CN114613164A - 一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法 - Google Patents

一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法 Download PDF

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CN114613164A CN202210155426.9A CN202210155426A CN114613164A CN 114613164 A CN114613164 A CN 114613164A CN 202210155426 A CN202210155426 A CN 202210155426A CN 114613164 A CN114613164 A CN 114613164A
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Abstract

本发明公开了一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，包括下述步骤：根据待协调干道上信号交叉口的信号周期允许变化范围，判定各交叉口的控制方式；确定干道公共信号周期优化范围和单周期交叉口的协调控制方案；根据双周期交叉口中两个子周期的相位时间分配比来确定相位时间取值范围；定义双周期交叉口的协调类型；根据干道公共信号周期和两个子周期的相位时间取值范围来确定双周期交叉口的协调类型；根据双周期交叉口确定的协调类型，分配双周期交叉口的相位时间；确定双周期交叉口的相位差，实现干道双向绿波协调控制。本方法能同时满足双周期与单周期交叉口的控制需求，提高干道通行效率，适用于干道上交叉口流量相差较大的情况。

Description

一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法
技术领域
本发明属于交通信号控制的技术领域，具体涉及一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法。
背景技术
当干道上交叉口流量相差较大时，流量较小的交叉口若采用公共信号周期，容易出现绿灯时间空放、行人等待时间过长的问题，导致该交叉口通行效率下降。针对这类流量较小的交叉口，在进行干道绿波协调控制方案设计时，可以考虑采用双周期控制方式，利用双周期内的两个子周期实现与单周期交叉口的双向绿波协调控制，并能够缩短双周期交叉口的行人与非协调车队等待时间，提高双周期交叉口的整体通行效率。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，根据待协调干道公共信号周期允许变化范围确定各个交叉口的控制方式，通过对单周期交叉口进行协调控制，得到干道公共信号周期和单周期交叉口的相位相序、相位时间以及相位差；通过计算双周期交叉口中子周期的相位时间取值范围，确定双周期交叉口的协调类型、相位时间和相位差，从而实现干道双向绿波协调控制。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，包括下述步骤：
S1、根据待协调干道上信号交叉口的信号周期允许变化范围，判定各交叉口的控制方式；所述交叉口的控制方式为单周期交叉口、双周期交叉口及多周期交叉口；
S2、对于只含单周期和双周期交叉口的干道，确定干道公共信号周期优化范围和单周期交叉口的协调控制方案；
S3、根据双周期交叉口中两个子周期的相位时间分配比来确定相位时间取值范围；
S4、定义双周期交叉口的协调类型；
S5、根据干道公共信号周期和两个子周期的相位时间取值范围来确定双周期交叉口的协调类型；
S6、根据双周期交叉口确定的协调类型，分配双周期交叉口的相位时间；
S7、根据双周期交叉口的相位时间，确定双周期交叉口的相位差，实现干道双向绿波协调控制。
作为优选的技术方案，步骤S1中，所述判定各交叉口的控制方式具体为：
对于待协调干道上的n个信号交叉口，选定上行方向第一个交叉口为I1，其他交叉口沿上行方向升序命名，第j个信号交叉口记为交叉口Ij；
设交叉口Ij的信号周期Cj的最小允许取值为Cminj，最大允许取值为Cmaxj，则n个交叉口的信号周期最小允许取值的最大值CImin＝max{Cmin1,Cmin2,...,Cminn}；
若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足Cmaxj≥CImin，则判定交叉口Ij为单周期交叉口；若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足Cmaxj<CImin≤2·Cmaxj，则判定交叉口Ij为双周期交叉口；若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足2·Cmaxj<CImin，则判定交叉口Ij为多周期交叉口。
作为优选的技术方案，步骤S2中，所述确定干道公共信号周期优化范围，具体为：
对于只有单周期和双周期交叉口的干道，将所有单周期交叉口的公共信号周期最小允许取值记为COmin，公共信号周期最大允许取值记为COmax；
将所有双周期交叉口的公共信号周期最小允许取值记为CDmin，公共信号周期最大允许取值记为CDmax；
则只有单周期和双周期交叉口的干道公共信号周期最小允许取值为CAmin＝max{COmin,2·CDmin}，干道公共信号周期最大允许取值为CAmax＝min{COmax,2·CDmax}；
所述确定单周期交叉口的协调控制方案是根据单周期交叉口的相位结构和各相位绿信比大小，利用现有干道绿波协调控制方法来实现对单周期交叉口的协调控制，得到干道公共信号周期C和单周期交叉口的相位相序、相位时间以及相位差，绘制时距图，得到初始上行绿波带宽B+及初始下行绿波带宽B-。
作为优选的技术方案，步骤S3中，所述确定相位时间取值范围，具体为：
定义双周期交叉口中两个子周期分别为CS(1)和CS(2)；第一个子周期CS(1)和第二个子周期CS(2)的时长之和等于干道公共信号周期：
C＝CS(1)+CS(2)
当双周期交叉口Ii的协调方向相位φCi为对称相位时，根据双周期交叉口Ii协调方向相位φCi的绿信比λCi和干道公共信号周期C，得到双周期交叉口的协调方向相位时间tCi＝λCi·C；
根据双周期交叉口Ii非协调方向相位φNi的绿信比λNi和干道公共信号周期C，得到双周期交叉口的非协调方向相位时间tNi＝λNi·C；
定义第一个子周期内协调方向相位时间为tCi(1)、非协调方向相位时间为tNi(1)；第二个子周期内协调方向相位时间为tCi(2)、非协调方向相位时间为tNi(2)；
假定双周期交叉口Ii的两个子周期内协调方向相位时间的最小分配比为kCmini、最大分配比为kCmaxi，则第一个子周期协调方向相位时间的取值范围为[kCmini·tCi,kCmaxi·tCi]，记为[tCmini(1),tCmaxi(1)]；
假定双周期交叉口Ii两个子周期内非协调方向相位时间的最小分配比为kNmini、最大分配比为kNmaxi，则第一个子周期非协调方向相位时间的取值范围为[kNmini·tNi,kNmaxi·tNi]，记为[tNmini(1),tNmaxi(1)]。
作为优选的技术方案，步骤S4中，所述双周期交叉口的协调类型有两种，包括：
第一协调类型，即第一个子周期为协调子周期，用于协调方向车队通行，第二个子周期为非协调子周期，用于非协调车队通行，故双周期交叉口的上行协调相位时间与下行协调时间均为第一个子周期的协调相位时间tCi(1)；
第二协调类型，即两个子周期均为协调子周期，其中第一个子周期用于双周期交叉口上行方向车队通行，第二个子周期用于下行方向车队通行，故双周期交叉口的上行协调相位时间为第一个子周期的协调相位时间tCi(1)，下行协调相位时间为第二个子周期的协调相位时间tCi(2)。
作为优选的技术方案，步骤S5中，所述确定双周期交叉口的协调类型具体为：
定义双周期交叉口的上行方向绿波带中心线为
Figure BDA0003512132930000031
下行方向绿波带中心线为
Figure BDA0003512132930000032
将上行方向绿波带中心线
Figure BDA0003512132930000033
与双周期交叉口Ii时间线的交点记为
Figure BDA0003512132930000034
将下行方向绿波带中心线
Figure BDA0003512132930000035
与双周期交叉口Ii时间线的交点经纵向平移若干个干道公共信号周期C后，滞后于点
Figure BDA0003512132930000036
的第一个交点记为
Figure BDA0003512132930000037
根据点
Figure BDA0003512132930000038
的纵坐标
Figure BDA0003512132930000039
与点
Figure BDA00035121329300000310
的纵坐标
Figure BDA00035121329300000311
计算点
Figure BDA00035121329300000312
与点
Figure BDA00035121329300000313
的时间差ΔTi：
Figure BDA0003512132930000041
当
Figure BDA0003512132930000042
或
Figure BDA0003512132930000043
时，双周期交叉口Ii采用第一协调类型；
当
Figure BDA0003512132930000044
时，双周期交叉口Ii采用第二协调类型。
作为优选的技术方案，步骤S6中，所述分配双周期交叉口的相位时间，具体为：
当双周期交叉口Ii确定为第一协调类型时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmaxi(1)，第二个子周期协调方向相位时间tCi(2)＝tCi-tCi(1)，非协调方向相位时间
Figure BDA0003512132930000045
当双周期交叉口Ii确定为第二协调类型时，第一子周期协调方向相位时间分配与初始上行绿波带宽B+和初始下行绿波带宽B-的大小有关：
当
Figure BDA0003512132930000046
时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmini(1)；
当
Figure BDA0003512132930000047
时，第一个子周期协调方向相位时间
Figure BDA0003512132930000048
当
Figure BDA0003512132930000049
时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmaxi(1)；
第二个子周期协调方向相位时间tCi(2)＝tCi-tCi(1)；
第一子周期非协调方向相位时间分配与ΔTi的大小有关：
当
Figure BDA00035121329300000410
时，第一个子周期非协调方向相位时间tNi(1)＝tNmini(1)；
当
Figure BDA00035121329300000411
时，第一个子周期非协调方向相位时间
Figure BDA00035121329300000412
当
Figure BDA00035121329300000413
时，第一个子周期非协调方向相位时间tNi(1)＝tNmaxi(1)；
第二个子周期非协调方向相位时间tNi(2)＝tNi-tNi(1)。
作为优选的技术方案，步骤S7中，所述确定双周期交叉口的相位差，具体为：
根据双周期交叉口子周期的相位时间与ΔTi的大小关系，确定双周期交叉口的相位差；
当
Figure BDA0003512132930000051
时，将点
Figure BDA0003512132930000052
移动
Figure BDA0003512132930000053
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA0003512132930000054
移动
Figure BDA0003512132930000055
当
Figure BDA0003512132930000056
时，将点
Figure BDA0003512132930000057
移动
Figure BDA0003512132930000058
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA0003512132930000059
移动
Figure BDA00035121329300000510
当
Figure BDA00035121329300000511
时，将点
Figure BDA00035121329300000512
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA00035121329300000513
当
Figure BDA00035121329300000514
时，将点
Figure BDA00035121329300000515
移动
Figure BDA00035121329300000516
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA00035121329300000517
移动
Figure BDA00035121329300000518
当
Figure BDA00035121329300000519
时，将点
Figure BDA00035121329300000520
移动
Figure BDA00035121329300000521
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA00035121329300000522
移动
Figure BDA00035121329300000523
至此，双周期交叉口的协调类型、相位时间以及相位差已确定，实现了干道双向绿波协调控制；本发明能够实现单周期与双周期交叉口的双向绿波协调控制，为各个交叉口选择合适的控制方式且获得了理想的双向绿波协调控制效果。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)与单周期干道绿波协调设计方法相比，本发明给出的干道绿波协调设计方法能够满足双周期控制需求，适用于干道上交叉口流量相差较大的情况，有利于缩短双周期交叉口的行人与非协调车队等待时间。
(2)对流量较小的交叉口采用相序不变、周期不等的双周期控制方式，通过优化双周期交叉口的子周期相位时间，可以增大干道绿波协调控制的优化空间，获得理想的干道双向绿波协调效果，提高了整个干道的通行效率。
(3)本发明能够综合考虑各个交叉口的交通控制需求，为各个交叉口选择合适的控制方式，优化双周期交叉口的协调类型、相位时间与相位差，实现了双周期控制需求下的干道双向绿波带协调设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法的流程图；
图2为本发明实施例中完成单周期交叉口协调控制绘制的时距图；
图3(a)为本发明实施例中定义的双周期交叉口的第一协调类型；
图3(b)为本发明实施例中定义的双周期交叉口的第二协调类型；
图4(a)-(e)为本发明实施例中确定双周期交叉口不同协调类型对应相位差的示意图。
图5为本发明实施例中各交叉口现状信号配时方案；
图6为本发明实施例中确定双周期交叉口协调类型示意图；
图7为本发明实施例中确定双周期交叉口相位差示意图；
图8为本发明实施例中干道双向绿波协调控制效果时距图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
如图1所示，本实施例一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，包括下述步骤：
S1、根据待协调干道上信号交叉口的信号周期允许变化范围，判定各交叉口的控制方式，具体为：
对于待协调干道上的n个信号交叉口，选定上行方向第一个交叉口为I1，其他交叉口沿上行方向升序命名，第j个信号交叉口记为交叉口Ij；
设交叉口Ij的信号周期Cj的最小允许取值为Cminj，最大允许取值为Cmaxj，则n个交叉口的信号周期最小允许取值的最大值CImin＝max{Cmin1,Cmin2,...,Cminn}；
若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足Cmaxj≥CImin，则判定交叉口Ij为单周期交叉口；若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足Cmaxj<CImin≤2·Cmaxj，则判定交叉口Ij为双周期交叉口；若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足2·Cmaxj<CImin，则判定交叉口Ij为多周期交叉口。
本实施例中在一条东西向待协调干道上进行干道绿波协调控制，该待协调干道有4个信号交叉口，相邻交叉口间距由西往东依次为219m、271m、215m，绿波带设计速度为35km/h；交叉口I1、I2、I3、I4的信号周期允许变化范围分别为[87,150]s、[54,96]s、[50,98]s、[101,180]s，现状信号配时方案如图5所示；则4个信号交叉口的信号周期最小允许取值的最大值CImin＝max{87,54,50,101}＝101s，由于交叉口I1的信号周期最大允许取值满足150s>101s，判定交叉口I1为单周期交叉口；交叉口I2的信号周期最大允许取值满足96s<101s<192s，判定交叉口I2为双周期交叉口；交叉口I3的信号周期最大允许取值满足98s<101s<196s，判定交叉口I3为双周期交叉口；交叉口I4的信号周期最大允许取值满足180s>101s，判定交叉口I4为单周期交叉口。
S2、对于只含单周期和双周期交叉口的干道，确定干道公共信号周期优化范围和单周期交叉口的协调控制方案，具体为：
对于只有单周期和双周期交叉口的干道，将所有单周期交叉口的公共信号周期最小允许取值记为COmin，公共信号周期最大允许取值记为COmax；
将所有双周期交叉口的公共信号周期最小允许取值记为CDmin，公共信号周期最大允许取值记为CDmax；
则只有单周期和双周期交叉口的干道公共信号周期最小允许取值为CAmin＝max{COmin,2·CDmin}，干道公共信号周期最大允许取值为CAmax＝min{COmax,2·CDmax}；
确定单周期交叉口的协调控制方案是根据单周期交叉口的相位结构和各相位绿信比大小，利用现有干道绿波协调控制方法来实现对单周期交叉口的协调控制，得到干道公共信号周期C和单周期交叉口的相位相序、相位时间以及相位差，绘制时距图，得到初始上行绿波带宽B+及初始下行绿波带宽B-。
本实施例中，单周期交叉口的公共信号周期允许变化范围为[101,150]s，双周期交叉口的公共信号周期允许变化范围为[54,96]s，则干道的公共信号周期允许变化范围为[108,150]s。
如图2确定单周期交叉口的协调控制方案后绘制的时距图所示，得到干道公共信号周期C＝139s，初始上行绿波带宽B+＝27s，初始下行绿波带宽B-＝27s。
S3、根据双周期交叉口中两个子周期的相位时间分配比来确定相位时间取值范围，具体为：
定义双周期交叉口中两个子周期分别为CS(1)和CS(2)；第一个子周期CS(1)和第二个子周期CS(2)的时长之和等于干道公共信号周期：
C＝CS(1)+CS(2)
当双周期交叉口Ii的协调方向相位φCi为对称相位时，根据双周期交叉口Ii协调方向相位φCi的绿信比λCi和干道公共信号周期C，得到双周期交叉口的协调方向相位时间tCi＝λCi·C；
根据双周期交叉口Ii非协调方向相位φNi的绿信比λNi和干道公共信号周期C，得到双周期交叉口的非协调方向相位时间tNi＝λNi·C；
定义第一个子周期内协调方向相位时间为tCi(1)、非协调方向相位时间为tNi(1)；第二个子周期内协调方向相位时间为tCi(2)、非协调方向相位时间为tNi(2)；
为保证双周期交叉口运行的稳定，应保持两个子周期内的相位相序一致，假定双周期交叉口Ii的两个子周期内协调方向相位时间的最小分配比为kCmini、最大分配比为kCmaxi，则第一个子周期协调方向相位时间的取值范围为[kCmini·tCi,kCmaxi·tCi]，记为[tCmini(1),tCmaxi(1)]；
假定双周期交叉口Ii两个子周期内非协调方向相位时间的最小分配比为kNmini、最大分配比为kNmaxi，则第一个子周期非协调方向相位时间的取值范围为[kNmini·tNi,kNmaxi·tNi]，记为[tNmini(1),tNmaxi(1)]。
本实施例中，双周期交叉口I2协调方向相位时间tC2＝66s，非协调方向相位时间tN2＝73s；双周期交叉口I3协调方向相位时间tC3＝76s，非协调方向相位时间tN3＝63s。
设定双周期交叉口I2和双周期交叉口I3的两个子周期内协调方向相位时间的最小分配比为
Figure BDA0003512132930000091
最大分配比为
Figure BDA0003512132930000092
则双周期交叉口I2第一个子周期协调方向相位时间tC2(1)的取值范围为[26,40]s，双周期交叉口I3第一个子周期协调方向相位时间tC3(1)的取值范围为[30,46]s；在双周期交叉口I2和双周期交叉口I3的非协调方向相位中，两个子周期内行人专用相位时间固定为10s，其他相位时间的最小分配比为
Figure BDA0003512132930000093
最大分配比为
Figure BDA0003512132930000094
则双周期交叉口I2第一个子周期非协调方向相位时间tN2(1)的取值范围为[31,42]s，双周期交叉口I3第一个子周期非协调方向相位时间tN3(1)的取值范围为[27,36]s。
S4、定义双周期交叉口的协调类型，包括；
如图3(a)中第一协调类型所示，第一协调类型即第一个子周期为协调子周期，用于协调方向车队通行，第二个子周期为非协调子周期，用于非协调车队通行，故双周期交叉口的上行协调相位时间与下行协调时间均为第一个子周期的协调相位时间tCi(1)；
如图3(b)中第二协调类型所示，第二协调类型即两个子周期均为协调子周期，其中第一个子周期用于双周期交叉口上行方向车队通行，第二个子周期用于下行方向车队通行，故双周期交叉口的上行协调相位时间为第一个子周期的协调相位时间tCi(1)，下行协调相位时间为第二个子周期的协调相位时间tCi(2)。
S5、根据干道公共信号周期和两个子周期的相位时间取值范围来确定双周期交叉口的协调类型，具体为：
定义双周期交叉口的上行方向绿波带中心线为
Figure BDA0003512132930000095
下行方向绿波带中心线为
Figure BDA0003512132930000096
将上行方向绿波带中心线
Figure BDA0003512132930000097
与双周期交叉口Ii时间线的交点记为
Figure BDA0003512132930000098
将下行方向绿波带中心线
Figure BDA0003512132930000099
与双周期交叉口Ii时间线的交点经纵向平移若干个干道公共信号周期C后，滞后于点
Figure BDA00035121329300000910
的第一个交点记为
Figure BDA0003512132930000101
根据点
Figure BDA0003512132930000102
的纵坐标
Figure BDA0003512132930000103
与点
Figure BDA0003512132930000104
的纵坐标
Figure BDA0003512132930000105
计算点
Figure BDA0003512132930000106
与点
Figure BDA0003512132930000107
的时间差ΔTi：
Figure BDA0003512132930000108
当
Figure BDA0003512132930000109
或
Figure BDA00035121329300001010
时，双周期交叉口Ii采用第一协调类型；
当
Figure BDA00035121329300001011
时，双周期交叉口Ii采用第二协调类型。
如图6所示，本实施例中定义双周期交叉口的上行方向绿波带中心线为
Figure BDA00035121329300001012
下行方向绿波带中心线为
Figure BDA00035121329300001013
将上行方向绿波带中心线
Figure BDA00035121329300001014
与双周期交叉口I2和双周期交叉口I3时间线的交点分别记为
Figure BDA00035121329300001015
和
Figure BDA00035121329300001016
将下行方向绿波带中心线
Figure BDA00035121329300001017
与双周期交叉口I2时间线的交点经纵向平移若干个公共信号周期C后，滞后于点
Figure BDA00035121329300001018
的第一个交点记为
Figure BDA00035121329300001019
将下行方向绿波带中心线
Figure BDA00035121329300001020
与双周期交叉口I3时间线的交点经纵向平移若干个公共信号周期C后，滞后于点
Figure BDA00035121329300001021
的第一个交点记为
Figure BDA00035121329300001022
此时，计算点
Figure BDA00035121329300001023
和点
Figure BDA00035121329300001024
的时间差ΔT2＝127s，计算点
Figure BDA00035121329300001025
和点
Figure BDA00035121329300001026
的时间差ΔT3＝71s；
由于
Figure BDA00035121329300001027
时间差ΔT2满足不等式
Figure BDA00035121329300001028
因此双周期交叉口I2采用第一协调类型；
由于
Figure BDA00035121329300001029
时间差ΔT3满足不等式
Figure BDA00035121329300001030
因此双周期交叉口I3采用第二协调类型。
S6、根据双周期交叉口确定的协调类型，分配双周期交叉口的相位时间，具体为：
当双周期交叉口Ii确定为第一协调类型时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmaxi(1)，第二个子周期协调方向相位时间tCi(2)＝tCi-tCi(1)，非协调方向相位时间
Figure BDA00035121329300001031
当双周期交叉口Ii确定为第二协调类型时，第一子周期协调方向相位时间分配与初始上行绿波带宽B+和初始下行绿波带宽B-的大小有关；
当
Figure BDA0003512132930000111
时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmini(1)；
当
Figure BDA0003512132930000112
时，第一个子周期协调方向相位时间
Figure BDA0003512132930000113
当
Figure BDA0003512132930000114
时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmaxi(1)；
第二个子周期协调方向相位时间tCi(2)＝tCi-tCi(1)；
第一子周期非协调方向相位时间分配与ΔTi的大小有关；
当
Figure BDA0003512132930000115
时，第一个子周期非协调方向相位时间tNi(1)＝tNmini(1)；
当
Figure BDA0003512132930000116
时，第一个子周期非协调方向相位时间
Figure BDA0003512132930000117
当
Figure BDA0003512132930000118
时，第一个子周期非协调方向相位时间tNi(1)＝tNmaxi(1)；
第二个子周期非协调方向相位时间tNi(2)＝tNi-tNi(1)。
本实施例中，双周期交叉口I2采用第一协调类型，第一个子周期协调方向相位时间tC2(1)＝tCmax2(1)＝40s，第二个子周期协调方向相位时间tC2(2)＝tC2-tC2(1)＝26s，非协调方向相位时间
Figure BDA0003512132930000119
双周期交叉口I3采用第二协调类型，由于
Figure BDA00035121329300001110
第一个子周期协调方向相位时间
Figure BDA00035121329300001111
第二个子周期协调方向相位时间tC2(2)＝tC2-tC2(1)＝38s；由于
Figure BDA00035121329300001112
第一个子周期非协调方向相位时间tN3(1)＝tNmax3(1)＝36s，第二个子周期非协调方向相位时间tN3(2)＝tN3-tN3(1)＝27s。
S7、确定双周期交叉口的相位差，实现干道双向绿波协调控制，如图4(a)-(e)所示，具体为：
根据双周期交叉口子周期的相位时间与ΔTi的关系，确定双周期交叉口的相位差；
如图4(a)所示，当
Figure BDA0003512132930000121
时为第一协调类型，将点
Figure BDA0003512132930000122
移动
Figure BDA0003512132930000123
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA0003512132930000124
移动
Figure BDA0003512132930000125
如图4(b)所示，当
Figure BDA0003512132930000126
时为第二协调类型，将点
Figure BDA0003512132930000127
移动
Figure BDA0003512132930000128
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA0003512132930000129
移动
Figure BDA00035121329300001210
如图4(c)所示，当
Figure BDA00035121329300001211
时为第二协调类型，将点
Figure BDA00035121329300001212
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA00035121329300001213
如图4(d)所示，当
Figure BDA00035121329300001214
时为第二协调类型，将点
Figure BDA00035121329300001215
移动
Figure BDA00035121329300001216
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA00035121329300001217
移动
Figure BDA00035121329300001218
如图4(e)所示，当
Figure BDA00035121329300001219
时为第一协调类型，将点
Figure BDA00035121329300001220
移动
Figure BDA00035121329300001221
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA00035121329300001222
移动
Figure BDA00035121329300001223
如图7所示，本实施例中，时间差ΔT2满足不等式
Figure BDA00035121329300001224
将点
Figure BDA00035121329300001225
移动
Figure BDA00035121329300001226
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA00035121329300001227
移动
Figure BDA0003512132930000131
时间差ΔT3满足不等式
Figure BDA0003512132930000132
将点
Figure BDA0003512132930000133
移动
Figure BDA0003512132930000134
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure BDA0003512132930000135
移动
Figure BDA0003512132930000136
至此，双周期交叉口的协调类型、相位时间以及相位差已确定，实现了干道双向绿波协调控制；如图8所示，上行绿波带宽为27s，下行绿波带宽为27s，与初始上行和下行绿波带宽相等，由此可见，本发明能够实现单周期与双周期交叉口的双向绿波协调控制，且获得了理想的双向绿波协调控制效果。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
以上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个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。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、根据待协调干道上信号交叉口的信号周期允许变化范围，判定各交叉口的控制方式；所述交叉口的控制方式为单周期交叉口、双周期交叉口及多周期交叉口；
S2、对于只含单周期和双周期交叉口的干道，确定干道公共信号周期优化范围和单周期交叉口的协调控制方案；
S3、根据双周期交叉口中两个子周期的相位时间分配比来确定相位时间取值范围；
S4、定义双周期交叉口的协调类型；
S5、根据干道公共信号周期和两个子周期的相位时间取值范围来确定双周期交叉口的协调类型；
S6、根据双周期交叉口确定的协调类型，分配双周期交叉口的相位时间；
S7、根据双周期交叉口的相位时间，确定双周期交叉口的相位差，实现干道双向绿波协调控制。
2.根据权利要求1所述的一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述判定各交叉口的控制方式具体为：
对于待协调干道上的n个信号交叉口，选定上行方向第一个交叉口为I1，其他交叉口沿上行方向升序命名，第j个信号交叉口记为交叉口Ij；
设交叉口Ij的信号周期Cj的最小允许取值为Cminj，最大允许取值为Cmaxj，则n个交叉口的信号周期最小允许取值的最大值CImin＝max{Cmin1,Cmin2,...,Cminn}；
若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足Cmaxj≥CImin，则判定交叉口Ij为单周期交叉口；若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足Cmaxj<CImin≤2·Cmaxj，则判定交叉口Ij为双周期交叉口；若交叉口Ij的信号周期最大允许取值满足2·Cmaxj<CImin，则判定交叉口Ij为多周期交叉口。
3.根据权利要求2所述的一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述确定干道公共信号周期优化范围，具体为：
对于只有单周期和双周期交叉口的干道，将所有单周期交叉口的公共信号周期最小允许取值记为COmin，公共信号周期最大允许取值记为COmax；
将所有双周期交叉口的公共信号周期最小允许取值记为CDmin，公共信号周期最大允许取值记为CDmax；
则只有单周期和双周期交叉口的干道公共信号周期最小允许取值为CAmin＝max{COmin,2·CDmin}，干道公共信号周期最大允许取值为CAmax＝min{COmax,2·CDmax}；
所述确定单周期交叉口的协调控制方案是根据单周期交叉口的相位结构和各相位绿信比大小，利用现有干道绿波协调控制方法来实现对单周期交叉口的协调控制，得到干道公共信号周期C和单周期交叉口的相位相序、相位时间以及相位差，绘制时距图，得到初始上行绿波带宽B+及初始下行绿波带宽B-。
4.根据权利要求3所述的一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，步骤S3中，所述确定相位时间取值范围，具体为：
定义双周期交叉口中两个子周期分别为CS(1)和CS(2)；第一个子周期CS(1)和第二个子周期CS(2)的时长之和等于干道公共信号周期：
C＝CS(1)+CS(2)
当双周期交叉口Ii的协调方向相位φCi为对称相位时，根据双周期交叉口Ii协调方向相位φCi的绿信比λCi和干道公共信号周期C，得到双周期交叉口的协调方向相位时间tCi＝λCi·C；
根据双周期交叉口Ii非协调方向相位φNi的绿信比λNi和干道公共信号周期C，得到双周期交叉口的非协调方向相位时间tNi＝λNi·C；
定义第一个子周期内协调方向相位时间为tCi(1)、非协调方向相位时间为tNi(1)；第二个子周期内协调方向相位时间为tCi(2)、非协调方向相位时间为tNi(2)；
假定双周期交叉口Ii的两个子周期内协调方向相位时间的最小分配比为kCmini、最大分配比为kCmaxi，则第一个子周期协调方向相位时间的取值范围为[kCmini·tCi,kCmaxi·tCi]，记为[tCmini(1),tCmaxi(1)]；
假定双周期交叉口Ii两个子周期内非协调方向相位时间的最小分配比为kNmini、最大分配比为kNmaxi，则第一个子周期非协调方向相位时间的取值范围为[kNmini·tNi,kNmaxi·tNi]，记为[tNmini(1),tNmaxi(1)]。
5.根据权利要求4所述的一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，步骤S4中，所述双周期交叉口的协调类型有两种，包括：
第一协调类型，即第一个子周期为协调子周期，用于协调方向车队通行，第二个子周期为非协调子周期，用于非协调车队通行，故双周期交叉口的上行协调相位时间与下行协调时间均为第一个子周期的协调相位时间tCi(1)；
第二协调类型，即两个子周期均为协调子周期，其中第一个子周期用于双周期交叉口上行方向车队通行，第二个子周期用于下行方向车队通行，故双周期交叉口的上行协调相位时间为第一个子周期的协调相位时间tCi(1)，下行协调相位时间为第二个子周期的协调相位时间tCi(2)。
6.根据权利要求5所述的一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，步骤S5中，所述确定双周期交叉口的协调类型具体为：
定义双周期交叉口的上行方向绿波带中心线为
Figure FDA0003512132920000031
下行方向绿波带中心线为
Figure FDA0003512132920000032
将上行方向绿波带中心线
Figure FDA0003512132920000033
与双周期交叉口Ii时间线的交点记为
Figure FDA0003512132920000034
将下行方向绿波带中心线
Figure FDA0003512132920000035
与双周期交叉口Ii时间线的交点经纵向平移若干个干道公共信号周期C后，滞后于点
Figure FDA0003512132920000036
的第一个交点记为
Figure FDA0003512132920000037
根据点
Figure FDA0003512132920000038
的纵坐标
Figure FDA0003512132920000039
与点
Figure FDA00035121329200000310
的纵坐标
Figure FDA00035121329200000311
计算点
Figure FDA00035121329200000312
与点
Figure FDA00035121329200000313
的时间差ΔTi：
Figure FDA00035121329200000314
当
Figure FDA00035121329200000315
或
Figure FDA00035121329200000316
时，双周期交叉口Ii采用第一协调类型；
当
Figure FDA00035121329200000317
时，双周期交叉口Ii采用第二协调类型。
7.根据权利要求6所述的一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，步骤S6中，所述分配双周期交叉口的相位时间，具体为：
当双周期交叉口Ii确定为第一协调类型时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmaxi(1)，第二个子周期协调方向相位时间tCi(2)＝tCi-tCi(1)，非协调方向相位时间
Figure FDA00035121329200000318
当双周期交叉口Ii确定为第二协调类型时，第一子周期协调方向相位时间分配与初始上行绿波带宽B+和初始下行绿波带宽B-的大小有关：
当
Figure FDA00035121329200000319
时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmini(1)；
当
Figure FDA00035121329200000320
时，第一个子周期协调方向相位时间
Figure FDA00035121329200000321
当
Figure FDA00035121329200000322
时，第一个子周期协调方向相位时间tCi(1)＝tCmaxi(1)；
第二个子周期协调方向相位时间tCi(2)＝tCi-tCi(1)；
第一子周期非协调方向相位时间分配与ΔTi的大小有关：
当
Figure FDA0003512132920000041
时，第一个子周期非协调方向相位时间tNi(1)＝tNmini(1)；
当
Figure FDA0003512132920000042
时，第一个子周期非协调方向相位时间
Figure FDA0003512132920000043
当
Figure FDA0003512132920000044
时，第一个子周期非协调方向相位时间tNi(1)＝tNmaxi(1)；
第二个子周期非协调方向相位时间tNi(2)＝tNi-tNi(1)。
8.根据权利要求7所述的一种面向双周期控制需求的干道绿波协调设计方法，其特征在于，步骤S7中，所述确定双周期交叉口的相位差，具体为：
根据双周期交叉口子周期的相位时间与ΔTi的大小关系，确定双周期交叉口的相位差；
当
Figure FDA0003512132920000045
时，将点
Figure FDA0003512132920000046
移动
Figure FDA0003512132920000047
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure FDA0003512132920000048
移动
Figure FDA0003512132920000049
当
Figure FDA00035121329200000410
时，将点
Figure FDA00035121329200000411
移动
Figure FDA00035121329200000412
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure FDA00035121329200000413
移动
Figure FDA00035121329200000414
当
Figure FDA00035121329200000415
时，将点
Figure FDA00035121329200000416
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure FDA00035121329200000417
当
Figure FDA00035121329200000418
时，将点
Figure FDA00035121329200000419
移动
Figure FDA00035121329200000420
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure FDA00035121329200000421
移动
Figure FDA00035121329200000422
当
Figure FDA00035121329200000423
时，将点
Figure FDA00035121329200000424
移动
Figure FDA00035121329200000425
作为上行协调相位中心时刻点，下行协调相位中心时刻点对应为点
Figure FDA0003512132920000051
移动
Figure FDA0003512132920000052
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