DE3738174A1

DE3738174A1 - Method of matching the green lights to the traffic conditions in optimally coordinated traffic light systems

Info

Publication number: DE3738174A1
Application number: DE19873738174
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Ing Boettger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1987-11-10
Publication date: 1989-05-18
Also published as: DE3738174C2

Abstract

The method according to the invention is used in a known coordinating method for traffic light systems in the road system, in which an objective function is calculated for optimising the delay, the optimum delay being characterised by the minimum of this function. According to the invention, the ascent of the curve is determined near the optimum delay time in the direction of the negative and the positive region. It is determined therefrom whether the time during which the lights are green is lengthened or shortened, the favourable direction of change being given by the flatter ascent of the curve. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur verkehrsab hängigen Grünzeit-Anpassung in optimal koordinierten Licht signalanlagen in einem Straßennetz, wobei eine auf Verkehrs messungen (Verkehrsintensitätsverteilung) beruhende Versatz optimierung für alle wichtigen Kreuzungen regelmäßig durchge führt wird, indem für jede Kreuzung eine Zielfunktion in Abhängigkeit vom Versatz berechnet und gespeichert wird, deren Minimum dem optimalen Versatz entspricht.The invention relates to a method for traffic dependent green time adjustment in optimally coordinated light signal systems in a road network, one on traffic measurements (traffic intensity distribution) based offset optimization for all important intersections regularly is performed by having a target function in for each intersection Is calculated and stored depending on the offset, the Minimum corresponds to the optimal offset.

Die Signalsteuerung der Lichtsignalanlagen in einem städtischen Straßennetz ist nur dann optimal und damit auch umweltfreund lich, wenn die Steuerungsparameter der einzelnen Kreuzungen (z.B. Grünzeit-Aufteilung und zeitlicher Versatz zu den Nach barkreuzungen) optimal an die jeweils vorhandene Verkehrs situation angepaßt sind. Verfahren zur optimalen Koordinierung von Signalanlagen und somit zur Ermittlung des zeitlichen Versatzes zu den Nachbarkreuzungen in einem Straßennetz sind an sich bekannt. Beispielsweise ist in der Zeitschrift "Straßen verkehrstechnik", Heft 7, 1972, Seiten 52-58, ein derartiges Optimierungsverfahren beschrieben. Vor allem an den kritischen, also stark belasteten Kreuzungen ist im Netz eine verkehrs abhängige Optimierung der Grünzeit-Aufteilung, d.h. der Grün zeit-Dauer nach vorhandenem Verkehrsbedarf unbedingt notwendig. Die sich daraus ergebenden Grünzeit-Änderungen an den be stehenden Grünzeiten können aber auf verschiedene Arten ausge führt werden. Eine Verlängerung der bestehenden Grünzeit kann durch früheren Grün-Beginn oder späteres Grün-Ende und ent sprechend eine Verkürzung durch späteren Grün-Beginn oder früheres Grün-Ende erreicht werden. Bezüglich der Koordinierung mit den Nachbarkreuzungen (Steuerungsparameter für den Ver satz) ist es aber in vielen Fällen keineswegs gleichgültig, ob man die eine oder andere Art der Grünzeit-Anpassung vornimmt.Signal control of traffic lights in an urban The road network is only optimal and therefore also environmentally friendly Lich if the control parameters of the individual intersections (e.g. green time distribution and time offset to the night bar intersections) optimally to the existing traffic are adapted to the situation. Optimal coordination procedures of signal systems and thus to determine the temporal Offsets to neighboring intersections in a road network are on known. For example, in the magazine "Streets verkehrstechnik ", volume 7, 1972, pages 52-58, such a Optimization procedure described. Especially the critical, In other words, heavily loaded intersections are a traffic on the network dependent optimization of the green time distribution, i.e. the green Time required according to existing traffic needs. The resulting green age changes to the be Standing green times can occur in different ways leads. An extension of the existing green time can by earlier green start or later green end and ent speaking a shortening by later green beginning or earlier green end can be reached. Regarding coordination with the neighboring crossings (control parameters for the ver sentence) it is by no means indifferent in many cases whether you make one or the other kind of green time adjustment.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur verkehrs abhängigen Grünzeit-Anpassung anzugeben, welches bei einer optimalen Koordinierung von Lichtsignalanlagen gestattet, die Grünzeit-Änderung unter Berücksichtigung der bestehenden Koordinierung vorzunehmen.The object of the invention is therefore a method for traffic dependent green time adjustment to indicate which at a allows optimal coordination of traffic signal systems, the Green time change taking into account the existing one Coordination.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem eingangs be schriebenen Koordinierungsverfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is according to the invention at the beginning written coordination procedure with the characteristic Features of claim 1 solved.

In einem signalgesteuerten Straßennetz wird in bekannter Weise eine adaptive, d.h. auf Verkehrsmessungen beruhende Versatz- Optimierung für alle wichtigen Kreuzungen durchgeführt, so daß es für jede dieser Kreuzungen eine berechnete Zielfunktion für alle Versatzmöglichkeiten gibt und der optimale (laufende) Versatz dann jeweils dem Minimum dieser Zielfunktion entspricht. Aufgrund der Steigungsverhältnisse der Zielfunktion in der Umgebung des Minimums des laufenden Versatzes kann man direkt entnehmen, welche Änderungsrichtung günstig ist und welche nicht. Ein steiler Anstieg kennzeichnet eine ungünstige Richtung, ein flacher Anstieg eine günstige. Daraus kann sofort die günstigste Art der Grünzeit-Änderung in verhältnismäßig einfacher und doch vorteilhafter Weise abgeleitet werden.In a signal-controlled road network, in a known manner an adaptive, i.e. offsets based on traffic measurements Optimization carried out for all major crossings so that there is a calculated objective function for each of these intersections all offset options and the optimal (ongoing) Then offset the minimum of this objective function corresponds. Due to the gradient of the target function in the vicinity of the minimum of the current offset one can find out directly which direction of change is cheap and which not. A steep climb marks an unfavorable one Direction, a flat rise a favorable. This can be done immediately the cheapest kind of green time change in proportion be derived in a simple yet advantageous manner.

Dies kann zweckmäßigerweise dadurch ausgeführt werden, daß ein erster Differenzbetrag aus dem Wert der Zielfunktion für die um die Grünzeit-Änderung verminderte optimale Versatzzeit und dem Wert des Minimums der Zielfunktion ermittelt wird, und daß ein zweiter Differenzbetrag aus dem Wert der Zielfunktion für die um die Grünzeit-Änderung vermehrten optimalen Versatzzeit und dem Wert des Minimums der Zielfunktion ermittelt wird, und daß dann der kleinere der beiden Differenzbeträge die günstige Änderungsrichtung angibt, d.h., ob beispielsweise bei einer Grünzeit-Verlängerung die Grünzeit früher beginnen oder später enden soll.This can expediently be carried out in that a first Difference from the value of the objective function for those around the Green time change reduced optimal offset time and value the minimum of the objective function is determined, and that a second difference from the value of the objective function for the optimal offset time and the green time change the value of the minimum of the objective function is determined, and that then the smaller of the two difference amounts the favorable one Direction of change indicates, i.e. whether, for example, a Green time extension start the green time earlier or later should end.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Beispiel erläutert. Dabei zeigenIn the following, the method according to the invention is carried out on a Example explained. Show

Fig. 1 für die verkehrsabhängige Grünzeit-Anpassung eine Zielfunktion für die Versatzoptimierung, Fig. 1 for the traffic-dependent green-time adjustment, an objective function for the optimization offset,

Fig. 2 eine aus der Fig. 1 ableitbare Grünzeit-Änderung und Fig. 2 is a derivable from Fig. 1 green time change and

Fig. 3 ein Beispiel für eine verkehrsabhängige Grünzeit-An passung bei Bestehen einer ermittelten Vorzugsrichtung. Fig. 3 shows an example of a traffic-dependent green time adjustment when there is a determined preferred direction.

Wird an einem signalgesteuerten Knoten (Straßenkreuzung), der in eine auf Verkehrsmessung beruhende Versatzoptimierung einbezogen ist, eine verkehrsabhängige Grünzeit-Aufteilung vorgenommen, so ist es im Hinblick auf die Koordinierung keineswegs gleichgültig, ob man den Beginn oder das Ende der Grünzeit ändert. Eine Aussage über die Art der Grünzeit- Änderung, welche bezüglich der bestehenden Koordinierung am günstigsten ist, gibt die aus den gemessenen Intensitäts verteilungen berechnete Zielfunktion für die Versatzopti mierung, durch deren Minimum der optimale Versatz bestimmt ist. Geht man davon aus, daß der Knoten mit optimalem Versatz läuft, so kann man aus dem Verlauf der Zielfunktion in der Umgebung des Minimums entnehmen, welche Änderungsrichtung für die Grün-Beginn- und Grün-Ende-Zeitpunkte günstig oder ungünstig sind.Is at a signal-controlled node (road intersection), the in an offset optimization based on traffic measurement is included, a traffic-dependent green time distribution it is with regard to coordination by no means indifferent whether one begins or ends the Green time changes. A statement about the type of green age Change, which regarding the existing coordination on is the cheapest, gives the measured intensity distributions calculated target function for the offset optics The minimum offset determines the optimal offset. If you assume that the knot is running with an optimal offset, so you can from the course of the objective function in the environment derive from the minimum which direction of change for the Green start and green end times are favorable or unfavorable are.

In Fig. 1 ist der Verlauf einer solchen Zielfunktion gezeigt. Die Zielfunktion Z für die Versatzoptimierung (VERON) kann dabei z.B. über der Versatzzeit T als Treibstoff-Mehrverbrauch in Litern pro Stunde (l/h) aufgetragen sein. Diese Zielfunktions kurve weist ein Minimum Zmin auf, welches den optimalen Versatz Topt=Z (22) kennzeichnet. Die Steigungsverhältnisse links und rechts vom Minimum Zmin nach links und nach rechts von der optimalen Versatzzeit Topt sind sehr verschieden. Wird eine Grünzeit-Änderung GA von beispielsweise 6 Sekunden beab sichtigt, so nimmt die Zielfunktion Z nach rechts stark zu (D+) nach links dagegen nur wenig (D-). Eine Versatzänderung nach größeren Werten ist somit sehr ungünstig, nach kleineren Werten dagegen relativ günstig. Was für die Versatz-Änderung (gleiche Änderung aller Schaltzeiten) gilt, gilt in etwas ab geschwächter Form auch für die Änderung eines Teils der Schalt zeiten, nämlich der beabsichtigen Grünzeit-Änderung.The course of such an objective function is shown in FIG. 1. The target function Z for the offset optimization (VERON) can be plotted, for example, over the offset time T as additional fuel consumption in liters per hour ( l / h ). This objective function curve has a minimum Zmin , which characterizes the optimal offset Topt = Z ( 22 ). The slope ratios to the left and right of the minimum Zmin to the left and to the right of the optimal displacement time Topt are very different. If a green time change GA of 6 seconds, for example, is intended, the target function Z increases sharply to the right ( D +) to the left, on the other hand, only slightly ( D -). An offset change after larger values is therefore very unfavorable, but relatively cheap after smaller values. What applies to the change in offset (same change in all switching times) also applies in a somewhat weakened form to the change in part of the switching times, namely the intended change in green time.

Soll z.B. an diesem Knoten, der mit optimalem Versatz läuft, die Verlängerung einer Grünzeit um einige Sekunden (z.B. 6 Sekunden) vorgenommen werden, so ist es für die Koordinierung günstiger, das Grün früher beginnen als später enden zu lassen. Entsprechendes gilt für eine Verkürzung:Should e.g. at this node, which runs with optimal offset, the extension of a green time by a few seconds (e.g. 6 Seconds), so it is for coordination cheaper to start green earlier than finish later. The same applies to a shortening:

Das Grün sollte eher beendet und nicht später begonnen werden. Die günstigste Änderungsrichtung zeigt hier wegen des kleineren Differenzbetrages D- und des größeren Differenzbetrages D+ eindeutig nach links. Diese Vorzugsrichtung für die Grünzeit- Änderung ist in Fig. 2 bei einer ursprünglichen Grünzeit bzw. Grünphase gezeigt.The green should rather end and not start later. The cheapest direction of change clearly points to the left because of the smaller difference D - and the larger difference D +. This preferred direction for the green time change is shown in FIG. 2 with an original green time or green phase.

Sind die Steigerungsverhältnisse der Zielfunktion in der Nähe des Minimums umgekehrt, so ergibt sich die günstige Änderungs richtung nach rechts und die ungünstige nach links. Nur wenn die Steigungsverhältnisse links und rechts von Minimum etwa gleich sind, beide Änderungsrichtungen also gleich günstig oder auch gleich ungünstig sind, gibt es keine bevorzugte Änderungs richtung bezüglich der Koordinierung.Are the increase ratios of the objective function nearby of the minimum, the favorable change results direction to the right and the unfavorable to the left. Only if the slope conditions to the left and right of minimum approximately are the same, both directions of change are equally cheap or are equally unfavorable, there is no preferred change direction of coordination.

Am Beispiel einer dreiphasigen Signalisierung eines Knotens mit den Koordinierungsverhältnissen gemäß Fig. 1 soll die Auswirkung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Änderung der Grün zeit-Aufteilung dargestellt werden. Dies ist in Fig. 3 veran schaulicht. Das Signalprogramm hat beispielsweise einen Umlauf U=90 sec. Die bestimmende Hauptsperrgruppe besteht aus drei Signalgebern Sign 1 bis Sign 3, die paarweise zueinander feindlich sind und deren Grünzeitsumme G _i durch die Differenz von der Umlaufzeit U und der Zwischenzeit ZW gegeben ist, mit beispielsweise einer Zwischenzeit ZW = 15 sec. Die bestehenden Grünzeiten sind mit dem Bezugszeichen G ^I _i gekennzeichnet, so daß die bestehende Grünzeit für das Signal 1 : 15 Sekunden, für das Signal 2 25 Sekunden und für das Signal 3 : 35 Sekunden beträgt. Diese bestehenden Grünzeiten sollen nun verkehrsabhängig ange paßt werden auf folgende Grünzeiten, die mit G ^II _i bezeichnet sind und für den Signalgeber 1 12 Sekunden, für den Signalgeber 2 32 Sekunden und für den Signalgeber 3 31 Sekunden betragen.The example of a three-phase signaling of a node with the coordination ratios according to FIG. 1 is intended to show the effect of this method according to the invention on the change in the green time distribution. This is illustrated in Fig. 3. The signal program has, for example, a round trip U = 90 sec. The determining main blocking group consists of three signal generators Sign 1 to Sign 3 , which are hostile to one another in pairs and whose green time sum G _{i is given} by the difference between the round trip time U and the intermediate time ZW , for example an interval ZW = 15 sec the existing Green times are indicated by the reference mark G ^I _i, so that the existing Green time for the signal. 1: is 35 seconds: 15 seconds for the signal 2 25 seconds, and signal 3. These existing green times should now be adjusted depending on traffic to the following green times, which are designated G ^II _i and for the signal generator 1 12 seconds, for the signal generator 2 32 seconds and for the signal generator 3 31 seconds.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Vorzugsrichtung zeigt nach links. Daraus ergeben sich zwangsläufig die in der Fig. 3 dargestellten Grünzeit-Änderungen, wie oben bereits erläutert. Dabei sind die Grünzeiten G ^I _i vor der Anpassung als ausgezogener Strich dar gestellt. Die Änderungen der Schaltzeiten sind durch einen Pfeil dargestellt, der in der Vorzugsrichtung nach links ver läuft. Die Grünzeiten G ^II _i nach der Anpassung sind gestrichelt dargestellt. Eine Verkürzung der Grünzeit am Signal 1 wird durch ein früheres Grün-Ende erreicht, ebenso wie bei dem Signal 3. Die entsprechende Verlängerung der Grünzeit am Signal 2 wird aufgrund der Vorzugsrichtung nach links mit einem früheren Grün-Beginn erreicht. Dabei ist die Summe der Grün zeiten vor der Anpassung gleich der Summe der Grünzeiten nach der Anpassung.The preferred direction shown in FIG. 1 points to the left. This inevitably results in the green time changes shown in FIG. 3, as already explained above. The green times G ^I _i are shown as a solid line before the adjustment. The changes in the switching times are shown by an arrow that runs to the left in the preferred direction. The green times G ^II _i after the adjustment are shown in dashed lines. A shortening of the green time at signal 1 is achieved by an earlier end of green, just as with signal 3 . The corresponding extension of the green time on signal 2 is achieved with an earlier green start due to the preferred direction to the left. The sum of the green times before the adjustment is equal to the sum of the green times after the adjustment.

Claims

1.Procedure for traffic-dependent green time adjustment in optimally coordinated traffic signal systems in a road network, offset optimization based on traffic measurements (traffic intensity distribution) being carried out regularly for all important intersections by calculating and storing a target function ( Z ) depending on the offset for each intersection whose minimum corresponds to the optimal offset, characterized in that, starting from the optimal offset time (Topt) , the slope of the target function ( Z ) in the vicinity of the minimum of the target function (Zmin) is determined and the direction of the required green time change ( GA) is derived, the favorable direction of change being given by the flatter rise in the curve of the target function ( Z ).

2. The method according to claim 1, characterized in that a first difference (D-) from the value of the target function (Z (Topt-GA)) for the green time change (GA) reduced optimal offset time (Topt-GA) and the value of the minimum of the target function (Zmin) is determined that a second difference (D +) from the value of the target function (Z (Topt + GA)) for the optimal offset time increased by the green time change (GA) (Top + GA ) and the value of the minimum of the objective function (Zmin) is determined, and that of the two difference amounts (D -, D +) the smaller indicates the favorable direction of change.