[發明專利]一種兩段式干線協調信號控制優化方法

有效

• 申請號: 201610442701.X
• 申請日: 2016-06-20
• 公開（公告）號: CN106023611B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 姚榮涵;張曉彤;許向輝;徐洪峰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G08G1/081
• 分類號: G08G1/081
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于智能交通控制領域，涉及一種適用于有(無)左轉短車道的干線道路系統、減少機動車延誤和尾氣排放的兩段式干線協調信號控制優化方法。

背景技術

目前，許多城市由于機動車保有量增長而遭受交通擁堵和環境污染的困擾。降低車輛延誤、減少交通排放是交通管理與控制領域近年來持續關注的熱點問題之一。

在城市道路網中，經常存在一條道路上若干個交叉口彼此之間具有很強的關聯性，此時必須以交通群為單位進行干線道路系統的協調優化。因為干線道路是城市路網的主骨架，所以干線道路系統的運行效率對整個路網的服務水平起著至關重要的作用。同時，干線道路系統的排放水平也對整個路網的空氣質量有著關鍵影響。因此，針對干線道路系統最大限度地降低車輛延誤、減少交通排放是急需解決的關鍵問題。

近年來，國內外相關研究成果主要集中于：

(1)采用最大綠波帶法或最小延誤法，通過調整協調相位或非協調相位的綠燈開始或結束時刻，最大限度地減少干線道路上協調方向的車輛延誤和停車次數，其技術缺陷在于忽略了協調方向和非協調方向的相關性；

(2)使用車載尾氣檢測技術(PEMS)獲取城市道路上的機動車排放數據，以不同行駛工況的平均排放因子為衡量指標，尋求交通控制方案對機動車排放量的影響，其技術缺陷在于忽略了紅綠燈期間機動車行駛工況分布特征的差異；

(3)利用交通仿真軟件或大氣擴散模型，建立考慮交通排放的信號配時優化模型，尋求最小化機動車排放量的信號控制方案，其技術缺陷在于所用排放因子沒有考慮交通信號的影響；

(4)上述研究忽略了短車道設置對車輛延誤和交通排放的影響。

已有研究顯示，機動車處于不同行駛工況時其尾氣排放量差異很大，而紅綠燈期間機動車處于各種行駛工況的分布具有明顯差異。基于單個交叉口信號配時優化的研究成果，本發明面向有(無)左轉短車道的干線道路系統，以每條車道組紅綠燈期間的排放因子為參數，提出車輛延誤或交通排放最小化的兩段式干線協調信號控制優化方法。

發明內容

本發明提供了一種降低車輛延誤和交通排放的兩段式干線協調信號控制優化方法，針對相同水平的交通需求最大限度地減少干線道路系統的機動車延誤和尾氣排放。

1、周期時長、綠信比與短車道長度優化模型

如果考慮短車道空間設計，所建立的周期時長、綠信比與短車道長度優化模型為

式中：PI為干線道路系統性能指標；為交叉口η相位i的有效綠燈時間(s)；為交叉口η車道組j的短車道長度(m)；n^η為交叉口η的相位數；為交叉口η車道組j在相位i內是否有通行權的標識符，若是否則g_min為最小有效綠燈時間(s)；C_min為最小周期時長(s)；為交叉口η的獨立相位數；l為平均相位損失時間(s)；C_max為最大周期時長(s)；C_c為共用周期時長(s)；為平均飽和車頭時距(s)；為平均停車間距(m)；為交叉口η車道組j是否設有短車道的標識符，若是否則為交叉口η與η+1的共有路段長度(m)；為交叉口η車道組j′是否在共有路段上的標識符，若是否則

式(1)的決策變量為各交叉口的相位有效綠燈時間和短車道長度。其中，目標函數(a1)表示最小化由相位有效綠燈時間和短車道長度確定的干線道路系統性能指標；約束條件(b1)表示車道組有效綠燈時間不小于最低限值；約束條件(b2)表示交叉口信號周期時長不小于最低限值、不大于最高限值；約束條件(b3)表示所有交叉口的信號周期時長都相等(這里不考慮雙周期或半周期)；約束條件(b4)表示設有短車道的車道組的有效綠燈時間不小于該短車道上排隊車輛完全釋放所需要的時間；約束條件(b5)表示相鄰交叉口共有路段上的短車道長度之和不超過該共有路段的長度；約束條件(c1)表示相位有效綠燈時間均為非負數；約束條件(c2)表示短車道長度均為非負數。

2、周期時長與綠信比優化模型

如果不考慮短車道空間設計，所建立的周期時長與綠信比優化模型為

式(2)中各符號意義同式(1)，其中決策變量為各交叉口的相位有效綠燈時間，目標函數(a2)表示最小化由相位有效綠燈時間確定的干線道路系統性能指標，約束條件(b1)、(b2)、(b3)和(c1)意義同式(1)。

3、目標函數選擇