{min(|d1|,od2),ou_min}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第三位置类型或第六位置类型，若d1<0且u1<0，则f_mid5＝Min{min(od2,ou2),min(|d1|,|u1|)}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid5＝Min{ou_min,|od1|}；

当下行最佳位置为第二位置类型或第五位置类型，若

且d1>0，则f_mid5＝ou_min；否则f_mid5＝0；

4)上行最佳位置为第四位置类型时：

当下行最佳位置为第一位置类型，若d1>0，则f_mid5＝-Min{d1,|ou2|}；否则若d2<0，则f_mid5＝-Min{min(|d2|,od1),|ou2|}；否则f_mid5＝0；

当下行最佳位置为第二位置类型，则f_mid5＝-Min{od_min,|ou2|}；

当下行最佳位置为第三位置类型，则f_mid5＝Min{od_min,|ou1|}；

当下行最佳位置为第四位置类型，则f_mid5＝-Min{|od2|,|ou2|}；

当下行最佳位置为第五位置类型或第六位置类型，则f_mid5＝0；

则若f_mid5＝0，则当前交叉口的相位差f^j保持不变，若f_mid5≠0，更新当前交叉口的相位差f^j-＝f_mid5，同时更新d1+＝f_mid5，d2-＝f_mid5，u1+＝f_mid5，u2-＝f_mid5。

10.如权利要求9所述的基于双向带宽的和最大的相位差优化方法，其特征在于，所述基于双向带宽的和最大的相位差优化方法还包括多周期交叉口的相位差调节，所述多周期交叉口的相位差调节，包括：

(1)设各交叉口的公共周期为C_com，按顺序将绿波交叉口保存为列表Cross，即Cross＝[cross₁，cross₂，…，cross_n]，按顺序将绿波交叉口最优方案的周期保存为列表Cycle，即Cycle＝[cycle₁，cycle₂，…，cycle_n]，按顺序将绿波交叉口相位差保存为列表Offset，即Offset＝[offset₁，offset₂，…，offset_n]，并且采用

表示交叉口cross_m上行协调相位绿灯开始时间，采用

表示cross_m上行协调相位绿灯结束时间，采用t^m-1→m+1表示交叉口cross_m-1到交叉口cross_m+1的行程时间；

(2)初始化m＝2；

(3)若cycle_m<C_com，即对应的交叉口cross_m为多周期交叉口，执行步骤(4)；否则执行步骤(11)；

(4)令k＝C_com/cycle_m，并且计算在交叉口cross_m-1上行协调相位绿灯开始时刻出发行驶到交叉口cross_m+1时的时刻gstart和在交叉口cross_m-1上行协调相位绿灯结束时刻出发行驶到交叉口cross_m+1时的时刻gend：

(5)判断当前cross_m-1和cross_m+1是否生成了绿波带，若满足以下四个条件中的任意一个，表示已经生成了绿波带，则执行步骤(11)；否则执行步骤(6)：

条件1：

条件2：

条件3：

且

条件4：gstart>gend且((

且

)或(

且

))；

(6)设j＝1，初始化optj＝1；

(7)更新gstart和gend：

(8)按步骤(5)中的条件判断当前cross_m-1和cross_m+1是否生成了绿波带，若判断已经生成了绿波带，则optj＝j，并执行步骤(10)；否则执行步骤(9)；

(9)若j<k，则j+＝1，并执行步骤(7)；否则执行步骤(11)；

(10)更新相位差：对于子列表[crodd_m+1，…，cross_n]中的每个交叉口，其相位差均加上cycle_m*optj，并执行步骤(11)；

(11)若m<n-1，则m+＝1，并执行步骤(3)；否则结束。

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