CN112509323A - 一种左转主预信号联动的控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种左转主预信号联动的控制方法、装置及存储介质，该方法包括：根据多个道路参数，分别确定主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽；针对主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽进行加权处理，确定目标规划模型；根据多个道路参数，建立至少一个车道约束条件；根据至少一个车道约束条件和预设的搜索步长，确定目标规划模型的全局最优解。本发明首先进行有效的建模，并设置反映叉口的几何形状、交通条件、道路资源的多个车道约束条件，在多种约束条件下最终得到全局最优解，在时间和空间上协同优化，从而提高交叉口的时空资源利用率，减少主要交叉口的信号配时方案相位数，提升道路通行效率。

Description

一种左转主预信号联动的控制方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及智能交通管控技术领域，尤其涉及一种左转主预信号联动的控制方法、装置及存储介质。

背景技术

近年来，随着城镇化的快速发展，城市机动车保有量剧增、交通需求同步增长，现有的道路基础设施无法满足交通参与者快速增长的交通需求，交通拥堵已成为大中城市的常态问题。交通拥堵不仅增加了交通参与者的出行成本、影响交通参与者的身心健康，同时也一定程度上降低了社会经济效益，因此，改善城市交通拥堵问题迫在眉睫。

为改善交叉口拥堵问题，国家出台了公共交通优先政策，国内外专家们也提出了诸多措施，如信号控制优化、交叉口渠化设计、左转交通组织等管控措施。但对于某些高饱和、高负荷、左转比例高且地理位置及道路资源受限的交叉口，常规的改善交通拥堵的管控措施并不能有效解决其拥堵问题。一方面，现有左转交通控制方法多集中于交叉口区域，无论是左弯待转区、借道左转还是左转专用道、左转保护相位控制策略，其左转交通与对向直行交通的冲突点仍然在交叉口区域内，虽然方式不同但其本质是一致的，很少考虑利用空间开阔的进出口道解决左转与对向直行交通的冲突。另一方面，现有左转交通控制方法无法有效解决左转车流与对向直行车流的交通冲突，对于无左转专用相位的交叉口，若左转与对向直行车流同时放行，左转与本向直行、左转与对向直行车流之间相互干扰，且无法避免左转与对向直行的交通冲突；而对于设置左转逆向可变车道的交叉口，当交叉口饱和度较高，左转逆向可变车道出现溢流时，左转车辆与对向直行车辆在预信号相位关闭时会发生交通冲突，严重影响交叉口交通安全性以及交叉口通行能力。又一方面，现有左转交通控制方法存在相位过多、周期过长的问题，针对左转交通应用最广泛的就是左转专用道与左转保护相位的协调控制方式，左转保护相位的增加使得交叉口信号周期随之增长，虽然避免了直行交通与左转交通的冲突，提高了交叉口安全性，但交叉口车辆延误随之增加，引发了交叉口通行效率与通行安全的博弈。

综上，现有左转交通控制方法存在诸多弊端，无法有效控制交通左转运行，存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种左转主预信号联动的控制方法、装置及存储介质，用以解决现有技术无法有效控制交通左转运行的问题。

本发明提供一种左转主预信号联动的控制方法，包括：

根据多个道路参数，分别确定主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽；

针对所述主交叉口流量乘数、所述子交叉口流量乘数以及所述加权平均带宽进行加权处理，确定目标规划模型；

根据所述多个道路参数，建立至少一个车道约束条件；

根据所述至少一个车道约束条件和预设的搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解。

进一步地，所述目标规划模型表示为：

max{ω₁μ_m+ω₂μ_s+ω₃B},ω₁>ω₂>ω₃

其中，μ_m为所述主交叉口流量乘数，ω₁为所述主交叉口流量乘数对应的第一权重，μ_s为所述子交叉口流量乘数，ω₂为所述子交叉口流量乘数对应的第二权重，B为所述加权平均带宽，ω₃为所述加权平均带宽对应的第三权重。

进一步地，所述至少一个车道约束条件包括流量分配约束条件、主交叉口车道分配约束、子交叉口车道分配约束、主交叉口信号时序约束、子交叉口信号时序约束、最大绿波带带宽约束、交叉左转车道长度约束、可接受的服务水平约束，其中：

所述流量分配约束条件，用于确保主交叉路口的承载力等于子交叉口的最低承载力，以及确保各路口方向的对应交通流流向的交通量等于各路口方向上对应车道流向对应交通流流向的交通量之和；

所述主交叉口车道分配约束，用于约束主交叉口车道通行的分配方式；

所述子交叉口车道分配约束，用于约束子交叉口车道通行的分配方式；

所述主交叉口信号时序约束，用于约束主交叉口的车道通行的信号时序；

所述子交叉口信号时序约束，用于约束子交叉口的车道通行的信号时序；

所述最大绿波带带宽约束，用于根据绿波带理论约束主交叉口和子交叉口的信号灯协调方式；

所述交叉左转车道长度约束，用于约束满足左转交通流的车辆排队需求的交叉左转车道的长度范围；

所述可接受的服务水平约束，用于约束各个车道的流量比。

进一步地，所述根据所述至少一个车道约束条件和预设的搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解包括：

初始化所述目标规划模型的模型参数；

根据所述至少一个车道约束条件，确定所述交叉左转车道长度范围；

根据所述交叉左转车道的长度范围和所述搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解。

进一步地，所述根据所述交叉左转车道的长度范围和所述搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解包括：

根据所述交叉左转车道的长度范围和所述搜索步长，确定交叉左转车道的车道长度；

将所述交叉左转车道的车道长度的可行解变量转换为常数，以将所述目标规划模型转化为混合整数线性规划模型；

根据分支定界算法对所述混合整数线性规划模型进行求解，确定最优解集合；

根据所述最优解集合中的多个最优解，确定所述目标规划模型的全局最优解。

本发明还提供一种左转主预信号联动的控制装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的左转主预信号联动的控制方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上所述的左转主预信号联动的控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽进行有效的建模，并设置反映叉口的几何形状、交通条件、道路资源的多个车道约束条件，在多种约束条件下，通过预设的搜索步长，进而得到最终全局最优解，实现符合当前情景下最优的左转主预信号联动。综上，本发明将交叉口内较大流量的直行与左转车流的冲突错位转移到较大空间的路段上，同时采用主预信号联动控制策略，在时间和空间上协同优化，从而提高交叉口的时空资源利用率，减少主要交叉口的信号配时方案相位数，提升道路通行效率。

附图说明

图1为本发明提供的左转主预信号联动的控制方法的流程示意图；

图2为本发明提供的交叉左转的车道渠化示意图；

图3为本发明提供的绿波带宽的带宽示意图；

图4为本发明提供的信号控制与绿波带的时空示意图；

图5为本发明提供的确定全局最优解的流程示意图一；

图6为本发明提供的确定全局最优解的流程示意图二；

图7为本发明提供的左转主预信号联动的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种左转主预信号联动的控制方法，结合图 1来看，图1为本发明提供的左转主预信号联动的控制方法的流程示意图，上述左转主预信号联动的控制方法包括步骤S1至步骤S4，其中：

在步骤S1中，根据多个道路参数，分别确定主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽；

在步骤S2中，针对主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽进行加权处理，确定目标规划模型；

在步骤S3中，根据多个道路参数，建立至少一个车道约束条件；

在步骤S4中，根据至少一个车道约束条件和预设的搜索步长，确定目标规划模型的全局最优解。

在本发明实施例中，通过主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽进行有效的建模，并设置反映叉口的几何形状、交通条件、道路资源的多个车道约束条件，在多种约束条件下，通过预设的搜索步长，进而得到最终全局最优解，实现符合当前情景下最优的左转主预信号联动。

优选地，目标规划模型表示为：

max{ω₁μ_m+ω₂μ_s+ω₃B},ω₁>ω₂>ω₃ (1)

其中，μ_m为主交叉口流量乘数，ω₁为主交叉口流量乘数对应的第一权重，μ_s为子交叉口流量乘数，ω₂为子交叉口流量乘数对应的第二权重，B为加权平均带宽，ω₃为加权平均带宽对应的第三权重。

由此，本发明通过对主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽进行加权，从而得到左转主预信号联动的目标规划模型。

需要说明的是，目标规划模型包括三个部分：主交叉口流量乘数，子交叉口流量乘数，以及加权平均带宽。其中，流量乘数是衡量交叉口饱和度的一项指标，设置交叉左转车道的主要目的是提高交叉口通行能力、消除过饱和现象，因此，使主交叉口通行能力最大化是首要优化目标。将子交叉口通行能力最大化作为次要优化目标，也是对首要优化目标的补充。同时，为减小交叉口延误将最大化加权平均带宽作为三级优化目标。

优选地，至少一个车道约束条件包括流量分配约束条件、主交叉口车道分配约束、子交叉口车道分配约束、主交叉口信号时序约束、子交叉口信号时序约束、最大绿波带带宽约束、交叉左转车道长度约束、可接受的服务水平约束，其中：

流量分配约束条件，用于确保主交叉路口的承载力等于子交叉口的最低承载力，以及确保各路口方向的对应交通流流向的交通量等于各路口方向上对应车道流向对应交通流流向的交通量之和；

主交叉口车道分配约束，用于约束主交叉口车道通行的分配方式；

子交叉口车道分配约束，用于约束子交叉口车道通行的分配方式；

主交叉口信号时序约束，用于约束主交叉口的车道通行的信号时序；

子交叉口信号时序约束，用于约束子交叉口的车道通行的信号时序；

最大绿波带带宽约束，用于根据绿波带理论约束主交叉口和子交叉口的信号灯协调方式；

交叉左转车道长度约束，用于约束满足左转交通流的车辆排队需求的交叉左转车道的长度范围；

可接受的服务水平约束，用于约束各个车道的流量比。

由此，设置多个车道约束条件，以此根据当前情境下交叉口的几何形状、交通条件、道路资源进行有效的条件约束，使模型在时间和空间上协同优化。

在本发明一个具体的实施例中，结合图2、图3、图4具体说明各个车道约束条件，图2为本发明提供的交叉左转的车道渠化示意图、图3为本发明提供的绿波带宽的带宽示意图、图4为本发明提供的信号控制与绿波带的时空示意图，其中，流量分配约束条件表示为：

其中，N为子交叉口集；s为字交叉口的索引，s＝{1，2，3，4} 分别表示东、南、西、北四个子交叉口；A为进口方向集；i为路口方向的索引，i＝{1，2，3，4}分别表示东、南、西、北四个路口方向； T_i为第i个路口方向上的交通流流向集；w为第i个路口方向上的交通流流向的索引，w＝{1，2，3，4，5，6}分别表示第i个路口方向上左转交通流、直行交通流、右转交通流、接收的左转交通流、接收的直行交通流、接收的右转交通流；n_i为第i个路口方向上的车道数；k 为第i个路口方向上对应的第k个车道；μ_m为主交叉口流量乘数；μ_s为子交叉口流量乘数；Q_iw为第i个路口方向上流向第w个交通流流向的流量；q_siwk为第i个路口方向上的第k个车道上流向第w个交通流流向的流量。

需要说明的是，式(2)为确保主交叉路口的承载力等于子交叉口的最低承载力，式(3)表示交叉口第i个路口方向上流向第w个交通流流向的交通量等于第i个路口方向各车道上流向第w个交通流流向的流量之和。

在本发明一个具体的实施例中，主交叉口车道分配约束条件包括：

1-x_iw(k+1)≥x_i2k′ k∈{1，…，n_i-1} (13)

其中，N为子交叉口集；s为子交叉口的索引，s＝{1，2，3，4} 分别表示东、南、西、北四个子交叉口；A为进口方向集；i，i’为路口方向的索引，i＝{1，2，3，4}分别表示东、南、西、北四个路口方向；T_i为第i个路口方向上的交通流流向集；w、w’为第i个路口方向上的交通流流向的索引，w＝{1，2，3}分别表示左转交通流、直行交通流、右转交通流，w’＝{4，5，6}分别表示接收的左转交通流、接收的直行交通流、接收的右转交通流；n_i为第i个路口方向上的车道数；k为第i个路口方向上对应的第k个车道；ψ表示流量流向集； (iw,i′w′)∈ψ表示从第i路口方向流向第w个交通流流向对应下游第i′个路口方向路口流向第w’个交通流流向的交通流；M为任意大的自然数；x_iwk为第w个交通流流向对应的二进制通行参数，用于表示第 i个路口方向上的第k个车道上流向第w个交通流流向的能否获得通行权，1为允许，0为禁止，相应的，x_iw'k为第w’个交通流流向对应的二进制通行参数；q_siwk为第i个路口方向上的第k个车道上流向第 w个交通流流向的流量。

需要说明的是，车道分配约束遵循所有类型交叉口一般车道分配原则，式(4)限制了行车道上允许不同流向车流通行的最小数量，且每一车道至少允许一种流向的交通流通行，式(5)表示如果第i 个路口方向上第k个车道上不允许流向第w个交通流流向的交通流运行(即x_iwk＝0)，将分配的车道流量q_siwk设置为0。式(6)表示对车道施加了限制，即任何车道不能同时发挥出口车道和进口车道的作用；对于任何行车道，如果允许任何流向w(w∈{1，2，3})的交通流通行，则应禁止流向w(w∈{4，5，6})的交通流通行，反之亦然。式 (7)和(8)表示消除了不同转向交通流之间出现冲突的可能性，即左转车道和直行车道不应该设置在右转车道的右侧。式(9)表明任意流向的交通流允许通行的出口道和出口道车道数应保持一致或出口道车道数不少于进口道车道数，以防止出现瓶颈和不良的交通合流状况。

需要说明的是，对于设置了交叉左转车道的交叉口，在进行车道分配时需要对左转车道通行权做出特殊要求。式(10)表示限制了交叉左转车道仅允许左转交通流通行，即为左转专用车道；式(11)表示对交叉左转车道设置位置施加了限制，规定交叉左转车道需设置于允许对向直行和左转车辆通行的车道的左侧；式(12)表示对出口道允许对向直行和左转车辆通行的车道施加了限制，以确保对向直行和左转车辆共享出口道车道；式(13)表示对进口直行车道和出口车道施加了限制，即进口直行车道必须位于出口车道的右侧；式(14)表示对允许右转交通流通行的车道施加了限制条件，即设置右转专用车道，仅允许右转车辆通行；式(15)表示限制了右转专用出口道应位于交叉左转车道的左侧；式(16)表示限制了右转专用进口道应位于直行进口道右侧。

在本发明一个具体的实施例中，子交叉口车道分配约束包括：

其中，A为进口方向集；i为路口方向的索引，i＝{1，2，3，4} 分别表示东、南、西、北四个路口方向；w、w’为第i个路口方向上的交通流流向的索引，w＝{1，2，3}分别表示左转交通流、直行交通流、右转交通流，w’＝{4，5，6}分别表示接收的左转交通流、接收的直行交通流、接收的右转交通流；n_i为第i个路口方向上的车道数；k为第i个路口方向上对应的第k个车道；x_iwk为第w个交通流流向对应的二进制通行参数，用于表示第i个路口方向上的第k个车道上流向第w个交通流流向的能否获得通行权，1为允许，0为禁止，相应的，x_iw'k为第w’个交通流流向对应的二进制通行参数。

需要说明的是，对子交叉口车道分配，式(17)表示对向直行与左转交通流共用子交叉口出口车道；式(18)表示对主交叉口和子交叉口出口车道数施加了限制条件，即主交叉口出口道车道数应等于子交叉口出口道车道数；式(19)表示对出口道和进口道车道设置施加了了限制条件以消除不必要的交通冲突，即出口车道应设置于进口车道左侧；式(20)表示对于设置交叉左转车道的子交叉口的设计中，应对子交叉口进出口道车道施加限制条件，即在子交叉口进口道处，设置左转专用车道；式(21)表示在子交叉口出口道处，主交叉口接收的右转车流不与主交叉口接收的直行与左转车辆共享车道；式(22) 表示对主交叉口和子交叉口进口车道数施加了限制条件，要求主交叉口进口车道类型的数量应分别等于子交叉口进口车道类型数量。

在本发明一个具体的实施例中，主交叉口信号时序约束包括：

其中，A为进口方向集；i为路口方向的索引，i＝{1，2，3，4} 分别表示东、南、西、北四个路口方向；T_i为第i个路口方向上的交通流流向集；w、w’为第i个路口方向上的交通流流向的索引，w＝{1， 2，3，4，5，6}分别表示左转交通流、直行交通流、右转交通流、接收的左转交通流、接收的直行交通流、接收的右转交通流；n_i为第i 个路口方向上的车道数；k为第i个路口方向上对应的第k个车道； M为任意大的自然数；I为绿灯间隔时间；ξ为周期时长的倒数；Cmin 为最小周期时长；Cmax为最大周期时长；

为主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿灯开始时间；

为主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿信比；g_min为最短绿灯时长；

为主交叉口第i个路口方向上第k个车道的绿灯开始时间；

为主交叉口第i个路口方向上第k个车道的绿信比；x_iwk为第w个交通流流向对应的二进制通行参数，用于表示第i个路口方向上的第k个车道上流向第w个交通流流向的能否获得通行权，1为允许，0为禁止。

需要说明的是，式(23)表示为了方便模型线性求解，采用周期时长的倒数作为参数，其信号周期时长的倒数的取值范围；式(24) 表示主交叉口绿灯开始时间的范围；式(25)表示任意转向交通流的绿信比受最短绿灯时长的影响；式(26)和式(27)表示车道信号时序，即如果一个车道由一个以上的转向交通流共享，则这些不同转向的交通流必须接收相同的信号指示以避免交通冲突；式(28)至式(33) 表示主交叉口允许左转与对向直行车流同时通行，将左转与对向直行车流的冲突提前至子交叉口，因交叉口渠化设计设置了右转专用车道，右转车流在主交叉口的运行不受信号灯控制。

在本发明一个具体的实施例中，子交叉口信号时序约束包括：

其中，y_siw为主交叉口第i个路口方向上第s个子交叉口处流向第w个交通流流向的绿灯开始时间；λ_siw为主交叉口第i个路口方向上第s个子交叉口处流向第w个交通流流向的绿信比；∝_si1和∝_si2为循环整数变量；ξ为周期时长的倒数；I为绿灯间隔时间；s为子交叉口的索引，s＝{1，2，3，4}分别表示东、南、西、北四个子交叉口； A为进口方向集；i为路口方向的索引，i＝{1，2，3，4}分别表示东、南、西、北四个路口方向；w为第i个路口方向上的交通流流向的索引，w＝{1，2，3，4，5，6}分别表示左转交通流、直行交通流、右转交通流、接收的左转交通流、接收的直行交通流、接收的右转交通流。

需要说明的是，式(34)和式(35)表示对于设置交叉左转车道的交叉口预信号相位设计，每个子交叉口只有两股相互冲突的交通流，即左转交通流和对向直行交通流；式(36)和式(37)表示上游左转与直行交通流在下游子交叉口共用同一信号相位；式(38)和式(39)表示对其他转向交通流施加了限制条件，因为设置了右转专用车道，进口道和出口道的右转交通流不受预信号控制；此外，子交叉口进口道直行交通流也不受预信号控制，因此，这三股交通流的绿信比等于 1。

在本发明一个具体的实施例中，最大绿波带带宽约束包括：

其中，

表示从主交叉口到下游第i个路口方向上子交叉口流向第w个交通流流向的带宽；Q_iw表示第i个路口方向上流向第w个交通流流向的流量；

表示从第i个路口方向上子交叉口s处流向第w个交通流流向的绿灯的起点到从上游交叉口到主交叉口的绿波带的左边缘的时间；

表示从从第i个路口方向上子交叉口s处流向第w个交通流流向的绿灯的终点到从上游交叉口到主交叉口的绿波带的右边缘的时间；

表示从主交叉口第i个路口方向流向第w 个交通流流向的绿灯的起点到从上游子交叉口到主交叉口的绿波带的左边缘的时间；

表示从主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿灯的终点到从上游子交叉口到主交叉口的绿波带的右边缘的时间；

表示从主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿灯的起点到从上游子交叉口到主交叉口的绿波带的左边缘的时间；

表示从主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿灯的终点到从上游子交叉口到主交叉口的绿波带的右边缘的时间；

表示从主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿灯的起点到从主交叉口到下游子交叉口的绿波带的左边缘的时间；

表示从主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿灯的终点到从主交叉口到下游子交叉口的绿波带的右边缘的时间；y_siw为主交叉口第i个路口方向上第s个子交叉口处流向第w个交通流流向的绿灯开始时间；λ_siw为主交叉口第i个路口方向上第s个子交叉口处流向第w个交通流流向的绿信比；ξ为周期时长的倒数； l_i为交叉左转车道长度；v为车速；

为主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿灯开始时间；其他参数参见上述描述，在此不再赘述。

需要说明的是，绿波带的带宽是主、预信号联动控制的关键参数，其加权平均带宽计算方法如式(40)所示。式(41)表示上下游子交叉口绿灯的起点(或终点)到绿波带的左边(或右边)的时间限制范围；式(42)表示主交叉口绿灯的起点(或终点)到绿波带的左边(或右边)的时间限制范围；式(43)表示上下游子交叉口各转向交通的绿波带宽度的限制范围：即带宽<0的条件表示上游信号控制器处绿灯结束的时间与下游信号控制器处绿灯开始的时间之间的时间间隔。

结合图3、图4来看，为使上下游子交叉口与主交叉口联动控制，确保绿波带最大化，对从上游子交叉口到主交叉口的带宽以及从主交叉口到下游子交叉口的带宽应分别满足约束条件式(44)至式(50)。其中，在式(44)至式(50)中，提供循环整数变量以确保绿波带的左(右)边在信号周期范围内。

在本发明一个具体的实施例中，交叉左转车道长度约束包括：

其中，l_i为交叉左转车道长度；L_imax为第i个路口方向上的交叉左转车道的最长长度；h_q为排队车辆的平均车头间距；s_iwk表示第i个路口方向上第k个车道上流向第w个交通流流向的饱和流率；

表示主交叉口第i个路口方向流向第w个交通流流向的绿信比；λ_siw表示第i个路口方向上交叉口s流向第w个交通流流向的绿信比；

表示从上游第i个路口方向上子交叉口到主交叉口流向第w个交通流流向的带宽；

表示从主交叉口到下游第i个路口方向上子交叉口流向第w个交通流流向的带宽；其他参数参见上述描述，在此不再赘述。

需要说明的是，绿波带最大带宽限制主要确保主交叉口和子交叉口的交通流的适当协调。但是，一部分左转交通流在经过子交叉口后可能会在交叉左转车道上发生二次停车，即进入交叉左转车道的交通流不能在一个信号周期内清零，或者上游直行和左转交通流在通过主交叉口后会在出口车道上排队等候。因此，为了满足这些车辆的排队需求，交叉左转车道的长度应足够长，其长度的约束条件如式(51) 和式(52)所示。

在本发明一个具体的实施例中，可接受的服务水平约束包括：

M(2-x_iwk-x_iw(k+1))≥γ_i(k+i)-γ_ik≥-M(2-x_iwk-x_iw(k+1)),i∈A，w∈T_i，k∈{1，…，2n_i-1}

(53)

其中，γ_ik为第i个路口方向上的第k个车道的流量比；ds_max为最大可接受饱和度；Λ_sik为第i个路口方向上的第k个车道的绿信比；

为主交叉口第i个路口方向的S处车道第k个车道的绿信比；其他参数参见上述描述，在此不再赘述。

需要说明的是，式(53)表示对车道的流量比施加了限制条件，即若相邻两车道的车道功能一致，则假设其流量比相同，式(54)是第i个路口方向的车道k的流量比，式(55)和式(56)表示将每个路口饱和度限制为不超过最大限制，以确保可接受的服务水平。具体地，结合图2至图4来看，上述各式涉及的参数定义如下表所示：

表1

优选地，结合图5来看，图5为本发明提供的确定全局最优解的流程示意图一，步骤S4包括步骤S41至步骤S43，其中：

在步骤S41中，初始化目标规划模型的模型参数；

在步骤S42中，根据至少一个车道约束条件，确定交叉左转车道长度范围；

在步骤S43中，根据交叉左转车道的长度范围和搜索步长，确定目标规划模型的全局最优解。

由此，根据交叉口的几何形状、交通条件、道路资源等在原交叉口上进行渠化设计，明确交叉左转车道长度取值范围，并构建预信号位置计算模型，加强了该左转交叉控制方法的鲁棒性。

优选地，结合图6来看，图6为本发明提供的确定全局最优解的流程示意图二，步骤S43包括步骤S431至步骤S434，其中：

在步骤S431中，根据交叉左转车道的长度范围和搜索步长，确定交叉左转车道的车道长度；

在步骤S432中，将交叉左转车道的车道长度的可行解变量转换为常数，以将目标规划模型转化为混合整数线性规划模型；

在步骤S433中，根据分支定界算法对混合整数线性规划模型进行求解，确定最优解集合；

在步骤S434中，根据最优解集合中的多个最优解，确定目标规划模型的全局最优解。

由此，根据搜索步长和交叉左转车道的长度范围将目标规划模型转化为混合整数线性规划模型，确定最优解集合，以此在最优解集合中确定全局最优解，保证求解的高效性和准确性。

实施例2

本发明实施例提供了一种左转主预信号联动的控制装置，结合图 7来看，图7为本发明提供的左转主预信号联动的控制装置的结构示意图，其中，左转主预信号联动的控制装置700包括：

获取单元701，用于根据多个道路参数，分别确定主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽；

建模单元702，用于针对主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽进行加权处理，确定目标规划模型；

约束条件单元703，用于根据多个道路参数，建立至少一个车道约束条件；

处理单元704，用于根据至少一个车道约束条件和预设的搜索步长，确定目标规划模型的全局最优解。

实施例3

本发明实施例提供了一种左转主预信号联动的控制装置，包括处理器以及存储器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上的左转主预信号联动的控制方法。

实施例4

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机该程序被处理器执行时，实现如上的左转主预信号联动的控制方法。

本发明公开了一种左转主预信号联动的控制方法、装置及存储介质，在该方法中，通过主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽进行有效的建模，并设置反映叉口的几何形状、交通条件、道路资源的多个车道约束条件，在多种约束条件下，通过预设的搜索步长，进而得到最终全局最优解，实现符合当前情景下最优的左转主预信号联动。本发明与常规交通组织方式相比，对交叉左转的交通特性作出改变，通过对交叉左转交叉口交通特性的分析，建立了实际的应用方法；通过对交叉左转设置原则及适用性进行分析，根据交叉口的几何形状、交通条件、道路资源等在原交叉口上进行渠化设计，明确交叉左转车道长度取值范围，并构建预信号位置计算模型，加强了该左转交叉控制方法的鲁棒性；通过主信号和预信号的联动控制，与常规信号控制有所不同，其信号配时方法也存在差异，保证了更为有效的控制。

本发明技术方案，不首先进行有效的建模，并设置反映叉口的几何形状、交通条件、道路资源的多个车道约束条件，在多种约束条件下最终得到全局最优解，在时间和空间上协同优化，从而提高交叉口的时空资源利用率，减少主要交叉口的信号配时方案相位数，提升道路通行效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种左转主预信号联动的控制方法，其特征在于，包括：

根据多个道路参数，分别确定主交叉口流量乘数、子交叉口流量乘数以及加权平均带宽；

针对所述主交叉口流量乘数、所述子交叉口流量乘数以及所述加权平均带宽进行加权处理，确定目标规划模型；

根据所述多个道路参数，建立至少一个车道约束条件；

根据所述至少一个车道约束条件和预设的搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解。

2.根据权利要求1所述的左转主预信号联动的控制方法，其特征在于，所述目标规划模型表示为：

max{ω₁μ_m+ω₂μ_s+ω₃B},ω₁>ω₂>ω₃

其中，μ_m为所述主交叉口流量乘数，ω₁为所述主交叉口流量乘数对应的第一权重，μ_s为所述子交叉口流量乘数，ω₂为所述子交叉口流量乘数对应的第二权重，B为所述加权平均带宽，ω₃为所述加权平均带宽对应的第三权重。

3.根据权利要求2所述的左转主预信号联动的控制方法，其特征在于，所述至少一个车道约束条件包括流量分配约束条件、主交叉口车道分配约束、子交叉口车道分配约束、主交叉口信号时序约束、子交叉口信号时序约束、最大绿波带带宽约束、交叉左转车道长度约束、可接受的服务水平约束，其中：

所述流量分配约束条件，用于确保主交叉路口的承载力等于子交叉口的最低承载力，以及确保各路口方向的对应交通流流向的交通量等于各路口方向上对应车道流向对应交通流流向的交通量之和；

所述主交叉口车道分配约束，用于约束主交叉口车道通行的分配方式；

所述子交叉口车道分配约束，用于约束子交叉口车道通行的分配方式；

所述主交叉口信号时序约束，用于约束主交叉口的车道通行的信号时序；

所述子交叉口信号时序约束，用于约束子交叉口的车道通行的信号时序；

所述最大绿波带带宽约束，用于根据绿波带理论约束主交叉口和子交叉口的信号灯协调方式；

所述交叉左转车道长度约束，用于约束满足左转交通流的车辆排队需求的交叉左转车道的长度范围；

所述可接受的服务水平约束，用于约束各个车道的流量比。

4.根据权利要求3所述的左转主预信号联动的控制方法，其特征在于，所述根据所述至少一个车道约束条件和预设的搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解包括：

初始化所述目标规划模型的模型参数；

根据所述至少一个车道约束条件，确定所述交叉左转车道长度范围；

根据所述交叉左转车道的长度范围和所述搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解。

5.根据权利要求4所述的左转主预信号联动的控制方法，其特征在于，所述根据所述交叉左转车道的长度范围和所述搜索步长，确定所述目标规划模型的全局最优解包括：

根据所述交叉左转车道的长度范围和所述搜索步长，确定交叉左转车道的车道长度；

将所述交叉左转车道的车道长度的可行解变量转换为常数，以将所述目标规划模型转化为混合整数线性规划模型；

根据分支定界算法对所述混合整数线性规划模型进行求解，确定最优解集合；

根据所述最优解集合中的多个最优解，确定所述目标规划模型的全局最优解。

6.一种左转主预信号联动的控制装置，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-5任一项所述的左转主预信号联动的控制方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如权利要求1-5任一项所述的左转主预信号联动的控制方法。

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