[發(fā)明專利]一種減少機動車尾氣排放的交叉口信號配時優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510628335.2
• 申請日: 2015-09-28
• 公開（公告）號: CN105243855B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚榮涵;王筱雨;徐洪峰;趙勝川
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G08G1/07
• 分類號: G08G1/07
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心21200
• 代理人: 李寶元,梅洪玉

1.一種減少機動車尾氣排放的交叉口信號配時優(yōu)化方法，包括實施條件、術(shù)語定義、排放因子標(biāo)定和信號配時優(yōu)化模型，其特征在于：

(一)實施條件

(1)面向三路、四路和五路交叉口，每條進(jìn)口道上渠劃的車道數(shù)不少于2條，設(shè)置1條或1條以上的左轉(zhuǎn)短車道；

(2)各進(jìn)口道的右轉(zhuǎn)車流均不受單獨的信號控制；

(3)交叉口信號相位數(shù)不少于2；

(二)術(shù)語定義

涉及的術(shù)語定義如下：

VSP_j,ζ(t)——時刻t車道組j上車輛ζ的比功率(kW/t)；

v_j,ζ(t)——時刻t車道組j上車輛ζ的速度(m/s)；

a_j,ζ(t)——時刻t車道組j上車輛ζ的加速度(m/s²)；

θ_j——車道組j的坡度(％)；

——時刻t車道組j上車輛ζ排放污染物k的質(zhì)量(mg)；

——ω類機動車的比功率位于分區(qū)γ時污染物k的排放因子(mg/s/veh)；

τ——車輛速度和加速度的采樣時間間隔的分辨率(s)；

LVSP_ω,γ——ω類機動車比功率分區(qū)γ的下限值(kW/t)；

UVSP_ω,γ——ω類機動車比功率分區(qū)γ的上限值(kW/t)；

A_j,ζ(t)——時刻t車道組j上車輛ζ的類別屬性；

——車道組j上ω類機動車在綠燈期間排放污染物k的因子(mg/s/veh)；

NG_j,ω(t)——車道組j上綠燈期間駛離停車線的ω類機動車數(shù)；

——車道組j上ω類機動車在紅燈期間排放污染物k的因子(mg/s/veh)；

NR_j,ω(t)——車道組j上紅燈期間駛離停車線的ω類機動車數(shù)；

C——信號周期時長(s)；

GS_j——車道組j的綠燈起亮?xí)r刻(s)；

GE_j——車道組j的綠燈結(jié)束時刻(s)；

l_s——相位啟動損失時間(s)；

t₀——車輛速度和加速度的采樣開始時刻(s)；

T——分析期持續(xù)時間(h)；

mod(t,C)——t除以C的余數(shù)；

∈——屬于；

——不屬于；

Q_j——車道組j的通行能力(pcu/h)；

SF_j——車道組j的完整車道飽和流率(pcu/h)；

SS_j——車道組j的短車道飽和流率(pcu/h)；

g_j——車道組j的有效綠燈時間(s)；

——平均飽和車頭時距(s)；

——平均停車間距(m)；

——標(biāo)識車道組j是否含有短車道的二元變量，如果是，否則，

D_j——車道組j的短車道長度(m)；

TQ——交叉口通行能力(pcu/h)；

m——車道組數(shù)；

d_j——當(dāng)量小汽車在車道組j上的車均延誤(s/pcu)；

u_j——車道組j的綠信比；

x_j——車道組j的飽和度；

PF——信號聯(lián)動修正系數(shù)；

K——信號控制類型的延誤修正系數(shù)；

I——上游調(diào)節(jié)增量延誤修正系數(shù)；

Q_b——分析期開始時的初始排隊車輛數(shù)(pcu)；

μ——延誤參數(shù)；

t′——分析期內(nèi)過飽和狀態(tài)的持續(xù)時間(h)；

TD——分析期內(nèi)交叉口的車輛總延誤(s)；

AD——分析期內(nèi)交叉口的車均延誤(s/pcu)；

——機動車類別數(shù)；

β_ω——ω類機動車折算為當(dāng)量小汽車的換算系數(shù)；

P_j,ω——車道組j上ω類機動車所占比例；

q_j——車道組j的需求流率(veh/h)；

——一輛ω類機動車在車道組j上的平均停留時間(s)；

s_j——車道組j的進(jìn)口道長度(m)；

——ω類機動車在車道組j上的平均行駛速度(m/s)；

——分析期內(nèi)車道組j上ω類機動車排放污染物k的質(zhì)量(mg)；

TE——分析期內(nèi)交叉口機動車總排放量(mg)；

AE——分析期內(nèi)交叉口車均排放量(mg/pcu)；

δ——污染物種類數(shù)；

n——相位數(shù)；

φ_ij——標(biāo)識車道組j上的車流是否可在相位i內(nèi)通行的二元變量，如果是，φ_ij＝1，否則，φ_ij＝0；

——相位i的有效綠燈時間(s)；

g_min——最小有效綠燈時間(s)；

C_min——最小周期時長(s)；

C_max——最大周期時長(s)；

n_d——分別獨立的相位數(shù)；

l——平均相位損失時間(s)；

(三)排放因子標(biāo)定

時刻t車道組j上車輛ζ的比功率為

VSPj,ζ(t)=vj,ζ(t)[1.1aj,ζ(t)+9.8sin(θj)+0.132]+0.000302vj,ζ3(t)---(1)]]> 2

時刻t車道組j上車輛ζ排放污染物k的質(zhì)量為

Ej,ζk(t)=eω,γk·τ,if VSPj,ζ(t)∈[LVSPω,γ,UVSPω,γ),∀Aj,ζ(t)=ω---(2)]]>

車道組j上ω類機動車在綠燈期間排放污染物k的因子為

車道組j上ω類機動車在紅燈期間排放污染物k的因子為

(四)信號配時優(yōu)化模型

車道組j的通行能力為

交叉口通行能力為

TQ=Σj=1mQj---(6)]]>

當(dāng)量小汽車在車道組j上的車均延誤為

dj={C(1-uj)22[1-min(1,xj)uj]}·(PF)+900T[(xj-1)+(xj-1)2+8KIxjQjT]+1800Qb(1+μ)t′QjT---(7)]]>

交叉口所有車輛的總延誤為

交叉口車均延誤為

一輛車在車道組j上的平均停留時間為

t‾j,ω=sj/v‾j,ω+βωdj---(10)]]>

分析期內(nèi)車道組j上ω類機動車排放污染物k的質(zhì)量為

Ej,ωk=1C[EFGj,ωk·gj+EFRj,ωk·(C-gj)]·t‾j,ω·(Pj,ωqjT)---(11)]]>

交叉口機動車總排放量為

交叉口車均排放量為

車道組j的有效綠燈時間不小于最小有效綠燈時間，即

Σi=1nφijgip≥gmin---(14)]]>

信號周期時長滿足：

Cmin≤Σi=1ngip+ndl≤Cmax---(15)]]>

相位i的有效綠燈時間為非負(fù)數(shù)，即

gip≥0---(16)]]>

以最小化交叉口機動車總排放量式(12)為目標(biāo)，以式(14)、(15)和(16)為約束條件，第1種信號配時優(yōu)化模型為

將目標(biāo)由最小化交叉口機動車總排放量式(12)替換為最小化交叉口車均排放量式(13)，第2種信號配時優(yōu)化模型為

將目標(biāo)由最小化交叉口機動車總排放量式(12)替換為最小化交叉口所有車輛的總延誤式(8)和交叉口機動車總排放量式(12)，第3種信號配時優(yōu)化模型為

將目標(biāo)由最小化交叉口機動車總排放量式(12)替換為最小化交叉口所有車輛的總延誤式(8)和交叉口車均排放量式(13)，第4種信號配時優(yōu)化模型為

將目標(biāo)由最小化交叉口機動車總排放量式(12)替換為最小化交叉口車均延誤式(9)和交叉口機動車總排放量式(12)，第5種信號配時優(yōu)化模型為

將目標(biāo)由最小化交叉口機動車總排放量式(12)替換為最小化交叉口車均延誤式(9)和交叉口車均排放量式(13)，第6種信號配時優(yōu)化模型為

借助MATLAB軟件，使用其中的fmincon函數(shù)對上述模型進(jìn)行優(yōu)化，求得信號配時方案。