CN114333358B

CN114333358B - 一种基于绿波带宽约束的感应控制方法

Info

Publication number: CN114333358B
Application number: CN202111593972.2A
Authority: CN
Inventors: 曾晓强; 王金鑫; 朱梁; 丁海龙; 杜云霞; 张新军
Original assignee: Lianyungang Jierui Electronics Co Ltd
Current assignee: Lianyungang Jierui Electronics Co Ltd
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2022-12-13
Anticipated expiration: 2041-12-23
Also published as: CN114333358A

Abstract

本发明公开了一种基于绿波带宽约束的感应控制方法，该方法首先以协调相位为分界点，将一个信号控制周期内的所有相位划分为协调前相位、协调相位，以及协调后相位；然后，基于信号控制周期及绿波带宽的约束，面向三种相位类型分别建立相位绿灯上下限计算模型；最后，基于计算得出的绿灯上下限依次对信号控制周期的各相位执行感应控制。本发明的方法能够在保证主干道绿波带宽的同时，根据交通需求自动调整相位绿信比，有效提高车辆的出行效率及交叉口的运行效率。

Description

一种基于绿波带宽约束的感应控制方法

技术领域

本发明属于城市交通信号控制领域，特别是一种绿波带宽约束的感应控制方法。

背景技术

绿波协调指一系列的交叉口在信号周期固定的前提下，通过调整相位差使主干道上的车流依次到达各交叉口时均遇上绿灯。这种“绿波”交通可显著减少车辆在交叉口的停歇，提高道路运行效率。汽车按规定时速在绿波干道上行驶，能连续通过各个路口绿灯通行带的宽度，称为绿波宽度。绿波带宽是评价绿波协调的重要指标。

常规的绿波协调各相位的绿信比是固定不变的，对于短时间内交通需求变化较大的交叉口很不友好，经常出现相位绿灯空放或个别非协调相位进口车道短时拥堵的现象。感应控制虽然能够根据交通需求自动调节相位绿信比，但没有固定的周期长度，直接应用到绿波协调中，会使协调相位的绿灯时段动态改变，进一步给绿波带宽带来很大的波动性。

因此，寻找一种不破坏绿波带宽且相位绿信比与交通需求相匹配的方法存在着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在不破坏绿波带宽的前提下，相位绿信比自动匹配交通需求的交通控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种绿波带宽约束的感应控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，以协调相位为分界点，将一个信号控制周期内的所有相位依据放行顺序划分为协调相位之前放行的相位、协调相位，以及协调相位之后放行的相位，分别简称为协调前相位、协调相位，以及协调后相位；

步骤2，基于信号控制周期及绿波带宽的约束，面向步骤1的三种相位类型分别建立相位绿灯上下限计算模型；

步骤3，计算信号控制周期内当前放行相位的绿灯上下限，基于此对相位执行感应控制。

进一步地，协调前相位的感应控制方式：

协调前相位感应控制，各相位的最小绿时间必须得到执行保障，且协调前相位的总绿灯时间至多占用到周期基础配时中协调相位绿波带宽的起始时刻。基于此，建立协调前相位的绿灯放行约束模型即相位绿灯上下限计算模型如下：

其中，Pt_i为相位i的实际放行时长，Bt_i为相位i的基础配时时长，Min_i为相位i的最小绿灯时长，Max_i为相位i的最大绿灯时长，n为协调前相位的数量。

当协调前相位放行时长达到绿灯约束下限时，如果在一个预设置的时间间隔内无过车需求，则切换下一相位，否则，延长一个预设置的单位时长，只要不断有车到达，相位绿灯可继续延长，直至协调前相位的绿灯约束上限，切换下一相位。

需要说明的是，第一个协调前相位的最小绿时长，只需保满足检测设备与停车线之间的车辆过交叉口的时间，之后会根据车辆到达需求自动延长。其他协调前相位的最小绿时长需满足基本的交通需求，用来约束前面放行相位最多可占用的时长；其数值可根据之前若干周期的交通需求自动计算。

进一步地，协调相位的感应控制方式：

协调相位感应控制，相比基本配时，如果协调前相位有富余时长，那么，协调相位提前放行；此外，如果基础配时中的绿波带宽得到执行后仍未达到最大绿时长，且协调相位上仍有车辆到达，那么，在保证协调后相位最小绿可执行的条件下仍可继续延长。基于此，建立协调相位的绿灯放行约束模型即相位绿灯上下限计算模型如下：

式中，相位n+1为协调相位，m为周期总相位数量，c为基本配时周期时长。

当协调相位放行时长达到绿灯约束下限时，如果在一个预设置的时间间隔内无过车需求，则切换下一相位，否则，延长一个预设置的单位时长，只要不断有车到达，相位绿灯可继续延长，直至协调相位的绿灯约束上限，切换下一相位。

进一步地，协调后相位的感应控制方式

协调后相位感应控制，各相位的最小绿时间必须得到执行保障，且协调后相位的总绿灯时间为基本配时周期时长减去协调前相位与协调相位的放行时长。基于此，建立协调后相位的绿灯放行约束模型如下：

当协调后相位放行时长达到绿灯约束下限时，如果在一个预设置的时间间隔内无过车需求，则切换下一相位，否则，延长一个预设置的单位时长，只要不断有车到达，相位绿灯可继续延长，直至协调后相位的绿灯约束上限，切换下一相位。

需要说明的是，协调后相位的最小绿时长需满足基本的交通需求，用来约束前面放行相位最多可占用的时长；其数值可根据之前若干周期的交通需求自动计算。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1)本发明基于原绿波设计带宽建立相位绿灯上下限计算模型，使得相位绿灯时长在模型输出的时长区间范围内任意改变，都不会破坏原有的绿波带宽。

2)本发明基于相位绿灯上下限计算模型输出的时长区间范围进行感应控制，相位可根据实际的交通需求动态调整绿灯放行时长。

3)本发明中，相比原绿波设计，协调相位可占用协调前相位的富余时长提前起亮，也可在允许范围内占用协调后相位的时长延后结束绿灯，使得协调相位实际的绿灯时长大于原设计时长，进而使得实际的绿波带宽大于原绿波带宽。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的总体流程图。

图2为五相位周期示例图。

图3为实例分析周期放行规律图。

具体实施方式

本发明提出了一种基于绿波带宽约束的感应控制方法，旨在兼顾绿波带宽的情况下自动调整相位绿信比与交通需求相匹配，提高车辆的出行效率及交叉口的运行效率。

该部分结合具体附图，对本发明的实施方式做详细说明。所提出方法的流程图如图1所示，具体实施步骤亦根据该图拟定，下面对本发明的技术方案做进一步详细描述。

步骤1：设置各控制参数

根据需求对各相位设置基础配时时长、最小绿灯时长、单位延长时间，以及最大绿灯时长。其中，除第一个协调前相位及协调相位以外，各相位的最小绿灯时长需满足基本的交通需求。

步骤2：计算当前相位的绿灯放行约束上下限

步骤2.1，判断当前相位是否为协调前相位，若是，执行步骤2.4；否则，执行步骤2.2；

步骤2.2，判断当前相位是否为协调相位，若是，执行步骤2.5；否则，执行步骤2.3；

步骤2.3，确定当前相位为协调后相位，执行步骤2.6；

步骤2.4，按照如下模型计算相位的绿灯约束上下限，结束；

步骤2.5，按照如下模型计算相位的绿灯约束上下限，结束；

其中，相位n+1为协调相位，m为周期总相位数量，c为基本配时周期时长。

步骤2.6，按照如下模型计算相位的绿灯约束上下限，结束；

步骤3：基于相位绿灯约束上下限执行感应控制

当相位放行时长达到绿灯约束下限时，如果在一个单位延长时间间隔内无过车需求，则切换下一相位，否则，延长一个单位延长时间，只要不断有车到达，相位绿灯可继续延长，直至相位的绿灯约束上限，切换下一相位，执行步骤2。

步骤4：实例分析

选择图2中的五相位周期为例，其中，P₃为协调相位，那么，P₁、P₂为协调前相位，P₄、P₅为协调后相位。令Bt₁＝Bt₂＝Bt₃＝Bt₄＝Bt₅＝20s，Min₁＝Min₂＝Min₃＝Min₄＝Min₅＝15s，Max₁＝Max₂＝Max₃＝Max₄＝Max₅＝25s，那么，c＝100s。

首先，执行相位P₁，按照协调前相位的绿灯约束计算模型：

Min₁≤P_t1≤Min{Bt₁+Bt₂-Min₂,Max₁}

得：

15s≤P_t1≤Min{20+20-15,25}＝25s；

当P₁放行时长达到15s后，无过车需求或放行时长达到25s时结束，切换相位P₂。执行相位P₂，按照协调前相位的绿灯约束计算模型

Min₂≤P_t2≤Min{Bt₁+Bt₂-P_t1,Max₂}

得：

15s≤P_t2≤Min{40-P_t1,25}

假设P_t1＝15s，那么，15s≤P_t2≤25s，当P₂放行时长达到15s后，无过车需求或放行时长达到25s时结束，切换相位P₃。

执行相位P₃，按照协调相位的绿灯约束计算模型

得

Max{60-(15+Pt₂),100-(15+Pt₂)-50,15}≤Pt₃≤Min{Max{60-(15+Pt₂),25,100-(15+Pt₂)-50,100-(15+Pt₂)-30

假设P_t2＝24s，那么，21s≤Pt₃≤25s，当P₃放行时长达到21s后，无过车需求或放行时长达到25s时结束，切换相位P₄。

执行相位P₄，按照协调后相位的绿灯约束计算模型：

Max{Min₄,c-(Pt₁+Pt₂+Pt₃)-Max₅}≤Pt₄≤Min{c-(Pt₁+Pt₂+Pt₃)-Min₅,Max₄}

得：

Max{15,100-(39+Pt₃)-25≤Pt₄≤Min{100-(39+Pt₃)-15),25}；

假设P_t3＝23s，那么，15s≤Pt₄≤23s，当P₄放行时长达到15s后，无过车需求或放行时长达到23s时结束，切换相位P₅。

执行相位P₅，按照协调后相位的绿灯约束计算模型：

Max{Min₅,c-(Pt₁+Pt₂+Pt₃+Pt₄)}≤Pt₅≤Min{c-(Pt₁+Pt₂+Pt₃+Pt₄),Max₄}

得：

Max{15,100-(62+Pt₄)}≤Pt₅≤Min{100-(62+Pt₄),25}；

假设P_t4＝20s，那么，18s≤Pt₅≤18s，因此P₅放行18s。

上述周期的放行规律如附图3所示。

本发明所提方法能够在保证主干道绿波带宽的同时，根据交通需求自动调整相位绿信比，有效提高车辆的出行效率及交叉口的运行效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种绿波带宽约束的感应控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤2，基于信号控制周期及绿波带宽的约束，面向步骤1的三种相位类型分别建立相位绿灯上下限计算模型；其中，面向所述协调前相位建立相位绿灯上下限计算模型，具体为：

协调前相位感应控制，各相位的最小绿时间必须得到执行保障，且协调前相位的总绿灯时间至多占用到周期基础配时中协调相位绿波带宽的起始时刻；基于此，建立协调前相位的相位绿灯上下限计算模型如下：

其中，Pt_i为相位i的实际放行时长，Bt_i为相位i的基础配时时长，Min_i为相位i的最小绿灯时长，Max_i为相位i的最大绿灯时长，n为协调前相位的数量；

面向所述协调相位建立相位绿灯上下限计算模型，具体为：

协调相位感应控制，相比基本配时，如果协调前相位有富余时长，那么，协调相位提前放行；此外，如果基础配时中的绿波带宽得到执行后仍未达到最大绿时长，且协调相位上仍有车辆到达，那么，在保证协调后相位最小绿可执行的条件下仍可继续延长，基于此，建立协调相位的绿相位绿灯上下限计算模型如下：

式中，相位n+1为协调相位，m为周期总相位数量，c为基本配时周期时长；

面向所述协调后相位建立相位绿灯上下限计算模型，具体为：

协调后相位感应控制，各相位的最小绿时间必须得到执行保障，且协调后相位的总绿灯时间为基本配时周期时长减去协调前相位与协调相位的放行时长；基于此，建立协调后相位的绿相位绿灯上下限计算模型如下：

2.根据权利要求1所述的绿波带宽约束的感应控制方法，其特征在于，第一个协调前相位的最小绿时长，只需保证满足检测设备与停车线之间的车辆过交叉口的时间，之后根据车辆到达需求自动延长；其他协调前相位的最小绿时长需满足基本的交通需求，用来约束前面放行相位最多可占用的时长。

3.根据权利要求1所述的绿波带宽约束的感应控制方法，其特征在于，步骤3所述对相位执行感应控制，具体为：

当相位放行时长达到绿灯约束下限时，如果在一个单位延长时间间隔内无过车需求，则切换下一相位，否则，延长一个单位延长时间，只要不断有车到达，相位绿灯可继续延长，直至相位的绿灯约束上限，切换下一相位，返回执行步骤2。

4.一种绿波带宽约束的感应控制系统，其特征在于，所述系统包括：

划分模块，用于以协调相位为分界点，将一个信号控制周期内的所有相位依据放行顺序划分为协调相位之前放行的相位、协调相位，以及协调相位之后放行的相位，分别简称为协调前相位、协调相位，以及协调后相位；

模型构建模块，用于基于信号控制周期及绿波带宽的约束，面向三种相位类型分别建立相位绿灯上下限计算模型；其中，面向所述协调前相位建立相位绿灯上下限计算模型，具体为：

面向所述协调相位建立相位绿灯上下限计算模型，具体为：

感应控制模块，用于计算信号控制周期内当前放行相位的绿灯上下限，基于此对相位执行感应控制。

5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。

6.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。